Aims & Scope

그림 3은 양수정(IW)과 관측정에서 시간에 따른 TCE의 농도 및 지하수위를 보여준다. 양수정(그림 3(a))의 경우 최초 양수를 시작하였을 때(2011년 10월 25일 12:05) TCE 농도가 5.471 mg/L로 매우 높았다가(먹는물 수질기준 0.03 mg/L의 182배), 양수시간이 경과함에 급격하게 낮아져 최저 1.080 mg/L (양수 3시간째)에 도달하였다. 이후 완만한 증가 경향을 보이다 양수 13~14시간이 경과하였을 때 TCE 농도가 급격하게 다시 상승하여 각각 5.554 및 7.547 mg/L로 최초농도보다 더욱 높은 값을 기록하였다. 이는 양수로 인하여 일부 잔류한 고농도 오염물질(Yang et al., 2012)을 교란(activation)시킨 결과이거나 혹은 인접 고농도 오염운(양수 전 MW3 최고 10.348 mg/L, MW4 최고 24.767 mg/L)의 영향으로 볼 수 있다. 그러나 지속되지 않는다는 측면에서 전자의 가능성이 더 높은 것으로 사료된다. 한편 24시간 경과 후 양수를 중단하였을 때부터 매우 빠른 속도로 TCE 농도는 상승하였으며 양수 중단 후 53시간 이후에는(양수 시작 후 77시간) 거의 원래의 농도(5.442 mg/L)를 회복하였다.

지하수위는 양수와 함께 빠른 하강을 보였으며(양수 1시간 내에 2.15 m 하강), 이후 미미한 변동을 보이다 양수 중단과 함께 3시간 이내에 거의 회복하였다(2.1 m 회복). 흥미로운 것은 지하수위와 TCE 농도가 유의미한 양의 상관성(r=0.473 at p=0.012; 표 2)을 보인다는 것이다. 즉 수위가 높으면 TCE 농도가 높고 수위가 낮으면 TCE 농도가 낮다. 이는 일반적으로 해당 관정이 양수영향반경 내 주변보다 오염도가 높음을 지시한다(상기한 일시적 고농도 제외하면; Bockelmann et al., 2001). 그러나 본 양수정의 주변에 상대적 고농도(MW3~5)와 저농도 관정(예를 들어 MW2 최고 0.027 mg/L, KDMW3 1.696 mg/L, MW1 0.033 mg/L, MW6 2.114 mg/L)이 혼재되어 있어 해석이 단순하지는 않다.

Fig. 3. 
TCE concentrations and groundwater levels during pumping and after cessation of the pumping at each well. Pumping started at 12:05, October 25 of 2011.

그림 3(b)~(k)는 양수정 상하류부 관측정에서 측정한 TCE 농도 및 지하수위이다. 관측정 MW1(그림 3(b), r=2.0 m)은 TCE 농도에 있어서 특이한 변동양상을 보여준다. 최초 TCE 농도는 0.033 mg/L로 먹는물 수질기준(0.03 mg/L)을 약간 상회하는 정도였고 양수시간 동안 농도가 하강하는 일반적 양상을 보였으나, 양수 종료 후 TCE 농도는 지속적으로 증가하여 최고 0.155 mg/L (양수중단 후 29시간 경과)에 도달하는 등 특이변동을 보였다. 이는 MW1 위쪽 상류부(MW1-IW 방향)에 MW1 보다는 상대적 고농도의 오염이 있음을 지시한다(그 위쪽에 관측정이 없어 확인은 불가능하였다). MW2(그림 3(c), r=1.92 m)의 TCE 농도 경우에도 MW1과 매우 유사한 거동을 보였다. 최초 0.027 mg/L의 농도를 보였고 양수가 진행되면서 소폭 하강하였으나 양수가 멈춘 후부터 빠른 속도로 상승하여 양수중단 21시간이 경과하였을 때는 최초 농도의 6배 이상인 0.166 mg/L에 도달하였다. 이 또한 MW2 인접 하류부에(IW-MW2-MW8 방향) 상대적 고농도가 있음을 지시하며 MW8의 최초 농도가 0.096 mg/L로 MW2 보다 3.5배나 높았다는 사실이 이러한 해석을 지지한다.

그림 3(d)는 MW3 관측정(r=2.12 m)의 TCE 농도변화를 보여준다. 이 관측정은 가장 급격한 농도감소를 보이는데 최초 10.348 mg/L (먹는물 기준의 345배)이었으나 양수 3시간 만에 약 1/7인 1.547 mg/L로 급강하였고 이후 약간의 반등 후에도 지속적으로 감소하여 모니터링을 중단한 약 77시간 후에는 0.191 mg/L에 도달하였다. 이는 상기 세 관정(양수정 IW와 관측정 MW2~3)과 매우 다른 거동으로 관측정 MW3의 상류부(IW-MW3 방향)에 매우 저농도 오염(혹은 비오염)이 있음을 지시한다. 현장조건상 본 관측정 직상류는 수목이 우거진 사면으로 이러한 저오염 해석을 뒷받침한다(관측정 위치 그림 1 삽입도 참조).

그림 3(e)와 3(f)는 관측정 MW4(r=1.95 m)와 MW5 (r=1.96 m)의 시간에 따른 TCE 농도변화를 보여준다. 두 관측정에서의 농도변화는 상기한 MW3과 매우 유사한 거동을 보이는데 최초 고농도(MW4 24.767 mg/L, MW5 5.523 mg/L)에서 출발하여 급격한 감소를 보이고(각각 최초농도의 4.3%, 21.4%까지 도달) 양수중단 이후에도 여전히 지속적으로 감소하는 경향이다. 이는 이들 고농도 오염관측정 하류부(IW-M4 및 IW-MW5 방향)에 비교적 저농도의 오염지하수가 있음을 지시한다. 한편 관측정 MW6과 MW7의 TCE 농도변화도 상기한 MW4~5와 매우 유사하였다(그림 3(g)와 3(h)). 초기에는 매우 농도가 높았으나 양수가 진행되면서 농도가 급격히 하강하였고 양수중단 후(MW6은 양수중단 시 일시적 농도상승이 있었지만) 두 관측정 모두 지속적으로 TCE 농도가 하강하였다. 이는 이들 관정 인접 하류부(그림 1 삽입도에서 북서방향)에 상대적으로 저농도 오염이 있음을 지시한다.

한편 MW8(그림 3(i))과 MW9(그림 3(j))는 상기와 또 다른 거동을 보여준다. MW8의 경우 양수 시 급한 농도의 감소를 보이다 양수 중단 후 크게 상승하는 양상을 보이고 MW9의 경우 양수 시작부터 농도가 계속 크게 상승하는 모습을 보였다. 이는 이들 두 관정 하류방향에 보다 고농도의 오염이 존재함을 지시한다. KDMW3의 경우(그림 3(k)), 초반기는 양수에도 불구하고(약 24시간 이내) TCE 농도에 큰 변화가 없었으나(1.6~1.8 mg/L), 양수영향이 확대되면서 KDMW3 근접 거리에 위치하고 있는 MW1과 MW2의 저농도 오염운(초기~0.033 mg/L)이 도래하여 농도감소가 발생한 것으로 사료된다.

상기한 양수정과 관측정의 TCE 농도 변화에 대한 개별적 해석을 보다 종합적으로 이해하기 위하여 초기농도 대비 시간에 따른 농도변화(C/Co)를 하나의 그래프에 도시하였다(그림 4). 그림에서 보는 바와 같이 양수정과 10개 관측정은 그들의 농도 거동에 있어 몇 개의 그룹으로 확연히 구분된다. 첫 번째 그룹(MW1, 2, 9)은 처음부터 지속적으로 혹은 처음 일시적 하강 후(양수기간 동안) 농도가 상승하는 양상이다(표 2 참조). 이는 이들 관측정 주변에(양수정 방향이면서 각 관정의 하류부) 보다 고농도의 오염이 있음을 지시한다(MW8의 TCE 배경농도가 MW2의 배경농도보다 휠씬 높다는 사실이 이를 증명한다). 두 번째 그룹(IW, MW8, KDMW3)은 초기 양수시간 동안 약간의 농도 감소가 있었으나 약간 회복하면서 최초보다는 약간 낮거나 비슷한 농도가 유지되는 양상을 보인다. 이는 양수 영향반경 내에 각 관측정보다 비교적 저농도 혹은 비슷한 정도의 오염이 있음을 지시한다. KDMW3 초기농도와 비교하였을 때 MW9의 초기농도가 매우 낮다는 사실이 이런 해석을 뒷받침한다(그림 1 관정의 위치관계 및 그림 3(j) 및 3(k) 참조).

Fig. 4. 
TCE concentration normalized by the initial value (Co) for each well.

한편 세 번째 그룹(MW5~6)도 확연히 구분되는데 양수와 함께 TCE 농도가 감소하며 일정 농도 이하로는 더 이상 낮아지지 않고 유지하는 양상을 보인다. 이는 이들 하류부(동심원상 하류부)에 보다 저농도 오염이 있음을 지시한다. 네 번째 그룹(MW3~4, 7)은 양수중단 후에도 TCE 농도가 지속적 하강 양상을 보이는 그룹이다. 이는 영향권 하류 방향에 해당 관정보다 확실히 낮은 농도의 오염이 존재함을 나타낸다. 상기 그룹들의 거동을 대별하여 위치적으로 살펴보면 시험지역 우측(MW1, MW2, MW9)은 이들 관측정보다 상대적 고농도 오염이 있어 농도 상승경향을 반대로 좌측(MW3~7)은 보다 저농도 오염이 있어 농도 하강현상을 보인 것으로 해석된다. 그러나 시험지역 인접 외부에 관측정이 없거나 농도자료가 없어 이를 확인하기는 어렵다. 그러나 향후 효과적인 오염지하수 정화를 위해서는 MW1 방향 상류부에 대해서는 추가적인 관측정 설치를 통해 확인이 필요하다.

그림 5는 양수 및 양수 후 모니터링 기간 동안 현장수질의 변화를 보여준다. 우선 이 지역의 pH는 6~9.6 범위로 좁은 구역에서 매우 큰 변화를 보인다(그림 5(a)). 이는 수암반응(water-rock interaction) 등의 자연적 원인은 아니며 국지적 오염 등 인위적 요인에 의한 영향이 큰 것으로 보인다(Lee et al., 2008). 특히 KDMW3과 MW9의 경우 초기(배경) pH가 8.8~9.6으로 매우 높은데 현재로선 정확한 원인을 알 수 없으나 바로 근처에 시멘트 콘크리트 등 각종 폐기물이 있어 이의 영향으로 보는 것이 타당하다(Lee et al., 2008). 전체적으로 양수 후 pH 분포범위가 좁아지는데 이는 양수에 의한 혼합효과로 볼 수 있다.

Fig. 5. 
Field parameters measured at each well during (shaded region) and after the pumping.

양수정(IW)의 pH는 양수 초기에는 약간의 변동이 있지만 6~7 수준이었으나 양수중단 후에 8~9 범위로 크게 증가하는 양상을 보였다(그림 5(a)). 이는 pH가 매우 높은 KDMW3과 MW9 근처 지하수의 도래 영향으로 볼 수 있다. 이러한 양상은 MW2와 MW7~8에서도 관찰되었고 이는 주변에 보다 높은 pH 지하수의 영향을 받은 것으로 사료된다. 다른 관측정들(MW1, 3~6)은 대체로 7.5~8의 초기 pH에서 양수기간 동안 일부 하강하였으나 이후 비슷한 수준(조금 낮거나 높은 수준)으로 회복되는 현상을 보였다. 한편 KDMW3의 pH는 특이적 변화를 보이는데 초기에 약 9 정도의 수준에서 계속 떨어져 약 7.5 정도에 이르러 안정되었다. 유동 경로상에 있는 높은 pH인 MW9의 영향을 직접적으로 받았을 경우 오히려 상승하는 것이 더 타당하나 내려가는 것으로 보아 다른 경로상의 낮은 pH 지하수의 영향도 받는 것으로 사료된다. 가장 높은 pH를 보인 MW9 지하수는 초기 9.6에서 이후 9 정도에 안정되어 비교적 양수 시험의 영향을 덜 받거나 혹은 받더라도 높은 pH로 인하여 상쇄(masking)된 것으로 보인다.

그림 5(b)는 양수정과 관측정의 EC 변화를 보여준다. EC는 전체적으로 110~300 μS/cm의 범위를 보이며 pH와 유사하게 위치간 차이가 비교적 크다. 양수정(IW)의 경우 양수기간 동안 약간(~30 μS/cm) 하강하였으나 이후 초기 EC와 비슷한 값으로 회복하였다. MW1~2의 경우 25~50 μS/cm 정도 떨어지는 경향을 보이나 다른 관측정들(MW3~8, KDMW3)은 대체로 미미한 수준에서 약간 감소 혹은 상승하는 등 큰 변화를 보이지는 않았다. TCE 농도의 큰 변화와 비교하였을 때 이와 같은 EC의 작은 변화는 이 구역의 지하수 오염은 이온성 물질이 아닌 주로 비극성 탄소유기화합물에 의한 것임을 지시한다(Atekwana et al., 2004).

다만 MW9의 경우 EC값 자체도 상대적으로 매우 높으며 양수기간 동안 125 μS/cm 정도 상승하는 등 특이적 변동을 보였다. 이는 TCE의 농도 상승과 일치하며 앞서 이 관측정의 높은 pH (pH~9.6)에 대한 원인으로 인근의 콘크리트, 염화칼슘 등의 폐기물로 추정한 바 이온성물질의 추가적 오염개연성과 잘 일치한다.

그림 5(c)는 양수정과 관측정 지하수의 용존산소 변화를 보여준다. 이 구역의 용존산소는 양수정의 양수기간을 제외하면 2~5 mg/L 범위로 대체로 호기성 상태이다. 이런 호기 상태는 이 지역 TCE의 혐기적 생분해의 제한요인으로 작용하고 있다(Baek and Lee, 2010). 한편 양수정(IW)의 경우 양수기간 동안에서 최초 4.5 mg/L에서 9 mg/L 이상으로 크게 증가하였다가 양수중단 후 원래로 회복되었다가 3.5 mg/L 수준으로 약간 감소하였다. 인근 관측정의 용존산소가 시험기간 내내 큰 변화없이(변동 ±1 mg/L 이내) 2~5 mg/L을 유지하는 것으로 보아 양수정 용존산소 증가는 펌프가동에 따른 일시적 폭기 영향으로 사료된다.

그림 5(d)는 산화환원전위(ORP)의 변동을 보여준다. 이 구역 ORP는 200~400 mV 범위로 산화상태를 반영한다. 양수정의 경우 용존산소와 동일하게 양수기간 중 크게 증가하였다가 다시 감소하는 양상을 보였다. 다른 관측정들은 250~350 mV 내외로 양수 및 중단 기간에도 큰 변동이 발생하지 않았다. 다만 MW9의 경우 50 mV 정도의 감소가 발생하였는데 이는 앞에서 TCE, pH 및 EC에 대하여 설명한 바와 같이 인접 고오염 지하수의 영향으로 보는 것이 타당하다.