한국지하수토양환경학회 추계학술발표회 2006년 10월 12~13일 KAIST
국내 소규모 군사격장내 오염물질(중금속 및 화약물질)의 분포 및 이동
배범한*․김민경 경원대학교 토목환경공학과
*[email protected]
요 약 문
A phase II site investigation and feasibility study was conducted at a military mortar shooting range near demilitarized zone (Kyunggi, South Korea) to assess the impact of contaminants migration to a nearby Imjin river in which a flood control dam is under construction. The results showed that silty-clay soils around target areas were co-contaminated with heavy metals (Cd, Cu, and Pb) and explosives (HMX, RDX, and TNT). The total amount of contaminant were estimated to be 497.1kg-RDX, 20.6kg-HMX, 0.03kg-TNT, 39.9 kg-Cd, 4,332kg-Cu, and 5,115kg-Pb and of which up to one third of explosives is leachable by SPLP method. Both heavy metals and explosives were almost equally distributed on each soil particle size fraction. Neither subsurface soil samples nor ground water samples show signs of contamination. The major migration route of contaminants was surface runoff of soil particles during rain at a mass discharge rate of 8.3 ×10
-6mg-RDX/sec.
key word : mortar shooting range, explosives, heavy metals, surface runoff, ground water
1.서론
국내에는 약 60여 곳의 주요한 군 사격장이 있으나, 사격장에서 배출되는 오염물질에 의한 토양 및 지하수의 오염실태와 오염물질의 거동에 대한 연구가 거의 보고되지 않았다. 지난 60여 년간 남한과 북한의 군사적 대치 상황이 지속되고 있는 상황에서 적절한 사격훈련을 통해 군의 전력을 손상하지 않으면서 환경의 오염을 최소화하기 위해서는 사격장 오염물질의 종류와 분포 및 거동을 파악하여 가장 경제적이고 효율적인 오염물질 배출 방지 및 복원공법을 제시하는 것으로 판단된다. 조사대상인 마방 사격장은 경기도 연천군 왕징 면 북삼리 민통선 내에 위치하는 육군 ○○사단 소속의 박격포 및 직사화기 사격훈련장이다. 마방 사격장이 운용된 기간은 약 20여년으로, 이 사격장에서 사용되는 화기는 개인 및 공용화기(유탄발사기 포함), 60mm 박 격포, 81mm 박격포, 90mm 무반동포, 및 105mm 박격포 등이며, 사용되는 탄종은 대전차탄 및 고폭탄을 포함 한 실사격 훈련을 실시하고 있다. 최근 마방 사격장 인근의 임진강에 군남홍수조절지가 건설되고, 사격장 인 근까지 수몰됨에 따라 사격장에서 배출되는 오염물질과 오염토양이 조절지로 유출되어 수질을 악화시킬 가능 성이 매우 높은 것으로 판단되어 토양오염 정밀조사가 필요하게 되었다.
2.본론
2.1 사격장의 지리적 위치
마방사격장의 피탄지는 Fig. 1에서와 같이 임진강의 지류인 안월천 인근 표고 45-60M 지역에 위치하
며, 다수의 탄착점을 가지고 있다. 안월천으로부터 표고 40M의 사격장 경계지역까지는 논이 위치하고, 사격장
은 논에 연한 높이 약 4M의 둑으로 분리되어 있다. 피탄지에 내린 강수는 사격장 좌측의 안월천 지천으로 배
출되며, 안월천과 합류한다.
Figure. 1. The geological location of Mabang shooting range. (a) Target areas, (b) Location of nearby streams.
2.2 정밀조사 및 분석방법
정밀조사를 위한 토양, 지하수, 하천 저질 및 하천수(청천 및 강우시)의 시료는 2005년 3월 11일부터 6월 4일까지 채취하였으며, 시료의 수는 표토 90개소, 심토 47개소, 하천수 16개, 지하수 15개(6개 관정) 및 하천 저니 9개이었다.(Fig. 2) 시료의 지점은 미국의 PNNL에서 개발한 Visual sample plan 3.0을 사용하여 미리 채취지점을 선정하고 현장에서 측량하여 위치를 정함으로써 조사자의 주관이 개입되는 것을 방지하였 다. 또한, 초기강우시 표면유출에 의하여 오염물질의 유출여부를 측정하기 위해 5개의 하천수를 채취하여 액 상 및 부유토사내의 오염물질을 측정하였다. 화약류는 미국 EPA의 SW-846 method 8330으로 측정하였으 며, 중금속의 농도는 토양오염분석 지정기관에 분석을 의뢰하였다.
(a) (b)
ⓐ ⓑⓒ ⓓ ⓔ
ⓕⓖ
L E G E N D C O N T O U R LIN E S T R E A M S A M P L IN G G R ID S UR FA C E S O IL S A M P LE S UR FA C E & S UB S U RF A C E S A M P LE
L E G E N D C O N TO U R LIN E S TRE A M S AM P LIN G G RID W ATE R & S E D IM E N T S A M P LE
Figure 2. Locations of soil, water, and sediments sampling (a)Soil and subsoil sample locations,
(b) Locations of ground water monitoring wells, water and sediments sampling
2.2 오염물질의 분포
정밀 조사 결과 마방사격장의 토양은 화약류(HMX, RDX 및 TNT)와 중금속(Cd, Cu, Pb)으로 오염되 었으며, 그 분포를 Fig. 3에 나타내었다. 오염총량을 산정해 본 결과 화약류 중에서는 RDX가 중금속은 Pb 이 가장 많이 분포되었으며, 설정된 복원기준을 초과하는 높은 농도가 검측된 것은 RDX, Cu 및 Pb이었다.
각 오염물질별 오염총량은 각각 497.1kg-RDX, 20.6kg-HMX, 0.03kg-TNT, 39.9 kg-Cd, 4,332kg-Cu 및 5,115kg-Pb이었다. 그러나 두 종류의 오염물질은 표토(0-30cm)에서만 발견되었고, 심토시료에서는 오염물질 이 전혀 검출되지 않았다. 지하수시료를 조사한 결과, 사격장 좌측에 위치한 MW 5 지점을 제외한 모든 지 하수 시료에서 중금속과 화약류가 검출되지 않았다. MW5의 경우에는 RDX가 미량 검출되었는데, 각 관정 의 지하수 수위 변화와 하천의 수위 및 오염물질을 비교해 본 결과, 사격장 좌측 지천에서 지하수관정으로 유입된 것으로 나타났다.
(a)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 512100
512200 512300 512400 512500 512600 512700
0 0.18 0.48 1.2 3
(b)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 201400 512100
512200 512300 512400 512500 512600 512700
0 0.09 0.24 0.6 1.5
(c)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 201400 512100
512200 512300 512400 512500 512600 512700
0 0.09 0.24 0.6 1.5
(d)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 511800
511900 512000 512100 512200 512300 512400 512500 512600 512700
0.015 0.15 0.6 1.5 4
(e)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 201400 511800
511900 512000 512100 512200 512300 512400 512500 512600 512700
0.5 5 20 50 125
(f)
200500 200600 200700 200800 200900 201000 201100 201200 201300 511800
511900 512000 512100 512200 512300 512400 512500 512600 512700
1 10 40 100 300
Figure. 3. Distribution of contaminants in surface soil at Mabang shooting range (a) HMX, (b)
RDX, (c) TNT, (d) Cd, (e) Cu, (f) Pb
초기 강우를 조사한 결과, 강수 후 2시간 시료에서 안월천과 안월천 지천 수질시료의 액상 및 고상에 서 모두 RDX가 검출되었으며, 하천 수량을 측정하여 유출총량을 계산한 결과 8.3 ×10
-6mg-RDX/sec으로 상 당히 많은 양이 배출되는 것으로 나타났다. 또한 초기강우 조사결과는 하천으로 유출된 오염물질이 MW 5의 지하수를 오염시켰다는 것을 반증하고 있다.
사격장 피탄지 토양을 입자 크기 별로 분리하고 각 입자별 토양내 오염물질의 분포를 조사하였다.
(Fig. 4) 일반적으로 입자가 작은 토양은 표면적이 커서 오염물질이 많이 축적되는 것으로 알려져 있으나, 본 연구에서의 조사결과 화약류 및 중금속 공히 입자 크기별 오염물질의 분포가 일정한 것으로 나타났다.
이는 다음의 두 가지로 해석할 수 있다; (1) 사격장에서 오염물질의 배출은 포탄의 파편에 의한 것이므로, 배출되는 오염물질이 입자상으로 배출된다. (2) 피탄지역에는 수목이 없어 강수에 의한 토사 유출이 쉽게 발 생할 수 있다. 따라서 오염된 작은 입자들이 강수에 의하여 쉽게 유출되어 상대적으로 오염량이 줄어들었다.
P a r t ic le d ia m e t e r ( m m )
0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5
Explosives concentration (mg/Kg)
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
H M X R D X T N T
P a r t ic le d ia m e t e r ( m m )
0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5
Heavy metal concentration (mg/Kg)
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0
P b C u
