Understanding Chemical Characteristics of Seepage Water and Groundwater in a Coastal LPG Storage Cavern using Factor and Cluster Analyses

This study was conducted to examine chemical characteristics and correlations among seepage water, subsurface waters and inland groundwater in and around a coastal underground LPG cavern using factor and cluster analyses. The study area is located in western coast of Incheon metropolitan city and is about 8 km off the coast. The LPG cavern storing propane and butane was built beneath artificially reclaimed island. Mean bathymetry is 8.5 m and maximum sea level change is 10 m. Water sampling was conducted in May and August, 2006 from 22 sampling points. Correlation analysis showed strong correlations among $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ (r=0.83~0.99), and Na and Cl (r=0.70~0.97), which indicated reductive dissolution of iron and manganese bearing minerals and seawater ingression effect, respectively. According to factor analysis, Factors 1 (May) and I (August) showed high loadings for parameters representing seawater ingression into the cavern and effect of submarine groundwater discharge, respectively while Factors 2 and IV showed high loadings for those representing oxidation condition (DO and ORP). Factors 4 and II have large positive loadings for $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$. The increase of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ was related to decomposition of organic matter and subsequent their dissolution under reduced condition. Cluster analysis showed the resulting 6 groups for May and 5 groups for August, which mainly included groups of inland groundwater, cavern seepage water, sea water and subsurface water in the LPG storage cavern. Subsurface water (Group 2 and Group III) around the underground storage cavern showed high EC and major ions contents, which represents the seawater effect. Cavern seepage water (Group 5 and Group II) showed a reduced condition (low DO and negative ORP) and higher levels of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$.

인자 및 군집분석을 통한 해안 LPG공동 유출수 및 지하수 수질특성의 이해

본 연구에서는 해안 LPG 저장공동 유출수 및 지하수, 해수, 저장공동 인근 육지 지하수의 화학적 특성과 성분들간의 상관성을 평가하기 위하여 수질자료에 대한 인자 및 군집분석을 수행하였다. 연구지역은 인천광역시 서해에 속하며 해안가에서 바다 쪽으로 약 8 km 이격해 있는 LPG(프로판 및 부탄) 저장공동으로 평균 수심 8.5 m 내외인 곳에 매립으로 조성된 인공섬이며 조수간만의 차가 최대 10 m로 매우 크다. 시료는 2006년 5월과 8월에 총 22개 지점에서 채취하였다. 상관분석 결과 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$(r=0.83~0.99) 그리고 Na와 Cl(r=0.70~0.97)이 높은 상관성을 보였다. 이는 철 망간을 포함한 광물의 환원성 용해와 해수의 영향으로 판단된다. 인자분석 결과 Factor 1과 Factor I은 EC 및 주요 양 음이온에 높은 양의 적재값을 나타내며 이는 해수의 영향을 지시하는 요인이다. Factor 2와 Factor 는 산화환경을 지시하는 파라미터(DO 및 ORP)에 높은 양의 적재값을 나타내었다. Factor 4와 Factor II는 $Fe^{2+}$, $Mn^{2+}$에 높은 양의 적재값을 나타내었으며, 이는 유기물에 의해 산소가 소모된 혐기성환경에서 철과 망간이 환원되어 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$이 증가하는 작용으로 판단된다. 군집분석 결과 5월에는 6개 군집으로 구분되며 8월에는 5개 군집으로 구분되었다. 두 계절 모두 군집은 저장공동 인근 육지 지하수, 저장공동 내 유출수, 해수 및 저장공동 내 지하수로 대별되었다. 저장공동 인근 육지지하수(Group 2 및 Group III)는 EC 및 주요 양 음이온의 값이 높은 것으로 보아 해수침투의 영향으로 사료된다. 유출수의 군집(Group 5 및 Group II)은 모두 음의 산화환원전위와 낮은 용존산소 값으로 환원환경을 지시하며 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$는 높은 값을 나타내었다.