서 론
본 론
연구방법
연구결과 및 고찰
국내 논문 분석
사격장 오염토양 조사 및 특성 관련 연구논문 분석 및 제언
소화기 및 대구경화기 사격장 오염특성 연구의 필요성 및 제언
결 론
서 론
토양환경법이 제정 공포된 초기에는 시각 및 후각적인 방법으로 오염의 발견이 용이한 유류 오염과 같은 유기물질에 의한 토양 오염 및 정화 사례가 주를 이루었으나, 오염조사에 대한 기술 및 법규가 강화되면서 점차 중금속 토양오염문제가 관심사로 등장하고 있다. 그중에서 사격장에서 발생하는 중금속에 의한 토양오염이 주요 이슈 중의 한가지이다.
사격장의 운영은 외국의 경우 오락적인 측면이 강조되기도 하나 국민개병제를 택하는 우리나라에서는 군 교육훈련의 일환으로 사격훈련을 실시하기 때문에 많은 숫자의 사격장이 운영되고 있다. 군에서 운영하는 사격장이 약 2,000여 개라고 할 때 사격장 주변에 거주하는 많은 시민들은 중금속 오염에 노출될 수 있으므로 이에 대한 연구 및 대책이 필요하다.
사격장의 토양오염 부지는 일반적으로 토양환경보전법에서 제시하는 오염물질 중 중금속인 납(Pb)과 구리(Cu) 등에 의한 오염과 관련하여 국내 학계와 산업계의 주요관심사가 되어 왔으며, 해외에서도 사격장중금속 오염토양에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 기존의 연구를 살펴보면 대구경화기 사격장1)과 소화기 사격장2)에서 사용되는 탄두의 형태가 다르고 사용되는 물질이 다르다는 것을 제시하고 있으나(Ministry of National Defense, 2002; Ministry of National Defense, 2006; Republic of Korea Army, 2010) 사격장이라는 용어는 명확하게 구분하여 사용하지 않고 있다(Kim et al., 2013; Choi and Kim, 2008; Kim et al., 2021 ; Kim et al., 2003a). 오염 현상 및 분포를 보면 오염물질은 입경별로 고르게 분포되어 있는 현상을 볼 수 있어(Kim et al., 2013; Jung, 2019b; Jung and Jang, 2019) 오염토양을 토양세척법으로 정화한다면 입경분리를 어떻게 할 것인지에 대한 문제와 해결방안이 제시되어야 하나, 대부분의 논문에서는 산세척제에 의한 토양세척(Kim, 2014; Jung, 2019a; Jung and Jang, 2019; Choi and Kim, 2008; Yoo et al., 2018)과 관련한 사항이 주요 관심사항으로 연구를 진행되고 있었고, 일부 연구에서는 동전기법(Kim et al., 2007; Kim et al., 2003a, 2003b; Kim et al., 2004a, 2004b)과 식물정화법(Mahtab, 2013)에 대한 연구가 진행된 바 있다.
본 연구에서는 지금까지 연구 발표된 논문과 발표자료를 중심으로 예방이라는 관점에서 연구한 자료를 검색하면서 대구경화기3)와 소화기를 구분하여 연구한 자료를 찾아 향후 연구의 방향을 모색해 보려 한다. 이를 위한 연구방법으로는 학술연구 자료를 제공하는 Scopus 데이터베이스와 한국교육학술정보원의 학술연구정보서비스(RISS: www //:riss.kr)에서 제시되는 현시점의 연구동향을 정리하여 새로운 연구방향을 모색해 볼 것이다.
본 연구는 사격장 토양오염의 특성 및 현황, 그리고 사격장 토양오염을 정화하기 위해 사용되는 방법들을 종합적으로 정리하고자 한다. 또한 서지정보를 활용하여 축적된 연구내용과 조사과정에서 분석한 내용을 바탕으로, 사격장 토양오염관련 연구 부분에서 향후 연구가 필요한 부분을 발굴하여 연구방향을 제시하고자 한다.
본 론
연구방법
본 연구의 대상으로 국외 학술논문 자료 수집을 위해 글로벌 학술논문 데이터베이스 플랫폼인 Scopus를 이용하여 Article title, Abstract, Keywords 내에서 “shooting range”로 검색한 결과 2023년 1월 30일 기준 제시된 논문은 총 3356건이었으며 각 논문의 서지 정보를 활용하여 분석을 진행하였다. 국내 자료는 한국교육학술정보원에서 제공하는 학술연구정보서비스(RISS: www//:riss.kr)에 탑재된 자료(이하 “RISS”)를 활용 중 “사격장”이라는 검색어를 사용하여 검색된 학위논문과 학술논문을 대상으로 하였다.
학위논문은 2022년 12월 31일 RISS에서 “사격장”으로 검색한 결과 제시된 논문은 총156편이었으며, 박사학위 논문은 34편, 석사학위 논문은 118편이다. 원문 열람이 가능한 박사학위논문 31편과 석사논문을 합한 총 137편을 주연구 대상으로 검토하였다. 학술논문도 2022년 12월 31일 RISS에서 “사격장”으로 검색한 결과 제시된 총 167건의 자료 중 원문열람이 가능한 151건을 대상으로 분석을 진행하였다.
선행연구에 대한 분석기준은 RISS에서 제공하는 발표년도, 발행연도, 분류된 주제 등을 우선 분석대상으로 하여 진행하였으며, 분류된 주제 중에서도 본 연구의 목적을 위해 공학으로 분류한 논문을 중심으로 분석을 진행하였다. 공학으로 분류된 논문에 대하여는 그 내용을 심층 분석하면서 본 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 기존의 연구문헌을 수집하기 위하여 특정 사이트를 검색하여 자료 수집 및 분석 평가하는 과정 통해 연구동향 파악 및 미래 연구방향을 제시하고자 하였다. 연구 동향을 파악하기 위해 첫 번째로 형태소 추출의 기능을 제공하는 국내 오픈소스 소프트웨어인 RHINO를 이용하여 키워드의 출현 빈도를 분석하였다. 두 번째로 논문별 키워드 간의 상관관계 및 연관성과 사격장 연구 동향을 파악하기 위해 텍스트마이닝 프로그램 중 하나인 VOSviewer프로그램을 통해 핵심단어들 간의 관계를 시각화하였다. VOSviewer는 동시출현단어 분석을 통해 핵심 단어 간의 관계성을 구성하고 맵핑하기 위한 오픈소스 소프트웨어이다(Van Eck and Waltman, 2013). 국가, 저자 관계, 학술지, 연구분야, 연구기관, 핵심 단어의 인용 등 사용자가 선택한 주제에 대해 VOSviewer의 자체 클러스터링 기술로 시각화를 제공하며 이를 바탕으로 각 주제의 관계를 분석할 수 있다. 이 과정에서 핵심 단어 간의 네트워크를 구성하고 시각화에 사용되는 텍스트 마이닝(text mining) 기능을 제공한다(Van Eck and Waltman, 2010). 각각의 Cluster는 같은 분야로 분류되는 하나의 군집을 의미한다. Occurrence는 키워드의 출현 빈도 수를 의미하며, 언급이 많을수록 라벨의 크기가 크게 표현된다. Link는 핵심 단어별 연결 관계를 뜻하는 선으로 각 단어 사이의 연관성이 클수록 선이 많아지고 진하게 표현된다. Location between keywords는 두 핵심단어 사이의 위치를 의미한다. 연관성이 높은 경우, 두 핵심 단어는 가깝게 위치하고 낮은 경우, 멀리 위치한다(Van Eck and Waltman, 2011). 이때 VOSviewer에서는 한글을 지원하지 않고 있기 때문에 KISTI에서 개발한 KnowledgMatrixPlus(KM+) 프로그램을 통해 주제어의 전처리를 거친 후 VOSviewer를 사용하였다.
연구주제는 사격을 하게 되는 화기의 크기별 분류, 오염물질에 따른 분류, 토양환경관리 단계별로 예방, 관리, 조사, 정화, 검증의 분류 등을 적용하여 분석하였다.
연구결과 및 고찰
국외 학술논문 분석
사격장 연구현황을 분석하기 위해 탐색적 분석 방법으로 가장 많이 사용되는 방법 중 하나인 빈도 분석을 수행하였다. 연도별, 국가별에 대한 논문 게재 빈도수를 분석하고 글로벌 학술 논문 데이터베이스 플랫폼인 Scopus가 제공하는 Index Keyword 자료에서 자주 사용된 키워드에 대한 빈도 분석을 실행하였다. 최종적으로 텍스트마이닝 툴 중 하나인 VOSviewer프로그램을 통해 핵심단어들 간의 관계를 파악하며 사격장 연구의 동향을 분석하였다.
연도별 연구현황
수집된 3356건의 자료를 바탕으로 과거부터 2023년 1월 30일까지의 연도별 논문 게재 빈도를 분석하였다. Fig. 1에서 보여주는 바와같이 사격장에 대한 연구에 대한 1990년도 이전부터 2022년도까지 연도별 논문 게재수는 꾸준한 증가세를 보이고 있다. 이러한 결과는 과거부터 꾸준히 사격장에 관한 연구가 진행되고 있음을 나타낸다. 특히 2010년에 들어서부터는 매년 100건 이상의 논문이 게재되고 있으며, 논문 건수도 꾸준히 증가하여 2022년에는 년간 250여 건에 이르는 논문이 발표되었다. 2023년도의 논문 건수는 2023년 1월 30일 기준으로 총 22건의 논문이 게재되어 있는 상황이다.
연구분야별 동향
상위 10개의 연구 분야로 구분하여 논문 게재 수를 확인한 결과 Engineering 분야가 총 1151건의 논문의 수를 보유하고 있으며, 이는 두 번째로 많이 보유하고 있는 Physics and astronomy(637건) 분야와 약 1.8배의 격차를 보이고 있다(Fig. 2). 이를 포함하여 Chemical engineering, Chemistry, Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, Health Professions 등 총 27개의 다양한 연구분야에서 사격장 관련 연구가 수행되었다.
국가별 동향
국가별로 분석한 결과 미국 674건, 중국 669건으로 가장 우세한 수치를 보였고 뒤이어 독일 205건, 인도 202건, 호주 161건 등으로 다양한 나라들이 사격장에 관한 연구를 수행했음을 확인했다(Fig. 3). 한국 역시 그 중 11번째로 89개의 국외저널에 논문 수를 보유하고 있다. Table 1은 10년 단위로 상위 10개국에서 출판한 논문 게재수를 나타내는데, 1990년대 이후로 사격장의 연구는 이전 20년에 비하여 최근 10년간(2010년~2022년) 2245건으로 연구수행 건수가 대폭 증가하였음을 확인할 수 있다. 이는 비단 사격장 연구에 대한 수요의 증가만을 보여주는 결과라기 보다는 전반적으로 연구과제의 출판 건수증가에 따른 경향으로 판단된다. 2000년대 대비 2010년대를 비교했을 때, 중국이 2000년대 102건에서 2010년대 551건으로 논문 건수가 약 5배(449건) 증가함을 보였다. 이는 최근 10년 동안 중국에서 사격장의 연구를 가장 많이 진행했음을 나타낸다. 한국 역시 1990년대와 2000년대에 10위권에 들지 않았지만 2010년대에 들어서 9번째로 많은 논문을 게재하면서 2010년대부터 활발한 연구를 진행하고 있음을 알 수 있다. 또한 미국의 경우 1990년도 기준 타 국가에 비하여 상대적으로 많은 수의 연구를 수행하였으나, 최근 들어 타국가와 정량적 연구결과물 개수의 편차는 계속해서 줄어들고 있음을 확인할 수 있다.
Table 1.
Number of articles published every 10 years in the top 10 countries
키워드 출현 빈도 분석
연구 내 분야별 관심도를 살펴보기 위해 SCOPUS에서 제시하는 INDEX KEYWORD를 국내 형태소 분석기 프로그램인 RHINO를 이용하여 최근 논문 2000건의 index keyword에 대한 빈도수를 분석한 후, 상위 50개의 단어들을 제시했다(Table 2). 이때 하나의 논문에서 발생하는 단어의 중복에 대한 결과도 포함했으며, 복수형에 대한 전처리를 실시했다. 2000건의 논문 자료 중에서 soil의 빈도수가 총 900개로, 토양에 관한 언급이 가장 많은 것을 알 수 있다. 이 중 금속 물질 중에서는 납과 안티몬이 가장 많이 언급되고 있으며 상위 50개 외에도 구리 102회, 아연 68회로 다양한 금속들이 언급되었다. 특징적인 것은 안티몬이 검색 상위에 차지하는 것으로 안티몬은 도금과 관련한 물질로서 과거에는 한국에서는 관심이 덜한 물질이었으나, 2019년 수질오염기준 물질로 제정되어 규제되기 시작하였다.
Table 2.
Top 50 occurring keywords extracted using RHINO program from the SCOPUS database related to shooting range research
동시출현단어 분석을 통한 핵심단어 간의 상관관계
Fig. 4에서는 VOSviewer를 이용하여 SCOPUS에서 제공하는 2000건의 자료로 키워드의 상관관계를 분석한 결과를 보여준다. 이때 총 17,079개의 키워드 중 빈도수가 10 이상인 키워드만을 선별하고 중복어에 대해 전처리를 거친 총 351개의 키워드를 분석하였다. 그 결과 총 4개의 cluster가 형성되었다.
Cluster1은 토양오염과 납을 중심으로 아연, 납, 구리, 니켈, 비소의키워드가 군집을 이루고 있다. 그중 납의 키워드 라벨이 가장 크게 나타났는데, 이는 납이 수집된 키워드 중에서 가장 많이 언급되었다는 것을 의미한다. Cluster2는 인간을 중심으로 군집을 이루고 있으며 사격장 오염이 사회과학 분야 혹은 인간에게 미치는 물리적인 피해와 사격 스포츠에 대한 내용이 다뤄지고 있다. Cluster3에서는 주로 탄약, 발사체, 무인항공기 등의 사격장 및 군사격장에 관련된 키워드와 모델링 및 프로그램을 이용한 분석 및 연구에 대한 키워드가 주를 이루고 있다. Cluster4에서는 연구에 사용된 method의 주요 키워드로 이루어지고 있다. 그 중에서도 Cluster 1, 2, 4는 군집 안에서 키워드 간에 다중의 link로 연결되어있음을 확인할 수 있다. 이는 핵심단어 사이의 연관성이 높다는 것을 의미한다. 그러나 Cluster4에서는 핵심단어들이 모여 하나의 군집을 형성했지만 각각의 사이는 독자적으로 떨어져있다. 이는 각각의 핵심단어들이 독립적인 연구 키워드임을 나타낸다. 각 Cluster 내의 상위 10개 키워드는 Table 3에서 확인 가능하다.
Table 3.
Top 10 occurring keywords in different clusters of keyword occurrence analysis
Table 3은 클러스터별로 출현 빈도가 높은 상위 10개의 키워드를 나타낸다. Cluster1에서 출현 빈도가 높은 주요 키워드는 납(lead), 토양오염(soil pollution), 토양(soil), 안티몬(antimony), 구리(Copper)등 토양 오염 및 중금속에 관련된 키워드들이 제시되어 있다. Cluster2에서는 인간(human)을 비롯하여 남성(male), 성인(adult), 여성(female)등 인간을 의미하는 키워드와 화기(firearm), 총상(gunshot injury)의 언급을 보아 인간과 화기에 관한 사회학적 분야를 나타남을 알 수 있다. Cluster3에서는 카메라(camera), 영상정보처리(image processing) 등의 영상처리기반의 키워드와 탄도학의(ballistic), 발사체 혹은 포물체(projectile), 무인항공기(unmanned aerial vehicle)등의 키워드의 출현과 함께 이들이 같은 분야로 묶여있다. 이는 이중 고속 카메라 기반의 회전 발사체의 위치 및 형태의 추정 알고리즘 및 오차 분석 연구(Yang et al., 2022)와 같이 사격장에서 사용되는 발사체에 관한 연구 중 다양한 프로그램을 접목시킨 분야에서 발생하는 키워드로 평가된다. Cluster4는 미분방정식(ordinary differential equations), 나노유체공학(nanofluidics), 열전달(heat transfer) 등 연구에 사용된 method가 하나의 군집으로 모여있음을 나타낸다.
사격장 오염토양 정화방법 관련 연구 동향
사격장 관련 연구 중 식물정화에 관한 연구의 동향에 대해 알아보기 위해 검색 결과 내에서 식물정화(Phytoremediation) 키워드에 대해 이중 검색을 한 결과 총 69건의 논문이 검색되었다. 중금속에 관한 연구 중 납에 관해 언급하고 있는 논문의 수는 총 39건으로 가장 많았으며, 그 외에도 유기산과 산소 나노버블의 조건 하에서의 협죽도(Nerium oleander)의 안티몬 오염토 정화(Seridou et al., 2023)와 같이 안티몬, 비소, 카드뮴 등의 다양한 금속물질 오염에 대한 연구 혹은 옥수수를 이용한 납, 구리, 카드뮴 등의 중금속 흡수에 대한 연구(Czira et al., 2013)와 같이 복합적인 중금속 오염에 대한 연구도 진행되었다. 중금속 외에도 우산잔디(bermudagrass)와 큰개기장(switchgrass)를 이용한 PAHs(Polynuclear Aromatic Hydrocabons: 다환방향족탄화수소)오염 정화(Wolf et al., 2020)에 대한 연구는 PAHs에 대한 오염을 주제로 하고 있으며, 1건은 사격장을 포함한 환경보호 전략에 관한 연구이다. 마지막 1건은 기타 분야로 소셜미디어 연구에 속해있다.
사격장과 토양세척에 관한 연구 동향을 알아보기 위해 검색 결과 내에서 토양세척법(Soil washing)으로 이중 검색을 한 결과 총 36건이 검색되었다. 구연산염과 마이크로 사이즈의 영가철을 이용해 사격장 납오염토 정화연구(Silwamba et al., 2021)와 구연산 개질 세척과 전기화학적 환원을 이용한 납 오염토 정화 연구(Etim, 2019)에서는 세척제의 종류로 구연산을 사용하였다. 아세트산 염화칼륨 세척액과 전기화학적 환원을 이용한 오염된 사격장 토양의 납 제거(Etim, 2017)에서는 아세트산을세척액으로 사용했다. 이 외에도 염산, 화학적 세척제 등을 이용한 토양세척법에 대해 연구되고 있다.
국내 논문 분석
국내 학위논문 분석
RISS에서 사격장이라는 검색어로 확인된 학위논문은 총 156건 이었으며, 박사는 34건, 석사는 118건이었다. 그 중 원문이 있는 137건을 중심으로 검토를 진행하였다. 학문 분야별 주제분류를 보면 9개 분야로서 기타로 구분한 2건은 “공명형 흡음판을 이용한 실내사격장(2019)”와 “ISO표준기반의 육군위험성평가 제도의 발전방향에 관한 연구(2021)”로 분야 지정이 제한되는 점이 있어 기타로 구분되었다(Table 4).
Table 4.
Number of publications extracted from RISS database by subject area
사회과학분야에서 연구한 사격장 관련 연구를 박사학위 논문을 중심으로 검토해 보면 사격장 관리시스템에 관한 연구, 소음침해의 개선을 위한 법적 연구, 지역발전을 위해 지방화 시대에 민군 갈등을 주제로 의회의 역할, 관리 전략 등을 주제로 하는 연구로서 법적 또는 제도적인 연구가 진행되었다. 의약학 분야에서 진행된 연구로는 실내사격장의 공기 중 근무자와 훈련생들의 뇨(尿, 오줌)의 납 농도에 관해 진행된 연구(Lee, 2019)로서 실내사격장은 고밀도 순도의 납을 사용하는 현장이며, 납이 흄 또는 먼지 형태로 비산되므로 현장에 근무하는 코치와 관리자들에게 비산되므로 건강 영향 가능성이 있어 이를 대상으로 수행한 연구이다. 실내사격장 사선에서 공기 중의 납 농도가 9.37 µg/m3로 작업환경기준 50 µg/m3 보다는 낮았으나, 미국의 대기환경기준 1.5 µg/m3(3개월 평균)보다 높았다. 사격훈련생의 뇨(尿, 오줌) 중 납 농도는 5.70 µg/L로서 최대값과 최소값이 0.73 µg/L와 11.45 µg/L이었다. 따라서 실내사격장 근무자 및 훈련생의 작업환경을 고려하여 납에 대한 노출 관리가 필요하고 실내환경오염을 예방하기 위하여 적절한 환기시설이 필수적이며, 훈련생들은 오염도가 높다는 것을 인지할 필요성이 있는 것을 확인하였다. 농수해양분야의 연구는 바이오차와 다양한 폐자원을 이용해 토양 및 수질 내 오염물질을 정화하는 방법을 개발한 연구(Mahtab, 2013)로 사격장 내 고농도로 존재하는 납(Pb), 구리(Cu) 등을 정화하기 위하여 달걀껍질, 굴껍질 홍합껍질 등의 폐자원을 개량제로 투입하였을 때 납의 농도는 감소하였으며, 구리(Cu)의 농도는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 토양 내 용존유기탄소(DOC, dissolved organic carbon)가 증가함에 따라 구리와 DOC간의 복합체가 형성되어 증가함에 기인하는 것으로 판단하였다. 자연과학분야에서의 연구는 식물정화(phytoremediation)에 관한 연구(Kim, 2010)로서 경제적이고 친환경적으로 정화하기 위하여 중금속에 대해 내성을 가진 피(weeds)를 이용하여 식물추출(phytoextraction) 증진을 위한 가장 효과적인 킬레이트를 선별하고, 중금속 제거능과 근권 토양의 미생물군집조사를 실시하였으며, 피의 중금속 내성 메카니즘을 규명하였다. 결과를 보면 피를 이용한 식물추출(phytoextraction) 적용 시 구연산과 범부채 뿌리 삼출물이 효율적인 chelate로 판단하였으며, 현장실험에서 자란 피의 근권 토양 미생물 활성은 실험실실험보다 3배 더 높게 나타나는 것으로 나타나 군 사격장의 토양 복원에 적합할 것으로 판단한 연구이다.
교육학으로 분류된 연구는 훈련소 이전을 위한 환경소음평가 연구(Lee, 2012) 사격훈련선수의 숙련성 여부와 주의집중 유형 등의 연구(Lee, 2014)가 진행되었으며, 공공체육시설의 공간적 형평성 연구(Kim, 2013)등이 진행되었고, 특징적으로 이청준 소설의 갈등 연구(Kim, 2008)가 포함된 것을 볼 수 있었다.
박사학위 총 34편의 연구 중 22.6%인 7편의 연구가 2개 대학에서 연구되었다. 4편이 진행된 기관의 연구논문의 주제는 서해상의 사격장의 환경영향에 대한 해상 군사격장 연구(Lee, 2010), 사격장 오염물질의 유출영향과 관리기준 설정기법 연구(Park, 2011)는 종합사격장, 전차포사격장, 하상퇴적토에 대한 시료분석을 통해 종합사격장에서는 피탄지 중심으로 납(Pb)의 오염이 우려기준농도 이상인 것을 검출하여 하였으며, 화약류(TNT, RDX)는 대책기준농도인 1.5 mg/kg을 초과하고, TNT의 경우 미국 EPA주거지 위해성평가기준인 19 mg/kg을 초과하는 것으로 조사하였다. 전차포 사격장에서 화약류인 RDX, TNT의 경우 미국 EPA 주거지 우려기준을 초과하는 것으로 조사하였다. 수생태위해성평가를 실시한 결과 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 아연(Zn), RDX, TNT 등의 경우 수질농도 평균값이 사격장 유출수 관리기준에 미치지 아니한 것으로 평가하였으나 RDX의 경우 최고치가 1,210 µg/L로 유출수 관리기준을 초과하여 일시적 초과가능성을 시사하는 것과유출수의 관리에 대한 방점을 둔 연구이다.
대구경화기 사격장 내 고농도 중금속 오염토양의 물리적 정화효율 평가 관련 연구(Jung, 2019a)는 대구경화기 사격장 내 피탄지의 중금속 오염토양의 정화를 위한 물리적 선별기술의 적용성을 평가하고 정화방안을 제시한 연구이다. 연구결과 5 mm 이상의 원형을 가진 탄두는 충격에 의해 파쇄된 판상구조를 가진 미세한 금속파편으로 존재하며 화학적 결합보다는 금속파편으로 존재하면서 토양과 혼재되어 있는 것으로 분석하였다. 또한 해당 사격장의 pH는 6~7로 용존 상태로서 중금속의 이동성은 낮은 것으로 판단하였다. 주오염원인 탄두와 금속파편을 제거하기 위하여 물리적 선별기술인 하이드로사이클론 분리기술과 부유선별, 비중선별로 적용성 시험을 수행하였다. 하이드로사이클론에 의한 분리기술은 3회 연속으로 중금속 제거실험을 수행하였으며, 1회 71%, 2회 80%, 3회 91%의 제거 효율을 보여준 것으로 판단하였고, 0.5 mm 미만의 선별토양은 부유선별실험으로 39%의 중금속 분리효율을 보여준 것으로 연구하였다. 이에 대구경화기 사격장의 5 mm 이상의 탄두는 고비중을 이용한 비중선별을 실시하고, 판상구조의 금속파편들은 입경별로 하이드로사이클론 분리와 부유선별을 연계하여 연속분리하는 것을 권장하는 것으로 연구하였다. 본 연구는 중요한 시사점을 준다. 토양정화의 주요관심으로 보는 2 mm 이하의 오염토양을 어떻게 분리하고 선별할 것인가에 대한 연구로서 사격장 오염토양의 경우 대부분 입자상으로 존재하므로 입자상 또는 금속파편으로 존재하는 오염물질을 분리할 필요가 있다는 것을 시사한다. 이 문제는 Choi and Kim(2008)의 연구에서도 제시된 사항이다.
정화를 위한 공법 적용시 오염토양의 파쇄 및 선별효율이 강조되는 점은 “오염토양의 정의”에 대한 문제를 시사하고 있다. “토양은 폐기물 기타 오염물질에 의해 오염될 수 있는 대상”으로만 인식된다고 판시한 대법원 판례(대법원, 선고2008도2907 판결, 2011.5.26.) 비추어 일단 토양의 정의가 필요하다. 그리고 “오염토양” 또는 “오염된 상태”의 정의가 있어야 한다. 오염물질과 비오염토가 혼재되어 있는 상황을 고려해 볼 때 오염물질과 비오염토의 비율 또는 오염상태 등 현장에서 적용할 수 있는 한정적인 상황에 대한 구체적인 설명이 필요할 것이다. 토양정화 활동이 오염물질과 비오염 물질을 분리함에 있어 입자상의 물질을 선별하는 것인지, 아니면 혼합 또는 결합되어 있는 물질들을 분리하는 것인지에 대한 설명이 필요하다. 또 정화행위가 구분·선별 행위라고 할 때 인체에 위해를 줄 수 있는 물질 자체를 줄이는 행위인지 아니면 인체의 노출도를 줄이는 활동을 의미하는 것인지에 대한 논의가 필요할 것이다. 이를 위해 오염물질 하나만을 의미하는 것인지 아니면 오염된 부지 전체에 대한 문제를 의미할 것인지에 대한 논의도 필요할 것이다.
각종 정화설비에 오염토양을 투입 후 효율적인 정화결과를 도출하기 위해서 투입하는 원료의 균질화는 필수적인 사항이다. 정화설비에 투입하기 위해 사전에 균질화하는 행위가 허용하는 법적 한계는 어느 수준인지에 대한 검토가 필요하다.
토양오염과 관련한 연구분야를 조사(검증 포함), 정화, 그리고 관리 및 기타 분야로 연구내용을 구분하여 분석해 보았다(Table 5). 박사학위 논문을 대상으로 분석한 결과, 조사는 5편, 정화는 10편이었으며, 소음분야가 3편, 납 중독 관련 사항이 2편이었다. 사격장을 관리하기 위한 기관의 관리사항을 연구한 내용을 관리분야로 분석할 때 5편이었고, 토양오염과는 관계가 적다고 판단한 기타 분야는 6편이었다. 정화분야의 주제로 분류된 10편의 논문에서 제시한 공법을 분석해보면 중금속이라는 특성상 물리화학적인 방법인 토양세척법을 제시할 것으로 추정하였으나, 식물을 활용한 복원공법이 3건이고 세척공법과 동시에 적용하는 방안을 제시하고 있는 연구까지 포함하면 5건이나 되는 것으로 나타났다. 즉 물리화학적인 공법만으로는 정화토양의 건강성을 유지 회복하기 어려우므로 식물활용 정화방안을 제시하는 것으로 추정된다. 또 화약류라는 물질의 특성을 반영하여 식물정화방안을 검토하는 것으로 분석할 수 있었다.
Table 5에서 제시한 공학 분야로 분류된 18건의 박사학위 논문을 고찰해 보면 중금속으로 오염된 토양에 대한 직접적인 연구는 10편이었고, 위해도평가와 관련한 연구 4편, 화약류에 대한 연구 3편은 정화 또는 위해성평가라는 관점에서 진행되었으며, 사격장에서 발생하는 충격소음의 주관적 평가에 대한 관점으로 1편의 연구가 진행되었다.
연구대상 사격장은 명시한 사항이 없었으나 내용상으로 분류해 볼 때 소화기 사격장 중심의 연구는 8편이고 대구경화기 사격장을 중심으로 하는 연구는 7편이었으나, 각각 연구에서 사격장이라는 용어를 혼용하여 사용하고 있었다. 즉 대구경화기(포병, 전차포 등)와 소화기(개인화기)의 구분을 하지 않고 연구를 진행하고 있어 각 연구결과를 정책적으로 또는 현장에 반영할 경우 혼란과 적용이 제한될 수 있어 대구경화기 사격장, 소화기 사격장이라는 용어로 명확하게 구분하여 연구할 필요가 있었다.
납(Pb), 구리(Cu)는 소화기 사격장 및 대구경화기 사격장 모두에서 공통적으로 확인되는 오염물질이며, 철(Fe), 니켈(Ni), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 기타 중금속과 화약류 물질은 대구경화기 사격장에서 추가적으로 검출되는 오염물질이다. 그러나 사격장 형태별로 오염물질을 구분하지 않고 중금속, 화약류 물질로 포괄적으로 적용하여 연구를 진행하고 있기에 화기별 오염물질의 구체적인 분류가 필요하다.
중금속 정화공법은 대부분 물리화학적 정화공법인 토양세척법을 적용하며 화약류에 대한 정화는 주로 식물복원정화공법을 적용한다. 조사로 구분한 논문의 연구내용은 위해성평가 연구 1편, 주변환경으로의 영향 연구가 3편, 오염원 판별연구도 1편이 진행되었다.
국내 학술논문 분석
Table 4에 제시한 학술논문을 학문분야별로 구분해보면 공학분야 논문이 87건으로 가장 많고, 그 다음이 사회과학이 38건이며, 복합분야도 1건이 있었다. 복합분야는 가상현실 기반 실전적 정밀사격훈련을 구현하는 연구로 환경분야 와는 관계가 적은 것으로 볼 수 있다. 기타로 분류된 논문을 확인해보면 많은 부분 소음과 관련한 연구이며, 군부대 환경영향평가 또는 반환미군기지와 관련한 연구가 많았다. 사회과학분야에서는 사격장 주변 민원으로부터 발생하는 문제의 해결에 초점을 두는 연구경향을 볼 수 있었다. 자연과학분야의 연구는 토양환경의 문제를 제기하고 해결하려는 경향을 찾아볼 수 있었으며 그 중 정화를 시도하면서 해법을 찾으려는 연구는 6편 중 3편이었다.
학술지에 게재된 논문 중 주제 분류가 공학으로 분류된 학회지에 게재된 논문을 중심으로 분석해 보았다. 공학 부문으로 분류한 논문 87편 중 정화 관련 논문은 25편이었고, 조사로 분류할 수 있는 논문은 18건이며 다른 분야는 대부분 관리로 볼 수 있는 내용으로서 순수한 오염도 조사 및 정화 외의 분야에도 많은 관심을 가지고 있는 것으로 볼 수 있다. 관리사항에는 지자체, 언론 기자 등의 시각에서 제시하는 내용들이 많이 있어 조사 및 정화현장의 어려움이 반영되는 것으로 생각되며, 지하수 토양 이외에도 소음문제가 많은 것은 특징적인 사항이었다.
조사분야로 볼 수 있는 논문 중 Bae et al.(2012)의 연구는 경기도 00사격장에서 발생하는 토양유실량을 평가하기 위하여 RUSLE 프로그램과 GPS-TS로 측량한 결과를 좌표와 고도에 대해 3차원으로 변환하여 토공량을 산정하고 비교하였다. 이를 통해 하절기 집중강우에 의해 사격장 상부 유실, 하단은 토양의 일부가 퇴적하거나 하천으로 유실되는 것을 평가하였으며, RDX에 비해 TNT의 확산성이 높은 것을 발견한 연구이다. 향후 표토침식에 관한 사항으로 사격장 관리에 많은 시사점을 주는 논문으로 생각된다.
정화공법을 연구한 논문은 중금속의 특성이 반영되어 물리화학적 정화공법인 토양세척법을 적용하기 위한 연구가 11편이었으며, 동전기법을 적용한 연구가 12편인 점은 의외였다. 동전기법은 대한토목학회게재논문이 7편이고 한국지반환경공학회 논문이 3편이었으며, 2003년부터 2012년까지 집중 연구된 이후 약 10년 동안 연구 게재된 사항이 없는 것은 또 다른 특징으로 보여진다(Kim et al., 2007; Kim et al., 2003a, 2003b; Kim et al., 2004a, 2004b). 이는 토양환경에 관심이 시작된 즈음 토목학을 기반으로 하는 일부 학자들에 의해 동전기법의 적용을 통해 오염토양의 정화를 접목 시도하려는 노력의 일환으로 추진된 것으로 판단되나, 2015년 이후 동전기법에 의한 연구 및 정화시도는 거의 없는 것으로 보여진다.
정화에 대한 연구 중 사격장의 특징적 물질인 화약류에 대한 연구도 2017년 사격장 연구단 과업수행 중에는 왕성한 발표가 있었다(Bae and Park, 2014). 2017년 이후 발표되는 논문이 줄어든 것은 지속적인 연구를 필요로 하는 분야임에도 불구하고 아쉬운 부분이라 할 것이다.
사격장은 식목을 할 수 없는 특성으로 인해 표토의 침식이 우려되는 지역이다. 그와 같은 특성을 반영하여 사격장 토양의 표토침식에 대한 연구논문은 TREECS와 토조실험장치를 이용한 TNT와 중금속의 유출특성에 대한 연구(Yu, 2016)와 포탄사격장 토양의 RDX에 의한 인군 하천 오염예측(Park and Lee, 2019)과 몇 건의 학술논문이 연구되는 등으로 많은 연구가 필요하나 진행되지 아니한 것은 아쉬운 부분이다.
동시출현단어 분석을 통한 핵심단어 간의 상관관계
국내 논문 데이터베이스 플랫폼인 Riss를 이용하여 “사격장”을 검색한 후, 조사된 총 151건 논문 자료를 바탕으로 주제어에 대한 키워드별 상관분석을 실시했다. KISTI에서 개발한 KnowledgMatrixPlus(KM+) 프로그램을 통해 주제어의 전처리를 시행하고 연관성을 파악하였다. 그 후 954건의 데이터를 VOSviewer로 시각화하여 제시했다(Fig. 5).
Table 5.
Detailed categories of topics of PhD dissertations related to environmental issues caused by shooting range
| Category | Investigation | Remediation | Management | Occupational disease | Noise | Others |
|
Number of Ph.D dissertation | 5 | 10 | 5 | 2 | 3 | 6 |
VOSviewer를 통해 만들어진 cluster map에서 핵심단어의 라벨이 7개의 색으로 분류되어 있지만 사격장과 military, shooting 등을 중심으로 모여있는 형태로, 이는 핵심단어 간의 연관성은 상대적으로 높으나 연구 영역 간의 구분이 모호함을 나타낸다. 3개의 군집으로 나누어 봤을 때, 소음에 의한 피해, 사격경기, 토양오염 관련 주제어로 분류할 수 있다. Cluster1은 사격장 소음으로 인한 피해 및 보상 등의 사회적 이슈에 관한 키워드로 모여있다. Cluster2는 사격, 경기, 관련 등 사격장과 사격에 초점을 둔 키워드들로 군집이 형성되어있다. Cluster3은 사격장 토양에 대한 핵심단어들로써 토양오염에 대해 세척법, 동전기법 등의 정화와 관련된 키워드뿐만 아니라 납, 구리 등 오염 요인의 키워드가 나타남을 알 수 있다. Cluster2 또는 Cluster3보다 Cluster1의 키워드 라벨이 크고 더욱 밀집되어 있다. 이는 국내에서는 사격장에 의한 사회학적 피해 또는 물리적 피해에 대한 연구의 상관성 및 빈도수가 큰 것을 의미한다.
사격장 오염토양 조사 및 특성 관련 연구논문 분석 및 제언
토양환경 분야에서 주로 관심을 가지는 주제는 조사와 정화부문이다. 효율적이고 효과적인 조사를 통해 정확한 오염지점과 오염범위를 찾는 것이 주요 과제일 것이다. 정화는 물리화학적인 정화공법, 생물학적인 정화공법, 열적처리공법 등을 적용하여 투입비용을 줄이면서 효율적으로 정화하기 위한 방안을 찾는 것이 과제일 것이다.
분류하는 방법으로 매체와 매질, 즉 오염물질에 관한 연구와 오염물질을 수용하는 매체인 토양에 관한 연구가 있다. 오염물질에 대한 연구로 토양환경 연구 초기에는 유류 등 유기물질에서 최근 중금속으로 전환되고 있다. 중금속의 성상에 관한 연구가 많이 진행되었으며, 연속추출법에 의한 중금속 이온 추출에 관심을 가지고 연구가 진행되었다.
사격장 조사관련 연구에서 주요 관심은 주로 중금속의 존재형태에 대한 연구가 주를 이루고 있다(Hyun, 1999; Back and Kim, 2014 등). 존재형태에 대하여 조사하고 세척연구를 실시하는 형태로 연구가 이루어 졌다. 토양오염 현장을 살펴보건대 토양입자 크기별로 분류한 현상을 고찰해 보면 제련소, 광미 등의 오염현장에서는 오염물질이 주로 미세토에 집중되어 있으며, 사격장에서는 입경별로 고르게 분포되는 것으로 조사되고 있다. 이는 광산에서 발생하는 광미 등의 경우 암석의 구성물질로서 광물질은 매우 작은 농도로 분포하며 중금속(귀금속)을 획득하기 위해 인위적으로 파쇄, 밀링 등의 방법을 수행하여 부유선별 등의 작용으로 선별이 가능한 크기로 줄여야 하므로 중금속은 미세토양에 중점적으로 분포하는 것으로 보여진다. 반면 사격장의 중금속은 고밀도로 탄두를 구성하고 있으며, 일단 사선에서 출발한 탄두는 표적지점에 이르러 소화기의 경우 피탄지에서 도달해 부딪치면서 파손되어 입자상태로 분산되거나, 그보다 작은 형태로 변하게 될 것이다. 대구경화기의 경우 표적지점에서 폭발하게 되면 폭발효과에 의해 일부는 입자상으로 바뀌게되거나, 일부는 더 작은 형태로 부서지게 되어 존재할 것이다. 그리고 탄두에서 부서진 중금속들은 입자상으로 또는 더 작은 여러 가지 형태로 존재하면서 토양과 혼재하게 될 것이다. 미세하게 부서진 부분들은 표면적이 큰 미세토양에 흡착하게 될 것이고, 입자상으로 존재하는 탄두(중금속)는 입자상으로 존재하면서 토양과 혼재하게 되는 것이다. 미세토양입자에 흡착되고 농축된 부분이 많은 경우 입경분리를 적정한 수준으로 잘 수행하게 된다면 미세토양의 분리 만으로 정화라는 소기의 목적을 달성하게 되고 슬러지로 나오는 농축부분을 폐기물로 처리하면서 정화목적을 달성할 수 있게 되는 것이다.
Table 6과 Table 7의 예시처럼 사격장 토양입자를 입자 크기별로 오염물질의 분포를 조사한 연구결과를 보면 여러 연구에서 입자 크기별 오염물질의 분포가 상이하게 나타나는 것으로 제시(Choi and Kim, 2008; Jung, 2019a) 하고 있다.
Table 6.
Concentration distribution of heavy metals by grain size in contaminated soil at shooting ranges (Jung, 2019a)
|
Particle size (mm) |
Content (%) |
Pb (mg/kg) |
Cu (mg/kg) |
| >2.0 | 25.45 | 4,447.9 | 482.8 |
| 2.0~0.4 | 37.10 | 1,721.9 | 209.5 |
| 0.4~0.075 | 8.24 | 2,175.7 | 230.9 |
| <0.075 | 29.21 | 2,044.9 | 274.6 |
Table 7.
Lead content measured from soil samples collected from a shooting range according to soil size and topography (adopted from Table 2.1 in Choi, 2008)
Jung(2019a)의 연구를 보면 사격장에서 주요염물질은 탄두이며 탄두는 5 mm 미만의 금속파편으로 존재하고 있어 토양과 혼재하고 있으며, 실제 핀셋과 수류를 이용하여 선별한 후 분석하면 농도가 1/10 수준으로 감소하는 것으로 연구하였다. 즉 금속파편으로 존재하는 물질들을 선별하는 기술의 발전이 필요할 것으로 생각된다. Choi and Kim(2008)의 연구를 보면 산탄사격장을 대상으로 실시한 연구로서 연구한 사격장의 토성은 마사토였으며, 납의 존재형태는 90% 이상이 납탄의 형태를 유지하고 있는 채로 토양에 포함되어 있다. 산탄의 크기는 2.0~2.4 mm의 좁쌀만한 크기임에도 토양에 포함된 납산탄의 크기는 1~3 mm로 측정되었다.두 연구에서 제시한 바와 같이 사격장에는 금속 파편의 형태로 존재하는 중금속 물질이 일정한 비율로 존재하며, 정화를 하는 경우에는 금속파편 자체로 존재하는 입자상 물질을 토양으로부터 분리하여 선별하는 기술이 발전되어야 할 것이다.
정화 분야 연구시 사격장 오염물질의 상이함에 대한 이해가 필요한 것으로 사료된다. 국방부(2002)에서는 “사격장 토양오염조사 및 오염확산 방지대책 연구”에서 소화기 사격장에서는 탄두의 충전물인 납의 오염이 심하고, 대구경화기 사격장에서는 중금속과 화약류의 복합오염이 일반적(Ministry of National Defense, 2002; Republic of Korea Army, 2010; Bae and Chang, 2008)이라고 하고 있다(Table 8). 이는 대구경화기 사격장과 소화기 사격장은 구분하여 연구되어야 함을 나타내주는 연구이다.
육군본부에서 연구한 2010년 자료를 보면(Republic of Korea Army, 2010) 20개소 사격장을 조사한 결과(Table 8)에서와 같이 대부분의 소화기 사격장의 피탄지에서 납(Pb)에 의한 오염이 발견되고 있으며, 일부 사격장에서는 구리(Cu) 오염이 추가로 발견되었고, 일부 사격장 하상퇴적토에서 납과 구리의 오염이 발견되고 있어 유실되는 표토의 관리가 필요함을 알 수 있었다.
Table 8.
Number of military shooting range sites exceeding regulatory standards in heavy metal concentration reported from Republic of Korea Army (2010)
오염물질 중 구리(Cu)에 의한 오염이 우려되었으나, 소화기 사격장에서 우려기준에는 미치지 아니하나, 배경농도와 비교할 때 유의미한 수준의 오염이 발견되고 있어 사격장 운영시 관리가 필요함을 인지할 수 있었다. 대구경화기 사격장에서는 토양오염이 발견되지 아니하고 있으며, 납(Pb)이 발견된 사격장은 곡사화기 사격장이면서도 부분적으로 소화기 사격장을 동시에 운영하기 때문인 것으로 파악된다.
특징적인 것은 탄두의 표피부분을 구성하는 주요금속인 구리(Cu)의 오염이 심하지 않은 것으로 나타난다. 이는 탄두를 구성하는 금속들이 가지는 연성의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 즉 납(Pb)은 구리(Cu)에 비해 연성이 많아 상대적으로 적은 충격에도 부서지며, 피탄지의 돌, 흙 등에 충격을 받아 부서지는 형태로 나타나지만, 구리는 탄두가 탄착점에 도달하여 피탄시 직접 충격을 받지만 상대적으로 연성이 강해 부서지는 양이 납(Pb)에 비해 적어 구리(Cu)에 의한 오염이 적게 나타나는 것으로 판단된다. 동 연구에서 화약류 분석이 반영되지 아니하였으며, 향후 이에 대한 연구가 보완되어야 할 것이다.
토양오염의 문제와 관련하여 토양의 정의와 범주에 대한 문제가 정리되어야 한다. Jung(2019a)의 연구에서는 5 mm 이상인 탄두를 선별하였다. 그리고 2 mm 이하의 크기를 정화의 주요 관심대상으로 하였다. Choi(2008)의 연구에서는 관심 크기를 8 mm부터 그 이하의 크기에 관심을 가지고 있다. 실제 정화현장에서도 명확한 기준이 없는 상태이다. 정화대상 토양은 2 mm이하로 판단하고 2 mm이상은 선별만 한 상태에서 되메움을 하는 것으로 설계 및 정화시공을 진행하고 있는 것이 현실이다. 2 mm이상인 부분에서 오염이 없으면 문제가 되지 않으나, 오염부분이 있다면 하자의 문제가 발생하게 될 수 있는 것이다.
토양오염예방이라는 주제로 연구된 사례는 찾아보기 어려웠으며, 굳이 찾아본다면 환경영향평가, 관리분야 등의 논문이 있으나 사격장의 토양오염 예방이라는 관점을 찾기에는 제한적이었다.
중금속과 같은 무기성 물질은 이동성이 적어 주변으로의 오염확산은 제한적으로 발생한다. 그러나 사격장에서 발생하는 중금속 오염이 독성이 높다고 해서 높은 독성만 강조하게 되면 사격장토양오염은 군사시설에서 발생하는 오염이라는 특성만으로도 일반시민들은 군사시설을 혐오하게 되는 원인이 될 수 있다. 이런 연유로 사격장에서 발생하는 중금속이 용해되어 주변으로 이동하는 경로와 그 정도 등에 대한 사항을 연구하는 것도 필요하다고 생각된다. 또 일부 연구에서는 중금속이 유동성이 높은 것으로 표현하는 경우(Lee and Lee, 2022)가 있어 일부 오해를 가질 수 있는 점도 발견할 수 있었다.
소화기 및 대구경화기 사격장 오염특성 연구의 필요성 및 제언
사격장이라는 용어를 사용하지만 소화기 사격장과 대구경화기 사격장은 탄을 구성하는 물질,활용 목적 및 폭발하는 양상이 달라 오염물질의 종류와 오염양상이 다르게 나타날 수 있으나, 두 종류의 사격장 모두 사격장이라는 용어로 혼용되고 사용되고 있다. 이에 기존의 연구방법과 연구내용을 찾아 구분하는 연구가 필요할 것으로 생각된다. 그동안 국방부 주관으로 연구된 자료에서 제시된 소화기와 대구경화기 사격장 피탄지에서의 차이점을 알아보면 Table 9와 같다(Ministry of National Defense, 2002; Ministry of National Defense, 2006; Republic of Korea Army, 2010).
Table 9.
Comparison of rifle shooting target area and crew-served weapon shooting target area
Table 10.
Heavy metal content in fire extinguisher warheads
Table 9에서 나타낸바와 같이 소화기는 단발사격을 실시하며 피탄 지점이 작지만 대구경화기 포탄의 경우 폭발하면서 발생하는 폭발반경이 수십 m에 이르는 대규모 지역으로 나타나 오염범위가 크게 차이가 난다. 탄두가 비행하면서 발생하는 탄도곡선에서도 차이가 발생한다. 소화기는 탄도곡선이 거의 직선으로 지표면을 따라 비행하며, 대구경화기는 포물선을 그리면서 곡선으로 비행하고, 표적지점에서는 지상으로 폭발 및 수직방향으로 낙하하여 지표면 또는 지표면 근처를 오염 시킨다. 그러므로 오염물질이 확산하는 방향을 볼 때 소화기는 지표면과 수평방향이지만, 대구경화기는 수직방향으로 폭파구가 형성되고 사방의 폭발반경으로 오염물질이 확산된다. 포탄이 지표면 근처에서 폭발하면서 폭파구를 형성할 때 발생하는 폭발반경은 수 m ~ 수십 m 에 이르는 지역을 형성하므로 표적지점에서는 화기별로 일정한 규모의 지역을 형성하며, 이 지역에서는 탄두를 구성하는 물질에 의한 오염이 확산된다. 이때 발생하는 오염물질을 보면 대구경화기 사격을 하는 경우 포진(사선)에서 목표지점에 이르기 위한 추진을 위해 1차 폭발을 한 후, 피탄지에서는 폭풍 및 파편효과를 발생시키기 위해 2차 폭발을 하게 되므로 화약류의 사용이 필수적이다. 그에 따라 화약류가 검출되고, 포탄 탄두에 사용된 중금속이 나타날 수 있는 것이다. 이러한 점을 고려해 볼 때 현지 정밀조사지침에서는 사격장으로 일원화되어 있는 부분을 소화기 사격장의 시료채취와 대구경화기 사격장의 시료 채취를 구분하고 시료채취의 수량도 구체화하는 방향으로 발전시켜야 할 필요가 있다(Ministry of Environment, 2020).
사격장 구분은 여러 가지로 분류할 수 있다. 직사화기 사격장과 곡사화기 사격장으로 구분할 수 있고, 소화기 사격장과 대구경화기 사격장 등의 분류가 있으며 토양오염과 관련하여 탄약 및 폭발물을 사용하는 형태로 볼 때 무기체계에 의한 분류, 성능에 의한 분류, 발사방법에 의한 분류 등이 있다(Kim, 2014). 육군본부(2010), Hong(2015)의 연구를 보면 소화기 탄약은 납(Pb), 구리(Cu), 아연(Zn)의 함유량이 많으며, 일부 탄약에서 철(Fe)을 함유하고 있는 것을 볼 수 있다. 친환경탄으로 탄심의 재질은 납(Pb)으로서 환경오염의 문제가 발생하고 있어 군에서는 철(Fe)로 바꾸는 노력을 진행하고 있다(Table 10).
소화기 사격장과 대구경화기 사격장은 오염물질의 종류가 다를 가능성이 높다. 예를 들어, 소화기는 Table 9와 같이 피탄지에서 탄두의 폭발이 없으므로 화약류의 오염이 발생하지 않는다. 위험(살상)반경을 가지는 대구경화기의 경우 폭발을 위해 화약류가 탄두내부에 충전하게 된다. 따라서 대구경화기 사격장 피탄지에서는 중금속류의 오염과 함께 화약류의 오염을 수반하게 된다.
오염지역의 크기(규모)를 고려해 볼 때, 소화기는 피탄지점이 하나의 작은 지점으로서 피탄지점이 수 mm ~ 수 cm에 이르고 있어 오염지점이 크지 않다. 그러나 포탄의 경우에는 다르다. 포탄 한 발이 오염시킬 수 있는 오염반경은 포탄의 폭발시 발생하는 폭발의 영향을 생각해 볼 때 화약류와 중금속이 동시에 나타날 수 있는 크기는 위험반경(살상반경)과 같다고 할 수 있을 것이다. 각 포탄의 살상반경은 군사비밀로 분류되어 공개되지 아니하지만, 언론에서 살상반경으로 제시되는 자료를 참고하여 유추가 가능할 것이다. 2016년 4월 24일자 연합뉴스에 따르면 포탄 한 발의 살상반경 내에 화약물질과 중금속 물질이 분포된다는 점을 고려해 볼 때, 탄종에 따라 상이하지만, 특정포탄의 경우 살상반경이 30 m 규모를 제시하고 있다면 살상반경은 오염반경을 의미하게 된다. 즉 이 포탄의 경우 30 m 반경을 가지는 오염반경을 가지게 되는 것이라 할 것이다. 그리고 한 발로 피탄지가 형성된다면 살상반경 30 m규모를 오염지점으로 하여 판단해도 되지만, 여러 발이라면 공산오차와 사탄산포를 반영해 볼 때 더욱 확장될 것이다. 소화기는 오염되는 면적의 크기가 표적의 크기로 볼 수 있어 오염범위의 규모가 적다고 할 수 있다. 다만 사격장부지 전체가 오염되는 것으로 나타나는 현상은 Lee and Hyun(2016)에서 제시한 바와 같이 사격장의 유지보수 활동시 피탄지의 토양을 사격장 부지 전체로 퍼날라 넓게 펴는 평탄화 작업을 진행하면서 발생하는 현상으로서 이는 사격장 관리지침에 반영해서 금지 또는 제한해야 하는 활동일 것이다. 대구경화기 사격장은 표적지점이 적어도 수십 m2에서 수백 km2에 이르는 넓은 규모를 가진 지역을 형성하게 된다. 시료채취방법과 수량에서도 비교분석을 통해 개선되어야 할 것이다.
토양오염공정시험방법에서는 5방위 시료채취법을 제시하고 있다(Ministry of Environment, 2020). 해당 지역을 대표하는 정확한 시료채취 및 분석을 목적으로 할 때 대구경화기 사격장에서는 적정할 것으로 판단된다. 그러나 소화기 사격장의 피탄지에서 시료를 채취하게 되는 지점이 모호하게 된다. 즉 소화기는 오염물질이 폭 약 1 m 규모의 특정지점에 집중되고 표적의 크기를 벗어나는 지점은 오염 가능성이 높지 아니할 것이므로 공정시험방법에 의한 시료채취는 표적외부의 비오염토가 표적 내부의 오염토에 섞어지게 되므로 시료채취 시 오염범위를 왜곡되는 결과로 나타나게 될 우려가 높다. 이른바 hot spot 설정의 범위(규모, 크기)의 문제가 등장하게 되므로 구체적인 지침을 필요로 하게 된다.
탄두가 비행하는 탄도곡선을 고려해 볼 때 소화기는 피탄지 지표면에 착탄한 탄두는 지중의 직선방향으로 약 1 m정도 까지 통과하게 될 것이다. 그러므로 주오염방향은 지표면과 수평방향으로 형성될 것이다. 대구경화기는 포탄이 지표면에 수직방향으로 낙하하면서 폭발하게 되므로 지표면에서는 폭파구를 형성하고 이 폭파구를 중심으로 발생하는 폭풍효과 및 파편효과에 의해 화악류와 탄약표면을 구성하고 있는 중금속 물질은 약 30 m의 반경까지 비산하게 될 것이다. 즉 위험반경인 수 m ~ 30 m 이상까지 오염물질이 비산하게 되는 대구경화기 사격장에서는 공정시험방법에서 시료채취방법으로 제시하는 5방위 시료채취방법이 적정할 것으로 생각된다. 이에 소화기 사격장의 시료채취방법은 좀 더 치밀한 방법으로 시료채취할 수 있도록 발전되어야 할 것으로 사료된다.
중금속은 높은 pH에서 토양에 축적되고, 토양의 표층에서 아랫방향으로 이동하기 어렵다는 특징(Lee et al., 2008)이 있어 자연 상태에서 용출될 가능성은 그리 크지 않다. 그러므로 사격장의 중금속 오염은 수직이동보다는 표토 부분에 있는 중금속이 수평이동하면서 발생할 수 있는 오염물질의 유동이 가장 우려되는 부분이라 할 것이다. 표토의 유동을 줄이기 위한 방안에 대한 연구와 발전이 있어야 할 것으로 사료된다.
결 론
토양오염의 주요 대상 물질은 유류 오염물질과 중금속 원소가 대표적이며, 이 중 중금속에 대한 연구가 많아지는 것은 학문적인 확장과 환경관리의 수준이 높아지고 있음을 나타낸다. 국내외적으로 2010년 전후로 사격장에 대한 연구가 많아지고 있으며, 연구 분야도 토양오염 및 건강에 대한 위해성, 군사 분야 등 다양한 분야에서 연구가 수행되고 있다. 이 중에서도 토양오염, 특히 중금속에 의한 토양오염의 특성 및 오염 제어 공법 등에 대한 연구가 국내외적으로 활발하게 수행되었다. 주요 오염물질로는 납(Pb), 구리(Cu) 등의 오염이 대부분이며, 철(Fe), 니켈(Ni), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 기타 중금속과 화약류에 의한 오염 우려도 높음을 알 수 있다. 오염 정화 공법은 주로 식물정화법 및 토양세척법을 중심으로 연구개발이 이루어지고 있는데, 오염물질의 농도가 토양입경에 따라 다르게 분포하고 있으므로 입경 분리를 위한 전처리 공정이 전반적으로 요구된다고 할 수 있다. 뿐만 아니라, 화기의 종류에 따라 오염 물질의 종류 및 오염 양상이 달라질 수 있는 특성이 있음에도 불구하고, 대부분의 연구에서 대구경화기와 소화기 사격장 용어를 혼용하고 있는 것으로 나타났다. 이는 대구경화기, 소화기 사격장별로 오염 부지의 조사 및 샘플링 방법이 다르게 적용되어야 함을 시사한다. 또한 사격장 오염토양은 중금속에 오염된 토양뿐만 아니라 탄두 자체 및 금속파편 입자가 혼합된 특성을 가진다. 이러한 고농도의 중금속인 금속 파편 물질의 혼합은 전체적인 토양오염농도를 크게 높이는 역할을 하므로, 토양과 금속파편을 분리하는 전처리 기술의 개발이 필요함을 파악하였다. 또한 사격장 토양오염 관련 연구의 방향이 오염된 토양의 특성분석 및 처리공법 개발에서 오염 예방의 측면으로 발전될 필요가 있음을 본 연구논문을 통하여 제언하고자 한다.
