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선자 당
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1 지질학회지제 53 권제 3 호, p , (2017 년 6 월 ) J. Geol. Soc. Korea, v. 53, no. 3, p , (June 2017) DOI ISSN (Print) ISSN (Online) 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 김현구 1 박선화 1 황종연 1 김문수 1 조훈제 1 전상호 1 이강근 2 진성욱 3, 1 국립환경과학원 2 서울대학교지구환경과학부 3 전북대학교지구환경과학과 & 지구환경시스템연구소 요약 2011 년부터 2015 년까지조성된가축매몰지를대상으로매몰지주변에위치하는지하수이용관정의수질조사를실시하였으며, 조사관정수질의현황과강수량과의관계, 수질유형분석및토지이용별수질현황을분석하였다. 검토결과질산성질소항목은강수량과통계적으로유의미한양의상관관계를보였으며, 이는토지이용과수반되는다양한활동으로발생하는인위적인지표오염물질등이강수등에의해지하로유입되었을개연성을보여준다. 지하수수질유형을분류한결과 Ca-(Cl+NO 3) 유형과 Ca-HCO 3 유형의비율이가장많이나타났으며, 주요토지이용별지하수수질현황과강수량과의관계를검토한결과는질산성질소의경우주거지역과농업지역에서산림지역보다상대적으로높은상관관계를보였다. 매몰지로부터지하수관정까지의거리에대한농도분포는일정한경향을보이지않았다. 이와같은결과들은매몰지의영향보다는관정주변의토지이용과같은환경특성에의한영향이보다중요할수있음을지시한다. 연구결과는가축매몰지주변지하수오염관리방안및가축매몰지역환경조사지침을마련하는데활용될수있을것으로생각된다. 주요어 : 가축매몰지, 지하수, 관정, 질산성질소, 암모니아성질소 Hyunkoo Kim, Sunhwa Park, Jongyeon Hwang, Moonsu Kim, Hunje Jo, Sangho Jeon, Kang-Kun Lee and Sung-Wook Jeen, 2017, Groundwater qualities of wells around carcass burial areas. Journal of the Geological Society of Korea. v. 53, no. 3, p ABSTRACT: We investigated the groundwater qualities of wells around carcass burial areas, which had been constructed between 2011 and We evaluated the statistical distribution and temporal trends of water quality parameters, their relationships with precipitation, the types of groundwater compositions, and the correlation between water qualities and land use. The results showed that nitrate-nitrogen had a statistically-significant positive correlation with precipitation, suggesting that anthropogenic contaminants above the ground surface would infiltrate into groundwater during precipitation. The groundwater at the study areas were mainly classified into Ca-(Cl+NO 3) and Ca-HCO 3 types. When the nitrate-nitrogen contamination was closely examined in view of land use, it was found to have a stronger correlation with precipitation in residential-agricultural areas than in forest areas. Notably, the concentrations of nitrate-nitrogen, ammonium-nitrogen, and chloride showed no obvious trends along the distance from burial areas to groundwater wells. All of the above results indicate that such environmental variables as land use may have a more prevailing impact on the water qualities around carcass burial areas. This study can be useful in designing the management plan and preparing environmental investigation manuals for the groundwater contamination that is suspected to result from carcass burial. Key words: carcass burial area, groundwater, well, nitrate-nitrogen, ammonium-nitrogen (Hyunkoo Kim, Sunhwa Park, Jongyeon Hwang, Moonsu Kim, Hunje Jo and Sangho Jeon, National Institute of Environmental Research, Incheon 22689, Republic of Korea; Kang-Kun Lee, School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea; Sung-Wook Jeen, Dept. of Earth and Environmental Sciences & The Earth and Environmental Science System Research Center, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Republic of Korea) Corresponding author: , sjeen@jbnu.ac.kr

2 434 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 1. 서론조류인플루엔자 (avian influenza; AI) 및구제역발병으로전국적으로 2010년말에서 2011년에약 4,800개소, 2014년이후약 200개소의가축매몰지가조성되어주변지하수오염등 2차환경오염에대한우려가증대되고있다. 이기간에전국에걸쳐긴급하게가축매몰지가조성되었기때문에긴급조성한매몰지중일부는입지조건이기준에적합하지않을수있으며, 조성과정에서미비점이있을가능성이있다. 따라서매몰지주변지하수이용관정에대한지속적인조사와체계적인수질정보축적이필요하며지속적인모니터링을통해국가차원의환경관리대책이필요한상황이다. 이전국내매몰지주변지역조사및연구사례를살펴보면, Choi et al. (2013) 은 2011년 1월에구제역발생으로구축된가축매몰지중 4개의매몰지를대상으로매몰시간이경과함에따라침출수의특성이어떻게변하는가를물리화학적, 분자미생물학적방법을이용하여비교하였다. 그결과전기전도도 (electrical conductivity; EC), 용존산소 (dissolved oxygen; DO), HCO - 3, 총유기탄소 (total organic carbon; TOC), T-N 과 SO 2-4 의함량이초기보다중기침출수자료에서높게나타나는것을확인하였으며, ph는감소하는형태로나타남을보여주었다. Kang and An (2013) 은구제역매몰지에서발생하는유기물의성상이지하수, 호소수, 하천수등자연수에서나타나는유기물의성상과어떻게다른지를비교연구하였으며, 침출수는자연수와전혀다른유기물의거동을나타낸다는것을발견하였다. Pakr et al. (2013) 은미생물군집분석을통한지속적인모니터링이병원성미생물의존재여부및적정한매몰지관리가이루어지고있느냐를평가할수있는방안으로활용될수있다는것을제시하였다. Cho (2014) 는살처분가축을단시간에대량으로매몰한결과부적절한매몰지선정과지침미준수방수처리로인해침출수, 악취및병원성균등으로 2차환경오염이발생하여다양한비매몰식가축사체처리방법이강구되었지만대부분의가축사체처리방법이국내축산환경에적합하지못하고실용화가어려울뿐만아니라처리후부산물생성으로또다른환경오염문제가발생하였다고보고하였다. 또한 Nam et al. (2015) 은지형과지하수유동 방향이다른 3가지의매몰지를대상으로하여가축매몰지에서확산되는침출수의정화를위한시추공의위치및개수선정을제안하였다. 해외에서도매몰지에의한지하수오염현황을파악하기위해연구및조사를실시하였다. 미국의아이오와주 (Glanville, 1993, 2000) 에서는사체부패속도, 유출된오염물질의양과종류, 지하수에미치는영향에관한연구를위해매몰지두곳을관측하였고, 미국델마버반도 (Ritter and Chirnside, 1995) 에서는죽은새를묻은구덩이에의한지하수수질영향을확인하기위하여조사를실시하였다. 영국에핀트 (UK Environment Agency, 2001) 지역의매몰지에서 2002 년 8월주요검사결과, 매몰지로부터아래쪽에있는작은하천의용존산소가계속감소하는등일부환경적문제가잔존하는것으로확인되었다. 영국스코틀랜드의버크쇼포레스트 (Enviros Aspinwall, 2001, 2003) 는 2001년 5월악취발생에대한민원으로모니터링을개시한지역이다. 조사결과약 3년이지난 2004년에도침출수가고농도로유지되고있었다. Yuan et al. (2013) 은소매몰지를대상으로가축매몰지현장구축이잠재적지하수수질에어떤영향을미치는지를연구하였으며, 매몰지에서의침출수발생량, 농도등의경향을파악하기위해소매몰지를대상으로 2 년간모니터링을실시하였다. 한편대만에서는 1997 년구제역으로총 6144개의농장에서돼지약 385만두가살처분되었고주요처분방식은매몰방식이었다 ( 약 285만두매몰 ). 매몰이후에정기적인지하수수질조사를통해서총박테리아수, 분변대장균, 살모넬라균, 아질산성질소, 질산성질소, 암모니아성질소, 황산이온과총용존고형물 (total dissolved solid; TDS) 와같은지시자들의농도가매몰이후시간에따라증가함을관측하였다 (Hseu and Chen, 2017). 매몰지주변지역관정수질에대한국내외사례를검토한결과, 국내의경우매몰지와인접한일부경계부 (5 m 이내 ) 관측정에서침출수와관련된물질등의농도가높은것으로확인되어침출수의영향이의심된사례가있으며, 침출수기원의물질에의한지표수및지하수영향가능성이제시된사례가있다. 국외에서는사체매몰시라이닝하지않은트렌치에서발생한침출수가지하수에영향을미치는것을확인하였으며, 매몰지주변지하수에서질소에의한지하수오염가능성이보고되어질소관련물질에의한지

3 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 435 하수영향에중점을두고매몰지에대한장기적인모니터링과관리가필요한것으로제시되었다 (Ritter and Chirnside, 1995). 또한전체적으로는환경영향또는공공의건강에미치는영향은적지만, 부분적으로피해가발생할가능성이있어수질영향등의가능성을제시하기도하였다 (Enviros Aspinwall, 2001, 2003). 따라서가축매몰지주변지하수의수질실태를파악하여먹는물의안전성을확보하고, 시의성있는가축매몰지주변관정의지하수수질정보제공을통해과학적인정책수립지원및관리지원체계를강화하기위한연구가필요하다고생각된다. 본연구의목적은매몰지주변관정의수질조사결과에대한통계분석과매몰지주변침출수영향가능성평가등을종합하여가축매몰지주변지하수오염관리방안및가축매몰지역환경조사지침을마련하는데기여하는것이다. 본연구에서는 가축매몰지역환경관리지침 (Ministry of Environment, 2010) 에따라 2011년부터 2015년까지조성된가축매몰지를대상으로매몰지주변에위치하는지하수이용관정의수질조사를실시하였으며, 조사관정수질의현황과강수량과의관계, 수질유형분석및토지이용별수질현황을제시하였다. 나아가현재의수질조사제도의문제점등을분석하고향후매몰지주변지하수수질조사및연구에대한방향을제시하고자하였다. 3,000개관정중지방자치단체에서조사하는매몰지주변지역의조사관정은중복조사를고려하여제외하였으며, 이설완료된매몰지에대해서도해당조사관정을제외하였다. 이러한조사관정조정을통해마련된 2013년도조사대상관정은총 1,340개이다 년에는 2013년하반기에조사한관정과지방자치단체조사관정을후보군으로하여 가축매몰지역환경조사지침 (Ministry of Environment, 2013) 에따라조사관정을선정하였고, 2015년에는 2014년하반기조사관정중관련지침에따라 2년연장이필요한매몰지중지방자치단체미조사매몰지와신규로조성된매몰지중지방자치단체에서미조사한매몰지를대상으로조사관정을선정하였다. 가장최근인 2016년조사대상관정은 2010년또는 2011년에조성된 5년이상매몰지중 가축매몰지역환경조사지침 (Ministry of Environment, 2015) 에따라환경관리가필요한것으로판단되는매몰지와, 2014년이후고병원성조류인플루엔자및구제역발생으로조성된 3년미만의매몰지주변관정을대상으로선정하였다. 2016년에 2회의반기조사와 5 회의 2차조사를수행하여매몰지주변지역이용관정 1,151공의지하수수질조사결과를획득하였다. 본연구에서는 2011년부터 2016년까지총 14회에걸쳐분기및반기조사를실시한 23,422개시료에대한결과를종합분석하였다. 2. 연구방법 2.1 조사대상관정선정 2010년말부터긴급조성된가축매몰지주변지역에대해환경부와지방자치단체는 가축매몰지역환경관리지침 (Ministry of Environment, 2010) 에따라 2011년매몰지주변 300 m 이내에위치하는지하수이용관정을선정하여조사하였다. 2011년조사대상관정수는 2,500개이다. 2012년조사대상관정선정시에는매몰지로부터의이격거리가 300 m 이상인관정등매몰지로인한영향가능성이낮은관정은조사대상에서제외하는반면, 과거매몰지주변지역이용관정에대한지하수수질조사가실시되지않은관정을추가로조사대상으로선정하였다. 2012년조사대상관정수는 3,000개이다. 2013년조사대상관정은 2012년하반기에조사한 2.2 조사및분석방법 매몰지및이용관정현황조사지하수수질조사전조사대상지점의현황에대해파악하였다. 우선조사대상가축매몰지의주요매몰축종, 매몰두수, 매몰일등의기본현황정보를조사하였으며, 조사대상주변관정에대해서는매몰지로부터의이격거리를파악하고관정의위치 ( 주소및 UTM 좌표 ), 관정제원을조사하였다. 관정제원표를기준으로음용여부와생활용, 농업용 ( 어업용등포함 ), 공업용 ( 기타용도포함 ) 등의관정용도를분류하였으며, 관정제원표등의자료가없는경우에는청취조사를통해이용관정의용도와심도등을확인하였다. 매몰지가조성된지역주변은대부분축산이나농업활동이활발하기때문에매몰지에의한영향외에도축사및퇴비처리시설이나농사에사용되는비료등의오염원이지하수수질에영향을줄가능성이높다. 따

4 436 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 라서조사대상관정주변에위치하는매몰지이외의기타오염원유무에대해서도조사를실시하였다 현장지하수수질조사지하수는채취전현장수질측정항목의측정값이안정될때까지양수 ( 퍼징 ) 하였다. 안정화된후지하수시료는기포가발생하지않도록양수량을조절하여채취하였으며, 대기접촉에의한변질을방지하기위해채수병 ( 무균채수병및멸균병 ) 상부에빈공간 (headspace) 이발생하지않도록주의하여시료를채취하였다. 시료채취와병행하여대기와의접촉및온도변화에민감한수소이온농도 (ph), 전기전도도 (EC), 수온, 용존산소 (DO), 산화환원전위 (Eh), 총용존고형물 (TDS) 의 5개항목은안정화된값을현장기록지에기록하였다. 시료의운반및보관은냉장상태 (0~4 ) 를유지하여변질을방지하였으며, 오염도가높을것으로예상되는시료는별도로분류하여보관, 운반하였다 수질시료분석반기조사시료의분석항목은총대장균군, 질산성질소 (NO 3-N), 암모니아성질소 (NH 4-N), 염소이온 (Cl) 의 4개항목이다. 위 4개항목은시료채취시확인된음용여부를기준으로음용과비음용 ( 생활용, 농업용, 공업용 ) 으로분류하여각각먹는물공정시험기준 ( 음용인경우 ) 과수질오염공정시험기준 ( 비음용인경우 ) 의방법을적용하여분석하였다. 질산성질소, 암모니아성질소, 염소이온은각각이온크로마토그래피, 자외선 / 가시선분광법, 이온크로마토그래피로분석하였으며, 검출한계는각각 , 0.4 mg/l 이다. 2016년 2차조사의분석항목은반기조사분석항목 ( 총대장균군, 질산성질소, 암모니아성질소, 염소이온 ) 에 K, Na, Ca, Mg, HCO - 3, PO 3-4 -P, SO 2-4, T-N, TOC의 9개항목을추가한총 13개항목이나, 본논문에서는반기조사와공통항목인질산성질소, 암모니아성질소, 염소이온의결과에대해서만논하고자한다. 그중에서도특히매몰지영향에대한지시자이면서가장대표적인농촌지하수오염물질인질산성질소에초점을맞추었다. 총대장균군항목도공통조사항목이지만, 음용관정의경우분석결과가검출또는불검출로표기되어전체를수치화하는데어려움이있어제외하였다. 2.3 통계분석및수질유형분류 수집된수질조사결과에대해서조사시기별, 조사항목별, 그리고지역별최소값, 중앙값, 최대값, 평균값, 표준편차등의기본통계량분석을실시하였다. 기본통계량분석결과는시기별, 항목별, 지역별수질변화경향성을판단하는데활용하였다. 수질유형은파이퍼도 (Piper diagram) 에도식화하여지하수의수질특성에따라 4가지유형으로분류하였다. 축산분뇨등과같은인위적오염의영향으로 NO 3 가검출될가능성이있으므로, 본연구에서는 Cl, SO 4 와함께 NO 3 도함께고려하여영역을분류하였다. 각영역은양이온을 Na과 K가우세한 Na 유형, Ca과 Mg가우세한 Ca 유형으로표현하였으며, 음이온은 HCO 3 가우세한 HCO 3 유형과 SO 4, Cl, NO 3 이우세한 Cl 유형으로표현하였다. 이들유형을고려하여본연구에서는수질유형을 Ca-(Cl+NO 3), Ca-HCO 3, Na-Cl, Na-HCO 3 총 4가지로구분하였다. 일반적으로오염되지않은천부지하수는 Ca-HCO 3 유형을보이며, 농업활동이나생활하수등의인위적인오염원에영향을받아 Ca-(Cl+NO 3 ) 유형을보이게된다. Ca-HCO 3 유형의천부지하수는지하수유동경로가길어짐에따라지질매체와반응하여 Na-HCO 3 유형으로바뀌게된다. Na-Cl 유형은주로해수의영향을받아나타난다. 그러나이러한수질유형별특징은일반적인수리지구화학적조건에서나타나는것으로다양한환경조건에의해수질유형과수질유형별특징이다소다르게나타날가능성이있다. 본연구에서는대량의자료를일반화하여평가하는데목적을두고수질유형을평가하였으며, 수리지구화학적조건에큰차이가없는것으로가정하였다. 2.4 토지이용과지하수수질현황비교분석 매몰지로인한수질영향뿐만아니라조사관정의수질은비료시비, 축산시설등의토지이용에의한영향을받을수있으므로조사관정주변지역의토지이용과수질현황도비교 분석하였다. 조사관정주변지역의토지이용현황은환경부공간정보 DB인토지피복지도를이용하였다. 토지피복지도는지표면의현황을가장잘반영하기때문에지표면의투수율에의한비점오염원부하량산정, 비오톱지도작성에의한도시계획, 환경영향평가등에폭넓게활용되고있다. 토지피복분류는대표적인토지이용 7개항목으로대

5 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 437 분류되며, 중분류는 22개, 세분류는 41개항목으로구성되어있다. 본연구에서는주거지역 ( 농축산지역의시가화 건조지역 ), 농업지역, 산림지역, 초지, 습지, 나지및수역으로분류되어있는대분류항목을이용하였으며, 조사관정주변의주요토지이용과조사결과를비교 분석하여지하수수질현황을분석하였다. 이때조사관정중심으로반경 100 m 내의토지이용면적을검토하여, 가장큰비율을보이는항목을주요토지이용으로결정하였다. 3. 연구결과 2011년 ~2016년분기및반기조사결과를이용하여시기별지하수수질현황, 시기별지하수수질유형변화, 토지이용별수질현황을검토하였다. 또한질산성질소가고농도로검출된지역에대해매몰지와의이격거리별농도변화를검토하였다. 3.1 시기별지하수수질현황과강수량과의관계매몰지주변지하수이용관정의수질현황에대해최소값, 중앙값, 최대값, 평균, 표준편차등기본통계분석을통해서검토한결과수질은조사시기에따라불규칙하게변화하였다. 이러한변화는매몰지의영향이일부반영된것일수있지만, 농촌지역의농경활동변화와함께기타환경인자의영향도있을것으로예상된다. 지하수수질이인위적인 ( 지표 ) 오염원에의한영향을받은경우, 지표오염물질등은강수등에의해지하로유입될가능성이크므로, 강 수량과수질농도현황은밀접한관계가있을것으로판단된다. Lee et al. (2009) 과 Ki et al. (2015) 이농촌지역에서강수량에따라지하수내오염물질의용출량이증가하는것으로보고한바있으므로, 본연구에서도수질현황에영향을줄것으로예상되는기타환경인자중강수량과의관계에대해검토하였다 ( 그림 1). 2011년분석결과를살펴보면, 강수량이증가하는 6~7월에질산성질소농도가함께증가하며, 강수량이감소하는 7~9월에는질산성질소농도도함께감소하는경향을보인다. 이와같이강수량이증가하는시점에질산성질소농도도증가하는경향을보이는시기는 2012년 7월 ~9월, 2013년 8월 ~10월, 2014년 5 월 ~8월, 2015년 5월 ~6월, 8월 ~9월, 2016년 8월 ~9월에도확인할수있다 ( 그림 1). 강수량이증가하는시점에질산성질소의농도증가가확인되는시기는 7월 ~9월, 5월 ~6월등연도별, 월별로차이는있으나대체로 1년중강우가집중되는시기라는공통점을가진다. 집중강수량의기준을 250 mm로설정하여 250 mm 이상인조사시기와그렇지않은시기로구분한후각각조사관정이 50개소이상인시기를그룹화하여강수량과의관계를분석하였다. 분석결과, 강수량이 250 mm 이상인그룹은질산성질소농도와강수량이양의상관관계를보이는것으로나타났으며, 상관계수 (R 2 ) 가 0.70으로통계적으로유의미한상관성을보인다 ( 그림 2). 이는지하수의질산성질소가토지이용으로수반되는비료시비및퇴비사용등다양한활동으로발생하는인위적인지표오염물질등이강수등에의해지하로유 Fig. 1. Temporal trends of NO 3-N (average concentration) vs. precipitation.

6 438 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 입되었을개연성을보여준다. 다만, 2012년 11월등강수량이비교적적은시기에질산성질소농도가높게검출되는현상은관정주변으로제한된국지적인지역특성과재배작물특성등에따른비료시비시기등의환경요소들이복합적으로작용하여나타난결과일가능성이있으므로, 추가적인조사가필요하다. 또한대수층상부지층의투수율이낮을경우강우효과가지연될수있는데 (Ki et al., 2015), 본연구에서전체관정에대한효과는두드러지지않는다 ( 그림 1). 암모니아성질소는강수량과관계없이농도증가가불규칙적이나, 일부강수량이 250 mm 이상으로증가하는시점에농도가감소하는경향이나타났다. 이는강우와함께지하로유입된산소가암모니아성질소를질산성질소로산화시켜암모니아성질소의농도를감소시키고, 질산성질소농도를증가시킨원인일수있다 (Böhlke et al., 2006). 실제강수가집중된 2011년 7월, 2012년 7월에질산성질소농도는증가하지만, 암모니아성질소농도는감소하는것을확인할수있다. 이는강수량-암모니아성질소-질산성질소와의관계를입증하는일부결과이며, 암모니아성질소농도는 2011년 ~2016년 11월까지조사를실시한총 28,628개시료중 80.2% 에해당하는 22,963개에서불검출로처리되어변화경향파악에불확실성이존재한다. 염소이온농도는강수량의변화와관계없이불규칙적인경향을보이며, 강우가 250 mm 이상으로집중되는시기에양또는음의상관성을보여주지않았다. 3.2 지하수수질유형 지하수의수질특성을파악하기위해파이퍼도 (Piper diagram) 를이용하여수질유형을분류하였다 ( 그림 3; 2016년 6월 2차조사의예 ). 2011년부터 2016년까지 1단계매몰지또는암모니아성질소와염소이온이동반검출되어조사를실시한관정은총 5,206개소로서전체조사대상에대한수질유형분류결과 Ca-(Cl+NO 3 ) 유형이 3,335개소 (64.2%) 로가장많았으며, Ca-HCO 3 유형이 1,569개소 (30.2%) 로뒤를이었다. Na-Cl 유형은 221개소 (4.3%), Na-HCO 3 유형은 71개소 (1.4%) 로분류되어 Na-Cl과 Na-HCO 3 유형이차지하는비중은매우작았다. 시기별로살펴보면, 총 31회의조사시기중 19회 (61.3%) 의조사시기에 Ca-(Cl+NO 3 ) 유형이 51.4%~ 100.0% 로, Ca-HCO 3, Na-Cl, Na-HCO 3 유형보다우세하게나타났다. 2011년 9월, 11월, 2013년 7월, (a) For all groups (b) For groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm Fig. 2. Relationship between NO 3-N (average concentration) and precipitation: (a) for all groups and (b) for groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm.

가축매몰지주변관정의지하수수질연구 439 2014년 6월, 11월, 2015년 7월, 9월, 10월, 11월, 2016 년 9월, 10월에해당하는 11회 (35.5%) 의조사시기에는 Ca-HCO 3 유형이 49.0%~72.7% 의범위로우세하게나타났다. Na-Cl, Na-HCO 3 유형은각각 0.6%~ 14.3%, 0.3%~10.

7 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 년 6월, 11월, 2015년 7월, 9월, 10월, 11월, 2016 년 9월, 10월에해당하는 11회 (35.5%) 의조사시기에는 Ca-HCO 3 유형이 49.0%~72.7% 의범위로우세하게나타났다. Na-Cl, Na-HCO 3 유형은각각 0.6%~ 14.3%, 0.3%~10.0% 범위로, Ca-(Cl+NO 3) 유형이나 Ca-HCO 3 유형에비해작은비율을차지하였다. 위의 4가지수질유형중가장우세한 Ca-(Cl+NO 3) 유형과 Ca-HCO 3 유형은서로증가및감소시기가대체적으로반대로나타나는형태를보였다. 수질유형의변화는상호연관성이있는것으로추정되어강수량과의관계를살펴보았다 ( 그림 4). 조사대상관정수가 50개이상인시기중 2011년 ~2013년, 2015년의 Ca-(Cl+NO 3) 유형은해당년도의 5월과 6월에높은비율을보이나, 자연상태의천부지하수유형으로 Fig. 3. An example of Piper diagram for representing groundwater types (June, 2016). (a) Ca-(Cl+NO 3) type (b) Ca-HCO 3 type Fig. 4. Temporal changes in proportion of groundwater types and precipitation: (a) Ca-(Cl+NO 3) type and (b) Ca-HCO 3 type.

8 440 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 추정되는 Ca-HCO 3 유형은 5월과 6월에상대적으로낮은비율로나타났다. 특정시기에 Ca-(Cl+NO 3) 유형이높게나타나는것은해당시기의특정활동이지하수수질에영향을주는것을시사한다. Kang et al. (2001) 과 Lee et al. (2008) 은축분또는비료시비가활발한 4월과 5월에질산성질소등이높은농도를보이는것으로보고한바있어, 비료시비가활발한시기와강수량이증가하는시기가일치하는 5월과 6월에 Ca-(Cl+NO 3 ) 유형이높은비율을보이는현상은축분또는비료시비의영향과강수의영향이반영된결과로판단된다. 반대로, 2011 년 8월과 11월등강수량이감소하는시기에는 Ca- (Cl+NO 3) 유형의비율은감소하는경향을보였다. 본연구에서도강수량이집중되는시기에축산또는비료시비등으로축적된지표오염물질등이강수를따라대수층으로유입되는현상등에의해 Ca- (Cl+NO 3) 유형의비율이높게나타난결과로판단되며, 매몰지주변지역의지하수수질은농경활동으로인한비료시비, 축산활동등에의한축분등이강수의영향을받은것으로판단된다. 그러나본평가결과는전체조사관정의수질유형의비율로실시되어조사관정각각의매몰지영향여부평가에는한계가있을수있다. 한편, 농촌지역지하수에서질산성질소와염소 (a) Whole country (b) Gangwondo (c) Gyeonggido (d) Chungcheongdo (e) Gyeongsangdo (f) Jeollado Fig. 5. Correlation between NO 3-N and chloride concentrations: (a) whole country, (b) Gangwondo, (c) Gyeonggido, (d) Chungcheongdo, (e) Gyeongsangdo, and (f) Jeollado.

가축매몰지주변관정의지하수수질연구 441 이온농도가같은오염원으로부터유래했을경우상관성을보여주므로 (Ki et al., 2015), 본연구에서의조사지역별질산성질소와염소이온과의상관관계를도시해보았다 ( 그림 5). 결과는미약하지만어느정도의상관관계를보여줌으로써두물질이같은오염원으로부터기원했을수있음을나타내고있다. 3.

9 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 441 이온농도가같은오염원으로부터유래했을경우상관성을보여주므로 (Ki et al., 2015), 본연구에서의조사지역별질산성질소와염소이온과의상관관계를도시해보았다 ( 그림 5). 결과는미약하지만어느정도의상관관계를보여줌으로써두물질이같은오염원으로부터기원했을수있음을나타내고있다. 3.3 토지이용별수질현황 2011년부터 2016년까지총 14회에걸쳐분기및반기조사를실시한 23,422개시료의주변지역주요토지이용을분석한결과는표 1과같다. 토지이용형태중농업지역이 70.9%(16,604개소 ) 로가장높은비율을보이며, 그다음으로산림지역이 14.0%(3,271 개소 ), 주거지역이 13.0%(3,048개소 ) 의순이다. 초지, 나지, 습지및수역은각각 1.4%(321개소 ), 0.7%(166), 0.0%(8개소 ), 0.0%(4개소 ) 로전체의 2.1% 로매우작은비율을차지한다. 위분석결과로볼때, 조사대상관정의주요토지이용형태는농업지역, 산림지역, 주거지역임을알수있다. 23,422개조사관정의토지이용형태에따라토지이용별질산성질소, 암모니아성질소, 염소이온의지하수수질현황을비교 분석하였으며, 각항목의지하수수질현황은그림 6와같다. 주요토지이용별지하수수질현황을중앙값을이용하여비교해보면, 질산성질소는주거지역과농업지역에서산림지역보다상대적으로높은값을보이며, 염소이온도질산성질소와마찬가지로주거지역과농업지역에서높다. 암모니아성질소는토지이용별중앙값의차이가미미 Table 1. Number of wells investigated between 2011 and 2016, classified in terms of main land use in the nearby areas. Year Residential area 1 Agricultural area 2 Forest area Grass land Wetland Barren ground Water area ,543 6,852 1, , , , , , , , , , ,006 Total 3,048 16,604 3, ,422 1 Residential area: urbanized area within the agro-livestock area and dry area 2 Agricultural area: farmland, ranch, fish farm, etc Total (a) NO 3-N (b) NH 4-N (c) Chloride Fig. 6. Groundwater qualities of the investigated wells classified in terms of main land use in the nearby areas: (a) NO 3-N, (b) NH 4-N, and (c) chloride. The values indicated in the box plot represent 5% quantile, 25% quantile, median, 75% qauntile, and 95% quantile, respectively, while open circles represent the average values. Note that R, A, F, G, WL, B, and WA represent residential area, agricultural area, forest area, glass land, wetland, barren ground, and water area, respectively.

10 442 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 하다. 주거지역과농업지역에서질산성질소와염소이온이다른토지이용형태보다높은농도를보인것은주거지에서발생되는생활오염물질, 비료시비등의농경활동, 가축사육및분뇨적치등의축산활동등의영향을받은것으로판단된다. 즉, 매몰지에의한영향보다는토지이용으로발생되는다양한활동에의한영향을더크게받는것으로판단할수있다. 이는농촌지역지하수의질산성질소농도가토지이용과밀접한관련이있다는기존의연구와도비슷한결과이다 (Koh et al., 2009; Ki et al., 2015). 지하수수질농도가강우가집중되는시기에주거지역과농업지역에서상관성이높게나타날것으로예상되어토지이용을크게주거농업 ( 주거및농업 ) 과산림등 ( 산림, 초지, 습지, 나지, 수역 ) 지역으로나누어강수량과의상관관계를검토하였고, 주거농업지역과산림등지역의질산성질소농도와강수량과의관계는각각그림 7과그림 8에나타나있다. 전체조사시기를볼때, 주거농업지역의질산성질소농도는강수량과상관성을보이지는않는다. 그러나조사대상관정이 50개소이상인시기만분류하여강수량과의상관성분석을수행한결과, 강수량이 250 mm 이상으로강우가집중된시기에상관계수 (R 2 ) 가 0.62로통계학적으로양의상관성을가지는것으로분석되었다 ( 그림 7). 산림등지역에서의조사시기전체결과를볼때, 질산성질소농도는강수량과상관성을보이지는않는다. 다만, 주거농업지역과마찬가지로조사대상관정이 50개소이상인기간만을분리하여강수량이 250 mm 이상인시기와의상관성분석을수행하면상관계수 (R 2 ) 가 0.79로통계학적으로양의상관성을가지는것으로분석되었다 ( 그림 8). 강우집중시기에전체조사시기보다상관성이높은것은강우집중시기에지하수내지표물질유입현상이지배적으로일어난결과로판단된다. 강우가집중되는시기외에는지하수수질에영향을주는다양한관개, 생활용수사용등의다양한인위적활동이혼재되었을가능성이있다. 전체조사시기를볼때, 주거농업지역과산림등지역에서암모니아성질소농도는강수량과상관성을보이지않았다. 암모니아성질소는대부분 (80.2%) 의시료에서불검출되어강우와명확한상관성을보이지않은것으로판단된다. 염소이온도주거농업지역과산림등지역모두강수량과상관성을보이지않았다. 염소이온은보전성등항목의특성, 다양한기원등에의해강우와연관성이약하게나타났을 (a) For all groups (b) For groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm Fig. 7. Relationship between NO 3-N (average concentration) and precipitation in residential-agricultural area: (a) for all groups and (b) for groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm.

11 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 443 가능성이있다. 3.4 매몰지와의이격거리별농도변화매몰지에서침출수의유출이발생하여주변의지하수이용관정에영향을준다면매몰지로부터가까운관정부터그영향이먼저관측이되고더멀리이격된관정에서는침출수의영향이관측되는시점이늦어질것으로판단된다. 즉, 매몰지로부터의거리가가까운관정에서농도가높고, 멀리떨어진관정에서는낮은농도로관측될것이다. 따라서고농도로검출되는지점에대한원인을분석하기위해조사관정과매몰지와의거리에따른농도분포를검토하였다. 조사지점이비교적고정적인분기및반기조사결과를바탕으로조사관정의매몰지로부터조사대상관정까지의거리를 50 m 단위로분리하고, 거리별질산성질소, 암모니아성질소, 염소이온에대한수질농도를비교하였다 ( 그림 9). 질산성질소의농도평균값과중앙값을살펴보면, 매몰지로부터의이격거리가 50 m 이하에서 150 m 로증가함에따라농도는감소한다. 150 m~200 m 에서는다시증가한후 250 m에서다소감소한후다시증가하는경향을보인다. 암모니아성질소의평 균농도는이격거리증가에따른변화경향을보이지않으며, 염소이온은이격거리가멀어질수록농도가감소하는경향을보였으나, 감소량은최대 2.9 mg/l로미미하다. 위결과를볼때매몰지로부터지하수관정까지의거리가증가함에따라농도가감소하는일정한경향을보이지않으므로, 지하수관정에서의고농도검출은매몰지의영향보다는관정주변의토지이용과같은환경특성에의한영향일가능성이크다. 다만질산성질소와염소이온의평균농도가 50 m 이하그룹에서가장높은값을보여매몰지의영향을의심할수있으나, 매몰지가대부분축산농가내에위치한다는것을고려하면, 축산시설의영향도배재할수없다. 이러한결과는앞서검토한강수량과토지이용의연관성과동일한결과로, 지하수의수질이주변토지이용에영향을받아나타난결과로판단된다. 4. 결론및향후연구조류인플루엔자및구제역발병으로전국적으로조성된가축매몰지로인해주변지하수오염등 2차환경오염에대한우려로국가차원의환경관리대책 (a) For all groups (b) For groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm Fig. 8. Relationship between NO 3-N (average concentration) and precipitation in forest area: (a) for all groups and (b) for groups either with precipitation of >250 mm or <250 mm.

12 444 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 이요구되는상황이다. 이에본연구에서는 2011년부터 2016년까지수행한분기및반기조사결과를종합하여조사시기별수질현황, 수질유형, 토지이용현황등을파악하고강수량과의상관성을검토하였다. 또한관정과매몰지와의이격거리별농도변화를검토하였다. 지하수수질현황과강수량과의관계를검토한결 과, 질산성질소항목은강수량이 250 mm 이상으로증가하는시점에질산성질소의농도증가가통계적으로유의미한양의상관관계를보이는것으로나타났다. 암모니아성질소와염소이온은강수량이증가하는일부시점에농도가감소하는경향을일부보이나, 대체로강수량의변화와상관없이농도증가가불규칙적이었다. 질산성질소의경우주변토지이용으 (a) NO 3-N (b) NH 4-N (c) Chloride Fig. 9. Concentrations of (a) NO 3-N, (b) NH 4-N, and (c) chloride, classified in terms of distance between burial area and the investigated wells. The values indicated in the box plot represent 5% quantile, 25% quantile, median, 75% qauntile, and 95% quantile, respectively, while open circles represent the average values.

13 가축매몰지주변관정의지하수수질연구 445 로수반되는비료시비및퇴비사용등다양한활동으로발생하는인위적인지표오염물질등이강수등에의해지하로유입되었을개연성을보여주나, 관정주변으로제한된국지적인지역특성과재배작물특성등에따른비료시비시기등의환경요소들이복합적으로작용하여나타난결과일가능성이있다. 지하수수질유형을분류한결과 Ca-(Cl+NO 3) 유형과 Ca-HCO 3 유형의비율이가장많이나타났다. 이를강수량과비교하였을때는지표오염의영향을지시하는 Ca-(Cl+NO 3) 유형의비율이비료시비시기와유사한조사시기에높은비율을보이고, 강수량이감소하는기간에비율이감소하는경향을보였다. Ca-(Cl+NO 3) 유형과 Ca-HCO 3 유형의경향을고려할경우, 매몰지주변지역의지하수수질은강우또는농경활동, 비료시비등에영향을받은것으로판단된다. 주요토지이용별지하수수질현황과강수량과의관계를검토한결과는질산성질소는주거지역과농업지역에서산림지역보다상대적으로높은값을보였으며, 염소이온도질산성질소와마찬가지로주거지역과농업지역에서높았다. 암모니아성질소는토지이용별중앙값의차이가미미하였다. 주거지역과농업지역에서질산성질소와염소이온이다른토지이용형태보다높은농도를보인것은주거지에서발생되는생활오염물질, 비료시비등의농경활동, 가축사육및분뇨적치등의축산활동등의영향을받은것으로판단된다. 질산성질소가고농도로검출된지역에대해매몰지와의이격거리별농도변화를검토하였으며, 주변현황자료를검토하여원인을분석하였다. 매몰지로부터지하수관정까지의거리가증가함에따라농도가감소하는일정한경향을보이지않으므로, 지하수관정에서의고농도검출은매몰지의영향보다는관정주변의토지이용과같은환경특성에의한영향일가능성이크다. 현행매몰지주변지역조사대상관정은매몰지필지및이와경계한인접필지내에위치한관정 ( 최근거리 ) 과상수원이용하천등에인접하거나주민이집단적으로거주하는지역에위치한지하수관정을우선고려하여선정한다. 이들항목은가장중요한항목이나, 여기에중요한매몰지의조성 관리현황이나, 침출수현황, 수질모니터링결과등이반영 되지않고, 주변이용관정의경우에도제원이나관리 현황등이고려대상에서종종제외되고있다. 따라서지속관리및조사제외매몰지를선정하기위한점수체계화 (scoring system) 등보다효율적인관리방안검토가필요하다. 또한매몰지로부터이용관정으로의침출수의이동과암모니아성질소 / 질산성질소의변환과정및대수층물질로의흡착등구체적인반응기작에관한연구도향후필요한과제가될것으로생각된다. 사사 본연구는 2016년국립환경과학원의 가축매몰지주변관정수질조사및분석 사업으로진행되었으며, 이에감사드립니다. REFERENCES Böhlke, J.K., Smith, R.L. and Miller, D.N., 2006, Ammonium transport and reaction in contaminated groundwater: Application of isotope tracers and isotopie fractionation studies. Water Resources Research, 42, W05411, doi: /2005wr Cho, J.-S., 2014, A Strategy of Building an Environment- Friendly Disposal System for Animal Carcass. SunChon Natinal University, 150 p. Choi, N.-C., Choi, E.-J., Kim, B.-J., Park, J.-A., Kim, S.-B. and Park, C.-Y., 2013, Characterization of water quality and bacteria of leachate from animal carcass disposal on the disposal lapse time. Economic and Environmental Geology, 46, (in Korean with English abstract). Enviros Aspinwall, 2001, Birkshaw Forest Lockerbie - Groundwater Monitoring Briefing 3 (No. SC C). Enviros Aspinwall, 2003, Birkshaw Forest, Lockerbie: Quarterly Monitoring Report no. 2. Glanville, T.D., 1993, Groundwater impacts of on farm livestock burial. Iowa Groundwater Quarterly, 4, Glanville, T.D., 2000, Impact of livestock burial on shallow groundwater quality. Paper presented at ASAE Mid- Central Meeting, St. Joseph, Missouri (No. MC00-116). Hseu, Z.Y. and Chen, Z.S., 2017, Experiences of mass pig carcass disposal related to groundwater quality monitoring in Taiwan. Sustainability, 9, 46, doi: / su Kang, M. and An, Y., 2013, Behavior of refractory organic matter in leachate from landfill contaminated by foot-andmouth disease. The Journal of Engineering Geology,

14 446 김현구 박선화 황종연 김문수 조훈제 전상호 이강근 진성욱 23, (in Korean with English abstract). Kang, Y.-J., Seo, Y.-J., Lee, D.-H., Choi, C.-L., Park, M. and Choi, J., 2001, The effect of rice farming on the shallow ground water quality. Korean Journal of Environmental Agriculture, 20, (in Korean with English abstract). Ki, M.G., Koh, D.C., Yoon, H. and Kim, H.S., 2015, Temporal variability of nitrate concentration in groundwater affected by intensive agricultural activities in a rural area of Hongseong, South Korea. Environmental Earth Sciences, 74, Koh, D.C., Kim, E.Y., Ryu, J.S. and Ko, K.S., 2009, Factors controlling groundwater chemistry in an agricultural area with complex topographic and land-use patterns in mid-western South Korea. Hydrological Processes, 23, Lee, E.J., Woo, N.C., Lee, B.-S. and Kim, Y.-B., 2008, Variation in nitrate contamination of shallow groundwater in a farmland in Gyeonggi-do, Korea. Economic and Environmental Geology, 41, (in Korean with English abstract). Lee, J.-H., Hamm, S.-Y., Kim, K.S., Cheong, J.-Y., Ryu, S.M., Kim, D.-H. and Kim, H.J., 2009, Evaluation of groundwater quality using factor analyses and agrochemicals in an agricultural area. Economic and Environmental Geology, 42, (in Korean with English abstract). Ministry of Environment, 2010, Environmental Investigation Guidelines for Carcass Burial Area. Ministry of Environment, 2013, Environmental Investigation Guidelines for Carcass Burial Area. Ministry of Environment, 2015, Environmental Investigation Guidelines for Carcass Burial Area. Nam, K.H., Lee, H.Y., Kim, G.H. and Jeong, G.C., 2015, Estimation of groundwater contamination and pumping capacity for purification in animal carcass deposal site. The Journal of Engineering Geology, 25, (in Korean with English abstract). Park, J.-A., Choi, N.-C. and Kim, S.-B., 2013, Analysis of microbial communities in animal carcass disposal soils. Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 35, (in Korean with English abstract). Ritter, W.F. and Chirnside, A.E.M., 1995, Impact of dead bird disposal pits on ground-water quality on the Delmarva Peninsula. Bioresource Technology, 53, UK Environment Agency, 2001, Summary of the Water Quality Monitoring Undertaken at the Epynt Burial and Burn Sites from 1st April to 31st August Yuan, Q., Snow, D.D. and Bartelt-Hunt, S.L., 2013, Potential water quality impacts originating from land burial of cattle carcasses. Science of the Total Environment, 456, Received : April 17, 2017 Revised : May 11, 2017 Accepted : May 12, 2017

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03-서연옥.hwp 농업생명과학연구 49(4) pp.31-37 Journal of Agriculture & Life Science 49(4) pp.31-37 Print ISSN 1598-5504 Online ISSN 2383-8272 http://dx.doi.org/10.14397/jals.2015.49.4.31 국가산림자원조사 자료를 적용한 충남지역 사유림경영율 추정 서연옥