해수침투와 농업활동에 의한 사천-하동 해안지역 지하수의 오염 특성

Characteristics of Groundwater Contamination Caused by Seawater Intrusion and Agricultural Activity in Sacheon and Hadong Areas, Republic of Korea

연구지역인 사천-하동지역은 농업지역으로서 오랫동안 농업용 지하수를 사용하여 왔으며, 또한 남해에 인접해 있다. 본 연구에서는 해수침투와 농업활동에 의한 오염을 고찰하기 위해 연구지역의 지하수 화학성분을 분석하였다. 대부분의 지하수 시료들은 해안으로 갈수록 전기전도도(227~7,910 μS/cm)가 증가하는 경향을 보이며 해수(0.55)와 비슷한 Na/Cl 농도를 보였다. 또한, Cl과 HCO3 농도 확률누적곡선의 통계학적 해석에 의하면, 연구지역 지하수의 30.1%가해수의 영향을 많이 받은 영역에 속하는 것으로 나타났다. 지하수 유형은 Ca-Cl과 Na-Cl 형을 나타냈으며, 이는 해수의 영향과 이에 수반된 양이온교환을 지시한다. 수소·산소동위원소 분석 결과, 사천-하동 지역 지하수의 산소·수소동위원소비는 δ18O가 −8.53~−6.13‰, δD가 −58.7~−43.7‰로서 우리나라 전체 평균 산소·수소 동위원소비에 비해서 약간 더 무거운 경향을 보인다. 질소동위원소 분석 결과, δ15N-NO3값이 −0.5~19.1‰의 범위로 나타나 질산염 오염의 기원은 주로 토양의 유기질소와 분뇨 기원 그리고 이들의 혼합기원으로 나타났다. 그러나, 부분적으로는 탈질효과도 있는 것으로 보인다. 요인분석 결과 4개의 요인이 도출되었으며, 전체 분산을 가장 많이 설명하는 요인 1 (고유치 6.21)은 해수침투의 영향을 지시한다. 군집분석 결과, 연구지역의 지하수는 담수, 담수-해수의 혼합지하수로 분류된다.

Groundwater has been extracted for irrigation in Sacheon-Hadong area, which is close to the South Sea. We analyzed chemical components of groundwater to examine the effects of seawater intrusion and agricultural activities in the study area. Most groundwater samples displayed the Na/Cl concentration ratios similar to that of seawater (0.55) with an increasing tendency of electrical conductivity (227-7,910 μS/cm) towards the coast. In addition, statistical interpretation of the cumulative frequency curves of Cl and HCO3 showed that 30.1% of the groundwater samples were highly affected by seawater intrusion. Groundwaters in the study area mostly belonged to the Ca-Cl and Na-Cl type, demonstrating that they were highly influenced by seawater intrusion and cation exchange. The result of oxygen-hydrogen isotope analysis demonstrated slightly higher δ18O ((−8.53)-(−6.13)‰) and δD ((−58.7)-(−43.7)‰) comparing to mean oxygen-hydrogen isotope ratios in Korea. As a result of nitrogen isotope analysis, the δ15N-NO3 values ((−0.5)-(19.1)‰) indicate two major sources of nitrate pollution (organic nitrogen in soil and animal and human wastes) and mixed source of the two. However, denitrification may partly contribute as a source of nitrogen. According to factor analysis, four factors were identified among which factor 1 with an eigenvalue of 6.21 reflected the influence of seawater intrusion. Cluster analysis indicated the classification of groundwater into fresh, saline, and mixed ones.