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목차
Ⅰ. 과업개요 24
1. 용역과제명 24
2. 연구과제 개요 24
3. 과업내용 25
3.1. 광역정수장별 상수도용 지하수 수질상태 정밀평가 25
3.2. 지하수 수질 관련 기존 자료 종합 평가 및 분석 25
3.3. 오염원 영향권 및 잠재오염원 현황 파악 25
3.4. 수질 변화 요인 파악 및 예측, 수질 유지방안 제시 26
3.5. 정수처리기준에 따른 인증업무절차서 검토 26
3.6. 안정적인 수질 확보 전략 제시 27
3.7. 종합 평가 및 제안 27
4. 연구 추진 체계 27
Ⅱ. 제주도 지하수 특성 29
1. 지하수 분포 및 수질 현황 29
1.1. 제주도의 지질, 기후 및 수문학적 특성 29
1.2. 지하수 특성 31
2. 제주 지하수 위협요인 34
2.1. 비료와 축산분뇨의 영향 증가 34
2.2. 토지이용의 변화 41
3. 제주 지하수 관리제도 47
3.1. 제주 지하수 관리제도의 변천 47
3.2. 현행 제주 지하수 관리제도 49
4. 광역상수원 지하수 이용 및 관리 현황 55
4.1. 광역정수장 운영 현황 55
4.2. 광역정수장 취수원별 운영 상황 57
Ⅲ. 연구방법 67
1. 지하수 현장 조사 67
1.1. 조사대상 관정 67
1.2. 시료 채취 및 현장 측정 68
2. 실내 분석 69
2.1. 수화학 분석 69
2.2. 미생물 분석 69
2.3. 질산성질소의 질소-산소 동위원소 분석 71
3. 자료해석 74
3.1. 기존자료 이용 방향 74
3.2. 지구통계 분석 75
3.3. 시계열 분석 77
3.4. 공간적 변화 해석 78
3.5. 질산성질소의 목표수질 설정 79
3.6. 지구 및 관정별 수질 평가(등급 결정) 81
Ⅳ. 연구결과 83
1. 전반적인 수질 상태 평가 83
1.1. 수질 상태의 기본 통계 해석 83
1.2. 광역상수원 지하수의 수질 등급 평가 기준 설정 96
1.3. 광역상수원 지하수의 수질 등급(점수) 평가 결과 107
2. 광역정수장별 수질 상태 정밀 평가 112
2.1. 애월정수장 112
2.2. 유수암정수장 117
2.3. 금악정수장 128
2.4. 서광정수장 130
2.5. 회수정수장 139
2.6. 토평정수장 149
2.7. 남원정수장 151
2.8. 구좌정수장 161
2.9. 조천정수장 169
3. 오염 취약 취수원의 오염원인 분석 178
3.1. 애월정수장 178
3.2. 서광정수장 181
3.3. 남원정수장 185
3.4. 구좌정수장 198
3.5. 조천정수장 206
4. 해외 상수원 관리 정책 제도 분석 220
4.1. 미국의 상수원 보호 220
4.2. 캐나다의 상수원 보호 229
4.3. 유럽의 상수원 보호 232
4.4. 호주의 상수원 보호 236
4.5. 해외 주요 상수원(지하수) 보호 대책 241
5. 지하수 질소오염 관리제도 248
5.1. 농업정책과 연계한 질소 오염 관리 248
5.2. 질소수지지표 251
6. 정수처리기준에 따른 인증업무절차서 검토 253
6.1. 현행 정수처리기준 인증업무 절차 253
6.2. 총대장균군에 대한 타당성 검토 258
Ⅴ. 종합 평가 및 제안 261
1. 광역상수원 수질 관리방안 제시 261
1.1. 오염양상에 따른 대책 제시 261
1.2. 오염원인별 수질 유지 방안 마련 263
2. 안정적인 상수원 확보전략 266
2.1. 미생물 검출에 의한 상수원(지하수) 공급 대책 266
2.2. 자연 기원의 수질 특성 고려 266
2.3. 취수원보호구역의 설정 및 관리 267
2.4. 대체수원지 개발 267
2.5. 수질 모니터링 강화 268
2.6. 제주 전역 지하수 수질관리 선진화 268
Ⅵ. 기대성과 및 활용방안 269
1. 기대성과 269
2. 활용방안 269
Ⅶ. 참고문헌 270
부록 : 2021년도 취수원 및 관정별 수화학 및 미생물 분석자료 273
〈표 1〉 미생물 검사 결과 40
〈표 2〉 바이러스(병원성미생물) 검사 결과 40
〈표 3〉 2012-2019 주요 가축사육두수 45
〈표 4〉 2012-2019 기타 가축사육두수 45
〈표 5〉 2012-2019 가축 분뇨발생량 45
〈표 6〉 2010-2017 비료 성분별 공급량 46
〈표 7〉 2010-2017 비료 종류별 공급량 46
〈표 8〉 정수장 및 취수원 현황 56
〈표 9〉 분석항목 68
〈표 10〉 기여도 평가를 위한 각 기원의 질소동위원소 평균과 표준편차 92
〈표 11〉 각 수원지 내 관정수 및 질산성질소 오염원 기여도 평가 결과 요약 93
〈표 12〉 질산염의 질소 동위원소를 활용한 관정별 오염원 기여도 평가 결과 94
〈표 13〉 질산성질소 농도에 대한 상수원별 등급평가 결과 99
〈표 14〉 질산염 농도에 대한 관정별 등급평가 및 배점 결과 100
〈표 15〉 변동계수 기반 관정별 등급평가 및 배점 결과 102
〈표 16〉 추세분석 기반 관정별 등급평가 및 배점 결과 104
〈표 17〉 미생물 분석 결과 기반 관정별 등급평가 및 배점 결과 106
〈표 18〉 각 관정별 수질 등급 종합 평가 결과 107
〈표 19〉 각 수원지의 수질 등급 종합 평가 결과 111
〈표 19〉 외도동 가축사육두수 179
〈표 20〉 안덕면 가축사육두수 182
〈표 21〉 한경면 가축사육두수 183
〈표 22〉 남원읍 가축사육두수 186
〈표 23〉 구좌읍 가축사육두수 199
〈표 24〉 조천읍 가축사육두수 206
〈표 25〉 삼양동 가축사육두수 216
〈표 26〉 관정(well) 중심의 지하수 모델의 경우, 음용수원에 영향을 미치는 영역 설정법... 222
〈표 27〉 지표수원의 직접적인 영향을 받는 지표수 및 지하수(Groundwater Under the... 222
〈표 28〉 미국의 안전음용수법(SDWA; Safe Drinking Water Act)에 따른 지하수 보호 프로그램 227
〈표 29〉 3가지 지하수 수질 보호 규제 수단 내 지하수 보호 대책 239
〈표 30〉 비규제 수단을 이용하여 수행할 수 있는 지하수 보호 방법 243
〈표 31〉 미국의 지하수 분류 243
〈표 32〉 규제 수단을 이용하여 수행할 수 있는 지하수 보호 방법 245
〈표 33〉 규제 및 비규제 수단(관리방법)을 이용하여 수행할 수 있는 지하수 보호 방법 247
〈표 34〉 가축비료 최대저장가능기간 250
〈표 35〉 한국상하수도협회의 정수처리기준 적용배제 인증(지하수) 시 확인 항목 257
〈표 36〉 정수장 주기별 원수와 정수의 수질검사 항목 257
〈표 37〉 분원성대장균군 및 비분원성대장균군의 차이 258
〈표 38〉 수질 등급(본 연구 결과)에 따른 맞춤형 대응 대책 제안 261
〈표 39〉 오염원인별 지하수 수질 유지 방안 예시 265
〈그림 1〉 제주도의 지하수 함양 및 이동 모델 29
〈그림 2〉 제주도의 하천 분포 현황 30
〈그림 3〉 제주도 지하수 부존 형태 32
〈그림 4〉 제주도 지하수위의 월별 변화. 양수의 영향 없이 강수량 변화에 따른... 33
〈그림 5〉 제주도 행정구역별 질산성질소 농도 실태(2018). 행정구역별 질산성질소 농도의... 34
〈그림 6〉 제주도 대정 수역의 오염 특성 35
〈그림 7〉 제주 서부지역에서 재배되는 작물 종류별 단위 면적당 비료 시비량과... 36
〈그림 8〉 (a) 서부지역 질소 투입량의 공간 분포, (b) 지하수의 질산성질소 농도 공간 분포 36
〈그림 9〉 한림지역 질산염 농도(A)와 질산염의 질소 동위원소 값(B)의 공간적 분포 37
〈그림 10〉 제주 서부 한림 지역에서 발생하는 질소부하량의 시간 변화. 질산염 농도(위)와... 37
〈그림 11〉 미생물학적 오염도 조사가 수행된 해안가 저지대 용천수 정점 39
〈그림 12〉 1980년 말 제주도 토지피복도(왼쪽), 2015년 제주도 토지피복도(오른쪽)(초지-녹색,... 41
〈그림 13〉 광역상수원의 분포: 투수성 지형 분포도 위에 표시(왼쪽)과 토지이용도 위에 표시(오른쪽) 41
〈그림 14〉 제주도가 고시한 '도시지역 외 지역 지구단위계획구역 지정 제한지역' 42
〈그림 15〉 제주도 잠재오염원 분포 현황 43
〈그림 16〉 제주 지하수자원특별관리구역도(2020) 53
〈그림 17〉 질산성질소 농도의 변화 추세. 보라색 구역은 지하수자원특별관리구역 54
〈그림 18〉 고도에 다른 질산염질소 농도 변화 55
〈그림 19〉 제주도내 정수시설 현황(분홍색=광역정수시설; 파란색=지방정수시설) 55
〈그림 20〉 외도광역수원 위치도 57
〈그림 21〉 상귀광역수원 위치도 58
〈그림 22〉 금악광역수원 위치도 60
〈그림 23〉 토평광역수원 위치도 63
〈그림 24〉 해안가에 근접해 있는 자굴이광역수원 67
〈그림 25〉 다양한 기원에 대한 δ¹⁵N-NO₃⁻상자도표 72
〈그림 26〉 다양한 기원에 대한 δ¹⁸O-NO₃⁻상자도표 72
〈그림 27〉 Denitrifier method 과정 73
〈그림 28〉 수화학성분을 이용한 주성분분석(PCA)의 사례 : 요인 적재값으로... 75
〈그림 29〉 중복분석(RDA)의 예시. bio-organic fertilizer(BIO), cattle manure... 76
〈그림 30〉 누적확률분포를 이용한 배경농도 평가 80
〈그림 31〉 수질등급 부여 절차 82
〈그림 32〉 건기(4월) 현장조사 데이터 Durov Diagram 83
〈그림 33〉 우기(7월) 현장조사 데이터 Durov Diagram 84
〈그림 34〉 건기와 우기의 데이터 차이를 보여주는 상자 도표(box plot) 84
〈그림 35〉 주성분 분석 결과 : 요인 적재치(왼쪽)와 요인점수(오른쪽) 85
〈그림 36〉 상류버퍼 200m에서의 중복분석결과. 토지이용도는 노란색 화살표로 표시,... 86
〈그림 37〉 상류버퍼 700m에서의 중복분석결과. 토지이용도는 노란색 화살표로 표시,... 86
〈그림 38〉 수질 특성과 미생물 검출 여부 비교 88
〈그림 39〉 총대장균군과 분원성대장균군의 검출 빈도 : 건기와 우기 88
〈그림 40〉 미생물 검출 군집과 비검출 군집 간의 질산염 및 염소이온농도 비교 결과 89
〈그림 41〉 표고 및 수위와 미생물 검출 여부 비교 90
〈그림 42〉 질소-산소 동위원소를 이용한 질산성질소 오염기원 파악 91
〈그림 43〉 질소-산소 동위원소를 이용한 질산염의 기원 파악 92
〈그림 44〉 가우시안 혼합모형을 이용한 질산성질소의 분포특성 파악(좌); 염소 및... 97
〈그림 45〉 자연배경농도와 목표수질을 이용한 관정별 수질 현황 : 2002-2021년 자료 평균값 사용 98
〈그림 46〉 자연배경농도와 목표수질을 이용한 관정별 수질 현황: 2021년 데이터(평균값) 활용 98
〈그림 47〉 변동계수를 활용한 수질 등급 부여 결과 101
〈그림 48〉 추세분석 결과로 획득한 변화 기울기를 활용한 수질등급 부여 결과 103
〈그림 49〉 각 관정의 미생물 분석 결과(총대장균군수)를 활용한 수질 등급 부여 결과 105
〈그림 50〉 외도광역수원 질산성질소 농도 추세분석 114
〈그림 51〉 상귀광역수원 질산성질소 농도 추세분석 116
〈그림 52〉 상귀광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 116
〈그림 53〉 장전광역수원 질산성질소 농도 추세분석 119
〈그림 54〉 상가광역수원 질산성질소 농도 추세분석 121
〈그림 55〉 납읍광역수원 질산성질소 농도 추세분석 123
〈그림 56〉 납읍광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 124
〈그림 57〉 어음광역수원 질산성질소 농도 추세분석 126
〈그림 58〉 어음광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 127
〈그림 59〉 어음광역수원 3호공 질산성질소 농도 추세분석 127
〈그림 60〉 금악광역수원 질산성질소 농도 추세분석 130
〈그림 61〉 서광광역수원 질산성질소 농도 추세분석 133
〈그림 62〉 서광광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 134
〈그림 63〉 서광광역예비수원 질산성질소 농도 추세분석 136
〈그림 64〉 저지광역수원 질산성질소 농도 추세분석 139
〈그림 65〉 상예광역수원 질산성질소 농도 추세분석 141
〈그림 66〉 상천광역예비수원 질산성질소 농도 추세분석 143
〈그림 67〉 회수광역예비수원 질산성질소 농도 추세분석 144
〈그림 68〉 대포광역예비수원 질산성질소 농도 추세분석 146
〈그림 69〉 회수광역수원 질산성질소 농도 추세분석 148
〈그림 70〉 토평광역수원 질산성질소 농도 추세분 150
〈그림 71〉 의귀1광역수원 질산염 농도 추세분석 153
〈그림 72〉 의귀1광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 1 153
〈그림 73〉 의귀1광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 2 153
〈그림 74〉 의귀2광역수원 질산성질소 농도 추세분석 156
〈그림 75〉 의귀2광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 156
〈그림 76〉 신흥1광역수원 질산성질소 농도 추세분석 158
〈그림 77〉 신흥2광역수원 질산성질소 농도 추세분석 161
〈그림 78〉 구좌광역예비수원 질산성질소 농도 추세분석 162
〈그림 79〉 행원1광역수원 질산성질소 농도 추세분석 165
〈그림 80〉 행원1광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 1 165
〈그림 81〉 행원1광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 2 165
〈그림 82〉 행원2광역수원 질산성질소 농도 추세분석 168
〈그림 83〉 행원2광역수원 질산성질소 농도 segment 추세분석 168
〈그림 84〉 선흘광역수원 질산성질소 농도 추세분석 171
〈그림 85〉 함덕광역수원 질산성질소 농도 추세분석 173
〈그림 86〉 회천광역수원 질산성질소 농도 추세분석 175
〈그림 87〉 삼양광역수원 질산성질소 농도 추세분석 177
〈그림 88〉 애월정수장 잠재오염원 분포도 및 토지이용도 178
〈그림 89〉 외도광역수원 상부에서 바라본 취수원 179
〈그림 90〉 상귀광역수원 상부 스펀지 공장 180
〈그림 91〉 상귀광역수원 상부 감귤밭 181
〈그림 92〉 서광정수장 잠재오염원 분포도 및 토지이용도 181
〈그림 93〉 서광광역수원에서 상류 쪽을 바라보고 찍은 사진. 여가시설의 일부가 보임 182
〈그림 94〉 투수성 지질구조. 저지광역수원은 곶자왈 내부에 존재함 183
〈그림 95〉 저지광역수원 바로 옆의 상업시설. 저지광역수원1호공이 같이 보임 184
〈그림 96〉 상업시설에서 숙박시설을 같이 운영했던 것으로 보임 184
〈그림 97〉 녹차밭 전망대에서 저지광역수원을 바라보고 찍은 사진. 상부를 등지고 촬영 185
〈그림 98〉 남원정수장 잠재오염원 분포도 및 토지이용도 185
〈그림 99〉 신흥1광역수원의 싱크홀 위치를 표시한 위성사진 186
〈그림 100〉 신흥1광역수원 주변 노지 감귤 187
〈그림 101〉 신흥1광역수원 주변 하우스 감귤 재배지 187
〈그림 102〉 신흥1광역수원 입구와 바로 옆의 노지 감귤밭 188
〈그림 103〉 신흥1광역수원 내부 함몰지역 188
〈그림 104〉 취수공과 감귤나무가 거의 붙어 있는 모습 189
〈그림 105〉 신흥1광역수원 내부 시설에서 물이 흘러나오는 모습.... 189
〈그림 106〉 신흥2광역수원의 싱크홀 위치를 표시한 위성 사진 190
〈그림 107〉 신흥2광역수원의 양치식물 서식 191
〈그림 108〉 신흥2광역수원의 함몰지 191
〈그림 109〉 신흥2광역수원 6호공 옆의 파 재배지 192
〈그림 110〉 신흥2광역수원 주변의 하우스 재배시설에서 퇴비를 쌓아놓은 모습 192
〈그림 111〉 의귀1광역수원 입구에서 바라본 비닐하우스. 지대가 비닐하우스보다... 193
〈그림 112〉 의귀1광역수원 내부에서 바라본 하우스 재배지 1 194
〈그림 113〉 의귀1광역수원 내부에서 바라본 하우스 재배지 2 194
〈그림 114〉 의귀1광역수원 근처 하우스 재배지의 빗물 수로 195
〈그림 115〉 근처 수로와 물이 고여있는 흔적 196
〈그림 116〉 의귀1광역수원 근처 농가에서 사용하는 화학비료 197
〈그림 117〉 의귀1광역수원 철장 너머 쌓여있는 비료 포대와 각종 폐기물 197
〈그림 118〉 구좌정수장 잠재오염원 분포도 및 토지이용도 198
〈그림 119〉 투수성지질도를 통해 행원1광역수원에 용암동굴이 위치한 것을 확인함 199
〈그림 120〉 행원1광역수원 상류방향 콩밭 200
〈그림 121〉 행원1광역수원 인접 개인집 200
〈그림 122〉 용암이 덮어 생성된 불투수층 위에 물이 고여있는 모습 201
〈그림 123〉 불투수층 근처에서 같이 발견된 동굴 201
〈그림 124〉 용암이 빠르게 흘러간 흔적 202
〈그림 125〉 행원1광역수원과 곶자왈 지형 202
〈그림 126〉 행원2광역수원 상류의 말 우리 203
〈그림 127〉 우리 안에 쌓여있는 말 배설물 204
〈그림 128〉 추후 동위원소 분석을 위해 말 배설물을 채취하는 모습 204
〈그림 129〉 우리 밖으로 말 배설물이 강우과 뒤섞여 흘러나오고 있는 모습 205
〈그림 130〉 상류 방향의 레저시설 모습 205
〈그림 131〉 조천정수장 잠재오염원 분포도 및 토지이용도 206
〈그림 132〉 투수성 지질구조. 선흘광역수원과 함덕광역수원은 곶자왈 지역에 위치함 207
〈그림 133〉 선흘광역수원 상부의 노지 감귤밭 208
〈그림 134〉 선흘광역수원 상부의 감귤농원 208
〈그림 135〉 선흘광역수원 상부에서 바라본 감귤하우스와 도로, 그리고 취수원 방향 209
〈그림 136〉 취수원 바로 앞에서 새로 감귤 하우스 재배를 시작하는 모습 209
〈그림 137〉 선흘광역수원 주변의 개인 주택 1 210
〈그림 138〉 선흘광역수원 주변의 개인 주택 2 210
〈그림 139〉 함덕광역수원 1호공 인접 재배 하우스. 하우스가 수원에 매우 근접하여... 211
〈그림 140〉 함덕광역수원 상부구배의 감귤밭 212
〈그림 141〉 함덕광역수원 옆의 건천 212
〈그림 142〉 함덕광역수원 옆 건천을 콘크리트 다리로 막아둔 모습 213
〈그림 143〉 회천광역수원의 상류구배 방향의 감귤밭. 최근 개간한 흔적이 있음 1 214
〈그림 144〉 회천광역수원의 상류구배 방향의 감귤밭. 최근 개간한 흔적이 있음 2 214
〈그림 145〉 근처 농업용수관정에 올라가 상류에서 회천광역수원을 바라보고 찍은 사진.... 215
〈그림 146〉 회천광역수원 근처 농가에서 사용하는 유기질 비료 215
〈그림 147〉 농장에서 비료를 나지에 쌓아둔 모습 216
〈그림 148〉 삼양광역수원 바로 위의 농장에서 텃밭을 일구고 있는 모습 1 217
〈그림 149〉 삼양광역수원 바로 위의 농장에서 텃밭을 일구고 있는 모습 2 217
〈그림 150〉 상류 방향에서 바라본 건천과 농가 및 취수원 218
〈그림 151〉 농가에서 활용하고 있는 가축분퇴비 218
〈그림 152〉 상부의 특용작물 재배 농가 219
〈그림 153〉 상부의 야자수 재배 농가 219
〈그림 154〉 지표수원의 직접적인 영향을 받는 지하수(Groundwater Under the Direct Influence... 223
〈그림 155〉 지하수원의 직접적인 영향을 받는 지하수에서 관정보호구역(WHPA)을 평가한 사례 223
〈그림 156〉 수원평가프로그램(SWAP) 절차 225
〈그림 157〉 에드워드 대수층의 관할 구역 설정. EAA=Edwards Aquifer Authority, TCEQ=Texas... 228
〈그림 158〉 상수원 보호를 위한 다단계 접근 231
〈그림 159〉 유럽의 음용수(상수원) 보호 수단 233
〈그림 160〉 영국의 노란물고기(Yellow Fish) 프로그램. 사람들의 활동이 수질오염에 영향을 줄... 234
〈그림 161〉 지하수질 보호 가이드라인과 NWQMS 내 다른 가이드라인과의 관계 238
〈그림 162〉 시비 지역 구획화 사례 249
〈그림 163〉 OECD 국가들의 질소수지지표를 기반으로 한 질소비료효율성 비교 251
〈그림 164〉 EU의 총질소수지 252
〈그림 165〉 OECD 지역별 질소 수지 252
〈그림 166〉 정수처리기준 적용 대상 및 적용 방법 254
〈그림 167〉 정수처리기준 적용배제 인증 절차 255
〈그림 168〉 정기 검사에서 총대장균군이 검출된 이후의 절차 259
〈그림 169〉 자동모니터링 시스템을 통한 관개수 수질관리 사례 : 모니터링 시스템 모식도(좌), 데이터... 268