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Complexity of Groundwater Flow System in a Site Reflected in the Fluctuations of Groundwater Level and Temperature
지하수위와 수온 변동에 나타난 부지 규모 지하수 흐름장의 복잡성
Econ. Environ. Geol. 2022 Dec;55(6):563-70
Published online December 31, 2022;  https://doi.org/10.9719/EEG.2022.55.6.563
Copyright © 2022 The Korean Society of Economic and Environmental Geology.

Jonghoon Park1, Dongyeop Lee1,2, Nam C. Woo1,*
박종훈1 · 이동엽1,2 · 우남칠1,*

1Department of Earth System Sciences, Yonsei University
2Groundwater Research Center, Jeju Research Institute
1연세대학교 지구시스템과학과
2제주연구원 지하수연구센터
Received October 30, 2022; Revised November 16, 2022; Accepted November 16, 2022.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
 Abstract
This study was objected to show the complexity of groundwater flow system in a site-scale area as a design parameter of the groundwater monitoring network for early detection of pollutant leakage from a potential source of groundwater contamination (e.g., storage tank). Around the tanks, three monitoring wells were installed at about 22~25 m deep and groundwater level and temperature had been monitored for 22 months by 2-minute interval, and then compared with precipitation and temperature data from nearby weather station. Annual variation of groundwater level and its response to precipitation event, variation of groundwater temperature and delayed response to that of atmospheric temperature indicate the complexity of groundwater flow and flow paths even in the relatively small area. Thus, groundwater monitoring network for early detection of contaminant leakage should be designed with full consideration of the complexity of groundwater flow system, identified from the detailed hydrogeological investigation of the site.
Keywords : groundwater flow system, complexity, water-level fluctuation, temperature variation, delayed response
Research Highlights
  • Groundwater-level responses to precipitation events varies in time and in magnitude at different monitoring wells.

  • Groundwater temperature fluctuates reflecting seasonal variations of temperature at surface with delayed responses.

  • Groundwater monitoring system should be designed in consideration of the site-specific complexity of groundwater flow system.

1. 조사 배경과 목적

물에 대한 수요가 급증하고 있는 기후변화 시대에, 수자원의 적절한 관리는 환경보전과 지속가능한 개발 관점에서 대단히 중요한 주제이다. 정부간 기후변화 협의체(IPCC)에서도 전 지구적인 물 이용량의 증가와 가용한 지표수의 감소로 인해 지하수에 대한 수요가 증가할 것으로 예측한 바 있다 (Smerdon, 2017). 전 지구적 규모의 지하수에 대한 몇몇 연구에 의하면, 지난 십 여년간 지하수자원 역시 지속적으로 감소하고 있다 (Gleeson et al., 2012; Thomas & Famiglietti, 2019; Wada et al., 2010). 지하수자원의 감소는 양적인 측면에서 함양량의 감소 뿐 아니라, 질적인 면에서 오염에 의한 사용가능한 지하수량의 감소 역시 하나의 중요한 인자로 볼 수 있다. 오염된 지하수는 정화처리를 통해 사용할 수도 있다. 그러나 실질적으로는, 오염된 지하수의 정화과정은 지하수 뿐 아니라 오염된 지하수의 유동경로 역할을 하고 있는 대수층 매질의 정화를 동시에 완료해야 하며, 결과적으로 정화과정의 비용과 시간이 막대하게 소요된다. 따라서 일단 오염된 지하수를 사용가능한 자원으로 평가할 수 없으며, 국지적으로는 이렇게 오염된 지하수의 양이 지속 가능한 개발을 제한하는 요소로 작용할 수 있다.

특히 산업화된 지역에서는 다양한 지하수 오염물질들이 지표면에 탱크 저장(storage tank)의 형태로 존재하며, 이들로부터 오염물질이 누출되면 지하로 침투하여 지하수 오염운을 이루고 지하수의 흐름을 따라 지하수 환경으로 이동, 확산되며 그 오염영역을 확장해 나가게 된다. 따라서 이러한 잠재오염원인(오염물질 저장탱크) 주변에 지하수 관측망을 설치, 운용하면서 오염 발생을 조기 진단할 수 있다면, 누출된 오염물질로 인한 지하수환경의 오염 영역을 최소화할 수 있게 되고, 결과적으로 오염된 지하수환경의 복원에도 시간과 비용 측면에서 효율성과 경제성을 극대화할 수 있다.

따라서 이 조사의 목적은, 지표에 노출된 지하수 잠재 오염원으로부터의 오염물질 누출 조기 진단을 위한 지하수 오염관측망의 설계에서, 지하수 모니터링을 통한 지하수 흐름장의 복잡성(시공간적 변동성)을 파악함으로 상대적으로 작은 부지 규모의 영역에서도 체계적이며 상세한 수리지질조사의 중요성을 실증하는 것이다.

2. 조사 지역과 방법

이 조사가 수행된 부지는 대전시 대덕구 소재 대전 조차장 역사에 소재하며, 부지의 평균 해발고도는 55 m 이다. 조사 부지는 사용 중인 철도 역사로서 사용되는 평탄화된 부지이며, 부지의 기반암은 심부의 복운모 화강암과 편상화강암이며, 천부의 충적층이 이를 덮고 있다(Fig. 1). 부지에서는 현재 많은 열차들이 수시로 운행 중이므로 세부 수리지질조사 또는 체계적인 부지특성화 작업이 수행될 수 없었다. 또한 부지의 규모가 비교적 작은 영역이며, 현재 역사에서는 심부 관정으로부터 지하수를 사용하고 있는데 (Fig. 1; 적색 원), 관정의 총 심도는 252 m 이고, 심도 24 m 까지 관정의 내부 그라우팅이 되어 있으며, 나머지 심도는 나공으로 형성되어 있다. 대전지역 지하수 기초조사 보고서 (K-water, 2004)에 따르면, 조차장역 주변 지역의 지하수는 궁극적으로 북서부의 갑천 방향으로 이동할 것으로 유추된다 (Fig. 1).

Figure 1. Geological and hydrogeological maps of the test site (from KIGAM and K-water, 2004).

조사 부지 지하수 흐름장의 시공간적 변동을 파악하기 위하여, 먼저 조사 부지 내에 존재하는 유류저장탱크 주변에 지하수 관측망을 구축하였다. 지하수 관측망은 복수의 관측공으로 구성되며, 이들 관측공은 감시하는 지하수체의 부지 내 수문학적/수리지질학적 특성을 고려하여 구조와 위치, 심도 등을 결정한다. 나아가 감시 대상이 되는 오염물질의 물리적/화학적/생물학적 특성에 따라 관측망에서의 관측 요소, 관측 방법과 품질관리 등이 결정되며, 부지 지하수환경이 외부 지표환경, 즉 강수와 기온에 어떻게 반응하는지, 관측망을 구성하는 각 관측공의 지하수가 상호 연결성을 가지고 있는지 등의 여부를 조사하여 오염물질 유출을 감시하기 위한 관측망을 구축하게 된다.

이 조사에서는 실증부지인 대전조차장 역사 내에 지하수 모니터링을 위하여 유류저장탱크 주변에 관측공 간의 이격거리를 약 70 ~ 150 m로 3개 관측공(GW-1, 2, 3)으로 구성된 관측망으로 설치하였다 (Fig. 2). 현재 사용 중인 역사의 열차 운행시간에 따라서, 관측공 설치는 2020년 9월 21 ~ 23일 열차의 통행이 정지된 야간에 수행되었고, 각 관측공은 심도는 22~25 m 까지 시추하여 설치하였다. 관측공들은, 지표면에서 시추공 하부 10 m까지는 (시멘트+벤토나이트)로 그라우팅 처리하여 지표로부터 오염물질의 직접 유입을 방지하였고, 그 하부 구간에는 스크린을 설치하고 외부에 콩자갈과 왕모래를 충진재로 주입하였다. 관측공의 시추 지질단면도는 Fig. 2에 제시하였으며, 지반의 물성은 지반설계 기준에 따라 토사, 풍화암, 연암, 경암의 순으로 발달되고 있으며, 암석은 편리가 발달된 화강암이다 (Fig. 1).

Figure 2. Geologic logs of the boreholes GW-1, 2, and 3 with the initial groundwater levels: DS, WR, SR and HR in lithology denote deposit soil, weathered rock, soft rock and hard rock, respectively, based on the National Classification Criteria (Ministry of Land, Infrastructure and Transport).

초기 지하수위는 지하수계가 안정화 된 9월 24일 오전에 측정하였다. 이때 GW-1, 2, 3 관측공의 수위는 각각 49.34 m, 51.03 m, 50.76 m amsl (above mean sea level)로 GW-2 > GW-3 > GW-1 의 순서를 보인다 (Table 1). 이후 GW-1, 2, 3 관측공에는 지표로부터 20 m, 10 m, 15 m 심도에 자동 수위/수온 관측장비(Diver-CTD)를 설치하였고, 대기압 보정을 위한 baro-Diver를 GW-1 공내 30 cm 심도에 설치하였다. 지하수위와 수온의 관측은, 관측공이 최종 설치된 2020년 9월 24일부터 2022년 7월 24일까지 약 22개월 동안 2분 간격으로 연속 모니터링하였다.

Table 1 . Specifications of monitoring wells at the study site

GW-1GW-2GW-3
Well depth (m)252522
Grouting (m)0 - 100 - 100 - 10
Screen (m)10 - 2510 - 2510 - 22
Depth to Groundwater (m)5.663.974.24
Groundwater level (m amsl)*49.3451.0350.76

* amsl denotes above mean sea level.


3. 결과 및 토의

3.1. 지하수위 분포와 흐름 방향

관측공의 지하수위는 관측공이 설치된 대수층이 동일한 경우에는, 각 관측점에서의 지하수가 지니는 에너지(potential energy)를 의미하며, 결과적으로 대수층을 통한 지하수의 흐름방향과 속도에 관한 정보를 제공한다. 나아가 지하수위의 변동은 강수의 함양 특성을 반영하며, 지표면과 대수층 사이 매질의 연결성과 대수층 내에서 지하수의 흐름 특성 등이 관측자료의 변동성에 포함된다.

주상도 (Fig. 1)에 보이듯이, 조사 부지에 설치된 관측공들의 상부 표토구간은 관정의 파손과 지표 유입수의 방지를 위하여 그라우팅 되어 있다. 또한 모든 관측공에서 관측된 지하수위는 스크린 구간보다 상부의 표토 구간에 위치하였으므로, 자유면 대수층의 지하수면(water table)이라고 정의할 수 없다. 따라서 조사 부지 내에 설치된 관측공들의 지하수위 분포에서 지하수의 흐름 방향을 도출하기 위해서는 먼저 각 관측공의 스크린된 구간이 동일 대수층인지, 나아가 이러한 대수층이 피압 상태인지에 대한 별도의 분석이 이루어져야 정확한 판단을 할 수 있다. 이는, 조사 관측공들의 수위 자료의 분포는 북동쪽으로 가면서 낮아지지만, 이와는 다르게 지하수 기초조사 보고서에서 보이는 광역적인 지하수 흐름은 북서쪽 갑천 방향으로의 흐름을 보인다 (Fig. 1). 따라서 이 조사 부지에서 지하수의 세부적인 흐름을 결정하기 위해서는, 관측공의 설치 단계에서부터 대수층의 수리적 특성과 지하수 유동 경로의 매질 특성에 대한 정보가 필요하다.

3.2. 지하수위 변동 특성

각 관측공에서 계측된 지하수위 변동 자료는 대전지방 기상청에서 제공한 기상관측 자료와 함께 Fig. 3에 제시하였다. 기상 자료에 의하면, 관측기간 동안의 총 강수량은 1093.1 mm 이었으며, 월별 강수량은 2021년 8월에 289.2 mm로 가장 높았고, 2020년 10월에 3.2 mm로 가장 낮게 나타났다. 전반적으로 여름철 풍수기에 강수량이 많고, 늦가을에서 겨울철로 이어지는 갈수기에 강수량이 적어지는 연변화 특성을 보인다.

Figure 3. Variation of groundwater levels at monitoring wells (GW-1, 2, 3) with the amount of daily precipitation of Daejeon during this test duration.

지하수 관측공에서 모니터링한 2020. 09. 24 ~ 2022. 7.23 기간의 지하수위 변동 특성은 다음과 같다 (Fig. 3). 첫째로, 부지 내 지하수위의 상대적 분포는 초기 굴착 당시의 GW-2 > GW-3 > GW-1 분포가 그대로 유지되고 있다. 즉, 각 관측공에서 관측하고 있는 대수층의 지하수 흐름이 일정하게 유지된다.

둘째로, 모든 관측공에서 지하수위는 관측공 설치 후 2021년 2월 20 ~ 26 일까지 지속적으로 하강하는 추세를 보이고 지하수위 최저점에 도달한다. 2020년 10월부터 2021년 2월까지의 총 강수량이 85.5 mm로 연구 기간 중 총 강수량의 약 8 %에도 못 미치는 정도로 강수량이 적어서 결과적으로 지하수 함양이 거의 이루어지지 않았음을 지시하고, 따라서 자연 배출되는 지하수로 인해 수위는 지속적으로 하강한 것으로 해석할 수 있다. 이후 지하수위는 서서히 증가하고, 2021년 9월 말 경에 모든 관측공에서 최고점에 도달한다. 이는 강수량이 점진적으로 증가하고 2021년 8월에는 월 최대강수량으로 인해 관측공의 지하수위가 지역 강수의 영향을 받아 최대 수위에 도달한 것으로 보인다. 즉, 전반적인 지하수위의 변화는 풍수기에 수위가 상승하고 갈수기에 하강하는 강수의 연변화와 동일한 양상을 보인다. 따라서 관측되고 있는 지하수들은 모두 동일한 강수 현상에 반응하고 있음을 의미한다.

그럼에도 불구하고, 셋째는, 개별적인 강수 현상에 대한 수위의 직접적인 반등은 명확하지 않으며, 나아가 변동의 시기와 강도는 각 개별 관측공별로 상이하게 나타난다 (Fig. 4). 예를 들어, 2020년 11월 19일의 28.5 mm의 강수에 의해 GW-2와 GW-3의 지하수위는 1일 후 각각 5 cm, 4 cm 수위상승을 보였다. 하지만 GW-1의 지하수위는 오히려 3 cm 하강하였으며, 2일 후에 1 cm 의 지하수위가 상승하였다. 또한, GW-1의 경우, 일 강수량에 따른 지하수위 변동이 강수 발생 후 1일~2일 후에 변동이 나타나지만, 변동의 폭은 다른 관측공에 비해 적게 나타난다. 반면에, GW-2와 GW-3은 강수량에 따른 지하수위 변동이 강수 발생 후 0일~1일 후로 상대적으로 빠르게 나타났으며, 지하수위 변동의 폭은 GW-2가 GW-3보다 더 큰 것으로 보인다.

Figure 4. Comparison of groundwater levels with the daily precipitation at the monitoring wells: (a) GW-1, (b) GW-2, (c) GW-3.

또한 2021년 8월 21일부터 9월 8일의 기간의 경우, 강수가 발생하지 않았던 시기를 포함한 모든 기간 동안 GW-1의 지하수위는 지속적으로 상승하였다. 그러나 GW-2와 GW-3의 경우, 2021년 8월 21일부터 9월 1일까지 강수의 발생이 상대적으로 연속적이었던 시기에는 GW-1과 함께 지하수위의 상승이 나타났지만, 연속적으로 강수가 없거나 적었던 시기인 2021년 9월 2일부터 9월 8일 동안 지하수위가 각각 11 cm, 7 cm 하강하며 관측공에서 수위 변동의 강도가 각각 달랐다.

동일한 강수에 대한 지하수위 변동이 각 관측공에 따라 시간과 규모에서 다르게 지연되는 것은 강수의 함양과정에서 발생하는 함양 경로(매질의 공극)의 연결성에 좌우된다. 즉, 자유면 대수층에서의 불포화대 매질의 두께와 투수성의 차이, 피압 대수층에서의 함양 지역으로부터의 거리에 따른 시간 지연 등에 의한 영향, 균열 대수층에서의 지하수 유동경로의 연결성과 복잡성 등을 의미한다. 강수량에 대한 반응도가 GW-2와 GW-3는 유사하지만 상대적으로 GW-1의 경우는 이들과 다르게 나타나는 것도, 관측 대상이 균열 매체인 경우에는 이들이 유동경로가 서로 다른 지하수체일 가능성을 의미한다. 즉, GW-2와 GW-3 는 동일한 흐름을 보이는 지하수체를 관측하지만, GW-1은 이들과는 연결성이 적은 독립적인 지하수체를 관측하는 것으로 해석할 수 있다. 조사지역인 조차장 부지 내에서 20 m 심도의 지하수 관측공을 설치하였으나, 관측공의 스크린 구간이 모두 풍화암 하부의 연암과 경암 내에 설치되어 있어, 이러한 추론을 가능케 한다.

3.3. 지하수온 변동 특성

지하수위뿐만 아니라, 지하수의 수온 변화 역시 지하수 환경에 대한 중요한 정보를 제공한다. 강수가 지하수로 함양되어 대수층에서 이동하는 과정에서 지하수의 유동 속도가 빠르고 함양 지역에서 가까운 지하수체일수록 지하수온의 변동이 대기 기온의 변동의 형태와 규모가 유사하게 나타난다. 이는 강수의 함양 과정에서 물에 내포된 열에너지가 지하수로 전달되고, 지하수의 이동과정에서 주변 대수층 매질과 반응하며 지하수온이 변화되기 때문이다.

따라서 지표면에 노출된 함양지역으로부터 가까운 부지에서, 그리고 다공질 매체보다는 상대적으로 빠른 속도로 유동하는 암반 내 균열대를 따른 흐름에서 지하수온에 반영되는 대기 기온의 감쇠현상이 그 폭과 지연시간에서 상대적으로 작게 나타날 것다. 이와 반대로, 지하수 흐름 속도가 느릴수록, 그리고 함양부지에서 멀어질수록 지하수온에 반영되는 기온의 변동의 감쇠현상이 크게 나타날 것이며, 결과적으로 지하수온의 자체 변동폭은 작게 나타날 것이다. 즉, 지하수의 수온 변동은 각 관측공이 감시하는 지하수 함양지역에서의 기온 변동, 함양 지역과의 이격 거리, 그 대수층에서의 지하수 유속, 혹은 관측지점 주변 지역에 지하수온을 증감시킬 수 있는 자연적/인위적 시설 (예를 들면 온천 또는 냉동시설)등이 있는지 여부에 따라서 상이하게 나타날 수 있다.

대전지방 기상청의 기상관측 자료에 의하면, 2020년 9월부터 2022년 7월까지 약 20개월의 조사 기간 중 대기 온도는 2021년 1월 8일에 -13.5 ℃ 로 가장 낮았고, 2021년 7월 30일에 30.8 ℃ 로 가장 높게 나타났다. 기온은 다시 약 12개월 후인 2021년 12월 26일에 최저 –9.5℃를 기록하였으며, 당해 연도 7월 6일에 30.1 ℃로 최고점을 보인다. 이러한 변화는 우리나라의 전형적인 겨울철 최저점과 여름철 최고점을 보이는 연 변화를 보이고 있으며, 관측기간 중에 44.3 ℃ 정도의 변동을 보였다 (Fig. 5, Table 2).

Table 2 . The times of minimum and maximum temperatures of atmosphere and groundwater in the study site during the survey period

Atmospheric Temp. (℃)Date
GW-1GW-2GW-3
DateMin.Max.Min.Max.Min.Max.Min.Max.
2/06/2020-5.012/13/2020
8/25/202029.99/14/20212/6/20214/23/2021
1/08/2021-13.52/12/20227/22/202110/8/2021
7/30/202130.82/7/20224/29/2022
12/26/2021-9.57/13/2022
7/06/202230.1

Figure 5. Comparison of atmospheric temperatures with those of groundwater at monitoring wells (GW-1, 2, 3).

조사 부지에서는 관측공들이 지표하 22m ~ 25m의 유사한 심도에 설치되어 있었음에도 불구하고, 지하수온의 변동 양상은 관측공마다 아주 다르게 나타났다. 관측공 GW-1, 2, 3에서 보이는 조사기간 중의 수온 변동의 크기는 각각 0.13 ℃, 0.87 ℃, 0.25 ℃ 로 나타나서, GW-2 > GW-3> GW-1 의 순서로 기온의 영향이 약화됨을 보여준다 (Table 2).

지하수온이 대기 기온과 차이가 발생하는 이유로는 심도에 따른 자연적인 지하 증온 현상과 지하 심부의 열원이 존재하는 경우 또는 지표로부터 함양되는 강수가 관측공의 지하수체에 도달할 때까지의 시간에 따라 발생하는 온도 변동의 감쇠효과 등을 들 수 있다. 우리나라의 약 400개 시추공내 온도검층 결과로부터 산출된 평균 지하증온율을 26.6 ℃/km 이다 (Yum and Kim, 1997). 따라서 평균 지하증온율을 고려한다면, 심도가 5 m 깊어질수록 지하수온은 약 0.13 ℃ 정도 상승할 수 있다. 이에 따르면 지하수온의 변동폭은 GW-1과 GW-3에서는 관측점 (수직 위치)의 차이로도 발생 가능하지만, GW-2에서는 단순 지하 증온 현상으로는 해석이 불가능하다. 또한 지하 암체에 열원이 존재한다면, 이로 인한 수온의 영향은 조사 지역과 같은 부지 규모에서는 각 관측공에서 유사하게 나타날 것이다. 나아가 비포화대의 두께가 다른 경우에도 각 관측공 내 지하수온에 기온의 영향이 다르게 반영될 수 있다. 그러나 이 조사에서는, 전술한 바와 같이, 부지가 현재 사용되고 있는 철도 용지임으로 비포화대의 두께를 조사하는 것이 현실적으로 불가능하였다.

결과적으로, 조사 부지에서 나타나는 관측공 GW-2와 다른 GW-1 및 GW–3 관측공에서의 지하수온 변동의 차이는 지하수체로 도달하는 함양경로의 차이, 관측공 간의 비포화대의 두께 차이 또는 역사 부지에서의 지하수온을 증가시킬 수 있는 인위적 활동의 여부(예를 들면 온배수 시설의 유무 등)등 다양한 요인이 작용할 수 있다. 지하수가 NAPLs 에 의해 오염된 부지에서는, 지하수온의 변동은 오염물질의 이동성과 생분해 과정 및 LNAPLs의 상분배에 중요한 영향을 미칠 수도 있다 (Cavelan et al., 2022; Knauss et al., 2000; McAlexander and Sihota, 2019; Yadav et al., 2012; Zeman et al., 2014), 그러므로, 잠재오염물질에 의한 지하수 오염현상을 조기 진단하기 위한 관측망 구축을 위해서는, 이러한 지하수온의 공간적 변동특성을 상세 수리지질조사를 통해 적절한 관측공의 위치와 심도에 대한 설계인자를 도출하여야 한다.

나아가 기온의 연변화는 지하수온의 연변화에도 영향을 미친다. GW-1의 경우, 수온의 최저점은 2020년 12월 13일에 15.82 ℃과 2022년 2월 12일 15.82 ℃ 로 기록되었다 (Table 3). 수온의 최고점은 2021년 9월 14일에 15.95 ℃로 나타났다. 여기서 2020년 12월의 수온 최저점은 2020년 2월의 기온 최저점이 반영된 것으로 볼 수 있으며, 이는 약 10개월 정도의 온도 전달의 지연이 발생한 것이다. 또한, 2021년 9월의 최고수온은 2020년 8월의 최고 기온에 의한 반응이라고 본다면, 그 사이 약 13 개월의 온도전달 지연이 발생하였다.

Table 3 . The maximum and minimum groundwater temperatures with dates and their variations

Max. Temp. (℃)dateMin. Temp. (℃)dateVariation (℃)
202015.8212/13/2020
GW-1202115.959/14/202115.822/12/20220.13
2022
2020
GW-2202116.452/6/202115.717/22/20210.87
202216.582/7/202215.797/13/2022
2020
GW-3202115.984/23/202115.8010/8/20210.25
202216.054/29/2022


GW-2는 오히려 2021년 2월 6일에 16.45 ℃로 수온의 최고점을 보이다가 지속적으로 하강하여 기온이 상대적으로 높은 여름 시기의 7월 22일에 15.71 ℃로 최저 수온을 보이며, 기온의 변화와는 반대의 변동형태를 보인다. 이후 지하수온은 다시 증가하기 시작하여 2022년 2월 7일에 16.58 ℃로 연중 최고점을 찍은 후 감소하여 2022년 7월 13일에 15.79 ℃의 최저점을 보인다. 따라서, GW-2 관측공의 지하수는 기온의 변동주기와 유사하게 대체로 1년 주기의 장기적인 수온 변동을 보인다. 2021년 2월의 수온 최고점은 2020년 8월의 기온 최고점에 대비되며, 2021년 7월의 수온 최저점은 2021년 1월의 기온최저점에 대비된다고 판단할 때, 기온과 지하수온의 전달 지연은 약 6개월 정도가 발생한다.

GW-3에서는, 2회의 수온 최고점과 1회의 최저점을 관측자료에서 확인할 수 있다. 2021년 4월의 15.98 ℃ 수온최고점은 2020년 8월 기온 최고점에 대비되며, 2021년 10월 15.80 ℃ 최저 수온은 2021년 1월의 기온 최저점에 대비되며, 2022년 4월의 16.05 ℃ 최고 수온은 2021년 7월의 기온 최고점에 대비된다. 따라서 이들로부터 기온의 지하수온 전달 지연은 약 9 개월로 평가된다. 요약하면, 기온과 지하수온 변화의 지연시간은 GW-1 (약 10 ~ 13개월) > GW-3 (약 9 개월) > GW-2 (약 6 개월)로 나타난다.

4. 결 론

이 조사는, 부지 규모의 지하수 오염지역에서도 지하수의 흐름과 오염운의 이동/확산이 시공간적으로 복잡하게 나타날 수 있기 때문에 부지 규모의 지역에서도 상세하고 체계적인 수리지질조사에 의한 관측망 구축과 지속적인 운용이 필요함을 강조하고자 시행되었다. 대상부지는 현재 사용 중인 철도 역사로서, 부지의 규모가 비교적 작은 영역으로 3개소의 관측공 간의 이격거리가 약 70 ~ 150 m의 규모이고, 관측공들은 모두 지표로부터 22~25 m 의 천층에 설치되었으며, 각 관측공에서의 지하수위는 지표로부터 3.97~5.66 m 하부에서 관측된다.

조사 부지에서는 강수량에 대한 지하수위의 반응도가 GW-2와 GW-3는 유사하지만 상대적으로 GW-1의 경우는 이들과 다르게 나타난다. 수위변동의 차이는 각 관측공에서 감시하는 지하수의 유동 경로가 서로 다름을 지시하며, 비교적 규모가 작은 부지일지라도 지하수 흐름장은 유동경로의 발달 상태에 따라서 복잡하게 나타날 수 있음을 의미한다. 따라서 각 관측공에서의 지하수위분포에서 세부적인 흐름장(흐름 방향)을 해석하기 위해서는 대수층 매질의 수리지질특성의 규명이 선행되어야한다. 나아가 동일한 강수에 대한 시간과 규모에서의 지하수위의 반응의 차이는 강수의 함양 과정에서 발생하는 함양 경로(매질의 공극)의 연결성에 대한 상세한 조사가 필요함을 강조한다.

또한 지하수온의 변동이 GW-2 > GW-3> GW-1 의 순서로 0.13 ℃, 0.87 ℃, 0.25 ℃ 로 나타났으며, 기온과 지하수온 변화의 지연시간은 GW-1 (약 10 ~ 13 개월) > GW-3 (약 9 개월) > GW-2 (약 6 개월)로 나타난다. 각 관측공에서 확인된 지하수온의 변화는, 지표에서의 기온변화가 지하수체에 전달되는 기작에 따라 그 영향이 달라지게 된다. 강수의 직접적인 함양이 발생하는 자유면대수층 지하수온의 변동과 함양지역에서 유입된 지하수의 이동에 따라 열에너지의 전달로 발생하는 지하수온의 변동은 기온의 지연시간과 수온변동의 규모에서 확인할 수 있으며, 부지에서 감시 대상이 되는 지하수체의 함양과 유동 경로에 대한 이해가 선결되어야 한다.

전 지구적 기후변화에 대하여 IPCC(2021)는 2100년까지 지역적 환경조건에 따른 강수 패턴의 변화와 기온 상승 및 지하수위 변동이 심각하게 발생할 것으로 예측하였다. 이러한 변화는, 지하수가 LNAPLs 로 오염된 경우에는, 지하수위의 변동과 수온이 오염물질의 이동성과 분해 산물의 유출에도 영향을 미치게 될 것이다. 따라서 오염물질 누출을 조기에 진단하여 이들의 지하수환경으로의 확산과 이동을 방지하기 위한 진단 모니터링 체계(detection monitoring system)의 구축은, 환경의 오염 예방과 보전 차원에서 핵심적인 관리 방법으로 사용될 수 있다.

Acknowledgement

This study was supported by Korea Environment Industry and Technology Institute (KEITI) through the Subsurface Environment Management (SEM) Project, funded by the Korea Ministry of Environment (MOE) (2020002460001).

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December 2022, 55 (6)