1. 서론

인간의 건강과 생명 유지에 필수적인 물에 대한 인식은 최근 건강, 안전, 삶의 질에 대한 관심의 증가로 변화되어 “좋은물”에 대한 요구가 높아지고 있다(Petraccia et al., 2006). 본 연구에서 좋은물은 특별한 가공 없이 자연산출 상태 그대로 마실 수 있을 만큼 깨끗한 물, 또는 물의 성질이나 특성으로 인해 사람이 특정 목적으로 이용하기에 적합한 물이라고 정의한다. 음용에 좋은물은 자연 상태의 오염 영향이 적은 환경에서 산출되어 인간의 신체 대사활동과 건강에 도움이 되는 미네랄 성분이 적절히 함유된 물이라 할 수 있으며, 물을 이용하는 다양한 분야(식품, 주류, 커피, 차류 등)에서 그 특정에 맞는 적합한 상태와 미네랄 성분, 함량 조건 등을 가지고 있는 물로 정의할 수 있다.

물의 건강에 대한 유익성을 평가하기 위해서는 미네랄∙기능성 워터 성분에 대한 평가가 필요하다. 지하수는 전세계 약 25억 명에게 먹는물로 공급되고 있으며(UNESCO, 2012) 유럽에서는 생수 소비 증가, 건강 및 웰빙(Well-being)에 대한 관심 증가로 미네랄 성분에 대한 관심이 높아지고 있는 것으로 보고되고 있다(Eurogeosurveys, 2016). 독일 지질조사소(BGR)는 유럽 전역의 40개국에서 884개 수원 및 1,785개의 병입수의 미네랄 성분을 분석하여 광역적 성분지도를 발간하였으며(Reimann and Birke, 2010), 프랑스 국립지질조사소(BRGM)는 식품 관련 대기업과 공동연구를 통해 미네랄 워터 정보를 수집하고 있다. 하지만, 국내 지하수 연구는 국지적 규모에서의 부지 특성화에 대한 연구들이 대부분이며 전국 규모에서는 오염 특성 평가 및 수리지화학적 기작 연구(Kim et al., 2019), 또는 환경부 운영 지하수 관측망을 활용한 수질 유형 분류 및 특성 평가에 집중되어 있으며(Choi et al., 2014), 전국 규모의 수원 특성이나 수질 분포에 대한 연구는 부족하다.

따라서, 인위적 오염의 영향을 받지 않고 자연상태로 산출되며, 인간의 건강과 사용하는 목적에 적합한 한국의 좋은물 수원에 대한 특성과 정보를 제공하기 위한 선행연구 자료로서 주요 미네랄 성분들에 대한 공간적 분포도를 작성하였다.

2. 연구방법

본 연구에서는 2017년 8월부터 2020년 6월까지 전국에 분포하고 있는 주요 수원에 대한 현장조사와 시료분석 결과를 활용하였다. 우선, 문헌조사를 통해 전국의 자연기원의 전통적인 유명 온천, 약수, 샘물 등에 대한 정보를 수집하고(Min, 1997; 2000; Kim, 2007), 해당 지점에 대한 현장조사를 수행하여 현재에도 활용되고 있는 수원 167개소에 대한 수질자료를 구축하였다. 그리고, 석회암/백운암 지역을 대표할 수 있는 강원도 영월, 정선, 태백 지역에 분포하는 용천수와 관정 지하수 72개소, 경상계 퇴적암 지역에 분포하는 지하수 123개소, 충청 지역의 대용량 지하수 및 탄산수 산출지점 지하수 122개소에 대한 수질자료를 추가하였다. 또한, 국내 지하수의 배경 특성을 비교하기 위한 시료로써 배경수질측정망 중 2017년의 3차 시기에 측정된 최심부 관정 187개의 수질자료를 환경부로부터 제공받아 활용하였으며, 국가지하수관측망의 암반 관정 중에서 질산성질소 오염도와 공간분포를 고려해서 선별한 206개 관정에 대한 시료 채수와 분석을 수행하였다. 이렇게 전국의 좋은물 수원 877개소에 대한 수질 DB를 구축하였으며 지점의 공간 분포는 Fig. 1과 같다.

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Figure 1

Location map of the water sampling sites for Good-Water Database

GEODATA-3-1-23_F1.tif

좋은물 수원 877개소의 물 시료는 현장에서 간이수질측정기에 의한 수온, pH, 전기전도도(EC), 용존산소(DO)를 측정하였으며, 실험실 분석을 위해 현장에서 시료를 보존 처리하였다. 실험실에서는 보존 처리된 시료를 0.45-µm membrane 필터로 필터링을 한 후, 기기분석을 통해 양이온(Ca2+, K+, Na+, Mg2+, SiO2(aq) 등) 항목과 음이온(Cl-, SO42-, NO3-, F- 등) 항목에 대한 분석을 수행하였다. 알칼리도(HCO3-)는 산 적정법으로 분석하였다. 분석된 시료들은 검증 및 재분석을 수행하여 전하균형오차(CBE) 범위 ±5% 이내로 분석결과를 도출하여 수질 DB를 구축하였다. 그러나, 일부 농도가 낮은 샘(spring)은 5% 범위를 벗어나는 경우가 있다. 분석 항목 중 검출한계 이하 농도는 검출한계의 1/2로 처리한 값을 공간분석에 활용하였다(Stetzenbach et al., 1999). 공간분포도 작성에 활용된 항목 중에서 경도(TH; total hardness)는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 농도의 합이며 CaCO3로 환산한 값이다.

좋은물 수원 877개소에 대해 구축된 수질 DB 중에서 총 용존 이온 농도를 지시하는 항목과 물-암석 반응을 지시하는 항목, 인위적 오염원의 유입을 지시하는 항목 등 총 14개 항목을 선별하였으며, 이들 항목에 대한 공간적인 분포 특성을 파악하고 시각화하기 위하여 ArcGIS (version 10.5.1., ESRI사)에서 제공하는 공간통계기법 중에서 정규(Ordinary) 또는 단순 크리깅(Simple kriging) 기법을 적용하였다. 주요 미네랄 성분 농도를 로그 농도로 변환(pH는 –log [H+] 이기 때문에 원자료 활용)함으로써 정규분포성을 확인한 후 공간분석을 수행하였으며, 최종 작성된 분포도는 약 50 m의 공간해상도를 가진다.

3. 결과

본 연구에서 구축된 좋은물 지도(주요 미네랄 성분 분포도 14종)는 다음 Fig. 2와 같다. 구축 범위는 제주도와 울릉도 등 일부 섬 지역을 제외한 남한 전체이며, 전술한 바와 같이 해상도는 50 m, 좌표계는 UTM-K 이다. 구축된 분포도는 GeoTiff 파일 형태로 추출하여 제공하고 있으며, 한국지질자원연구원의 지오빅데이터 오픈플랫폼(https://mgeo.kigam.re.kr)에서 해당 정보를 확인할 수 있다. 주요 미네랄 성분 분포 설명은 Table 1과 같다.

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Figure 2

Distribution maps of the dissolved mineral components of the Good-Water samples.

GEODATA-3-1-23_F2.tif
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Table 1

Description of each water quality parameter of the distribution maps

GEODATA-3-1-23_T1.tif

4. 토의 및 결론

전국에 분포하는 다양한 수원지에서 획득한 물 시료를 분석하여 주요 미네랄 성분에 대한 공간분석을 수행하고 이들에 대한 분포도를 도출하였다. 이러한 자료는 수원지들의 위치 특성 및 지질학적 특성을 반영하고 있으므로, 이들을 상호 비교함으로써 미네랄 성분의 분포와 특성을 파악할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 작성된 분포도는 오염의 영향을 거의 받지 않은 자연기원의 청정하고 특정 목적으로 이용하기에 적합한 한국의 좋은물을 탐색하기 위한 자료로써, 궁극적으로는 국민들에게 좋은물의 산출 특성과 성분에 대한 정보를 제공하는 것이 목적이다. 남한 전체의 수원에 대한 공간특성을 설명하기에는 여전히 자료수가 부족하고, 수질의 시간적 변동성을 고려하지 못한 한계점이 있다. 또한, 분포도를 작성하기 위해 활용된 크리깅 기법의 경우 불균질, 이방성을 가지는 지하수 특성을 충분히 고려하지 못한다는 한계점도 있다. 그러나 본 연구에서 도출한 주요 미네랄 성분 14개 항목에 대한 분포도를 통해 지질(암상)과의 상관성이 높은 항목, 공간적으로 해안가나 서쪽 평지(농경지)가 발달한 지역에서 높게 나타나는 항목들을 분류할 수 있었으며, 기초 자료로서의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 지속적으로 좋은물 수원 정보를 업데이트해서 공간해상도를 높이고 위치별 대표성을 확보할 예정이며, 주요 지점에 대한 인문학적 정보와 기초자료를 보완하여 수질 특성 및 이용 목적에 맞는 좋은물에 대한 종합적인 정보로 활용될 수 있도록 할 계획이다.

5. 사사

본 연구는 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업(CAP-17-05-KIGAM)의 지원을 받아 수행되었다. 자료의 수정 및 오픈플랫폼 구축 과정에서 도움을 주신 KIGAM 한종규 박사께 감사드린다.

References

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Choi BY, Yun ST, Kim KH, Kim JW, Kim HM, Koh YK (2014) Hydrogeochemical interpretation of South Korean groundwater monitoring data using Self-Organizing Maps. J Geochem Explor 137:73-84 https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2013.12.001

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Eurogeosurveys (2016) Wonder water – The value of water. The Geological Surveys of Europe

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Kim HR, Yu S, Oh J, Kim KH, Lee JH, Moniruzzaman M, Kim HK, Yun ST (2019) Nitrate contamination and subsequent hydrogeochemical processes of shallow groundwater in agro-livestock farming districts in South Korea. Agr Ecosyst Environ 273:50-61 https://doi.org/10.1016/j.agee.2018.12.010

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Kim KH (2007) Hot springs in Korea. Ewha Womans University Press, Seoul, South Korea, 238p

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Min BJ (1997) Mineral water in Korea. Daewonsa Publishing, Seoul, South Korea, 110p

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Min BJ (2000) Spring water in Korea. Daewonsa Publishing, Seoul, South Korea, 143p

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Petraccia L, Liberati G, Masciullo SG, Grassi M, Fraioli A (2006) Water, mineral waters and health. Clin Nutr 25(3):377-385 https://doi.org/10.1016/j.clnu.2005.10.002 pubmed id:16314004

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Reimann C, Birke M (2010) Geochemistry of European bottled water. Borntraeger Science Publishers, 268p

9 

Stetzenbach KJ, Farnham IM, Hodge VF, Johannesson KH (1999) Using multivariate statistical analysis of groundwater major cation and trace element concentrations to evaluate groundwater flow in a regional aquifer. Hydrol Process 13:2655-2673 https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(19991215)13:17<2655::AID-HYP840>3.0.CO;2-4

10 

UNESCO (2012) World’s Groundwater Resources Are Suffering from Poor Governance. UNESCO Publishing, Paris, France, 2012 

데이터셋에 대한 메타데이터

한국지질자원연구원의 지오빅데이터 오픈플랫폼(https://mgeo.kigam.re.kr)에서 해당 데이터셋을 제공하며 간단한 회원가입을 한 후 무료로 다운로드 받을 수 있다.

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