The role of geophysics in Environmental Earth Sciences and Engineering is considered. In the developing era since 60's in Japan, geophysics has mainly contributed to investigation of new constructions such as tunnels, dams and high-rise buildings. In the coming sustainable era, geophysics must be used for maintaining the safe and easy human life. Application examples of geophysics to investigations for disaster prevention, maintenance of existing constructions and soil and groundwater pollutions are presented to demonstrate their role in Environmental Geo-engineering. Future subjects in this field for geophysics and geophysicists are also discussed.

국내 토양과 지하수 오염이 심각한 상황에 도달하였다는 것은 널리 알려진 사실이다. 선진국에서는 20 여년 전부터 그 심각성을 이해하고 환경복원 사업이라는 새로운 분야를 발전시켜 왔으나 많은 큰 문제들의 해결로 현재는 사업의 소강상태에 있다고 본다. 토양과 지하수는 우리가 깨끗이 보존하여야 할 자연 자원이다. 토양과 지하수 환경사업은 오염 예방, 조사, 복원 사업으로 나눌 수 있는데 본 발표에서는 조사와 복원에 관한 문제들을 고찰하고자 한다. 국내에서의 복원 사업은 시작인 단계에 있으며 국가 정책과 투자의지에 따라 그 전망은 결정될 것이다. 복원은 평가로부터 시작 오염 물질의 위해도와 경제성 등을 고려한 복원방법의 선정과 실행으로 끝나게 된다. 물론 물리탐사도 조사 단계에서 사용되는 도구이지만 그 필요성은 경제적일 뿐만 아니라 다른 방법에서는 얻을 수 없는 결과를 보여줄 수 있기 때문이다. 물리탐사와 마찬가지로 전 조사-복원과정에서 토양-지질-지하수의 이해가 정확한 해석과 판단을 위하여 선행되어야 한다. 강조되어야 할 것은, 조사-복원 사업은 연구와 개발(R&D)과는 달리 복원 목표를 달성할 수 있는 여러 방법 중 가장 경제적 (cost-effectiveness)인 방법을 선택하여 사업을 수행함으로써 고객을 만족시켜야 한다는 것이다.

유류오염 토양${\cdot}$지하수의 위해성은 널리 알려져 있다. 따라서 오염부지에 대한 조사 및 복원방법도 많이 개발되어 적용되고 있다. 그러나 유류는 그 종류가 다양하고 지중에 스며들면 그 성분들이 휘발, 흡착, 용해, 생분해 그리고 지하수 유동에 따른 확산 등 다양한 기작에 의해서 거동하게 되므로, 조사와 공법 적용 시에는 이에 대한 충분한 이해가 필요하다. 따라서 부지조사시 조사항목의 선정은 물론이고 오염성분 및 농도조사를 위한 시료 채취과정도 매우 중요하다. 또한 공법 선정과 설계 시에는 오염성분의 종류와 농도 외에도, 지층의 구성과 부지의 입지특성 등을 세밀히 파악하고, 관계법령의 숙지, 그리고 복원공사 실시 후 발생할 수 있는 문제의 검토에 이르기까지 체계적인 관찰이 필요하다. 본 고에서는 부지조사방법과 복원공법 선정과정에 대해서 실제 공사 사례를 인용하여 서술하였다.

국내 폐석탄 광산은 334 개, 폐금속 광산은 약 900 여개로 알려져 있다. 이러한 폐광산에서는 환경오염과 지반침하 등 안전문제가 발생하고 있다. 폐광산에서 환경오염은 주로 폐갱도, 채굴적 그리고 광산폐기물 적치장에서 유출되는 산성광산배수 문제와 중금속이 함유된 광산폐기물의 침식 및 유실로 인한 주변 토양오염 등을 들 수 있다. 폐석탄 광산 및 폐금속 광산의 갱내수를 조사 분석한 결과, 일부 폐광산 갱내수들은 산성수이며 금속성분이 고농도로 함유된 폐수로 나타나고 폐탄광 배수의 수질은 지역적으로 차이가 있다. 폐광산배수의 정화는 물리화학적 처리시 막대한 운영비가 소요되므로 폐갱도 석회석 충전과 소택지 등 자연정화처리법으로 처리되고 있다. 현재 폐금속 광산 폐기물은 환경오염 방지를 위해 주로 매립법으로 복구되고 있다.

다양한 토양 오염 복원 기술이 개발되었고 여러 가지 제한 요인을 제거하는데 주력 해왔다. 결정 요인 중 하나인 지구물리학적 특성 중 투수계수, 전기전도도, 열전도도를 이용한 복원 공법에 대해 재고해 보았다. 복원 대상이 되는 토양내 여러 가지 특성을 이해하고 그의 분포에 대한 정확한 정보를 가지고 있을 때, 가장 효율적인 공법의 선택이 가능하다.

유기 석유화학 오염 물질인 휘발유가 지하 분포 시, 지하수면 위 토양 매질(vadose zone)내에 존재할 수 있는 기체 상태(vaporphase)와, 지하수면의 상승 또는 하강에 의해 분포 할 수 있는 residual phase의 유류 오염 물질이 GPR에 미치는 반응을 조사하기 위하여 모래와 자갈을 토양 매질로서 채운 탱크를 이용한 모델 실험이 수행되었다. 물만 사용하여 지하수면의 상승과 하강을 유도한 후, 석유 수송을 위하여 지하에 매장된 파이프 혹은 석유저장을 위한 지하 탱크로부터 지하수면으로의 유류 오염을 simulation하기 위하여 모델 탱크바닥을 통하여 휘발유가 주입되었다. 본 연구 결과, 수분 함량에 따른 GPR의 민감성과 지하수면의 변화 관측에의 GPR 효율성이 입증되었다. 또한, 휘발성 유류 오염 물질의 기체상태가 vadose zone에 분포 시 GPR를 이용하여 탐지할 수 있는 가능성과, 지하수면의 상승에 의해 지하수면 밑의 물로 포화된 토양(water saturated zone)에 분포할 수 있는 residual phase의 유류 오염 물질의 탐지 가능성이 모델 실험을 통하여 확립되었다 그리고, residual phase의 유류 오염 물질이 지하수면 아래에 분포하는 오염지역에서 GPR을 이용한 유류 오염물질을 탐지할 수 있는 새로운 탐사전략이 제시되었다.

토양 및 지하수의 오염이 사회적으로 심각한 문제로 대두되면서, 복원대책을 위한 조사 방법으로서 물리탐사 기술이 도입되고 있다. 최근의 물리탐사 기술은 컴퓨터를 비롯한 디지털기술의 발달에 힘입어 측정 및 해석기술이 발전함에 따라 짧은 시간에 대량의 데이터를 취득할 수 있으며, 신뢰성이 높은 해석결과를 얻을 수 있게 되었다. 또한 지반 가시화 기술로 탐사결과를 보다 알기 쉽게 영상화할 수 있게 되어, 오염지반의 조사뿐만 아니라 정화과정의 모니터링 등에 널리 사용되고 있다. 본문은 쓰레기 매립지를 대상으로 전기비저항탐사 및 전자탐사를 실시하고, 탐사결과를 이용하여 매립지의 오염특성 평가를 위한 물리탐사의 적용성에 대해서 검토했다. 그 결과 전기비저항탐사 및 전자탐사를 통하여 매립장내의 오염분포 및 침출수의 유동경로 등에 유용한 정보를 얻을 수 있었다.

유류오염물질의 매립 및 국부적인 유류누출에 의한 토양오염지역에서 시험탐사구역을 설정하고 전기, 전자탐사 기술을 위주로 물리탐사 기술을 적용하여 매설물 탐지 및 오염범위 규명 가능성을 시험하였다. 먼저 매설관로 및 매립지역의 탐지에는 GPR 탐사와 더불어 다중주파수 이동송수신 전자탐사가 매우 효과적인 것으로 판명되었다 한편 수직 및 수평구배 측정방식 자력탐사의 경우 지표에 많이 존재하는 금속 파편 등에 의한 반응이 우세하여 매설관로 등의 탐지는 어려웠다. 유류오염 범위의 규명을 위해서는 전기비저항 탐사와 전자탐사, GPR 탐사가 적용되었다. 먼저 전기비저항 탐사자료의 2차원 역산 결과 및 공간 필터링을 적용한 후의 전자탐사 자료의 1차원 역산 결과로부터 각각 심도별 전기비저항 분포 영상을 작성하였다. 유류오염대가 주변 실트층에 비해 전기비저항이 높다는 가정하에 고비저항 이상대의 분포범위를 해석하였는데, 전기비저항 탐사와 전자탐사자료가 서로 잘 일치하였으며, 시료분석에 의한 오염범위와 대체적으로 일치하였다. GPR 탐사에서는 이 지역의 오염 특성상 유류오염 Plume에 의한 반사신호 등은 기록되지 않았으며, 단지 신호 에너지의 투과심도로부터 오염지역을 추정하였는데, 전기 및 전자탐사자료 해석의 보조적인 정보 제공 수준이었다 이러한 결과로부터 유류오염부지 조사를 위한 물리탐사기술의 적용성을 정리하였고 효과적인 탐사 흐름도를 제시하였다.