Hydrogeochemical characteristics of of the spring waters in Jeju

제주도 용천수의 수리지화학적 특성

Lee, Bong-Joo;Moon, Sang-Ho;Park, Ki-Hwa;Koh, Dong-Chan;Koh, Ki-Won
이봉주;문상호;박기화;고동찬;고기원

  • Published : 2002.09.30

Abstract

This study aims at elucidating the hydrogeochemical characteristics and evolutional trends of water qualities of springs which were identified and analyzed by Jeju Provincial Government(1999). Water quality data of 389 springs were reviewed and 345 out of them were intensively analyzed using graphical interpretation techniques and factor analysis. Wide ranges of EC, TDS, Cl, Na and $NO_3$ indicate that spring waters in Jeju have been affected by three different hydrogeochemical processes, that is, natural water-rock interaction, seawater mixing and artificial contamination. Geochemistry of spring waters at high altitude area(> 600 m m.s.l.) shows background level of dissolved contents and is characterized by no dominant--$HCO_3$water type typical of fractured basalt aquifer. Concentrations of most chemical components of spring waters varied inversely with their altitudes. It was identified that all components start to deviate from background values in content at the middle altitude area between 200 m and 600 m m.s.l. And it was shown that the concentrations of major components of spring waters were rapidly increased with approaching to coastal area(0 m ∼ 10 m m.s.l.). Dominant anion type of springs also progressively changes with altitudes, namely, from bicarbonate type(high altitude area) through no dominant or nitrate type(middle altitude area) and nitrate type(low altitude area) to chlorine types(coastal area). It was identified that areal distribution of hydrogeochemical characteristics of spring waters showed regional differences. The eastern part of Jeju Island is characterized by intensive and extensive influence by seawater mixing, but shows less evidence of artificial contamination which is dominantly observed at the overall low altitude areas of the southern part. Artificial contamination is also partly observed in the middle altitude areas of the northern part and in the coastal to low altitude areas of the western part. Two factors that explain the chemical processes and the source of ions in the spring waters in the study area are identified. Factor I reflects hydrogeochemical process related to seawater and factor II that includes mainly nitrate indicates process related to artificial contamination.

제주도(1999)는 도내에 911개 용천수가 분포함을 확인하였으며, 389개 용천수에 대하여 성분분석을 실시한 바 있다. 이 연구에서는 이들 중 345개 시료에 대하여 지화학적 분석 및 요인분석을 실시함으로써 제주도 용천수에 대한 표고별, 지역별 수질 특성 차이와 지화학적 진화 특성을 고찰해 보았다. 용천수내 EC(39.7∼$16,680\;{\mu}S/cm$), TDS(19∼9,440 mg/L), Cl(3∼5,587 mg/L), Na(2.8∼3,112 mg/L), $NO_3$(ND∼71.8 mg/L) 성분의 폭넓은 함량 범위는 제주도내 용천수의 수질이 물-암석 반응에 따른 단순 진화과정 이외에도 인위적 오염의 작용 및 해수에 의한 영향 등 다양한 지화학적 요인들에 의해 영향을 받고 있음을 보여준다. 고지대(표고 600 m 이상) 용천수의 TDS 값은 19∼20 mg/L로서 배경 수질을 보이며, 현무암질암을 모암으로 하는 no dominant-$HCO_3$ 형의 수질 특성을 보여준다. 대부분 성분들의 함량이 용천수 산출 지점의 표고가 낮아지면서 증가되는 경향이 뚜렷하다. 특히, 표고 270 ∼280 m를 기준으로 대부분 성분들의 함량이 배경치 수준을 벗어나기 시작하였으며, 표고 10 m 이하부터는 해수에 풍부한 성분들이 급증하는 특징을 보였다. 음이온 수질 유형도 표고별로 차이를 보여, 고지대의 $HCO_3$형으로부터 중산간지대(표고 200∼600 m)의 no dominant 및 nitrate 형, 저지대(표고 10∼200 m)의 nitrate 형을 거쳐 해안지대(해수면∼표고 10 m)의 Cl 형으로 변해감으로써 뚜렷한 수질의 진화과정을 겪고 있다. 이러한 현상은 제주도내 용천수가 저지대 뿐 아니라 중산간지대에까지 인위적 오염의 영향을 받고 있으며, 해안지대에서는 대부분 해수의 영향을 심하게 받고 있음을 지시한다. 지역별로도 수질 특성의 차이가 뚜렷하여, 동부 권역은 해수의 영향이 매우 심한 반면에 인위적 오염현상은 잘 관찰되지 않았다. 남부 권역은 인위적 오염이 심한 것으로 나타났으며, 북부와 서부 권역도 오염현상이 다소 관찰된다. 남부 권역에서의 인위적 오염은 주로 저지대에서 관찰되는 반면에, 북부 권역은 중산간지대에까지 인위적 오염을 받고 있는 것으로 나타났다. 요인분석 결과, 요인 1은 해수와 관련된 지화학적 작용, 요인 2는 인위적 오염과 관련된 지화학적 작용을 나타낸다.

Keywords

References

  1. 지질학회지 v.27 제주도 서귀포층의 지하분포 상태와 지하수와의 관계(요약) 고기원
  2. 제주도의 지하수 부존 특성과 서귀포층의 수문지질학적 관련성 고기원
  3. 제주도와 Oahu도의 지하수 농어촌진흥공사
  4. 제주도 지하수 장기개발계획 조사보고서 농업진흥공사
  5. 지질학회지 v.27 제주도 화산암의 암석화학적 진화(2): 제주 동부 월라봉 부근 시추코아 연구(요약) 박준범;권성택
  6. 성산도폭지질도 설명서 원종관;이문원;이동영;손영관
  7. 제주지역 지열조사 연구. 한국자원연구소, 국토이용지질조사 연구, 83-5-08 윤상규;김원영
  8. 지하수환경학회지 v.5 제주도 용천수의 수리화학적 특성 윤정수;박상운
  9. 지질학회지 v.30 제주도 남사면 화산암류의 화산층서 및 암석학적 연구 이문원;원종관;이동영;박계현;김문섭
  10. 지하수환경학회지 v.4 국내 화강암질내 심부지하수의 지화학적 특성 이종운;전효택;전용원
  11. 제주도 중산간지역 종합조사 제주도
  12. 제주애월도폭 지질보고서 제주도
  13. 제주의 물, 용천수 제주도
  14. 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(I) 제주도
  15. 지질학회지 v.25 제주도 지하수의 수질 특성 최순학;김영기
  16. 지하수 환경 v.1 제주도 지하수 자원의 최적개발 가능량 한정상;한규상;김창길;김남종;한찬
  17. Hydrogeological and hydrochemical characteristics of groundwater in Cheju Island Choi, S.H.
  18. Journal of the Institute of Mining Geology v.24 Sea Water Intrusion in Coastal Area of Cheju Volcanic Island, Korea Choi, S.H.;Kim, Y.K.;Lee, D.Y.
  19. Ground Water v.16 Interpretation of hydrochemical facies by factor analysis Dalton, M.G.;Upchurch, S.B. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1978.tb03229.x
  20. Statistics and data analysis in geology Davis, J.C.
  21. Nitrate;Regional Ground-Water Quality Hallberg, G.R.;Keeney, D.R.;Alley, W.M.(ed.)
  22. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2254 Hem, J.D.
  23. Environmental Geology v.31 Factor analysis in hydrogeochemistry of coastal aquifers - a preliminary study Jayakumar, R.;Siraz, L. https://doi.org/10.1007/s002540050177
  24. Geosciences Journal v.5 Hydrochemical characteristics of groundwater in a mid-western coastal aquifer system, Korea Jeen, S.W.;Kim, J.M.;Ko, K.S.;Yum, B.W.;Chang, H.W. https://doi.org/10.1007/BF02912705
  25. Ground Water v.20 Identification of recharge are using geochemical factor analysis Lawrence, F.W.;Upchurch, S.B. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1982.tb01387.x
  26. Journal of the Environmental Quality v.30 Statistical evaluation of geochemical parameter distribution in a groundwater system contaminated with petroleum hydrocarbons Lee, J.Y.;Cheon, J.Y.;Lee, K.K.;Lee, S.Y.;Lee, M.H. https://doi.org/10.2134/jeq2001.3051548x
  27. American Geophysical Union Transactions v.25 A graphic procedure in the geochemical interpretation of water analyses Piper, A.M. https://doi.org/10.1029/TR025i006p00914
  28. Journal of Hydrology v.119 Application of factor analysis to the hydrogeochmical study of a coastal aquifer Ruiz, F.;Gomis, V.;Blasco, P. https://doi.org/10.1016/0022-1694(90)90041-U
  29. Environmental Geology v.28 Characterization of groundwater contamination using factor analysis Subbarao, C.;Subbarao, N.V.;Chandu, S.N. https://doi.org/10.1007/s002540050091