탄천수계분지내 하천수와 하상퇴적물의 지구화학적 특성에 관한 연구

Abstract

한강으로 연결되는 여러 지천들 중의 하나인 탄천을 대상으로 용존 주성분 이온들과 중금소 원소들의 잠재적 오염정도를 평가하기 위하여 2000년 10월과 2001년 4월 총 두 차례에 걸쳐 경기도 용인시 용인군 구성면에서 발원하여 경기도 성남시를 거쳐 서울시 강남구 삼성동 인근의 한강 본류와 합쳐지는 탄천에서 하천수와 하상퇴적물 시료를 채취하였다. 탄천 하천수의 pH 값은 7.0∼9.3으로 약알칼리성을 보였다. 탄천 하천수내 주요 용존 이온중 Ca^(2+), Cl^(-), SO_(4)^(2-), HCO_(3)^(-)는 세계 하천 평균치보다 높은 함량을 보였다. 탄천 상류에서 하류방향으로 갈수록 대부분의 용존 이온들의 함량이 증가하며, 특히 Zn^(2+), Na^(+), Cl^(-), SO_(4)^(2-), NO_(3)^(-)등의 함량은 성남시 분당구와 수정구의 인구밀집지역, 공업단지지역 및 상남 위생하수처리장 지점에서 높은 함량을 나타냈는데 이는 생활하수 및 공업폐수 등의 유입의 영향으로 해석된다. 또한 Ca^(2+)와 HCO_(3)^(-)의 함량은 탄천의 중심부분에서 부화되어 나타났다. 이는 지난 10년간 대단위 신도시 아파트 단지가 건설되어 건설 자재로 사용된 시멘트의 하천 유입에 따른 하천수와의 용해 반응에 기인한 것으로 판단된다. 중금속 함량을 캐나다 OME에서 제시한 오염문턱 수준과 비교할 때, Fe를 제외한 Mn, Cd, Cu, Pb, Zn 등의 중금속 평균함량이 이 기준치를 초과하고 있으며 특히 TSM-12 지점 (성남 위생하수처리장 지점)을 전후로 채취한 사료들내 이들 함량이 매우 높게 나타났는데 이는 하천수의 화학분석 결과와 잘 일치한다. 하상퇴적물의 중금속 함량의 계절적 변화는 1차(우기 후)보다 2차(우기 전)에서 채취한 시료에서 높게 나타났다. 하상퇴적물을 대상으로 연속추출분석을 실시한 결과, 상태적으로 Ca, Mn과 Zn은 교화성 및 탄산염 형태의 존재비율이 높게 나타났다. 이것은 이들 원소들이 수계로의 이동도와 용출정도가 높음을 나타낸다. WATEQ4F 지구화학 모델링 프로그램을 통해서 광물의 포화지수를 구해본 결과, 탄천의 일부 하천수에서만 calcite는 과포화되어 있으며, 철수산화물인 Fe(OH)_(27)Cl_(3) 및 goethite는 전 하천에서 과포화되어 있어 침전될 가능성이 있음을 나타내었다. 또한, 열역학적 고찰을 통해 볼 때 대부분의 자연수는 kaolinite 및 smectite 형성 환경에 위치하고 있음을 알 수 있다.;In order to investigate the geochemical characteristics and contamination of dissolved major ions and heavy metals in the Tancheon River, river water and sediment samples were collected at 18 locations, along a distance of 69km, between Yongin-si in Kyunggi-do and Samsung-dong in Seoul on October in 2000 and April in 2001. After appropriate sample preparation, waters were analyzed for the dissolved constituents and sediments. The pH values of river waters were in the range of 7.0 to 9.3 and could be plotted in the area of surface environment. The level of Ca^(2+), Cl^(-), SO_(4)^(2-), and HCO_(3)^(-) in the Tancheon River were higher than those in world average river water. Most of dissolved constituents in the river waters increased toward downstream from upstream. In particular, high concentrations of Zn^(2+), Na^(+), Cl^(-), SO_(4)^(2-), and NO_(3)^(-) were found near densely residential areas and the Sung-nam waste water treatment plant. The relative ion enrichment was caused by the inflow of local domestic and industrial sewages. Also, Ca^(2+) and HCO_(3)^(-) concentrations were enriched in the middle of the Tancheon River due to the dissolution of cements. This indicates that the apartment complexes were built on a large scale in the upriver since these ten years and large amounts of construction materials such as cements were flowed into the Tancheon River. Concentrations of heavy metals (Mn, Cd, Cu, Pb, Zn) in sediments from the Tancheon River exceeded the lower limit of tolerance level in bottom sediment established by the Ontario Ministry of the Environment (OME) of Canada. In particular, these metals were highly elevated in sediment (TSM-12) collected from near the Sungnam waste water treatment plant. Heavy metals were higher enriched in sediments collected from dry period rather than wet period. From the result of sequential extraction analysis for sediments, relatively high proportion of Ca, Mn and Zn are present as exchangeable, carbonates fractions. This indicates that these elements are more mobile and bioavailable than other elements. By using WATEQ4F program, the saturation indices of Fe(OH)_(27)Cl_(3) and goethite are positive, so these solids may precipitate theoretically. In a thermodynamic approach, most river waters are plotted within the stability fields of kaolinite and smectite.