지질학회지제 50 권제 4 호, p. 517-528, (2014 년 8 월 ) J. Geol. Soc. Korea, v. 50, no. 4, p. 517-528, (August 2014) DOI http://dx.doi.org/10.14770/jgsk.2014.50.4.517 ISSN 0435-4036 (Print) ISSN 2288-7377 (Online) 국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 윤상웅 1 최현미 1,2 이진용 1, 1 강원대학교지질학과 2 한국환경공단지하수관리팀 요약 서울, 부산, 대구, 인천, 대전및울산 6 개의대도시를대상으로도시화에따른지하수위및수질특성에대해비교 분석하였다. 2001 년부터 2011 년까지 6 개대도시의지하수위는불투수성지표면증가및지하시설지하수유출등과같은여러가지도시화요인으로인한지하수위변동이많이발생하였으며도시외곽보다지하수위가낮았다. 6 개대도시의지하수주오염원은총대장균군 (coliform) 과질산성질소 (NO 3-N) 였다. 특히인천은대도시중염소이온 (21,120 mg/l) 및전기전도도 (49,400 μs/cm) 가가장높은염지하수의영향이나타났다. 그외각대도시는공단을중심으로휘발성유기화합물 (TCE, PCE), 중금속류 (Hg, Cr 6+, As, Cd) 및 CN 의오염물질이일부지점에서기준치를초과하였으나그검출빈도는매우낮았다. 주요어 : 대도시, 도시화, 지하수위, 지하수오염, 지하수질 Sang Woong Yun, Hyun-Mi Choi and Jin-Yong Lee, 2014, Comparison of groundwater levels and groundwater qualities in six megacities of Korea. Journal of the Geological Society of Korea. v. 50, no. 4, p. 517-528 ABSTRACT: This study was conducted to compare groundwater levels and groundwater qualities among six megacities such as Seoul, Busan, Daegu, Incheon, Daejeon, Ulsan in Korea. To this end, groundwater levels (2001-2011) and groundwater qualities monitoring data (2001-2010) were obtained from the Korea National Groundwater Monitoring Stations. Groundwater levels in the six megacities were affected by impermeable pavement, subway and well pumping. Due to the urbanization effects, groundwater levels in the megacities were lower than those found in the outskirts. Coliform and NO 3-N were the major groundwater contaminants in the megacities. In particular, groundwater in Incheon showed elevated Cl concentrations (21,120 mg/l) and electrical conductivities (49,400 μs/cm), indicating the infiltration of seawater and salinized river water. Detection frequency of TCE, PCE, heavy metal (Hg, Cr 6+, As, Cd) and CN contamination were low in the six megacities. Key words: megacities, urbanization, groundwater level, contamination, quality (Sang Woong Yun, Hyun-Mi Choi and Jin-Yong Lee, Department of Geology, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Republic of Korea; Hyun-Mi Choi, Groundwater Management Team, Korea Environment Corporation, Incheon 404-508, Republic of Korea) 1. 서론우리나라는 1960~1990년대 한강의기적 이라불리며고도의경제성장을이루었다. 이와함께경제인구증가와도시의팽창이급격하게진행되었다. 그러나이와같은급격한경제발전과더불어여러가지부작용도발생하였다. 그중도시화로인해각대도시의지하수는양과질에있어서큰영향을받기시작하였다. 수리지질학적관점에서도시화는자 연녹지및농지의감소와도로, 택지, 주거지, 주차장등불투수성지표면 (impermeable pavement) 의증가를의미한다 (Lee and Koo, 2007; Lee et al., 2012). 이로인해강우시침투량이감소하여농촌지역에비해도시지역의지하수함양량 (groundwater recharge) 은감소하고지표유출 (surface runoff) 이증가한다 (Yun et al., 2013). 더불어지하철및고층건물의인위적인지하수유출 (artificial groundwater discharge) 과무분별한지하수양수 (groundwater Corresponding author: +82-33-250-8551, E-mail: hydrolee@kangwon.ac.kr
518 윤상웅 최현미 이진용 pumping) 는지하수위강하, 지하수개발가능량감소, 지반붕괴등발생우려가된다. 반면에상수도관 (waterworks pipelines) 에서누수가발생하여일부지역에서는지하수위가오히려상승하기도한다 (Lawrence et al., 1998; Lee and Koo, 2007). 대도시의지하수오염에대한최근여러연구결과, 대도시는다양한오염원에대해매우취약한상태인것으로나타났다 (Lee et al., 1997; Cho, 2001; Lee et al., 2002). 도시내존재하는매립지, 낡은하수도, 주유소, 세탁소, 공장에서배출되는다양한유기화합물 (TCE, PCE) 과각종염류 (NO 3-N, Cl) 가도시지하수를오염시킨다 (Lee and Koo, 2007). 그동안국내에서는도시화영향으로지하수시스템변화에대한연구가수행된바있지만 (Lee et al., 1997; Kim and Lee, 1999; Lee and Koo, 2007; Lee et al., 2007; Cho and Kim, 2009; Chung, 2010; Lee and Han, 2013) 국내 6개대도시대상으로지하수위및지하수질에대해비교 분석한연구는드문편이다. 본연구의목적은 6개의대도시 ( 서울, 부산, 대구, 인천, 대전, 울산 ) 를대상으로도시화에따른지하수사용량, 지하수위및수질특성에대해비교 분석하였다. 2. 연구지역및방법 2.1 연구지역연구지역은서울, 부산, 대구, 인천, 대전, 울산으로 6개대도시이다 ( 그림 1). 6개대도시들중대한민국수도인서울은한국의북서부에위치하고있다. Fig. 1. Location of the six studied metropolitan cities (Seoul, Busan, Daegu, Incheon, Daejeon, Ulsan) and locations of groundwater monitoring stations (wells).
국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 519 서울의연평균기온은 12.5 이고 1960 년부터 2010 년까지 51년간연평균강수량은 1,413.0 mm이고여름철 (6 8월) 강수량은 892.1 mm로연강수량의 61%, 겨울철 (12 2월) 강수량은 67.4 mm로연강수량의 5% 이다 (KMA, 2013). 남해와접하고있는부산은남동부에위치하고있다. 부산의연평균기온은 14.7 이고연평균강수량은 1,519.1 mm이며여름철평균강수량은 778.6 mm, 겨울철평균강수량은 106.9 mm이다 (KMA, 2013). 인천은한반도의중앙부서해연안에위치하고있다. 인천의연평균기온은 12.1 이고연평균강수량은 1,234.4 mm이다. 여름철에는연평균강수량의 58% 에해당하는 717.4 mm가, 겨울철에는연평균강수량의 5% 에해당하는 60.7 mm가내린다 (KMA, 2013). 경상북도중남부내륙에위치하고있는대구의연평균기온은 14.1 이며연평균강수량은 1,064.4 mm이다. 이중여름철강수량은 602.5 mm로연강수량의 57% 이고, 겨울철강수량은 63.7 mm로연평균강수량의 6% 이다. 대전은내륙중앙지역에위치하고있으며연평균기온은 13.0 이며연평균강수량은 1,458.7 mm이다. 이중여름철강수량은 776.5 mm로연강수량의 53% 이고, 겨울철강수량은 97.7 mm로연평균강수량의 7% 이다 (KMA, 2013). 마지막으로한반도의남동부에위치하고있는울산은남해와동해에접하고있으며연평균기온은 14.1, 연평균강수량은 1,227.1 mm이다. 이중여름철강수량은 649.4 mm로연강수량의 53% 이고, 겨울철강수량은 99.9 mm로연평균강수량의 8% 이다 (KMA, 2013). 그림 2는각도시별면적및인구변화를보여준다. 서울은 1960년부터 1961년까지도시면적 268 km 2 이었지만 1963년에는 1961년에비해면적이 613 km 2 로약 2.3배급증하였다. 이후 2010년 (605 km 2 ) 까지도시면적은약간의증가및감소변화를보인다. 또한서울의인구수는 1960년부터 1992년까지증가세를보여주지만 1993년 (1,093만명) 기점으로인구수는약간의증가및감소변화를보인다. 마찬가지로인구밀도도도시면적이거의일정한상태에서인구유입이증가하여 1992년 (18,120명/km 2 ) 까지빠른증가를보여주며이후일정하게약간의증가및감소변화를보인다 (Seoul City, 2013). 부산은 1960년도시면적은 219 km 2 이었고이후지속적으로도시외곽으로확장하여 2010년에는 767 km 2 에이르렀다. 도시인구수는 1960년부터 1990년 Fig. 2. Population, density and area of the six studied cities for 1960-2010.
520 윤상웅 최현미 이진용 까지꾸준히증가하다가 1991년 (389만명) 이후거의변화가없었다. 반면인구밀도는 1960년부터 1988 년까지도시면적증가량보다인구유입량이커가파른상승을보이다가 1989년 (7,330명/km 2 ) 기점으로인구유입량보다도시면적증가량이역전되어급격히감소하는변화를보였다 (Busan City, 2013). 대구는 1960년부터 1980년까지도시면적 (178 km 2 ) 이거의증가하지않다가 1981년 (454 km 2 ) 과 1995년 (885 km 2 ) 에크게팽창되었다. 도시인구수는지속적으로증가했지만인구밀도는 1981년과 1995년의도시확장으로인해급격히낮아졌다 (Daegu City, 2013). 인천은 1960년부터 1971년까지도시면적 (166 km 2 ) 로일정하게유지하다가 1989년 (313 km 2 ) 과 1995년 (955 km 2 ) 에두차례크게확장되었다. 그이후도시면적은 2010년 (1,029 km 2 ) 까지계속증가하였다. 도시인구수는 1960년 (40만명) 부터 2010년 (281만명) 까지꾸준히증가세를보이지만인구밀도는도시화의영향으로인해 1989년 (5,600/km 2 ) 과 1995년 (2,470/km 2 ) 에크게감소하는양상을보였다 (Incheon City, 2013). 대전은 1960년 (36 km 2 ) 부터 1982년 (87 km 2 ) 까지도시면적이증가하였다가 1983년 (204 km 2 ) 과 1989년 (537 km 2 ) 두차례크게확장하였다. 그이후인천의도시면적 (540 km 2 ) 은거의변화하지않았다. 도시의인구수는 1960년 (23만명) 부터 2008년 (277만명) 까지꾸준히증가를보인다. 반면인구밀도는 1983년 (3,920/km 2 ) 과 1989년 (1,960/km 2 ) 두차례의도시면적확장영향으로크게감소하였고 1990년부터는도시면적이변화가없었기때문에인구수와함께계속증가세를보였다 (Daejeon City, 2013). 마지막으로울산은 1960년 (1,004 km 2 ) 부터 2009년 (1,058 km 2 ) 까지도시면적이거의변화가없었다. 도시의인구수는 1960년 (21만명) 부터 2009년 (113만명) 까지꾸준한증가세를보였고더불어인구밀도도같이증가하는양상을보였다 (Ulsan City, 2013). 경제발전과함께많은인구의유입으로대도시는도시화가빠르게진행되었다. 그림 3과표 1은최근각도시별로전체토지이용률과불투수성지표면이차지하는비율을나타냈다. 서울에경우 2012년기 Fig. 3. Areal proportion of land uses in the studied cities.
국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 521 Table 1. Proportions of pavement in six cities. Pavement area (km 2 ) Proportion (%) Seoul 330.1 54.5 Busan 196.3 25.6 Daegu 170.4 19.3 Incheon 197.4 19.2 Daejeon 122.0 22.6 Ulsan 132.9 12.6 Average 191.5 25.6 준으로총도시면적 (605 km 2 ) 중거주 (39.7%), 녹지 (36.6%), 교통 (14.1%), 농업 (4.6%), 산업 (0.8%) 및기타 (4.1%) 의토지이용률순으로나타났다. 이중전체도시면적에대한불투수성지표면이차지하는비율은 54.5%(330.1 km 2 ) 로 6개대도시중가장높은비율을보였다 (Seoul City, 2013). 부산은 2010 년기준으로총도시면적 (767 km 2 ) 중녹지 (55.6%), 거주 (14.9%), 농업 (14.9%), 교통 (7.2%), 산업 (3.5%), 기타 (4.0%) 순으로나타났다. 전체도시면적에대한불투수성지표면이차지하는비율은 25.6%(196.3 km 2 ) 로 6개도시중 2번째로높았다 (Busan City, 2013). 이밖에대구, 인천, 대전, 울산중대구는 2010년기준으로총도시면적 (884 km 2 ) 중녹지 (63.1%), 농업 (15.5%), 거주 (10.2%), 교통 (6.3%), 산업 (2.8%), 기타 (2.1%) 순으로나타났고전체불투수성지표면이차지하는비율은 19.3%(170.4 km 2 ) 이다 (Daegu City, 2013). 인천은 2010년기준으로총도시면적 (1,029 km 2 ) 중녹지 (45.8%), 농업 (27.4%), 거주 (9.6%), 교통 (6.8%), 기타 (7.6%), 산업 (2.8%) 순으로나타났고전체불투수성지표면이차지하는비율은 19.2%(197.4 km 2 ) 이다. 대전은 2008년도기준으로총도시면적 (540 km 2 ) 중녹지 (63.0%), 주거 (13.3%), 농업 (13.2%), 교통 (7.4%), 산업 (1.9%), 기타 (1.2%) 순이다. 전체불투수성지표면차지하는비율은 22.6%(122.0 km 2 ) 이다 (Daejeon City, 2013). 마지막으로울산은 2008년도기준으로총도시면적 (1,058 km 2 ) 중녹지 (70.6%), 농업 (15.4%), 산업 (4.6%), 거주 (4.4%), 교통 (3.6%), 기타 (1.5%) 순이다. 전체불투수성지표면차지하는비율은 6개도시중가장낮은 12.6%(132.9 km 2 ) 이다 (Ulsan City, 2013). 2.2 연구방법본연구에서는 1996년부터 2009년까지각대도시의지하수총사용량 ( 생활용, 공업용, 농업용, 기타용 ) 과지하수관정개수자료를국가지하수정보센터 (GIMS) 에서수집하였다. 더불어 2001년부터 2010 년까지각도시별내 외곽에위치한국가지하수관측망 ( 암반관측정및충적관측정 ) 과보조지하수관측망의수위자료를수집하였다 (GIMS, 2013). 그러나각지역마다그측정시기가다르고연속적이지않기때문에 2001년부터 2010년까지연속된지하수위관측자료가부족하였다. 따라서이들 6개대도시의지하수위관측자료가없는해당년도를제외한지하수위자료를이용하였다. 한편지하수질자료는각도시에위치한지하수수질측정망에서 2001년부터 2010년까지연 2회 ( 상반기 4~5월, 하반기 9~10월 ) 측정된자료를이용하였다. 총 20개측정항목중연구에이용된수질자료는일반오염물질인수소이온농도 (ph), 총대장균군 (coliform), 질산성질소 (NO 3-N), 염소이온 (Cl) 과특정유해물질인카드뮴 (Cd), 비소 (As), 시안 (CN), 수은 (Hg), 6가크롬 (Cr 6+ ), 납 (Pb), 트리클로로에틸렌 (TCE), 테트라클로로에틸렌 (PCE), 1.1.1-트리클로로에탄 (1.1.1 TCA), 및전기전도도 (EC) 로총 14개항목이다. 이자료는환경부에서수집하였다 (ME, 2012). 본연구는각도시의지하수사용량, 관정개수, 지하수위및지하수질자료를사용하여각도시별지하수의특성을비교 분석하였다. 3. 결과및토의 3.1 지하수이용통계그림 4는각도시별 1996년부터 2009년까지연간지하수사용량및관정개수의변화이다. 연간지하수사용량및관정개수는각도시특성에따라다른변화양상을보였다. 서울의경우 1996년부터 2009 년까지지하수사용량과관정개수은인구수및도시면적이일정함에도불구하고계속감소하였다 ( 그림 4a). 이는도시의상수도시설및관망등이점차확충됨에따라생활용지하수사용량은점차감소한것으로보인다 (Lee and Koo, 2007). 공업용수사용량이감소한것은정부의엄격한지하수개발의규제로일부산업이지방도시로계속이전하였기때문
522 윤상웅 최현미 이진용 이다 (Kim et al., 2011). 인천은인구유입과급격한도시확장으로지하수사용량과관정개수가함께증가하는상관성을보여준다 ( 그림 4d). 또한 2001년기점으로생활용수와더불어농업용수는지하수사용량의대부분을차지한다. 이는앞서언급한각도시별토지이용률에서인천은농업용지 27.4% 로가장높았으며이에생산비용을절감위해상수도보다지하수를더많이사용한것으로사료된다. 부산의지하수사용량은 6개도시중가장높았고관정당평균양수량또한 1999년에약 85 m 3 / 년으로가장많았다. 그러나지하수사용량은 1997년이래로점차감소하였으며특히 2002년에는연간지하수사용량이전년대비약 33% 감소하였다 ( 그림 4b). 이는도시개발초기때지하수의존이높았지만 1995 년도시면적이큰확장및상수도시설확충과함께인근도시로의인구유출로지하수사용량이줄어든것으로분석된다. 대구또한부산과비슷한감소경향성을보였다. 2001년기점으로전년대비약 36% 로크게감소하였다 ( 그림 4c). 그이후전반적으로생활용수가감소로인해전체지하수사용량이감소경향을보이는반면이기간에관정개수는오히려소폭으로증가를하였다. 관정개수의증가는인구 유입으로인한것으로분석된다. 대전은지하수사용량평균 39만 m 3 / 년으로거의변화없는경향을보이지만 1998년에관정개수가급증하였다 ( 그림 4e). 이는급격한도시확장이빠르게진행되는것에비해인구유입량이적어발생한것으로판단된다. 울산은꾸준한인구유입증가에따라지하수사용량과관정개수도증가하였다 ( 그림 4f). 도시의관정은거의대부분생활용으로인구가증가와함께지하수사용량도증가한것으로판단된다. 3.2 지하수위그림 5는각도시내 외곽에위치한국가지하수관측망과보조지하수관측망의 2001년부터 2010년까지의지하수위변동기록이다. 서울의경우도시외곽에위치한 4개지하수관측소는평균지하수위 6.00 m이며계절적변화 ( 강수량 ) 에따라안정적인지하수위변화를보였다 ( 그림 5a). 그러나도심내 3개지하수관측소는평균지하수위 18.78 m이고계절적변화와다른변동및급격한수위강하가나타나전반적으로불규칙한지하수위변동을보였다. 특히, 서울지하철 4호선에서불과 180 m 떨어진지하수관측소 ( 사당동 ) 는가장큰변동폭을보였으며 2005년 Fig. 4. Groundwater use and number of wells in the studied cities for 1996-2010.
국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 523 9월에심도 65.79 m까지급감하였다. 부산도서울과비슷한지하수위변동양상이나타났다 ( 그림 5b). 도심외곽에위치한 2개지하수관측소는평균지하수위 10.01 m이며계절에따라안정적인변화를보였다. 반면도심내 6개관측소는평균지하수위 20.61 m이고그중 5개관측소는불규칙한수위변동및급격한수위강하를보였다. 이중 3개관측소 ( 거제 1 동, 거제 2동, 연산 9동 ) 는대학교및경기장등대형건물인근에위치하고있으며 2010년 5월에는최저수위인심도 41.47 m까지급감하였다. 또한도심지역의 2개관측소 ( 연산 5동, 연산 6동 ) 는부산지하철 1호선과 3호선에인접하여있었다. 도심에위치하고 있는동대신관측소는계절에따라규칙적으로변동하였지만도시외곽에비하여수위가매우낮았다. 대구의도시내 외곽지하수는전반적으로계절의변화에따른지하수위변동양상이유사하였다. 하지만도심지하수위는 7.67 m로도시외곽평균지하수위 4.04 m보다낮게형성되어있었다 ( 그림 5c). 또한도심지역의지하수위는 2006년 9월부터 2007 년 8월까지급격히하강후예전보다낮은지하수위를유지하다가회복하는것으로나타났다. 인천의도심지하수관측소 3개는평균지하수위 5.78 m이며그중만수동관측소는비교적녹지지역에위치하고있으며규칙적인계절적수위변동양상이나타 Fig. 5. Groundwater levels (depth to water) for 2001-2011 at the groundwater monitoring wells.
524 윤상웅 최현미 이진용 Table 2. Levels of ph, coliform, NO 3-N, Cl and EC of groundwater for 2001-2010. Parameter Seoul Busan Daegu Incheon Daejeon Ulsan ph (SU) Coliform (CFU/100 ml) NO 3-N Cl - EC (μs/cm) a Number of data b Maximum c Minimum d Average e Median 2390 a 2363 3461 1165 960 1085 8.7 b 8.5 9.2 8.6 8.6 8.5 5.2 c 4.6 5.8 3.7 5.9 5.7 7.2 d 7.1 7.4 7.0 7.1 7.3 7.2 e 7.1 7.4 7.0 7.0 7.4 2389 1791 2582 1178 818 906 22000 3500 3000 12000 1300 2300 0 0 0 0 0 0 44.3 29.6 22.5 96.0 11.1 26.6 0 0 0 0 0 0 2375 2324 3506 1147 940 1037 507.0 95.0 22.1 109.0 37.3 22.9 0 0 0 0 0 0 5.6 54.3 2.1 5.6 3.2 2.6 4.4 2.9 1.1 3.8 2.0 1.3 2387 2343 3444 1168 952 1079 497.0 953.0 506.0 21120.0 180.0 1003.0 1.0 0.6 0.2 1.0 0.2 0.3 48.1 51.7 53.4 188.0 23.6 36.0 44.0 37.4 47.5 47.0 19.0 24.9 397 843 1087 260 475 574 1500.0 2645.0 2906.0 49400.0 1095.0 4940.0 6.4 6.8 11.0 39.0 13.3 45.0 523.0 438.0 669.0 1456.0 305.0 449.0 517.0 377.0 600.0 463.0 273.0 392.0 났다. 반면주거지역에위치하고있는연수동의심부관측정과천부관측정은지하수위가불규칙하게변동했다 ( 그림 5d). 대전의 9개도심관측소의평균지하수위 (33.87 m) 는 2개도시외곽관측소의평균지하수위 (7.93 m) 보다더낮게형성되어있으며일시적인급격한수위변동이있었다 ( 그림 5e). 울산의경우외곽에위치한 5개관측소는평균지하수위 3.21 m이고안정적인변화양상이나타나고있는반면도심주거지역에위치한도심관측소는평균지하수위 43.54 m로매우불규칙한지하수위변동양상 을보인다. 2007년 8월에심도는 75.16 m로지하수위가가장낮게나타났다 ( 그림 5f). 6개도심지역의지하수위전반적인특성을정리하면도시외곽에비해지하수위가낮게형성되어있으며불규칙적으로변동한다는것이다. 도심지역지하수의불규칙적인변동양상은일반적으로지하수과잉채수 ( 생활용수, 공업용수 ) 및각종시설물에서의인위적양수등복합적요인에의해나타날수있다 (Lee and Koo, 2007). 6개의도시중지하철지하수유출량은서울 8개노선의경우 3,498만 m 3 / 년,
국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 525 Table 3. Concentrations of TCE, PCE and 1.1.1 TCA of groundwater for 2001-2010 (1.1.1 TCA: 2004-2010). Parameter Seoul Busan Daegu Incheon Daejeon Ulsan TCE PCE 1.1.1 TCA a Number of data b Maximum c Minimum d Average e Median 2416 a 2367 3506 1176 962 1083 3.444 b 4.501 1.861 1.001 0.172 0.100 0.000 c 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0049 d 0.0097 0.0019 0.0065 0.002 0.0009 0.000 e 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2416 2367 3506 1174 962 1083 0.475 0.026 0.045 0.060 0.017 0.018 0.001 0.0001 0.0001 0.0005 0.0002 0.0001 1803 1652 2496 885 669 760 0.110 0.039 0.006 0.078 0.015 0.010 0.0006 0.0001 0.000 0.0011 0.0001 0.0001 부산 4개노선의경우 548만 m 3 / 년으로지하철주변의지하수위강하에많은영향을주는것으로알려져있다 (Chung, 2010; Chung et al., 2012). 또한대형건물의지하공간은지속적인유지관리를위해인위적인지하수유출을한다. 이영향으로건물주변지하수위는일시적인수위강하및낮은지하수위가형성될가능성이있다.(Hurst and Wilkinson, 1986). 특히도심지는도로포장및주거지역밀집으로불투수층이넓게형성되어있다. 또한강우가하수도로대부분빠져나가기때문에강우가지하수로함양되기어려운조건을가지고있다. 따라서도심지역의지하수의사용량에비해지하수의함양량이매우부족하기때문에지하수위가낮게형성된것으로보인다. 그러나도시화가진행되면서상하수도의누수로인한지하수함양량의순증가와산업지역이전에따른지하수의사용량의감소의영향으로오히려지하수위가상승한외국대도시사례도있다 (UKDoE, 1992; Lawrence et al., 1998; Galloway, 2001). 3.3 지하수질 2001년부터 2010년까지각도시별지하수의수소이온농도 (ph), 총대장균군 (coliform), 질산성산소 (NO 3-N), 염소 (Cl) 및전기전도도 (EC) 를표 2에정리하였다. 도시별평균수소이온농도는 7.0~7.4로중성내지약알칼리성환경이었다. 총대장균군은각도시별평균이 11.1~44.3/100 ml로비음용생활용수기준치 (5,000/100 ml) 를초과하지않았다. 그러나서울과인천의총대장균군최대값은각기준치의 5.5배와 2.5배초과하였다. 부산을제외한 5개도시의평균질산성질소는 2.1~5.6 mg/l로비음용생활용수기준치 (20 mg/l) 를초과하지않았지만질산성질소의최대값은 6개도시들모두초과를하였다. 특히부산은평균질산성질소 54.3 mg/l로기준치의 2.7배초과하였다. 수질기준을초과한서울, 부산, 인천은상대적으로인구수및인구밀도가높고낡은정화조및하수관균열로생활하수및오폐수등이지하로침투하여총대장균군과질산성질소의오염이높게나타난것으로판단된다 (Eiswirth and Hotzl,
526 윤상웅 최현미 이진용 Table 4. Concentrations of metal ions and CN of groundwater for 2001-2010. Parameter Seoul Busan Daegu Incheon Daejeon Ulsan Hg Pb Cr 6+ As Cd CN a Number of data b Maximum c Minimum d Average e Median 2417 a 2367 3506 1176 962 1083 0.000 b 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 c 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 d 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 e 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2417 2367 3506 1176 962 1083 0.040 0.000 0.070 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0001 0.000 0.000 0.000 2417 2367 3506 1176 962 1083 0.000 0.000 1.180 4.000 0.010 0.000 0.000 0.000 0.0003 0.0034 0.000 0.000 2417 2367 3506 1176 962 1083 0.050 0.048 0.047 0.030 0.034 0.188 0.0003 0.0011 0.0001 0.0003 0.0004 0.0022 2417 2365 3506 1176 962 1082 0.005 0.030 0.007 0.006 0.008 0.000 2416 2367 3506 1176 962 1083 0.000 0.000 0.002 0.000 2.000 0.009 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0022 0.000 1997; Won et al., 2004). 각도시별평균염소이온농도는평균 23.6~188.0 mg/l였으며인천은 6개도시중평균값과최대값이가장높았다. 또한인천은염소이온뿐만아니라평균전기전도도가 1,456 μs/cm, 최대전기전도도가 49,400 μs/cm로다른도시에비 해매우높았다. 따라서일반적인도시지역에서의염소이온은생활하수, 도로제설염이오염원이지만인천의경우도심지하수과잉양수로해수침입에의한염지하수의영향이있는것으로사료된다 (Chung et al., 2012).
국내 6 개대도시의지하수수위및수질특성비교 527 표 3은 2001년부터 2010년까지각도시별특정유해물질인트리클로로에틸렌 (TCE), 테트라클로로에틸렌 (PCE), 1.1.1-트리클로로에탄 (1.1.1 TCA) 의농도이다. 이들항목은오염우려지역으로분류된공업단지등에서분석하는항목이다. 6개도시의 TCE, PCE, 1.1.1 TCA 평균농도범위는각 0.0009~0.0097 mg/l, 0.0001~0.001 mg/l, 0.000~0.0011 mg/l로비음용생활용수기준을초과하지않았다. 그러나각도시별로최대 TCE, PCE 농도값이기준치이상으로초과한사례가있다. 이는오염우려지역인공단, 저장탱크주변및세탁소등에서배출된 TCE 및 PCE가지하수에유입되어검출된것으로분석된다. 표 4는 2001년부터 2010년까지각도시별각종중금속및 CN의농도이다. 서울을제외한대도시중부산은카드뮴 0.03 mg/l, 대구는크롬 1.18 mg/l, 인천은크롬 4.0 mg/l, 대전은시안 2.0 mg/l, 울산은비소 0.188 mg/l로비음용생활용수기준에초과된것으로나타났다. 즉각도시의지하수는일시적으로중금속에노출된바가있으며측정망인근의공단폐수등으로인해발생했을것으로판단된다. 4. 결론본연구는국내 6개대도시국가지하수관측망및보조지하수관측망의수위자료와지하수수질측정망의수질자료를이용한도시별지하수위및수질특성을분석 비교하였다. 도심의지하수위는불투수성지표증가, 지하철지하수유출그리고지하수양수등도시화요인으로인한영향을받으며본연구의각도시별지하수위자료는도시외곽보다낮은지하수위형성및불규칙한지하수위변동을보였다. 한편도시별수질자료분석결과, 6개대도시의주지하수오염원은총대장균군, 질산성질소였다. 특히인천은대도시중 Cl 및 EC가가장높게나타나염지하수의영향이있는것으로판단된다. 그외공단을중심으로휘발성유기화합물 (TCE, PCE), 중금속류 (Hg, Cr 6+, As, Cd) 및 CN의오염물질이검출되었지만검출빈도는매우낮았다. 이는폐수처리및하수도관리부실로오염물질누출이발생한것으로사료되며주기적인관리가필요하다. 본연구는비교적제한적인자료로 6개도시의지하수특성을분석하였다. 따라서향후연구에서는 도시의수리지질학적특성및정량적인영향요소별자료를추가한도시화영향분석이수행되어야할것이다. 사사 본논문은환경부 토양지하수오염방지기술개발사업 (173-092-010) 에서지원받았습니다. 건설적인심사의견을주신공주대구민호교수님, 부산대함세영교수님, 정훈영교수님그리고익명의심사위원님께감사드립니다. REFERENCES Busan City, 2013, Homepage of Busan City (http://www. Busan.go.kr). Accessed on April 7, 2013. Cho, B.W., 2001, Hydrogeological characteristics of the groundwater resources in the Busan area, Korea. Ph.D. thesis, Kyungpook National University, pp. 127-132 (in Korean with English abstract). Cho, H.J. and Kim, J.M., 2009, Three-dimensional numerical simulation of impacts of urbanization on groundwater flow and salt transport in a coastal aquifer, Suyeong-Gu, Busan, Korea. Journal of Soil and Groundwater Environment, 14(6), 1-18 (in Korean with English abstract). Chung, S.Y., 2010, Groundwater obstructions and Countermeasures for groundwater discharge from subway in Seoul, Korea. Journal of the Geological Society of Korea, 46(1), 61-72 (in Korean with English abstract). Chung, S.Y., Kim, T.H. and Park, N.S., 2012, The influence of the surrounding groundwater by groundwater discharge from the subway tunnel at Suyeong district, Busan city. Journal of Soil and Groundwater Environment, 17(2), 28-36 (in Korean with English abstract). Daegu City, 2013, Homepage of Daegu City (http://www. Daegu.go.kr). Accessed on April 9, 2013. Daejeon City, 2013, Homepage of Daejeon City (http:// www. Daejeon.go.kr). Accessed on April 8, 2013. Eiswirth, M. and Hotzl, H., 1997, The impact of leaking sewers on urban groundwater. Proceedings of the 27th congress on Groundwater in the urban environment, Nottingham UK, September 21-27, P. 399-404. Galloway, A., 2001, Londons' rising groundwater. WS2001, GARDIT (General Aquifer Research and Investigation Team). GIMS (Integrated Groundwater Information Service),
528 윤상웅 최현미 이진용 2013, Homepage of GIMS (http://www.gims.go.kr). Accessed on May 21, 2013. Hurst, C.W. and Wilkinson, W.B., 1986, Rising groundwater levels in cities. Geological Society, Engineering Geology Special Publications 1986, 3, 75-80. Incheon City, 2013, Homepage of Incheon City (http:// www. Incheon.go.kr). Accessed on April 8, 2013. Kim, Y.Y. and Lee, K.K., 1999, GIS application to urban hydrogeological analysis of groundwater system in Seoul area. The Journal of GIS Association of Korea. 7(1), 103-117 (in Korean with English abstract). Kim, H., Jeon, W.H., Lee, J.Y. and Lee, K.K., 2011, Urbanization and groundwater condition in a metropolitan city of Korea: implication for sustainable use. Earth Resources Research, 25, 1-24. KMA (Korea Meteorological Administration), 2013, Homepage of KMA (http://www.kma.go.kr). Accessed on April 15, 2013. Lawrence, A.R., Morris, B.L. and Foster, S.S.D., 1998, Hazards induced by groundwater recharge under rapid urbanization, In: J.G Maunds and M. Eddleston (eds.), Geohazards in Engineering Geology, Engineering Geology Special Publications, No. 15, Geological Society of London, P. 319-328. Lee, B.S., Hong, S.W., Kang, H.J., Lee, J.S., Yun, S.T. and Nam, K., 2012, Groundwater recharge and discharge in the urban-rural composite area. Journal of Soil and Groundwater Environment, 17(2), 37-46 (in Korean with English abstract). Lee, I.H., Lee, J.Y. and Kim, T.K., 1997, Geochemical study on the quality of groundwater in Daegu city, Korea. Economic and Environmental Geology, 30(4), 327-340 (in Korean with English abstract). Lee, J.Y. and Koo, M.H., 2007, A review of effects of land development and urbanization on groundwater environment. Journal of Geological Society of Korea, 43, 517-528 (in Korean with English abstract). Lee, J.Y., Yi, M.J., Moon, S.H., Cho, M., Won, J.H., Ahn, K.H. and Lee, J.M., 2007, Causes of the changes in groundwater levels at Daegu, Korea: the effect of subway excavations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 66, 251-258. Lee, J.Y. and Han, J., 2013, Evaluation of groundwater monitoring data in four megacities of Korea: Implication for sustainable use. Natural Resources Research, 22(2), 103-212. Lee, I.H., Cho, B.W., Lee, B.D., Sung, I.H. and Lim, Y.S., 2002, Hydrogeochemical characteristics of groundwater in Kwangju City. Journal of Soil and Groundwater Environment, 7, 115-132 (in Korean with English abstract). ME (Ministry of Environment), 2012, Groundwater quality data for 2001-2010. Received on July 10, 2012. Seoul City, 2013, Homepage of Seoul City (http://www. Seoul.go.kr). Accessed on April 7, 2013. UKDoE, 1992, The UK environment. UK Department of the Environment HMSO, London. Ulsan City, 2013, Homepage of Ulsan City (http://www. Ulsan.go.kr). Accessed on April 9, 2013. Won, J.S., Woo, N.C. and Kim, Y.J., 2004, Analysis of influential factors on nitrate distribution in groundwater in an urbanizing area using GIS. Economic and Environmental Geology, 37(6), 647-655 (in Korean with English abstract). Yun, S.W., Kim, Y.S., Kim, D.H., Kim, H.C., Shin, M.C., Park, J.Y., Kim, H. and Lee, J.Y., 2013, Comparative study on waterlevel fluctuation and recharge characteristic in groundwaters of urban and rural areas in Gangwon Province. Journal of Geological Society of Korea, 49, 503-516 (in Korean with English abstract). 투고일 : 2014년 4월 8일심사일 : 2014년 4월 14일심사완료일 : 2014년 6월 1일