• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.306-314
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• 2023

하천퇴적물은 유역내 다양한 오염원으로부터 발생하는 중금속, 유기물 등 오염물질의 수용체일 뿐만 아니라 수질 오염 및 수생태 악영향을 유발할 수 있는 2차적 오염원이기에 중요한 관리대상이라고 할 수 있다. 오염된 하천퇴적물의 효과적인 관리를 위해서는 오염원에 대한 식별과 이와 연계된 관리대책의 수립이 우선되어야 한다. 본 연구는 하천퇴적물내 측정된 다양한 이화학적 오염항목 분포 특성에 기반하여 퇴적물의 주요 오염원을 식별하기 위한 방법으로서 기계학습모델의 적용성을 평가하였다. 기계학습 모델의 성능 평가를 위해 전국 4대강 수계내 주요 폐금속광산 및 산업단지 인근에서 수집된 총 356개의 하천퇴적물에 대한 중금속 10개 항목(Cd, Cu, Pb, Ni, As, Zn, Cr, Hg, Li, Al)과 토양항목 3개(모래, 실트, 점토 비율) 수질항목 5개(함수율, 강열감량, 총유기탄소, 총질소, 총인)를 포함한 총 18개 오염항목에 대한 분석자료를 활용하였다. 기계학습 분류 모델로서 선형판별분석(linear discriminant analysis, LDA)과 서포트벡터머신(support vector machine, SVM) 분류기를 사용하여 폐금속광산('광산')과 산업단지('산단') 인근에서의 하천퇴적물 시료의 분류 성능을 평가한 결과, 채취 지점 및 시기별 4가지 경우(비강우시 광산, 강우시 광산, 비강우시 산단, 및 강우시 산단)에 대한 퇴적물 시료의 분류 성능이 우수하였으며, 특히 비선형 모델인 SVM(88.1%)이 선형모델인 LDA(79.5%) 보다 퇴적물을 분류하는데 있어 보다 우수한 성능을 나타냈다. SVM 앙상블 기반 비배타적 다중라벨분류기 모델을 이용하여 각 시료채취 지점 상류 유역 1km 반경 내 지배적인 토지이용 및 오염원을 다중 타겟값으로 다중분류 예측을 수행한 결과, 폐금속광산과 산업단지의 분류는 비교적 높은 정확도로 수행하였으나, 도시와 농업지역 등 다른 비점오염원에 대한 분류정확도는 56~60%범위로 비교적 낮게 나타났다. 이는 다중라벨 분류모델의 복잡성에 비해 데이터셋의 크기가 상대적으로 작아서 발생한 과적합에 기인한 것으로 향후 보다 많은 측정자료가 확보될 경우 기계학습 모델을 적용한 오염원 분류의 정확도를 보다 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제34권1호
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• pp.33-41
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• 2001

강원도 동남부에 위치한 옥동천 상류에는 많은 양의 휴폐광산 폐기물이 적절한 처리시설이 없는 상태로 방치되어 있고, 이들이 유실되어 하류의 토양, 물 및 저니토를 중금속으로 오염시키고 있는 실정이다. 본 연구의 목적은 광미댐에 적치된 광미중에 존재하는 중금속의 분획물을 조사하고, 각 분획물의 오염도 지수를 평가하는데 있다. 광미댐에서 광미를 깊이별로 채취하여 물리화학적 특성을 분석하였다. 광미의 pH는 7.3~7.9였고, 총 질소와 유기물 함량은 각각 3.2~5.5% 및 1.3~9.1%의 범위에 있었다. 신광재댐 광미의 중금속함량은 구광재댐 광미보다 높은 편이었다. 광미에 존재하는 중금속 별 총 함량은 Zn > Cu > Pb > Ni > Cd순(順) 이었으며, 이들의 농도는 토양환경보전법에서 지정한 산업지역의 대책기준을 상회하고 있었으며, 천연부존량보다 높았다. 중금속 분획물의 상대적분포는 residual > organic > reducible > carbonate > adsorbed순(順) 이었다. 총 농도에 비교하여 생물유효성 분획물의 농도는 매우 낮은 편이었다. 광재댐의 깊이별 중금속의 농도는 중금속의 종류에 따라 상이했다. 광재댐 표충의 Cu 농도는 심층의 농도보다 높았다. 총 농도를 기준으로 할 때 각 중금속 분획물의 오염도 지수는 4.27~8.51 범위에 있었다. 생물유효성 분획물의 오염도지수는 비유효성 분획물의 오염도 지수보다 낮았다. 광미에 존재하는 중금속 분획물의 농도와 오염도 지수에 관한 결과를 통해 광미는 중금속으로 인해 심각하게 오염된 상태이며, 유실될 경우 하류의 토양과 물 환경에 악영향을 미칠 잠재성을 지니고 있다고 판단되었다. 광미댐으로부터 광미의 유실을 방지할 수 있는 대책이 시급히 필요한 실정이다.

• 한국환경농학회지
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• 제34권1호
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• pp.6-13
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• 2015

폐금속광산 주변 토양의 중금속 오염특성을 평가하기 위하여 광산 하류에 위치한 논토양을 대상으로 중금속 오염지수, 부화계수 및 지화학적 농축계수를 조사한 결과는 다음과 같다. 광산 하류 논토양의 중금속 전함량 평균치는 Cd 8.88, Cu 56.7, Pb 809, Zn 754 및 As 37.9 mg/kg이었고, 중금속 중에서 Cd, Pb 및 Zn 평균함량은 우리나라 농경지의 토양오염 우려기준(Cd 4, Pb 200, Zn 300 mg/kg)을 초과하였다. 토양의 전함량에 대한 0.1M HCl 침출성의 함량비율은 Pb 35.1, Cd 27.7, Cu 21.3, Zn 13.8 및 As 10.5% (1M HCl) 순으로 나타났다. 토양 내 중금속의 오염지수 평균치는 3.21, 범위는 0.42~11.92로 나타나 심하게 오염된 상태임을 알수 있었다. 토양의 중금속별 부화계수(EFc) 평균 값은 Cd>Pb>Zn>As>Cu 순으로 높았고, 채취 지점간 편차가 큰 것을 알수 있었다. 토양 중금속별 지화학적 농축계수(Igeo) 평균치는 Cd>Pb>Zn>Cu>As 순으로 높았으며, 특히 Cd, Pb 및 Zn의 Igeo 평균 값이 각각 3.10, 2.64, 2.49로 나타나 다른 성분보다 상대적으로 높게 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1227-1240
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• 2014

휴 폐광산지역은 복합지질재해지역으로 집중호우에 의해 토사재해와 산성광산배수를 발생시킨다. 본 연구는 폐석적치장 전반에 걸쳐 토사재해가 관측된 임기광산에 대해 지반공학적 유변학적 시험을 수행하고 얻어진 시험결과를 토대로 1-D 토석류 수치해석을 수행함으로써 토석류의 확산성을 조사하였다. 모래와 자갈로 구성된 광산폐석 시료의 유변학적 특성을 조사하기 위해 베인관입형 레오미터(Vane-penetrated rheometer)를 사용하였으며, 전단응력 제어를 통한 전단응력(${\tau}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$)와 점도(${\eta}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$) 간의 상관관계를 얻었다. 또한 광산폐석 시료에 대해 잘 알려진 유변학적 모델들(Bingham, Herschel-Bulkley, Power-law, bilinear 및 Papanastasiou 모델)을 적용함으로써 수치해석에 필요한 유변학적 매개변수(항복응력과 소성점도)를 결정하였다. 실험결과에 따르면, 체적농도에 무관하게 전형적인 전단담화(shear thinning) 거동이 관측되었으며, 함수비가 증가할수록 Bingham 유체처럼 거동하는 것으로 나타났다. 또한 사용된 모든 유변학적 모델들은 파괴 후 거동에 적합한 모델들로 밝혀졌다. 토석류 흐름특성을 조사하기 위해 실험결과를 토대로 토석류 크기(5 m, 10 m 및 15 m)와 항복응력(100 Pa, 200 Pa, 300 Pa 및 500 Pa)을 선정하여 1-D BING을 통해 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 토석류 이동거리와 이동속도는 항복응력의 크기에 반비례한 것으로 나타났으며, 토석류 항복응력이 500 Pa 이하인 경우 대부분의 토사는 계곡부까지 흘러갈 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 집중호우 기간에 산악지역에 방치된 광산폐석은 토사재해에 취약하고 2차적으로 인근 수계로 유입되어 환경적 문제를 야기시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제38권4호
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• pp.451-462
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• 2005

경상남도 고성군 삼산제일 동광산 주변 지역에 방치되어 있는 약 28만 톤의 광미를 포함한 광산폐기물에 의한 주변 환경의 오염정도를 평가하기 위하여 광미, 폐광석, 주변토양을 대상으로 화학분석(전함량분석, 토양오염공정시험법, 연속추출)을 통하여 유해 미량원소의 함량 및 이동도를 알아보았다. 광미 내 유해 미량원소의 전함량을 배경토양과 비교 했을 때, 부화도가 높은 순서는 Cu(14.0배)$\gg$As(3.6배)>Co(3.1배)>Zn(2.1배)=Pb(2.1배)>Cd(1.6배) 순이다. 광미 내 유해 미량원소의 존재형태(fraction I+fraction II)를 알아본 견과, 이동이 기능한 존재형태가 많은 순서는 $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)>Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$ 순으로 나타난다. 광미, 폐광석, 주변토양 내 유해 미량원소의 함량 및 존재형태를 고려해 볼 때, 주변 환경을 오염시킬 가능성이 있는 유해 미량원소는 구리(Cu)와 아연(Zn)인 것으로 판단된다. 한편, 광미 내 유해 미량원소의 함량을 네덜란드의 기준과 비교한 결과, Cu를 제외한 나머지 원소가 환경에 미치는 영향은 없을 것으로 추정되었다.

• 자원환경지질
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• 제48권4호
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• pp.337-349
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• 2015

이 연구는 휴광된 문명광산 주변의 토양과 식물의 유기적 관계규명을 위해 토양시료를 왕수, 1 M $MgCl_2$, 0.01 M $CaCl_2$ 및 0.05 M EDTA 등 다양한 추출제로 전처리하여 As 및 중금속을 분석하였다. 화학분해 방법에 따른 함량은 왕수 > 0.01 M $CaCl_2$ > 1 M $MgCl_2$ > 0.05 M EDTA 순으로 나타났으며 통계적으로 유의한 양의 상관관계를 보였다(p<0.01). 원소별 생물학적 농축계수(BAC)는 Cd, Cu 및 Zn 함량이 As와 Pb에 비해 상대적으로 높은 결과를 얻었다. 이 연구에서 식물농도에 영향을 주는 물리화학적 특성을 이용하여 단계별 다중선형회귀분석을 수행하였으며, 그 결과는 As 및 중금속의 농도 예측에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 농가의 1일 평균 쌀소비량인 287 g을 적용하여 세계보건기구의 미량원소 1일 섭취 최대허용량과 비교한 결과 Cd와 As에서 각각 73.7%, 51.8%의 높은 섭취량을 보였다. 그러므로 현재까지 발현되지는 않았지만 광산주변 거주자들이 지역에서 재배된 쌀을 장기간 섭취할 경우 As 및 중금속 농축에 의한 건강의 악영향이 발생될 수 있으므로 적절한 처리가 요구된다.

• 자원환경지질
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• 제37권1호
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• pp.73-86
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• 2004

본 연구에서는 폐금속광산인 도곡 Au-Ag-Cu 광산과 화천 Au-Ag-Pb-Zn 광산을 대상으로 광산주변 광미, 토양, 자연수 및 농작물 시료를 채취하여 독성 중금속원소들의 오염수준을 규명하고, 토양에 대한 SBET분석을 통해 인체의 위에서 흡수되는 중금속들의 흡수비를 평가하고자 하였다. 또한 이들 지역 주민에 대한 인체 노출경로를 파악하여 독성 중금속들에 노출된 주민들의 건강에 미치는 악영향(독성 및 발암성)을 정량적으로 산출하는 위해성평가를 수행하고자 하였다. 도곡광산의 광미내 중금속의 평균함량은 218 As mg/kg, 90.2 Cd mg/kg, 3,053 Cu mg/kg, 9,473 Pb mg/kg, 14,500 Zn mg/kg 으로 매우 높은 함량을 나타내었다. 화천광산의 광미의 경우, 그 평균함량은 72 As mg/kg, 12.4 Cd mg/kg, 34 Cu mg/kg, 578 Pb mg/kg, 1,304 Zn mg/kg 으로 나타나, Cu를 제외한 원소들이 높은 함량을 나타내고 있다. 따라서 As 및 중금속을 다량 함유하고 있는 이들 광산의 광미들이 강우나 바람에 의해 하류로 유실됨으로써 주변 토양과 수계를 오염시키고 있다. SBET분석결과에 의하면, 화천광산의 논토양내 As, Cd, Zn의 인체흡수도는 각각 55.4%, 20.8%, 26.4%로 나타났으며, 도곡광산의 밭토양의 경우는 각각 40.8%, 37.6%, 33.0%로 나타나 As의 인체흡수도가 가장 높은 것으로 판단된다. 독성(비발암성)위해도 평가 결과, 화친광산에서는 As의 HI 지수가 5.38로, 도곡광산에서는 Cd처 Hl 지수가 3.257.1 이상으로 나타나 이 지역에 거주하는 주민들이 지속적으로 오염된 농작물(쌀알), 지하수, 토양을 섭취한다면 As 및 Cd에 대한 독성위해도가 발생할 가능성이 큼을 시사하고 있다. 발암위해도 평가 결과, 화천광산 지역의 쌀알 및 지하수(식수) 섭취를 통한 As의 초과 발암위해도가 각각 만명중의 8명 및 1명으로 높게 나타났다. 이는 US-EPA에서 제시한 허용발암위해도보다도 크므로 이 지역 주민들이 As에 의해 오염된 쌀알이나 지하수를 식수로 계속적으로 장기간 섭취하게 된다면 As의 발암성 확률이 크다고 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제36권6호
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• pp.469-480
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• 2003

용출실험 연구는 서보 및 청양광산의 광미와 오염토양이 산성비(pH 5.0∼3.0)또는 강한 산성용액(pH 2.5∼l.0)과 반응하였을 때 용출될 수 있는 중금속의 함량을 예측하기 위하여 실시되었다. pH 5.0∼3.0인 용액에서, pH가 낮아질수록 광미 내 비소, 납, 아연의 용해도는 많이 증가하였다. 반면에 토양에서의 중금속의 용해도는 매우 제한적이었다. 이와 같은 결과로부터 산성비에 의하여 광미 내 납, 비소, 아연은 용출되나, 토양 내 이들 원소들은 고정되어 있음을 알 수 있다. pH 2.5∼l.0인 강한 산성과 반응시에는 pH가 낮아질수록 오염된 토양 내 아연, 카드뮴, 구리의 농도가 급격히 증가하는 반면, 광미 내에서는 납, 비소, 코발트의 용해도가 매우 증가한다 한편, CY4(청양광산)를 제외한 광미 내 아연, 카드뮴 및 구리의 용해도는 매우 낮은 pH(약 pH 1)에서 조차 낮은 용해도를 보여준다. 이것은 불완전 용해 또는 불용성의 광물상의 존재에 기인한다. 따라서 중금속의 용해도는 반응 용액의 pH뿐만 아니라 광미 및 오염토양 내 존재하는 금속의 존재형태에 영향을 받음을 알 수 있다. 반응용액의 pH가 5.0∼3.0인 경우, 광미에 함유된 원소들 간의 상대적인 이동도는 Pb>Zn>Cd)Co=Cu＞As이었다. 반응용액의 pH가 2.5∼l.0사이인 경우, 금속원소들의 상대적인 이동도는 오염 토양의 경우 Zn＞Cd>Cu≫Co>Pb=As이고, 광미로부터는 Pb≫Zn>Cd>As>Co>Cu이었다. 이러한 연구결과들은 이 지역에서 광산 폐기물의 환경적 영향에 대한 평가를 가능하게 하고, 복원 계획에 대한 유용한 자료로 사용될 수 있다.