Nitrate Contamination of Alluvial Groundwaters in the Keum River Watershed Area: Source and Behaviors of Nitrate, and Suggestion to Secure Water Supply

Alluviums in the Keum River watershed cover an areal extent of $3,029{\;}\textrm{km}^2$ and contain about 8.1 billion tons of groundwater. However, the waters are severely polluted by nitrate, possibly due to the application of nitrogen fertilizer (>250 N kg/ha) on agricultural land. This paper aims to elucidate the pollution status and behaviors of nitrate in alluvial groundwaters in the Keum River watershed area, based on regional hydrogeochemical study. Most of the collected samples (n = 186) are polluted by nitrate (average = 42.2 mg/L, maximum = 295 mg/L). About 29% of the samples have the nitrate concentrations exceeding Korean Drinking Water Standard (44 mg/L $NO_3$). The distribution of nitrate concentrations in the study area is largely dependant on geochemical environments of alluvial aquifers. In particular, the decrease of redox potential of alluvial groundwaters showed a good correlation with the decreases of nitrate, iron, and manganese concentrations. Thus, the change of redox state in alluvial aquifers, likely reflecting their sedimentary environments, controls both the behavior and fate of nitrogen compounds and their natural attenuation (denitrification) in aquifers. A carbon-rich, silty layer within alluvium strata forms a reducing condition and possesses a buffering capacity on nitrate pollution.

금강 권역 충적층 지하수의 질산염 오염: 질산성 질소의 기원과 거동 고찰 및 안전한 용수 공급을 위한 제언

금강 유역의 충적층(면적 $3,029\textrm{km}^2$)에는 총 81억톤에 이르는 지하수가 부존하는 것으로 알려져 있으나, 과도한 농업활동에 의해 질소계 비료의 사용량이 증가함(250 N kg/ha 이상)에 따라 질산염 오염이 증가하고 있다 본 연구에서는 금강 권역의 대표적인 충적층 분포 지역의 충적층 지하수를 대상으로 질산염의 오염 현황 및 거동 특성을 파악하고자 광역적인 수리지구화학 연구를 수행하였다. 채취된 지하수 시료(총 186개)는 대체적으로 높은 질산염 농도(평균 42.2 mg/L, 최대 295 mg/L)를 보여주어 심하게 오염되어 있음을 나타내었다. 특히, 채취된 시료의 약 29%는 먹는물 수질 기준(44 mg/L $NO_3$)을 초과하고 있다. 연구지역 내 지하수 중의 질산염의 분포는 충적 대수층의 지구화학적 환경에 따라 크게 좌우되고 있다. 특히, 충적층 지하수의 산화-환원 전위(Eh)의 감소는 질산염의 농도 및 철과 망간의 농도 감소와 뚜렷한 상관성을 나타내었다. 따라서, 충적 대수층 지질매체 자체의 퇴적 환경의 차이를 반영하는 것으로 판단되는 산화-환원 상태(redox state)의 변화는 충적층 지하수 내의 질소계 오염물질의 거동을 지배함은 물론 탈질(denitrification)에 의한 자연저감을 조절하고 있는 것으로 판단된다. 특히, 탄소가 풍부한 실트질 충적층의 존재는 혐기성 환경을 조성함으로써, 질산염 오염에 대하여 상당한 정도의 완충 능력을 지니게 하는 것으로 판단된다.