Hydrogeochemical characteristics of groundwater by seawater intrusion in Shinan-gun, Jeollanam-do, Korea

Abstract

In this study, the effect of seawater on the groundwater in Shinan-gun, Jeollanam-do, which is a land area on the archipelago in Korea, where the effect of seawater on groundwater was not investigated by examining hydrogeochemical characteristics including field water quality measurement and major dissolved components. A total of 74 groundwater samples was classified into water quality types and Cl-/HCO3- molar ratio. First, 36 samples belonging to the Ca-Cl type and 32 samples belonging to the Na-Cl type were considered to be influenced by seawater. Samples belonging to the Ca-Cl and Na-Cl types accounted for 91.9% of the total. When the samples were classified based on the Cl-/HCO3- molar ratio, the samples with a Cl-/HCO3- molar ratio of 2.8 or higher, which were considered to be highly influenced by seawater on groundwater, accounted for 40 out of 74 samples. This confirms that the groundwater in the study area is affected by seawater. In order to quantitatively determine the influence of seawater on groundwater, the mixture ratio of Cl ion and Br ion was found to be almost the same as that of Cl ion and Br ion. In the case of Cl ion, the mixing ratio was in the range of 0 ~ 10.4% and the average value was 1.0%. In the case of Br ion, the mixing ratio was in the range of 0 ~ 7.6% and the average value was 0.6%. From the principal component analysis, it can be seen that the influence of seawater occupies the first component of 54.1%, and it can be seen that the samples with large mixing ratio of seawater are shown in the region where seawater has a lot of influence. The ion exchange reaction and dolomitization were proceeded by calculation of the ion delta value indicating the seawater intrusion and cation exchange. It was found that the mixing ratio and specific trends of the ions participating in the geochemical reaction related to the seawater mixing ratio are shown. The relationship between the mixing ratio (X) and the ion delta (Y) was Y = 0.46 * X + 0.56 (R2 = 0.48) for Ca. Na had a relation of Y = -1.19 * X + 0.28 (R2 = 0.71), and Mg had a relation of Y = -0.08 * X + 0.20 (R2 = 0.10). It is expected that it may be possible to grasp the contribution of geochemical reactions of each ion to the mixing ratio of seawater, although further study is necessary to know more precisely.

;본 연구는 현장 수질 측정과 주요 용존성분 등을 포함한 수리 지구 화학적 특성을 조사하여 지하수에 대한 해수의 영향 연구가 거의 이루어지지 않았던 국내 다도해 상의 도서 지역인 전라남도 신안군의 지하수에 미치는 해수의 영향을 확인하였다. 총 74개 지하수 시료를 수질 유형과 Cl-/HCO3- 몰 비 값으로 구분하였을 때 해수의 영향을 받고 있다고 볼 수 있는 Ca-Cl형에 속하는 시료가 36개, Na-Cl형에 속하는 시료가 32개로 전체의 91.9%를 차지하였으며, 지하수에 미치는 해수의 영향이 심하다고 여겨지는 Cl-/HCO3- 몰 비 2.8 이상의 값을 갖는 시료는 74개 중 40개에 해당하여 연구지역의 지하수에 해수의 영향이 미치고 있음을 확인하였다. 지하수에 미치는 해수의 영향을 정량적으로 판단하기 위하여 Cl 이온과 Br 이온을 추적자로 하여 해수 혼합률을 계산한 결과 Cl 이온과 Br 이온의 혼합률은 거의 일치하는 경향을 보였다. Cl 이온의 경우 혼합률이 0~10.4% 범위의 값을 가지며 평균은 1.0% 값을 나타냈으며, Br 이온의 경우 0~7.6% 범위의 혼합률 값을 가지며 평균은 0.6% 값을 가졌다. 주성분 분석을 통하여, 해수의 영향이 54.1%로 제1성분을 차지하고 있음을 알 수 있었으며, 실제로 해수의 혼합률 값이 큰 시료들이 해수의 영향을 많이 받은 영역에 도시하고 있음을 알 수 있었다. 해수 침투 및 양이온 교환을 지시하는 이온 델타(Ionic delta) 값의 계산을 통하여 이온교환반응과 돌로마이트화 작용이 진행됨을 알 수 있었으며, 해수 혼합률과 관련된 지구화학적 반응에 참여하는 이온들의 경우 혼합률과 특정 경향을 나타내는 것을 알 수 있었는데, 혼합률(X)과 이온 델타(Y)의 관계가 Ca2+의 경우 Y = 0.46 * X + 0.56 (R2=0.48)을 나타냈으며, Na+는 Y = -1.19 * X + 0.28 (R2=0.71), Mg2+는 Y = -0.08 * X + 0.20 (R2=0.10)의 관계식을 나타내었다. 이는 추가적인 연구가 좀 더 진행되어야 정확히 알 수 있겠지만 해수 혼합률에 따른 각 이온의 지구화학적 반응의 기여 정도를 파악하는 것이 가능할 수도 있으리라 기대된다.