서 론
국내에서 탄산염암은 주로 강원지역의 남부(동해, 삼척, 태백, 정선, 영월, 평창 등)와 경북지역의 북부(문경), 충북지역의 북동부(제천, 단양 등)에 분포하며, 이 지역에서 석회암동굴이 넓게 분포한다. 석회암동굴은 탄산염암의 용식작용에 의해서 만들어지며, 특히 층리, 절리, 단층 등의 구조선을 따라 잘 발달한다. 동굴은 자연적으로 만들어진 공동으로 사람이 들어갈 수 있는 지형으로서(Gunn, 2004), 성인에 따라 용식동굴, 화산동굴, 빙하동굴, 차별침식동굴, 기계적동굴 등으로 구분한다(White and Culver, 2005). 석회암동굴은 용식동굴에 해당한다. 국내에는 약 1,400개의 동굴이 분포하는 것으로 알려져 있으며(Choi and Kim, 2021), 이 중 15개 동굴이 일반인에게 공개되고 있다.
석회암동굴은 주로 구조선을 따라 형성되기 때문에 복잡한 구조를 보이는 경우가 많다. 특히 지하수의 흐름 방향과 밀접한 관계를 보인다(Palmer, 1991). 일반적으로 동굴수는 집수역에 내린 강수로부터 공급되지만, 구조선이 잘 발달한 지역에서는 집수역 밖의 지역에 내린 강수가 유입되는 경우도 있기 때문에 동굴수의 기원지를 명확하게 밝히기는 매우 어렵다. 동굴수의 화학조성은 기원지 및 동굴 내부의 지구화학적인 작용에 관한 정보를 제공하기 때문에 관련 연구들이 활발하게 진행되었다(Mayer, 1999; Chen and Li, 2018). 최근에는 동굴수의 화학조성뿐만 아니라 동위원소를 이용한 연구도 활발하게 이루어지고 있다(Tang et al., 2023).
해외의 경우와 달리 국내에서는 동굴 출입을 제한하고 있으며, 동굴을 조사할 수 있는 전문인력의 부족으로 인해 동굴과 관련된 연구들이 활발하게 진행되지 않았다. 최근에는 종합학술조사를 통해 동굴 내부의 대기환경 및 생태 중심의 조사가 이루어지고 있다(Kim and Jo, 2020; Kim et al., 2020). 또한 동굴의 관리 및 활용에 관한 관심이 높다. 이로 인해 동굴 내부의 수환경에 관한 연구는 상대적으로 활발하게 수행되지 않았다. 최근에는 동굴의 수환경에 관한 중요성을 인식하면서 관련 연구가 점차 증가하고 있다(Park et al., 2023).
환선굴은 1966년 천연기념물로 지정된 이후에 동굴의 성인, 지형 및 지질학적 특성, 수문학적 환경 및 동굴생성물과 관련된 연구가 활발하게 수행되었다(Hong, 1993; Kim, 1993; Choi and Woo, 2008). CRIK(2010)은 환선굴의 집수역에 내리는 강수량 대비 동굴수의 수량이 풍부하며, 박쥐배설물과 관람객 등에 의한 동굴수의 수질오염이 동굴환경에 미치는 영향을 보고하였다. 최근에는 동굴 관리자 및 조사자 등에 의해서 외부 오염물질에 의한 수질오염 가능성도 제기되었다. 그러나 환선굴의 동굴수의 기원과 외부 오염물질이 동굴수에 미치는 영향에 관한 연구는 수행되지 않았다. 동굴환경을 체계적으로 관리하고 보고하기 위해서는 동굴 내부의 위해요소뿐만 아니라 동굴 외부의 위해요소에 대한 평가를 통해 외부 위해요소가 동굴환경에 미치는 영향을 평가하는 것이 필요하다. 이 연구는 환선굴의 수질특성을 이용하여 동굴수 및 용존성분의 기원을 밝히고, 동굴 주변의 농업활동이 동굴수에 미치는 영향을 평가하기 위해서 수행되었다.
일반현황
강원특별자치도 삼척시 신기면 대이리 동굴지대에 위치한 환선굴은 국내에서 가장 큰 석회암동굴이다(Fig. 1). 환선굴은 천연기념물 제178호로 지정되어 보호되고 있으며 일부 구간은 개방하여 관람객의 출입이 가능하다. 환선굴은 아름다운 여인 즉, 선녀가 이 석굴 속으로 사라진 후에 환생한 동굴이라 생각하고, 당시의 마을 사람들이 ‘변할 환(幻), 신선 선(仙)’이라 하여 ‘환선굴(幻仙窟)’이라고 붙여진 이름이다. 환선굴은 천연기념물로 지정된 삼척 대이리동굴지대 에 분포하는 동굴로서, 국가지정유산구역 내에서 법적으로 보호를 받고 있다. 일부 구간이 일반인에게 공개된 개방동굴이며, 공개구간의 통로(폭 약 4.5~83 m, 높이 약 0.8~34 m)는 대형의 동굴입구(폭은 약 20 m, 높이 약 10 m)와 연결되어 있어서, 외부 대기환경의 영향범위가 상대적으로 넓다. 동굴의 규모는 약 8,500 m이며, 동굴입구에서 막장(동굴 끝 지점)까지 직선거리는 약 2,000 m, 고도 차이는 약 245 m이다. 환선굴 내부에는 통일 광장(한반도 지도)이라고 붙여진 이름의 대형광장(장축 약 83 m, 단축 약 56 m, 높이 약 34 m)이 있다. 환선굴 내부에는 계단식 논모양의 휴석과 특이한 형태로 발달한 연꽃모양의 휴석(옥좌대), 넓고 높은 벽면을 따라 성장하는 웅장한 유석, 커튼, 여의봉이라는 거대한 종유석, 대머리형 석순, 종유관, 동굴진주, 동굴산호, 동굴샤워기(샤워기형 종유석), 석화, 월유 등의 아름다운 동굴생성물이 큰 규모의 광장과 용식공, 폭포, 호소, 만리장성이라는 퇴적층 등과 조화를 이루며 화려한 경관을 이룬다. 환선굴 내부에는 크고 작은 호소와 수로가 있으며, 연중 많은 양의 동굴수가 수로를 따라 흘러서 동굴입구로 유출되고 있다. 환선굴에는 4문 13강 29목 54과 70속 75종의 동물이 서식하고 있으며, 특히 꼬리치레도롱뇽과 박쥐의 서식지로서 매우 중요한 장소이다.
환선굴은 전기 고생대에 해당하는 캄브리아기 중기에 퇴적된 대기층 내에 분포하고 있으며, 동쪽과 서쪽에 남북방향의 단층이 위치한다. 대기층은 얕은 바다에서 퇴적되었으며, 주로 석회암으로 구성되고, 하부의 묘봉층과 정합관계를 보인다. 대기층은 주로 암회색, 유백색, 담홍색을 보이는 괴상의 석회암과 돌로마이트질 석회암으로 구성되며, 부분적으로 층리를 보여준다. 대기층의 석회암은 대부분 지역에서 다른 층에 비해 많이 변질되어 결정질 석회암으로 나타나는 경우가 많다(CRIK, 2010)(Fig. 1).
Fig. 1.
Locations of Hwanseongul Cave and geologic map (1 : 50,000) of the study area (KIGAM, 2024). AWS represents automatic weather system.
연구방법
기상자료 수집
환선굴 주변에 신기와 하장 방재기상관측센터(Automatic Weather System, AWS)는 각각 삼척시 신기면과 하장면에 위치한다(Fig. 1). 신기 방재기상센터는 환선굴로부터 동쪽으로 약 7.4 km 떨어져 있고, 하장 방재기상센터는 환선굴로부터 서쪽으로 약 9.7 km 떨어져 있다. 두 개소에서 측정된 자료와 동굴수의 수질특성을 비교하기 위해서 2023년 11월부터 2024년 9월까지 신기와 하장 방재기상센터에서 측정된 일평균 기온과 일강수량 자료를 수집하였다.
시료채취 및 화학분석
2023년 11월부터 2024년 9월까지 환선굴 내부의 수로(cave stream) 9개 지점, 호소(pond) 1개 지점, 낙수(water dropping) 6개 지점, 휴석소(rime pool) 2개 지점, 유석 표면에 흐르는 동굴수(surface water) 2개 지점에서 월별 현장 수질을 측정하고 물 시료를 채취하였다(Fig. 2). 현장에서 간이수질측정장비(YSI 556 MPS 모델)를 이용하여 수온, pH, 전기전도도(electrical conductivity, EC), 산화-환원전위(oxidation-reduction potential, ORP)를 측정하였다. 동굴수의 주성분 분석을 위해서 동굴수 1 L를 채취하였다. 채취한 시료는 0.45 µm 맴브레인 필터로 여과하였고 분석 전까지 약 4°C로 냉장보관하였다. 주요 양이온(Ca2+, Mg2+, Na+, K+) 및 음이온(Cl-, NO3-, SO42-, HCO3-)은 강원대학교 지질학과의 IC로 분석하였다.
통계분석
환선굴 내 지점 및 분포유형(수로, 낙수, 휴석소 등)별 현장 수질 및 화학조성의 기초통계 자료를 이용하여 수질 특성을 비교하였다. 수집된 자료 중 Cl-, NO3- 및 SO42-에 대한 누적도수분포도의 변곡점을 이용하여 오염물질의 영향을 받지 않은 동굴수의 배경값을 산정하였다. 자료가 많은 경우에는 자료의 계급별 농도분포를 이용하여 배경값을 산정할 수 있다. 누적도수분포의 변곡점으로부터 산정한 배경값을 이용하여 지하수의 해수침투 정도를 평가한 사례가 있다(Park et al., 2012). Cl-, NO3- 및 SO42-의 배경값을 이용하여 외부 오염물질이 동굴수에 미치는 영향 및 영향 구간을 평가하였다.
결과 및 토의
현장 수질
수온은 전체적으로 6.5~11.6°C의 범위를 보이고, 지점별 평균은 9.8~10.7°C로 지점별 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 3) 동굴수의 분포 형태별로는 전반적으로 수로의 수온이 가장 낮고, 호소의 수온이 가장 높았다. 동굴수의 분포 형태별로 살펴보면, 수로의 수온은 6.5~11.6°C이고, 지점별 변동폭은 0.7~4.6°C로 지점에 따라서 차이를 보인다. 환선굴 내 수로는 서쪽(공개구간 안쪽)의 CS6 방향(24탕 방향)과 동쪽(동굴입구와 인접)의 CS1 방향(Y4 방향)으로 유입되는 두 개의 수로가 분포한다. 24탕 방향에서 유입되는 동굴수의 수온이 Y4 방향에서 유입되는 동굴수보다 변동폭이 좁다. 이것은 동굴입구로부터 거리가 Y4 방향보다 24탕 방향의 동굴수가 더 멀기 때문이다. 수로 중에서는 동굴입구로부터 가장 가까운 CS3의 변동폭이 4.6°C로 가장 크고, 측정지점 중에서 동굴의 가장 안쪽에 위치한 CS7의 변동폭이 0.7°C로 가장 작다. 호소(P1)의 수온은 10.5~11.9°C이고, 변동폭은 1.4°C이다. 호소는 대체로 수로보다 수온이 높고 안정적으로 유지되었다. 낙수의 수온은 10.7~13.5°C이고, 지점별 변동폭은 0.7~4.4°C이다. 지점별로는 WD1에서 4.4°C로 변동폭이 가장 크고, WD4에서 0.7°C로 가장 작았다. 낙수의 수온은 전체적으로 수로보다 높았지만, 변동폭은 수로와 비슷하였다. 휴석소의 수온은 7.9~12.7°C이다. 지점별 변동폭은 1.1~4.8°C로 동굴수의 유형 중에 변동폭이 가장 컸다. 이것은 다른 유형에 비해서 유량이 작기 때문에 동굴 내부 온도에 민감하게 반응한 것으로 해석된다. 유석의 표면에 흐르는 동굴수의 수온은 9.3~12.2°C이고, 지점별 변동폭은 1.2~2.9°C이다. 전체적으로 동굴수는 유입경로에 따라서 수온이 차이를 보이기는 하지만, 동굴입구에 가까울수록 수온의 변동폭이 컸다.
pH는 전체적으로 8.0~9.9의 범위를 보이고 지점별 평균은 8.4~8.6으로 지점별 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 수로와 유석의 표면에 흐르는 동굴수를 제외한 대부분의 지점에서 2023년 11월 29에 pH가 일시적으로 약 1정도 높은 값을 보였지만 이후에는 관찰되지 않았다.
EC는 전체적으로 210~447 µS/cm로 매우 넓은 범위를 보이고, 지점별 평균도 243~391 µS/cm로 뚜렷한 차이를 보였다. 수로, 호소 및 낙수의 EC가 휴석소 및 유석과 비교해서 상대적으로 높았다. 계절별로는 대부분 지점에서 우기의 EC가 건기보다 더 높은 경향을 보였다. 이것은 강수가 유입될 때 물-암석 반응이 활발하게 일어난 수체 또는 지표의 오염물질로부터 용존성분들이 같이 동굴내부로 유입되었기 때문이다. 유형별로는 수로의 EC가 210~447 µS/cm로 매우 넓고, 변동폭은 35~102 µS/cm으로 지점에 따라 큰 차이를 보였다. CS7의 변동폭이 35 µS/cm로 가장 적고, CS8의 변동폭이 102 µS/cm로 가장 컸다. CS1의 변동폭이 101 µS/cm으로 매우 컸다. CS7은 건기와 우기에 뚜렷한 차이를 보이지 않지만, CS7을 제외한 대부분 수로에서 우기의 EC가 건기보다 높아지는 경향을 보였다. 호수의 EC는 288~340 µS/cm이고, 변동폭은 52 µS/cm로 수로에 비해서 상대적으로 안정적으로 유지되었다. 낙수의 EC는 210~407 µS/cm이고, 지점별 변동폭은 54~97 µS/cm였다. 휴석소의 EC는 225~392 µS/cm이다. 지점별 변동폭은 41~154 µS/cm로 명확하게 차이를 보였다. 건기에 비해서 우기의 EC가 더 높아지는 경향을 보였으며, 이러한 경향이 RP2보다 RP1에서 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. 유석의 EC는 234~354 µS/cm이고, 지점별 변동폭은 39~109 µS/cm로 뚜렷하게 차이를 보였다. 유석에서도 건기와 비교해서 우기에 EC가 증가하는 경향을 보였으며, SF2보다 SF1에서 이러한 경향이 더욱 뚜렷하게 관찰되었다.
ORP는 전체적으로 48~176 mV의 범위를 보였고, 지점별 평균은 120~145 mV로 동굴수의 분포유형에 따라서는 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 계절별로는 대부분 지점에서 우기보다 건기에 더 높아지는 경향을 보였다. 수로의 ORP는 48~174 mV로 매우 넓은 범위를 보였고, 지점별 변동폭은 21~l21 mV로 지점별로 뚜렷한 차이를 보였다. CS9의 변동폭이 21 mV로 가장 작고, CS1의 변동폭이 121 mV로 가장 컸다. CS1과 CS9을 제외한 다른 지점의 변동폭은 45~77 mV로 큰 차이를 보이지 않았다. 호수의 산화-환원전위는 102~162 mV의 범위를 보였다. 변동폭은 60 mV이고 동굴수의 분포유형 중에 가장 좁은 범위를 보였다. 낙수, 휴석소 및 유석 표면을 흐르는 동굴수의 ORP는 각각 97~172, 101~176 및 100~170 mV로 거의 유사한 범위를 보였다.
화학조성
동굴수의 주요 용존성분의 농도를 파이퍼다이어그램에 도시하였다(Fig. 4). 모든 지점의 동굴수가 Ca-HCO3 형의 영역에 도시되었다. 환선굴이 대기층의 석회암 내에 위치하고, 환선굴 주변에 석회암층이 넓게 분포하고 있으므로(Fig. 1 참조), Ca2+와 HCO3-는 대부분 탄산염암의 용해반응으로부터 공급되고, 물-암석 반응이 수질에 영향을 미치는 주요 작용으로 판단된다. 파이퍼다어그램에서 주 양이온의 성분비는 낙수와 수로가 넓은 범위를 보이며, 호소, 휴석소 및 유석 표면을 흐르는 동굴수의 성분비는 상대적으로 분포 범위가 좁고, 낙수 및 수로의 범위에 포함된다. 그러나 주 음이온의 성분비는 수로가 가장 넓은 범위를 보이고, 다른 유형의 동굴수가 수로의 범위에 포함된다(Fig. 4). 수로로 유입되는 동굴수가 강수량에 따라서 다른 경로를 통해서 유입되었거나, 동굴수의 기원지에서 농업활동과 같이 시기별로 용존성분의 기원물질이 다르기 때문에 수로의 주요 성분이 넓은 범위를 보이는 것으로 판단된다. 환선굴의 북쪽에 고랭지 농업활동이 활발하게 이루어지는 귀네미 마을이 위치하며, 이 지역의 농업활동이 동굴수의 화학조성에 영향을 주었을 것으로 판단된다.
동굴수 내 Cl-와 주요 용존성분들의 상호관계를 Fig. 5에 나타내었다. Na+, NO3- 및 SO42-는 Cl-와 뚜렷한 양의 상관관계를 보었고, K+와 Ca2+는 Cl-와 뚜렷한 양의 상관관계를 보여주지는 않았지만, 전체적으로 Cl-의 농도가 증가할수록 K+와 Ca2+의 농도도 증가하는 경향을 보였다. 그러나 Mg2+와 HCO3-는 Cl-와 상관관계를 보여주지 않았다. 이것은 Cl-와 Na+, NO3- 및 SO42-의 기원지 또는 기원물질이 유사하다는 것을 나타낸다. Cl-와 Na+, NO3- 및 SO42-는 강수로부터 공급되는 물질이다. 또한 Cl-, NO3- 및 SO42-는 농업활동으로부터 유입되는 대표적인 오염물질이다. 따라서 Cl-와 Na+, NO3- 및 SO42-의 농도범위를 고려하면, Na+는 주로 강수로부터 공급된 곳으로 판단된다. 그러나 Cl-, NO3- 및 SO42-의 농도가 낮은 경우에는 주로 강수로부터 공급되었지만, 농업활동의 영향을 받은 경우에는 Cl-, NO3- 및 SO42-의 농도가 높아지는 경향을 보인 것으로 해석된다. K+는 강수 또는 규산염 광물로부터 공급될 수 있는 성분이다. 지점별 K+의 평균이 0.13~1.08 mg/L이므로 대부분 강수로부터 공급되었지만, 일부는 대기층(석회암)의 상부에 분포하는 화절층의 퇴적암으로부터 공급된 것으로 판단된다. Ca2+와 HCO3-는 Cl-의 농도가 낮은 경우에는 넓은 범위를 보이며, 유사한 변동특성을 보이지만, Cl-의 농도가 높아짐에 따라서 Ca2+는 증가하고, HCO3-는 뚜렷한 감소 또는 증가하는 경향을 보이지 않는다. 따라서 Ca2+와 HCO3-는 대부분 탄산염암의 용해반응으로부터 공급되었고, HCO3-는 농업활동의 영향을 거의 받지 않았지만, Ca2+는 농업활동의 영향을 일부 받는 것으로 해석할 수 있다.
동굴수의 기원
동굴수의 주요 성분 중에 Ca2+, Cl-, NO3- 및 SO42-는 농업활동의 영향을 받는 것으로 해석하였다. 환선굴 주변에 농업활동의 영향을 줄 수 있는 지역은 귀네미 마을이다. 환선굴보다 약 500 m 높은 지역에 위치한 귀네미 마을을 통과하는 단층이 환선굴의 서쪽에 위치한다(Figs. 1 and 2 참조). 또한 화절층과 대기층의 경사방향을 고려하면 귀네미 마을의 농업활동이 환선굴의 동굴수 수질에 영향을 줄 수 있는 가능성은 매우 높다. 이번 연구에서 CS6에서 2023년 11월부터 2024년 9월까지 관측한 수온과 신기 및 하장의 기상자료를 이용하여 동굴수의 기원 및 이동경로를 평가하였다.
CS6의 수온은 9.7~10.3°C의 범위를 보였고 평균은 10.1°C였다. 일반적으로 수온은 지역의 평균 기온의 영향을 받기 때문에 어느 정도 시간의 차이를 보이기는 하지만, 수온은 기온과 유사한 변동특성을 보인다. 그러나 CS6에서 수온은 대기의 영향을 거의 받지 않았으며(Fig. 6a and b), 강수 발생 시 약 0.1~0.5°C 감소하는 경향을 보인다(Fig. 6c and d). 수위와 수온의 기울기는 -0.006, 결정계수는 0.106으로 수위가 증가할수록 수온이 감소하지만, 그 경향성은 뚜렷하지 않았다. 이것은 강수발생 시 강수가 동굴수로 빠르게 유입되면서 수위는 증가하고, 수온은 떨어진다는 것을 나타낸다. 환선굴의 서쪽에 위치한 환선봉(약 1,080 m)으로 인해 서쪽의 하장면과 환선굴이 위치한 신기면의 기온 및 강수량이 차이를 보인다. 관측기간 동안 신기면과 하장면의 기온은 각각 -11.6~30.5와 -23.3~32.4°C이고, 강수량은 각각 0.5~24.5와 0.5~33.5 mm/h로 다소 차이를 보였다. CS6의 수온은 신기 및 하장의 강수량과 상관계수가 각각 0.149와 0.104이다. CS6의 수위는 신기 및 하장의 강수량과 상관계수가 각각 0.185와 0.090이다. 신기와 하장의 강수가 환선굴 내부의 동굴수로 유입되는 양을 정량적으로 평가할 수 없지만, 환선굴의 동굴수는 신기와 하장지역의 강수로부터 공급되며, 신기의 강수로부터 공급되는 동굴수가 하장의 강수로부터 공급되는 동굴수보다 상대적으로 많은 것으로 판단된다. 이번 연구에서 신기와 하장의 강수가 CS6의 수온 및 수위에 같이 영향을 주기 때문에 CS6의 수온 및 수위가 신기 및 하장의 강수와 뚜렷한 상관관계를 보이지 않은 것으로 해석된다(Fig. 6e and f). 하장은 환선굴의 집수역에 포함되지 않으므로 일반적으로는 하장지역, 특히 귀네미 마을에 내린 강수는 환선굴로 유입되지 않는다. 그러나 환선굴 주변의 단층, 절리 및 층리 등의 구조선을 따라 귀네미 마을에 내린 강수의 일부가 환선굴로 유입되는 것으로 판단된다(Fig. 7). 또한 환선굴 내부의 두 개 지역(24탕과 Y4)에서 동굴수가 유입되며, 두 지역의 동굴수는 수질특성이 뚜렷한 차이를 보이므로 두 지역의 동굴수에 대한 기원기 또는 유동경로가 차이를 보일 것으로 판단된다. 그러나 이번 연구에서 CS6(24탕 지역)가 귀네미 마을이 위치한 하장지역과 수리적으로 연결될 가능성이 매우 높은 것을 확인하였다. 그러나 Y4 지점에서 수온 및 수위를 장기관측하지 못하여 Y4 지점과 하장지역의 수리적 연결성 여부는 확인하지 못 하였다. 또한 귀네미 마을과 집수역으로부터 환선굴로 유입되는 동굴수의 기여도를 확인하지 못 하였다. 환선굴 동굴수의 수질 및 동굴환경을 체계적으로 관리하고 보호하기 위해서는 추가적인 연구를 통해 동굴수의 기원과 이동경로를 명확하게 밝히는 것이 필요하다.
배경값 산정 및 오염도 평가
환선굴의 동굴수 내 용존성분이 귀네미 마을의 농업활동의 영향을 받는 것으로 평가되었다. 그러므로 대표적인 오염물질인 Cl-, NO3-, SO42-의 농도에 대한 누적도수분포도를 이용하여 각 성분의 배경값(threshold)을 산정하였다. Cl-, NO3- 및 SO42-의 배경농도는 각각 5.1, 17.5 및 4.1 mg/L로 산정되었다(Fig. 8). Cl-와 NO3-의 배경농도는 「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」 별표 1의 수질기준인 Cl < 250 mg/L와 질산성 질소(NO3-N) < 10 mg/L (NO3-로 환산하면 약 44.03 mg/L임)보다 상당히 낮게 산정되었다. 따라서 이번 연구에서 농업활동의 영향을 받았다는 의미는 동굴수가 심각하게 오염되었다는 것이 아니라, 상부 귀네미 마을의 농업활동이 동굴수에 영향을 주고 있다는 것을 나타낸다. 동굴수의 분포 유형별로 살펴보면, 수로가 농업활동의 영향을 가장 많이 받았으며, 농업활동의 영향을 받은 지점에서는 Cl-, NO3- 및 SO42-의 농도가 모두 배경농도보다 높았다. 수로 중 CS3, CS2, CS1에서 농업활동의 영향을 매우 많이 받고, CS6, CS7, CS8에서는 농업활동의 영향을 적게 받은 것으로 평가되었다. 호소인 P1에서는 2024년 1월과 3월에 채취한 시료에서 Cl-와 SO42-가 각각 배경농도보다 높았고 대부분의 시료에서 Cl-, NO3- 및 SO42-의 농도가 배경농도보다 낮았다. 2024년 1월과 3월은 농업활동이 거의 없는 시기이기 때문에 농업활동의 영향을 거의 받지 않은 것으로 평가하였다. 낙수는 지점에 따라서 농업활동의 영향을 받은 정도가 뚜렷하게 차이를 보였다. 낙수 중에 WD6가 농업활동의 영향을 가장 많이 받았고, WD4는 농업활동의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 휴석소에서 RP1는 농업활동의 영향을 많이 받았지만 RP2는 농업활동의 영향을 거의 받지 않았다. 유석은 모두 농업활동의 영향을 조금 받는 것으로 평가되었다. 전체적으로 환선굴의 동쪽 수로가 농업활동에 의한 영향을 많이 받았고, 서쪽은 낙수가 주로 농업활동에 의한 영향을 받은 것으로 평가되었다. 각 지점에서 매월 채취된 시료 중에 Cl-, NO3- 및 SO42-의 배경농도보다 높은 농도를 보인 횟수와 오염물질의 종류를 고려하여 환선굴 내부를 3개의 구역으로 구분하였다(Fig. 9). A 구역은 농업활동의 영향을 가장 많이 받은 지역으로 CS1~CS3, WD1 및 RP1이 포함된다. B 구역은 농업활동의 영향을 일시적으로 받는 지역으로 WD3, SF2, WD5, WD6 및 CS9이 포함된다. A와 B 구역에 포함되지 않은 지점은 농업활동의 영향을 거의 받지 않는 것으로 평가되었다.
결 론
삼척시 신기면 대이리에 위치한 환선굴은 천연기념물(삼척대이리 동굴지대)로 지정되어 보호되고 있는 석회암동굴이다. 환선굴을 효율적으로 관리하기 위해서는 동굴수의 기원 및 이동경로와 주변의 농업활동이 동굴수에 미치는 영향을 평가하는 것이 필요하다. 2023년 11월부터 2024년 9월까지 환선굴의 20개 지점에서 월별 현장수질을 측정한 후에 시료를 채취하여 화학조성을 분석하였다. 수온, pH 및 ORP 지점별 뚜렷한 차이를 보이지 않았지만, EC는 지점별 뚜렷한 차이를 보였다. 동굴수의 주요 성분 중 Ca2+와 HCO3-의 기여도가 가장 높아 모든 시료가 Ca-HCO3형 영역에 도시되었다. 동굴수의 수질은 주로 강수, 물-암석 반응 및 농업활동에 의해 조절되었다. 용존성분 중에 대표적인 오염물질인 Cl-, NO3-, SO42-의 배경값은 각각 5.1, 17.5 및 4.1 mg/L로 산정되었으며, 이 배경값을 이용하여 환선굴 내 오염도를 평가하였다. CS1~CS3, WD1 및 RP1는 농업활동의 영향을 지속적으로 받고 있으며, WD3, SF2, WD5, WD6 및 CS9는 일시적으로 농업활동의 영향을 받는 것으로 평가되었다. 환선굴의 동굴수가 농업활동에 의해서 영향을 받고 있지만, 오염이 심각하게 진행된 것은 아니다. 그러나 농업활동의 영향으로 인해 동굴 내부의 수질이 악화되고, 동굴환경이 변화할 수 있으므로 농업활동의 영향을 지속적으로 평가하는 것이 필요하다.
