한국지하수토양환경학회 추계학술발표회 2006년 10월 12~13일 KAIST
토양위해성평가를 위한 토양조사계획 및 노출농도 결정방안 연구
정승우 ․최동규․주병규
군산대학교 토목환경공학부 환경공학전공 [email protected]
요약문
Soil risk assessment has recently received much attention from environmental community. The study discusses several kinds of methods related to soil sampling strategy and exposure concentration for soil risk assessment. Exposure concentration is usually determined with the upper confidential limit of the average. Sampling strategy would be initially planned to satisfy statistical conditions because risk assessment is based on the statistical concepts. This study suggests suitable parameters and methods for determining soil sampling plan and exposure concentrations.
Key words: risk assessment, soil survey plan, exposure concentration,
1. 서론
토양이 오염물질로 오염시키게 되면, 토양오염물질은 토양에만 국한되는 문제가 아니며, 지하공기 및 지하수 등 2차 매체 오염을 야기시킨다. 오염매체내 존재하는 오염물질은 직․간접적인 노출경로를 통해 인체 및 생태계에 노출됨으로써 지속적인 위해성 문제를 유 발한다. 토양오염지역에 대한 정량적 평가와 평가결과에 따른 합리적인 대책수립은 우리사 회의 효율적 국토사용과 지속가능사회 건설을 위해 꼭 필요한 문제해결 방안이다. 본 연구 에서는 위해성평가를 위한 매체별 노출농도 결정방법에 대해 연구하였다. 또한 위해성평가 시 사용되는 각 매체별 노출농도는 평균농도보다 높은 상위 95%신뢰구간의 값이 이용되고 있으므로 통계학적 개념을 만족시키는 토양조사계획 수립 방법에 대해 연구하였다.
2. 토양조사계획
위해성평가에서 노출농도 결정은 토양조사단계에서 가장 중요한 사항이며, 노출농도는 오염부지의 오염현상을 가장 대표할 수 있는 값이 선정되어야 한다. 따라서 현장조사 및 분 석결과로부터 양상되는 오염농도의 값으로부터, 불확실성을 고려하여 표본평균값에 대한 상
위 95% 신뢰구간 값 (CL95%)을 노출농도로 결정하는 것이 바람직하다. CL95%은 식 1과 같이 평균(m)과 표본표준편차(s), 데이터 수 (n)와 t-분포통계 값 (t95%,df)으로서 산정된다. 신뢰구간 (confidence intervals or confidence limits)은 일부 시료로부터 얻어지는 표본평균과 표본표 준편차부터 모평균 (population mean)이 얻어질 수 있는 범위를 규정한 것이다.
(식 1)식 1과 같이 노출농도결정에 상위 95%신뢰구간의 값이 이용되고 있으므로 통계학적 개념을 만족시키는 토양조사계획 수립 방법이 필요하다. 식2에 나타낸 바와 같이 표본표준편차(s)와 표본평균(m)과의 비인 변동계수(CV)와 토양오염기준과 배경농도와의 차로 정의되는 상대민 감도(T)는 통계학적으로 주워진 일정한 구간의 신뢰성을 만족시키기 위하여 일정한 시료의 개수가 요구된다 (USEPA, 1992). 본 연구에서는 이와 같이 여러 가지 인자에 대한 민감도 분석결과를 통해서 계획되는 토양시료채취개수 산정에 경제적이며, 현실적인 인자와 범위에 대해 분석한 결과 식3을 제시하고자 하였다.
≥
(식 2) ≥
×
(식 3)n = 최소시료개수 (The minimum number of samples)
Z1-α = 제1종오류 확률에서의 t-통계 값 [The percentile of the standard normal distribution such that P(Z≥Z1-α), α: 제1종 오류 확률]
Z1-β = 제2종오류 확률에서의 t-통계 값 [Type II error, The percentile of the standard normal distribution such that P(Z≥Z1-β), β: 제2종 오류 확률]
T = 상대민감도 (minimum relative detectable difference) D = 상대민감도/변동계수
CV = 변동계수 [표준편차(s)/평균(m), Coefficient of Variation]
3. 노출농도 결정
토양이외 지하수, 공기내 오염물질의 농도를 예측하기 위한 매체오염물질예측식을 비교 분석하여, 지역적 특이성이 가장 적은 예측식과 우리나라 실정에 적합한 인자값을 평가하였 다. 평가된 매체오염물질 예측식으로는 미국의 Soil Screening Level(SSL) 산정식, Risk Based Corrective Action (RBCA)식, Cal-Tox, 영국의 CLEA식, 네덜란드예측식 등이었다.
각국의 지하수농도예측모델에 대한 민감도 분석 결과 RBCA식은 오염원 폭의 변화에 대 해 매우 급격한 변화를 보이고 있었으나, SSL식(식4, 5, 6 참조)은 비교적 변화가 적은 것으
RBCA
SSL
CalTox 영국 네덜란드 우리나라 문헌 적정인자
흡입경로 지하수노출
경로 토양용적밀도
(ρb, kg/L) 1.7 1.5 1.6 1.5 1.11)
1.756) 1.6 (측정권고) 토양입자밀도
(ρs, kg/L) 2.65 2.65 2.6 2.65 2.65
공극률 0.38 0.43
(1-ρb/ρs) - 0.2
(대수층) 0.46 0.4 0.58641)
0.346) 0.4
토양중 수분함량(θw) 0.12 0.15 0.3
0.192 (표토) 0.202 (심토)
0.15 0.2
0.22851) 0.13192) 0.13353) 0.13974) 0.14905) (평균 0.16)
0.16
토양중 공기함량
(θa) 0.26 0.28 0.13 0.31 0.2 0.24
유기물함량(foc) 0.01 0.006 0.002
0.0156 0.00306(표토)
(심토) 0.00306 (대수층)
0.025 0.050or 0.058
0.08021) 0.06552) 0.04823) 0.07624) 0.08955) (평균 0.072)
0.07 (측정권고)
토양 투수도(I, m/year) 0.30 - 0.18 0.25 9)
0.36 9) 0.24
오염원 규격 1500 cm
(W) 0.5acre
(2024 m2) 45m (L) -
지하수 Darcy 속도 2500 cm/year
(Ugw) - ** 5.58E-5m/d
(2.04cm/yr) 18.1 m/year
지하수수리전도도 Darcy속
도에 포함
5.74×10-3 cm/sec (측정권고)
지하수수리구배 0.005 6)
0.01 7)
0.05 8) 0.01
지하수 혼합층 높이 (cm) 200 (δgw) - 200
지하수 희석계수 - 20 10 -
로 나타났다. 표 1은 토양노출농도로부터 지하수노출농도 예측을 위하여 필요한 기본인자값 들에 대해 각국의 인자와 우리나라의 문헌값을 기초하여 적정인자를 선정하였다.
′
토양노출농도
(식4) 희석계수
(식5)
희석계수
(식6)
표 1. 적정 기본(default) 인자값 비교
1) 경기도 의왕시, 2) 경남 온산, 3) 서울 관악구, 4) 경남 충무, 5) 강원 정선, 6) 가남아일랜드 골프장, 7) 금강대중골프장, 8) 정안컨트리클럽, 9) (배상근, 2005), 10) (배상근, 이승현, 2004)
토양 공기휘발농도(토양내 휘발성오염물질이 토양위로 휘발될 경우)에는 두 가지가 있을 수 있다. 첫째는 토양오염부지 위의 대기로 휘발되는 농도(토양공기 휘발노출농도)와 토양오 염부지위의 실내로 유입되는 경우(토양공기 실내유입농도)이다.
토양공기 휘발노출농도의 경우 미국의 SSL과 RBCA식 및 영국의 CLEA식을 비교 검토한 결과, SSL식은 오염발생원의 면적과 기상관계를 고려한 지역 특이적 인자를 별도로 마련하
고 있어 일반적 적용이 힘들 것으로 판단하였다. 반면 RBCA와 영국에서 공통적으로 사용하 고 있는 적정방법을 도출하였다. 일반적이며 공통적으로 사용되고 있는 RBCA 노출경로중 심토에서 대기로 유출되는 휘발계수산정방법이 가장 적합할 것으로 판단하였다.
토양공기실내유입농도에 대해서는 많은 불확실성이 발견되었다. SSL에서는 토양공기 실 내유입농도를 고려하지 않고 있으며, 영국에서도 오염원 바로 위에 있는 건물의 실내유입으 로 가정을 국한하고 있었다. 미국 RBCA나 영국 CLEA에서는 실내 공기의 경우 산정식을 유추하여 제시하고 있으나, 대부분의 구성인자가 건물의 지반형태와 관계된 인자로 되어 있 어, 응용에 많은 어려움이 따를 것으로 판단된다. 독일의 경우 이와 같이 실내유입에 대한 불확실성과 산정의 어려움 때문에 토양공기층의 휘발농도의 1%에 해당하는 농도가 실내로 유입되는 것으로 예측하고 있다. 그러나 독일이 제안하고 있는 식의 경우 민감도 분석결과 실내유입농도의 값이 비이상적인 결과를 보여주고 있었다.
본 연구에서는 독일 UMS식의 토양공기농도를 1차적으로 산정하는 과정에 문제가 있다고 판단하여 실내유입 토양공기농도(Cia)를 산정하기 위한 일반적인 예측식 사용하여 휘발성오 염물질이 토양공기로 유출되는 농도를 산정하고, 독일 UMS에서 추측하는 바와 같이 토양공 기농도의 1%가 실내로 유입된다고 가정하여 식 7을 새롭게 도출하였다.
× ′ × 토양노출농도
×′ ×
× × (식 7)
5. 참고문헌
김종석, 주춘성, 김윤관, 권은미, 정욱진, 의왕시 백운산 주변 유류 오염도 조사 및 현장 복원 기 초실험. 한국지하수토양환경학회지, 제7권 2호,pp.3-11, 2002
배상근, 지하수함양량산정을 위한 NRCS-CN방법의 적용성, 대한토목학회논문집, 제 25권 6B호, pp425-430, 2005. 11.
배상근, 이승현, 소유역 강수에 의한 지하수 함양량 산정, 한국수자원학회논문집, 제37권 제5호, pp397-406, 2004
삼우환경컨설턴트, 금강 대중골프장(9Hole) 조성사업 환경영향평가서, 2004. 6
심재욱, 이민순, 이상선, 이태수, 이민웅, 오염지역과 비오염지역의 토양의 특성과 토양 미생물의 분포, 한국토양환경학회지, 제3권2호,pp.31-39, 1998
태일환경, 가남아일랜드 G·C 조성사업 환경영향평가서, 2004. 6 태일환경, 정안컨트리클럽 조성사업 환경영향평가서, 2004, 4.
USEPA, Preparation of Soil Sampling Protocols: Sampling Techniques and Strategies, EPA/600/R-92/128, Office of Research and Development, 1992
