characterization of groundwater hydro geochemistry in granitic urban area, Daejeon, Korea

Abstract

As demand on groundwater increases, it is necessary to manage groundwater quality properly for appropriate use and resource development. Prior to that, figuring out hydro geochemical processes impacting groundwater chemistry has to be done. Especially, hydro geochemical properties of groundwater can be effected by various factors such as mineral reactions and human activities, so systemic study has to be conducted for better understanding of aquifer system. In this study, quantitative like conventional geochemical analysis, and multivariate statistical analysis and qualitative approaches like geochemical modeling were applied to elucidate hydro geochemistry of granitic urban area. Consequently, the conceptual model explicating groundwater system was proposed and results were verified with strontium isotope ratios. Interactions between mineral and groundwater is major contributor of groundwater chemical composition formation, particularly silicate minerals which transform into stable clay minerals that induce ion exchange inside groundwater. Also human activities like agricultural activities and land use patterns threatened groundwater quality. Verified by natural tracer, conceptual model shows that groundwater chemistry evolves from Ca-HCO3 type to Ca(Na)-HCO3 and mixed type (Ca-Cl) with active water-rock interactions and inputs of contaminants from anthropogenic sources. Thus, results of the study will be helpful to fully understand the hydro geochemical system of aquifer in Daejeon city. Additionally, conceptualized aquifer system proposes a way for efficient management of water quality and predicts how the chemical composition changes occur inside the groundwater as well.

가뭄, 홍수 등과 같은 기후 문제가 발생하면서, 지하수 자원에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 지하수 자원의 경우 수질 특성에 따라 사용 용도가 결정되기 때문에, 효과적인 자원 활용 및 개발을 위해서는 지하수 수질 특성에 대한 이해가 필수적이다. 지하수 수질은 다양한 지질 매체와의 상호작용, 인간 활동의 영향 등과 같은 요인에 의해 영향을 받기 때문에, 수질 특성 이해를 위해서는 구조적인 접근이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 다변량 통계 분석 기법과 지화학 모델링 프로그램인 PHREEQC를 결합하여, 국내 지질 특성으로 대표되는 화강암반지역의 대수층의 수리지화학적 특성 평가를 수 행하였다. 연구 지역인 대전광역시는 기반암인 화강암, 변성암과 지하수의 상호작용으로 인한 특성이 두드러지게 나타나고 있는 것으로 확인 되었다. 대표적으로 알바이트, 아노사이트 등의 사장석 용해가 주요 양이온에 해당하는 칼슘, 소듐의 기원으로 추정되며, 칼슘의 경우 열극 충전 광물로 존재하는 방해석의 용해로부터 기원했을 것으로 추정된다. 열역학 상 안정도와 지화학 모델링 수행 결과, 사장석의 용해와 카올리나이트 등의 점토 광물의 침전 반응이 대전 광역시의 수질을 지배한다는 것을 확인하였다. 특성 평가를 바탕으로 연구 지역의 지하수 흐름에 따른 개념 모델을 수립하였으며, 지역적 규모로 추가 샘플링을 수행하여 스트론튬 동위원소를 활용해 수립한 개념 모델의 정확도를 높여 주었다. 본 연구는 대전광역시의 지하수 화학 시스템을 모사하는 개념 모델을 제시하였다는 데에서 의의가 있으며, 물 관리 차원에서 수질을 효과적으로 모니터링 하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.