Research Paper

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers. 30 April 2023. 65-77
https://doi.org/10.32390/ksmer.2023.60.2.065

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 본 론

  •   연구지역 현황

  •   시료채취 및 분석

  •   연구결과

  • 결 론

서 론

폐금속광산 지역에서의 환경문제는 토양, 수질 및 식생 등 다양한 형태로 발생하고 있으며(Jung and Thornton, 1997; Jung and Chon, 1998), 광물찌꺼기와 침출수 및 갱내수 등이 하천 퇴적물 및 수생태계에도 영향을 미치는 것으로 보고되었다(Kim and Chon, 1993; Cheong and Thornton, 1994). 특히, 폐금속광산 주요 오염원인 광물찌꺼기는 유용광물 선별 후 잔류 된 미립의 맥석광물 입자 집합체로 광물찌꺼기 내 황화광물이 지표에 노출되어 공기와 강우 및 지표수 등에 의해 쉽게 산화되어 산성광산배수(AMD)를 발생시킨다. 이러한 광물찌꺼기는 광산개발 당시 적절한 환경관리 없이 운반 및 적치가 용이한 부지에 방치되어, 강우 및 태풍 등의 기상현상에 의해 침출수 유출 및 입자 형태로 광물찌꺼기 유실 등이 발생되어 주변 환경에 영향을 미치고 있다(Jung et al., 2004; Yeon et al., 2005; Yoon et al., 2020). 최근 안동댐 상류 지역에 대한 환경문제가 사회적으로 부각되면서 이 지역에 위치한 폐금속광산 및 석포제련소 등에 대한 오염 개연성과 오염 영향에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다(Kim et al., 2016; Hong et al., 2016; Kim, 2021; Kim et al., 2022; Lee, 2022). 특히, Kim et al.(2016)에 의하면 안동댐 상류지역 낙동강 수계에 영향을 미칠 수 있는 광산은 총 105개소로 금속광산 60개소, 비금속 광산 45개소로 평가하였으며, Kim et al.(2022)의 연구에서는 총 97개(금속 53개, 비금속 38개 및 석탄 6개소) 광산이 분포하는 것으로 확인하였고, 광산의 주요 오염원인 광물찌꺼기가 존재하는 광산은 13개소, 폐석 및 갱내수 유출 광산은 각각 53개소와 13개소로 보고하였다. 또한, 안동댐 상류 낙동강 양안에 퇴적되어 있는 광물찌꺼기에 대한 연구 결과에서도 As 및 중금속이 높은 농도로 검출되어 강우 및 기상현상 등에 의해 주변 환경에 영향을 미칠 수 있는 것으로 확인되었다(Kim et al., 2016; Kim et al., 2022).

따라서, 본 연구에서는 안동댐 상류 지역 폐금속광산, 퇴적 광물찌꺼기 및 석포제련소 등에 의한 영향 및 오염 확산 개연성의 계절적 영향을 파악하기 위하여 낙동강 및 낙동강으로 유입되는 지류를 대상으로 수질 및 하천 퇴적물에 대해 As 및 중금속 농도 분포 양상을 평가하였다. 또한, 강우 시 오염 부하량을 평가하기 위하여 용존상 및 입자상 물질에 대한 평가도 병행하여 안동댐 상류 지역 수질 및 하천 퇴적물에 대한 적절한 환경관리 방안의 기초자료를 제공하고자 하였다.

본 론

연구지역 현황

연구지역은 철암천과 황지천이 합류되는 강원도 태백시 구문소동(태백 고생대 자연사박물관)을 시작으로 석포제련소를 거쳐 경상북도 봉화군 명호면 고계리에 이르는 약 80 km 구간을 대상으로 수행하였다(Fig. 1). 연구지역은 주로 홍제사화강암과 분천화강편마암이 기반암으로 분포하고 있으며, 율리층군과 춘양화강암 및 소백산 편마암복합체 원남층군 등이 분포하고 있다. 주로 산악 및 계곡지대로 형성되어 있고, 낙동강 본류(황지천 포함)를 중심으로 철암천, 태백 레이싱파크 지류 및 송정리천이 합류되고, 석포제련소 부근에서는 석포리천(석계천과 합류)이 유입된다. 또한, 석포제련소를 지나 하류로 내려가면서 골포천, 회룡천, 분천리천, 현동천, 덕신천, 가천, 재산천 및 운곡천 등의 크고 작은 지방하천 및 지류들이 낙동강 본류에 합류되고 최종적으로 안동댐으로 유입된다(Fig. 1). 또한, 연구범위 내 낙동강 본류에는 소천댐, 임기댐 및 봉화댐 등이 위치하고 있고, 지형적으로 굴곡이 많아 퇴적환경이 좋은 지형적 특징을 보이고 있다. Kim et al.(2022)에 의하면 연구지역 내 연화광산(송정리천), 쌍전광산(골포천) 및 장군광산(현 금호광산, 가천) 등 대규모로 개발된 광산이 위치하고 있으며, 비철금속(아연)을 제련하는 석포제련소가 1970년대 준공되어 현재까지 운영 중에 있다.

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Fig. 1.

Locations of the main stream (Nakdong river), tributaries, and mines in the study area.

시료채취 및 분석

하천 퇴적물, 하천수 및 오염 부하량 조사의 시료채취와 분석은 “수질오염공정시험기준”에 준하여 수행하였다. 시료채취 지점 선정은 하천 퇴적물의 경우, 낙동강 본류와 본류로 유입되는 지류 12지점을 포함하여 총 43개 지점을 선정하였고, 이 중 25개 지점에 대해서는 하천수 시료채취를 수행하였다(Table 1, Fig. 2). 또한, 계절적 영향을 평가하기 위하여 건기와 우기로 구분하여 총 2회(건기: 2019년 11월, 우기: 2020년 7월)에 걸쳐 수행하였다.

하천 퇴적물 시료채취의 경우, 하천 내 퇴적되어 있는 퇴적물을 대상으로 스테인리스 재질의 채취 장비 및 용기를 활용하였고, 현장에서 나일론 재질의 체(< 0.15 mm)를 이용하여 체거름 후 500 mL PE병에 담아 분석실로 이송하였다. 하천수 시료는 현장에서 pH, EC, DO, 수온 등을 측정하였고, 0.45 µm 멤브레인 필터를 이용하여 여과하고 질산을 이용하여 pH 2 이하로 고정 후 분석을 진행하였다. 하천 퇴적물과 하천수의 분석은 “수질오염공정시험기준”에 준하여 수행하였으며, 하천 퇴적물은 ICP(Perkin Elmer Optima 4300DV) 및 수질은 ICP-MS(Varian 820-MS)를 활용하여 분석하였다.

오염 부하량 조사(2020년 7월)는 강우 시 하천 주변으로부터 오염물질이 유입되거나 하천 바닥에 퇴적되어 있던 퇴적물이 강우에 의해 부유되어 확산되는 정도를 평가하기 위하여 연구지역을 일정 간격으로 구분하여 시료채취가 용이한 4지점에 대해 2회에 걸쳐 수행하였다(Table 1, Fig. 2). 시료채취는 현장에서 부유 퇴적물 분석이 가능한 무게가 채취될 수 있는 충분한 양의 수질시료를 채취하여 0.45 µm 멤브레인 필터를 이용하여 여과하고 여과된 시료는 풍건 후 분석용 시료로 사용하였다. 오염 부하량 평가는 수질시료 내 용존성 오염물질과 부유 퇴적물 내 입자상 오염물질로 구분하여 총 부하량에 대해 산정하였으며, 아래의 식을 활용하였다.

⋅용존성 오염물질 부하량 산정

용존성 오염물질 농도(mg중금속/L하천수)×유량(m3/sec)

⋅입자상 오염물질 부하량 산정

고형물 농도(mg고형물/L하천수)×고형물 내 중금속 농도 (mg중금속/kg고형물)×유량(m3/sec)

⋅총 오염 부하량

용존성 오염물질 부하량(g/day)+입자상 오염물질 부하량(g/day)

Table 1.

Number of samples and analytical methods for sediment, stream water, and suspended sediment

Sediment Water Suspended Sediment
(water)
Background
Sediment
Target
elements
Number of
Samples
Dry season 43 25 - 6 As, Cd, Cu, Pb, Zn
Wet season 43 25 4(4)×2 -
Analytical methods Korean standard methods

유량은 낙동강 홍수통제소의 하천수위관측소(대현교, 분천교) 유량 자료를 참고하였다.

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Fig. 2.

Map showing the locations of the sampling points.

배경 하천 퇴적물의 경우, 다양한 지질대를 고려하였으며 오염의 영향을 최소화하기 위하여 폐금속광산 및 인위적 오염원의 존재 여부 등을 고려하여 시료채취 대상 수계의 상류구간에서 기반암의 특성을 반영할 수 있는 지점을 선정하여 시료채취를 수행하였다(Table 2, Fig. 2).

Table 2.

Bedrock type and tributary of background sediment sampling points

Sample ID Bedrock Tributary
BSD-01 Hongjesa granite Songjeongcheon
BSD-02 Hongjesa granite Seokporicheon
BSD-03 Buncheon granite gneiss Hyundongcheon
BSD-04 Chunyang granite Ungokcheon
BSD-05 Yuli series Deoksincheon
BSD-06 Wonnam formation Jaesancheon

하천 퇴적물 분석결과에 대한 평가는 국립환경과학원의 하천 ․ 호소 퇴적물 오염평가 기준(예규 제830호)을 적용하여 오염정도를 평가하였다(Table 3).

Table 3.

Evaluation standards of river sediment pollution

Grade
Elements
As (mg/kg) 15 44.7 92.1 > 92.1
Cd (mg/kg) 0.4 1.87 6.09 > 6.09
Cu (mg/kg) 48 228 1,890 > 1,890
Pb (mg/kg) 59 154 459 > 459
Zn (mg/kg) 363 1,170 13,000 > 13,000
※Status of sediments by grade ­Ⅰgrade: Very unlikely to be toxic to benthos -Ⅱgrade: Potential to be toxic to benthos ­Ⅲgrade: Relatively high potential for toxicity to benthos ­Ⅳgrade: Very likely to be toxic to benthos

연구결과

하천 퇴적물

연구지역 내 다양한 지질환경에 대한 중금속 분포 특성을 평가하기 위한 배경 하천 퇴적물 분석 결과, Cd 0.92 ~ 1.75 mg/kg, Cu 16.1 ~ 36.7 mg/kg, Pb 13.9 ~ 34.0 mg/kg 및 Zn 77.4 ~ 144.9 mg/kg으로 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 거의 없는 Ⅰ등급으로 나타났다. As는 소백산 편마암복합체 원남층군(재산천)에서 3.42 mg/kg으로 가장 낮게 나타났으며 분천화강암(현동천)에서 52.33 mg/kg(Ⅲ 등급)으로 높게 검출되었다(Table 4).

Table 4.

Results of background sediments from study area (mg/kg)

Sample ID As Cd Cu Pb Zn Tributary
BSD-01 31.94 1.61 36.7 34.0 102.3 Songjeongcheon
BSD-02 27.27 1.15 16.1 22.0 77.4 Seokporicheon
BSD-03 52.33 1.75 29.6 19.4 78.8 Hyundongcheon
BSD-04 0.81 1.06 16.5 15.5 144.9 Ungokcheon
BSD-05 29.04 1.35 29.3 13.9 83.3 Deoksincheon
BSD-06 3.42 0.92 18.5 15.8 77.5 Jaesancheon

낙동강 본류와 주변 지류에 대해 건기 및 우기로 구분하여 시료채취 및 분석을 수행한 결과, 전반적으로 건기에 중금속 농도가 증가하는 것으로 평가되었고, As는 연구지역 하류에서 우기에 높게 나타나는 경향을 보이고 있다(Fig. 3). 특히, As는 전 구간에 걸쳐 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 비교적 높거나 매우 높은 Ⅲ 및 Ⅳ등급으로 평가되었다. 이러한 결과는 연구지역에 분포하고 있는 폐금속광산 및 지질학적 특성 등에 의한 영향으로 판단된다. 대표적으로 가천의 높은 As 농도는 현재 가행 중인 장군광산(현 성안자원)에 의한 영향으로 판단되며 이를 확인하기 위하여 장군광산 하부 약 2.0 km 지점(낙동강 본류로부터 약 8.0 km 지점) 지류에서 추가적으로 퇴적물을 채취하여 분석한 결과 As 4,876.28 mg/kg, Cd 15.43 mg/kg, Cu 106.07 mg/kg, Pb 1,057.24 mg/kg 및 Zn 7,763.52 mg/kg이 검출되어 높은 농도의 As 및 중금속이 가천에 영향을 미치고 있는 것으로 확인되었다. 또한, Cd의 경우, 건기에 거의 모든 지점에서 Ⅳ등급을 보이고 있어 저서생물에 영향을 미칠 가능성이 매우 높고 하류 안동댐에도 영향을 미칠 것으로 판단된다. Kim et al.(2020)에 의하면 안동댐 총 46개 호소 퇴적물 시료에서 As 10개 및 Cd 36개 시료가 Ⅳ등급으로 보고되었다. Pb과 Zn의 경우, 농도분포 경향이 유사한 특징을 보이고 있으며, 석포제련소 이전부터 서서히 증가하다가 석포제련소 주변에서 가장 높은 농도를 보이고 이후 감소하는 특징을 보이고 있다. 이러한 결과는 Kim(2021)의 연구에서도 동일한 경향을 보이는 것으로 확인되었고, Cd과 Zn은 석포제련소가 주요 오염원으로 평가하였고, As는 폐금속광산에 의한 영향으로 해석하였다.

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Fig. 3.

Variation of As and heavy metal concentrations in sediments.

⋅ As

낙동강 본류의 경우, 건기 41.6 ~ 204.4 mg/kg(평균 98.7 mg/kg) 및 우기 32.5 ~ 224.6 mg/kg(평균 101.9 mg/kg)으로 평가되어 높은 함량을 보이고 있고, SD-1(Ⅱ등급)을 제외하고 모든 지점에서 Ⅲ 및 Ⅳ등급으로 평가되었다. 또한, 낙동강으로 유입되는 지류의 경우 태백 레이싱파크 지류, 송정리천, 석포리천, 골포천, 회룡천 및 가천 등에서 높은 As함량을 보이고 있어 낙동강에 영향을 미치고 있는 것으로 확인되었다. 특히, 송정리천과 석포리천과 상류에서 채취한 자연배경 농도가 각각 31.94 mg/kg 및 27.27 mg/kg과 비교하면 하류 폐금속광산에 의한 영향이 있는 것으로 판단되며 이 지류에 연화 및 금주 폐금속광산이 위치하고 있다. 석포제련소 주변 As 농도 변화를 평가하기 위하여 석포제련소 상부 SD-08 지점과 하부 SD-10 지점을 비교해보았다. 즉, SD-8과 SD-10은 건기에 105.93 mg/kg에서 146.59 mg/kg로 상승하였으며, 우기에는 114.58 mg/kg에서 94.99 mg/kg로 감소하는 특징을 보이고 있다. 이러한 원인으로는 낙동강 본류로 유입되는 석포리천(SD-09, 건기 113.2 mg/kg, 우기 60.25 mg/kg)에 의한 희석 등의 영향이 있는 것으로 판단된다. 석포리천의 경우, 상부에 금주 폐금속광산이 위치하고 있고, 광산 주변 농경지 토양에서 비소 오염이 확인되었으며 일부 농경지 토양에서 토양오염대책기준을 초과(196.6 mg/kg)하는 것으로 보고되었다(MoE, 2022).

⋅ Cd

건기의 경우, 낙동강 본류 모든 지점에서 Ⅳ등급으로 나타나 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 매우 높은 것으로 평가되었고, 지류는 본류와 비교하여 다소 낮은 농도 범위를 보이고 있으나, 재산천(5.89 mg/kg, Ⅲ등급)을 제외하고 모두 Ⅳ등급으로 평가되어 안동댐 상류 수생태계에 가장 많은 영향을 미치는 원소로 확인되었다. 다만, 우기의 경우, 석포제련소 주변을 제외하고 모든 지점에서 Ⅲ등급으로 평가되었으며, 지류는 석포리천과 가천(Ⅲ등급)을 제외하고 Ⅰ~Ⅱ등급을 보이고 있다. 석포제련소 주변 Cd 농도 변화의 경우, 건기에는 석포제련소 상부 SD-08(31.6 mg/kg) 지점에서 급격히 상승하였고, 석포제련소 하부 시료에서 가장 높은 52.78 mg/kg이 검출되었다. 특히, 석포리천 SD-09의 경우, 40.0 mg/kg으로 검출되었는데 이는 시료채취 지점이 석포리천 하단으로 석포제련소와 인접해 있어 석포제련소의 영향을 받았을 것으로 판단된다. 우기에는 건기와 비교하여 농도가 감소하나 Ⅳ등급을 나타내고 있고, 석포리천은 Ⅲ등급(3.4 mg/kg)으로 낮아지는 것으로 평가되었다.

⋅ Cu

건기의 경우, 승부역 이전(SD-14) 모든 지점에서 Ⅱ등급으로 나타나 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 있는 것으로 평가되었고, SD-14(승부역 인근) 이후 모두 Ⅰ등급으로 평가되었다. 낙동강 본류로 유입되는 지류의 경우, 태백 레이싱파크 지류(Ⅱ등급)와 석포리천(Ⅲ등급)을 제외한 모든 지류에서 Ⅰ등급으로 평가되었다. 우기에도 석포제련소 주변 및 석포리천을 제외하고 모두 Ⅰ등급 평가되었다. 석포제련소 주변 Cu 농도 변화는 SD-7과 비교하여 약 4배 정도 상승하였으나 모두 Ⅱ등급으로 평가되었고, 석포리천의 경우, 310.9 mg/kg의 함량이 검출되어 Ⅲ등급으로 평가되었다.

⋅ Pb

낙동강 본류에서 건기와 우기 Pb농도의 변화는 석포제련소 이전부터 서서히 증가하다가 석포제련소 주변에서 가장 높은 농도를 보이고 이후 급격히 감소하는 특징을 보이고 있다. 특히, 우기 시 SD-8에서 810.5 mg/kg(Ⅳ등급)로 가장 높은 농도를 보이고 있다. 지류의 경우, 건기 석포리천과 우기 가천에서 Ⅲ등급으로 평가되었고, 태백 레이싱파크 지류 및 송정리천도 Ⅱ등급으로 평가되었다. 이러한 원인으로는 가천에는 과거 장군광산이 대규모로 개발되었으며, 송정리천과 태백 레이싱파크 지류는 연화광산 및 연화광산 광물찌꺼기 적치장이 위치하고 있어 폐금속광산에 의한 영향으로 판단된다. 특히, 연화광산과 장군광산은 국내 최대 연-아연광산으로 각각 Pb 50.8만 톤과 14.1만 톤, Zn 97.5만 톤과 26.4만 톤을 생산한 것으로 보고되었다(KMA, 2012).

⋅ Zn

Zn은 Pb과 유사한 경향을 보이고 있으며, 석포제련소 이전부터 Zn의 함량이 증가하다가 석포제련소 부근에서 가장 높게 나타나고 이후 감소하는 경향을 보이고 있다. 특히, 건기에는 주로 Ⅱ등급으로 나타나 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 있는 것으로 평가되었다. 낙동강 본류로 유입되는 지류의 경우, 송정리천과 가천은 Ⅱ등급으로 평가되었고, 석포리천은 Ⅲ등급(건기)으로 나타났다. 우기의 경우, 석포제련소 부근에서 Ⅲ등급으로 평가되었고, 하류로 가면서 Ⅱ등급에서 Ⅰ등급 낮아지는 경향을 보이고 있다. 석포제련소 주변 건기 시 Zn농도 변화는 상부 SD-04 (578.0 mg/kg)에서 서서히 증가하여 SD-08(3,822.8 mg/kg)과 SD-10(4,169.7 mg/kg)에서 급격히 증가하고 SD-11 (1,121.4 mg/kg)에서 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, 석포리천에서도 높은 Zn 함량(2,521.6 mg/kg)을 보이고 있다.

Table 5.

Correlation matrix of As and heavy metals in sediments

Dry season (n=28) Wet season (n=28)
As Cd Cu Pb Zn As Cd Cu Pb Zn
As 1 1
Cd 0.107 1 0.159 1
Cu 0.127 0.795*** 1 –0.002 0.884*** 1
Pb 0.252 0.851*** 0.926*** 1 0.040 0.937*** 0.886*** 1
Zn 0.150 0.898*** 0.962*** 0.926*** 1 0.002 0.921*** 0.931*** 0.863*** 1

***p<0.001

분석결과를 활용하여 원소별 상관관계를 고찰한 결과, Cd, Cu, Pb 및 Zn은 유의한 상관관계를 보이지만, As와의 상관성은 낮은 것으로 평가되었다(Table 5). 이러한 결과는 Cd, Cu, Pb 및 Zn의 경우 폐금속광산, 퇴적 광물찌꺼기 및 석포 제련소 등과 관련성이 높은 것으로 판단되며, As는 연구지역의 지질특성과 폐금속광산에 의한 As오염 등으로 해석된다.

하천수

하천 퇴적물 채취지점 중 25개 지점을 선정하여 현장 수질측정과 As 및 중금속 분석을 수행하였다(Table 6). 그 결과 낙동강 본류의 pH는 건기 7.6 ~ 8.7(평균 8.1), 우기 7.7 ~ 8.7(평균 8.2)의 범위를 보이고 있고, 낙동강으로 유입되는 지류들의 pH는 건기 7.4 ~ 8.9(평균 8.1), 우기 7.0 ~ 8.9(평균 7.9)의 범위를 보이고 있어 본류와 지류에서 큰 차이가 없는 것으로 확인되었다(Table 6). 전기전도도(Eletric conductivity)의 경우, 본류 평균은 건기 256 µS/cm(우기 평균 296 µS/cm)으로 나타났고, 지류는 건기 평균 181 µS/cm( 우기 평균 175 µS/cm)로 검출되어 본류보다 낮은 전기전도도를 보이고 있다. 다만, 연화광산 광물찌거기 적치장이 상부에 위치하는 태백 레이싱파크 지류(SW-3)에서 건기와 우기에 각각 479 µS/cm와 541 µS/cm로 검출되어 상대적으로 가장 높은 전기전도도 함량을 보이고 있다. As 및 중금속 분석결과, 국내 하천수 수질기준(As 0.05 mg/L, Cd 0.005 mg/L 및 Pb 0.05 mg/L)을 초과하는 항목은 없으나 As가 건기에 회룡천과 가천에서 각각 0.021과 0.018로 검출되어 다른 지점과 비교하여 다소 높은 함량으로 검출되었고, 우기에는 불검출되는 것으로 확인되었다.

Table 6.

Results of chemical parameters and heavy metal concentrations in water samples

ID Dry season (mg/L) Wet season (mg/L) Sampling point
pH DO* EC** ORP*** As Cd Cu Pb Zn pH DO EC ORP As Cd Cu Pb Zn
SW01 8.7 9.3 415 177 ND 0.001 ND ND ND 8.7 9.8 461 178 ND ND 0.02 ND ND Nakdong river
SW08 8.2 8.7 275 193 0.01 ND ND ND ND 7.9 9.1 358 159 ND ND 0.01 ND ND
SW11 7.9 8.9 217 232 ND 0.001 ND ND 0.04 7.8 8.9 367 136 ND ND 0.12 ND ND
SW14 8.0 8.9 219 240 0.01 0.001 ND ND 0.04 8.6 9.5 314 113 ND ND 0.07 ND ND
SW17 7.9 8.8 238 229 0.01 0.001 ND ND 0.04 8.1 9.0 307 170 ND ND 0.05 ND ND
SW20 7.6 8.5 255 186 ND 0.001 ND ND 0.05 8.3 9.0 273 146 ND ND 0.03 ND ND
SW23 8.0 9.2 229 194 ND 0.001 ND ND 0.03 8.7 9.7 276 130 ND ND 0.01 ND ND
SW27 8.5 8.3 216 101 ND 0.001 ND ND 0.04 8.3 9.1 244 103 ND ND 0.01 ND ND
SW30 7.9 8.3 218 183 ND 0.001 ND ND 0.03 8.1 9.5 263 127 ND ND 0.01 ND ND
SW31 8.1 9.4 228 276 0.01 0.001 ND ND 0.02 7.7 9.7 229 225 ND ND 0.01 ND ND
SW34 8.1 9.2 268 209 ND 0.001 ND ND 0.04 7.8 9.1 251 152 ND ND 0.01 ND ND
SW37 8.1 9.5 270 209 ND 0.002 ND ND 0.03 7.9 9.4 252 208 ND ND 0.01 ND ND
SW40 7.9 9.3 283 209 ND 0.001 ND ND 0.02 8.4 9.5 250 279 ND ND ND ND ND
Min 7.6 8.3 216 101 - 0.001 - - 0.00 7.7 8.9 229 103 - - - - -
Max 8.7 9.5 415 276 0.01 0.002 - - 0.05 8.7 9.8 461 279 - - 0.12 - -
Average 8.1 8.9 256 203 0.01 0.001 - - 0.03 8.2 9.3 296 164 - - 0.03 - -
SW02 8.6 8.5 233 207 ND ND ND ND ND 7.9 8.3 343 144 ND ND ND ND ND Cheoramcheon
SW03 8.9 9 479 217 ND ND ND ND ND 8.4 7.2 541 124 ND ND 0.01 ND ND Racing park
SW06 8.1 8.9 221 209 ND ND ND ND 0.01 7.9 9.2 103 178 ND ND 0.01 ND ND Songjeongcheon
SW09 7.5 9.2 - 222 ND ND ND ND 0.01 7.5 9.0 59 159 ND ND ND ND ND Seokporicheon
SW16 7.4 8.3 51 199 0.01 ND ND ND ND 7.0 9.1 45 165 ND ND ND ND ND Golpocheon
SW18 7.7 9.1 111 156 0.02 ND ND ND ND 7.5 8.7 88 168 ND ND ND ND ND Hoeryongcheon
SW22 8.4 10.3 86 234 ND ND ND ND ND 8.9 9.5 77 128 ND ND ND ND ND Buncheonricheon
SW25 7.7 9 73 177 ND ND ND ND ND 7.6 8.5 68 131 ND ND ND ND ND Hyundongcheon
SW29 7.8 8.3 82 187 ND ND ND ND ND 7.9 9.7 64 123 ND ND ND ND ND Deoksincheon
SW33 8.3 8.7 237 255 0.02 0.001 ND ND 0.02 8.6 9.3 374 202 ND ND ND ND ND Gacheon
SW36 8.1 9.1 206 214 ND ND ND ND ND 7.7 9.4 169 154 ND ND ND ND ND Jaesancheon
SW39 8.2 9.5 214 235 0.01 0.001 ND ND ND 8.1 9.8 166 210 ND ND ND ND ND Ungokcheon
Min 7.4 8.3 51 156 - 0.001 - - - 7.0 7.2 45 123 - - - - -
Max 8.9 10.3 479 255 0.02 0.001 - - 0.02 8.9 9.8 541 210 - - 0.01 - -
Average 8.1 9.0 181 209 0.01 0.001 - - - 7.9 9.0 175 157 - - - - -

※ND=Not Detected.

*Dissolved oxygen, mg/L, **Electric conductivity, µS/cm, ***Oxidation-reduction potential, mV

오염 부하량 조사

강우에 따른 오염 부하량을 평가하기 위해 강우 시 4지점을 대상으로 부유사 채취를 수행하였으며, 시료채취 시 강우량은 79.9 mm(2020년 7월 13일)과 19.3 mm(2020년 7월 14일)로 확인되었다. 하천수 수질분석결과 As, Cu 및 Pb은 불검출 되었으며, Zn은 강우량이 높은 7월 13일 불검출 ~ 0.09 mg/L의 범위로 검출되었고, Cd은 SS-2 지점에서 0.004 mg/L 범위로 검출되었다. 부유사 분석결과, 강우량이 상대적으로 높은 7월 13일에 높게 검출되었으며, 모든 원소들을 석포제련소 상류에 위치하는 SS-01과 비교하면 석포제련소 하부 SS-02에서 증가하다 SS-03에서 가장 높게 검출되고 하류 SS-04에서 감소하는 경향을 보이고 있다(Table 7). 이러한 결과는 석포 제련소에서 중금속 함량이 높은 하천 퇴적물 분석 결과와는 다소 차이가 있는데, 이는 SS-03 지점에서 유량이 급격히 증가함에 따라 부유되는 입자상 물질의 증가와 관련이 있는 것으로 판단된다. 또한, Kim et al.(2022)에 연구결과에 의하면, SS-02지점 하류부터 연화광산에서 유실된 퇴적 광물찌꺼기의 퇴적 분포 빈도가 높고, 이러한 퇴적 광물찌거기가 강우 및 기상현상 등에 의해 파쇄 및 분리되어 원래의 퇴적 형태에서 입자상 형태로 재유실 되고 있는 상황을 보고하였다.

Table 7.

Results of water and suspended sediment for calculation of pollutant load

Sample ID Stream Water (mg/L) Suspended Sediment (mg/kg) Streamflow
(m3/day)
As Cd Cu Pb Zn As Cd Cu Pb Zn
SS-01 ND* ND ND ND ND 17.5 1.97 34.3 39.7 365.5 6,152,544
SS-02 ND ND ND ND 0.09 28.0 33.93 51.5 97.2 1,921.1 6,429,888
SS-03 ND ND ND ND 0.08 113.0 29.74 41.3 69.1 1,538.9 12,529,728
SS-04 ND ND ND ND 0.01 123.8 14.67 31.7 35.9 758.5 14,575,680
SS-01 ND ND ND ND 0.01 4.2 1.29 14.4 21.9 222.9 4,088,448
SS-02 ND 0.004 ND ND 0.18 8.9 15.43 20.0 32.2 941.5 4,320,000
SS-03 ND ND ND ND 0.03 17.8 9.58 14.5 19.2 519.6 9,474,624
SS-04 ND ND ND ND 0.03 13.1 4.82 8.1 12.7 244.2 9,638,784

*ND=Not Detected.

수질 및 부유사 분석 결과와 유량을 활용하여 부하량을 산정하였다. 그 결과 부유사 결과와 유사하게 SS-03 지점에서 부하량이 가장 높게 나타나는 경향을 보이고 있고, 강우량이 77.9 mm(19.3 mm)인 경우, As는 352.3 kg/day(52.4 kg/day), Cd 92.7 kg/day(28.2 kg/day), Cu 128.8 kg/day (42.7 kg/day), Pb 215.3 kg/day(56.5 kg/day) 및 Zn 5,761 kg/day(1,845 kg/day)가 강우에 의해 부하되는 것으로 평가되었다(Fig. 4). 또한, 용존상으로도 Zn이 SS-03 지점에서 965 kg/day(313 kg/day)으로 검출되었다. 이 지역의 강우관측의 경우, 2020년 163회에 걸쳐 총 1,651 mm의 강수량을 보였으며, 20 mm 이상 강수량을 보인 기간은 23일로 확인되었다(KMA, 2022).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksmer/2023-060-02/N0330600201/images/ksmer_60_02_01_F4.jpg
Fig. 4.

Pollutant loads of As and heavy metals from upstream of the Andong dam.

결 론

안동댐 상류 지역 폐금속광산, 영풍 석포제련소 및 낙동강 본류 양안에 퇴적된 광물찌꺼기 등에 대한 영향을 평가하기 위하여 하천수, 하천 퇴적물 및 부유사에 대해 건기와 우기로 구분하여 시료채취 및 분석을 수행하였다.

하천 퇴적물 분석결과, Cd, Cu, Pb 및 Zn의 경우 전반적으로 석포제련소 주변에서 가장 높게 검출되었으며, 하류로 내려가면서 감소하는 경향을 보이고 있다. 계절적 영향으로는 우기보다 건기에 높은 농도를 보이고 있고, Cd이 건기에 모든 시료에서 Ⅳ등급으로 나타나 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 매우 높은 것으로 평가되었다. As는 낙동강 본류보다 태백 레이싱파크 지류, 송정리천, 골포천, 회룡천 및 가천 등에서 낙동강 본류와 비교하여 높게 검출되었으며, 홍제사 화강암과 분천 화강암을 기반암으로하는 배경시료에서도 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 있는 As가 검출되는 것으로 평가되어 폐금속광산 및 지질학적 특성에 의한 영향으로 판단된다.

하천수의 경우, 환경기준을 초과하는 항목은 없으나 As(건기)가 회룡천과 가천에서 다른 지점과 비교하여 다소 높은 함량으로 검출되는 특징을 보이고 있다.

부유사 채취를 통한 오염 부하량 조사 결과, 부유사에서 As 및 중금속 농도가 확인되었으며, 강우 시 용존상 물질보다 입자상 물질 이동에 의한 오염 확산이 주로 발생되는 것으로 확인되었다.

이러한 결과를 종합하면, 유량이 작고 유속이 느린 건기에 폐금속광산, 영풍 석포제련소 및 퇴적 광물찌꺼기 등에서 유래한 입자상 오염물질이 하천 바닥에 퇴적되어 수생태계에 영향을 미칠 가능성이 높은 상태로 존재하다가 강우에 의해 부유되어 하류로 이동되어 최종적으로 안동댐으로 유입되는 것으로 해석된다. 특히, 이러한 상황이 반복적으로 발생될 개연성이 높으며 적절한 환경관리를 위해 안동댐 뿐만 아니라 태백시에서 안동댐에 이르는 낙동강 상류 지역에 대한 지속적인 환경 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

References

1
Cheong, Y.W. and Thornton, I., 1994. Acid mine drainage and heavy metal contamination of stream sediments in the Okdongcheon stream, Sangdong Area, South Korea, Economic and Environmental Geology, 27(1), p.101-113.
2
Hong, Y.P., Choi, J.H., Kim, Y.J., Kim, D.I., and Ryoo, K.S., 2016. Contamination status of the upper Nakdong riverside by heavy metals in mine tailings, Journal of the Korean Society for Environmental Analysis, 19(3), p.135-145.
3
Jung, M.C. and Chon, H.T., 1998. Seasonal variation of heavy metal contents and environmental contamination in paddy fields around the Sambo Pb-Zn mine, Korea, Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 35(1), p.19-29.
4
Jung, M.C. and Thornton, I., 1997. Environmental contamination and seasonal variation of metals in soils, plants and waters in the paddy fields around a Pb-Zn mine in Korea, Science of the Total Environment, 198(2), p.105-121. 10.1016/S0048-9697(97)05434-X9167264
5
Jung, M.C., Jung, M.Y., and Choi, Y.W., 2004. Environmental assessment of heavy metals around abandoned metalliferous mine in Korea, Economic and Environmental Geology, 37(1), p.21-33.
6
Kim, S.H. and Chon, H.T., 1993. Contamination of heavy metals in stream sediments in the vicinity of the Sambo Pb-Zn-Barite mine, Economic and Environmental Geology, 26(2), p.217-226.
7
Kim, J.W., Jung, M.C., Lee, H.W., Kim, H.J., and Heo, H.J., 2022. Status and evaluation of characteristics for deposited tailings in the upstream of Andong dam, Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, p.607-618. 10.32390/ksmer.2022.59.6.607
8
Kim, J.Y., Choi, U.K., Baek, S.H., Choi, H.B., and Lee, J.H., 2016. A study on chemical compositions of sediment and surface water in Nakdong river for tracing contaminants from mining activities, Journal of the Korean earth science society, 37(4), p.211-217. 10.5467/JKESS.2016.37.4.211
9
Kim, Y.H., 2021. Heavy metal pollution and upstream pollution source of Andong dam sediments, 2021 Proc. of Symposium of Korean Environmental Dredging Society, Korean Environmental Dredging Society, Daejeon, Korea, p.68-90.
10
Kim, Y.H., Park, J.C., Shin, T.C., and Kim, J.J., 2020. Assessment of pollution characteristics of surface sediments from Adong lake(I): Studies on characteristics of pollution of sediments from Andong dam, Korean Journal of Mineralogy and Petrology, 33(4), p.377-389.
11
Korea Meteorological Administration (KMA) homepage, 2022.11.14., https://www.kma.go.kr
12
Korea Mining Association (KMA), 2012. The 100 years history of korea mining, Seoul, Korea, p.208-216.
13
Lee, S.I., 2022. Analysis of the correlation between forest vegetation near the Seok-po smelter and heavy metal contamination of soil and the sphere of influence of soil contamination, Department of life science graduate school of Kong Ju national university, Gong Ju, Korea, p.1-136.
14
Ministry of Environment (MOE) homepage, 2022.11.10., http://www.me.go.kr
15
Yeon, K.H., Lee, P.K., Youm, S.J., and Choi, S.H., 2005. Contamination and mobility of toxic trace elements in tailings of Samsanjeil mine, Economic and Environmental Geology, 38(4), p.451-462.
16
Yoon, K.W., Jung, M.C., Kim, J.W., Jeon, S.W., Han, S.H., Lee, J.S., Ji, W.H., and Kwon, O.H., 2020. Environmental assessment of water quality affected by mine drainage from tailings dam in the Sambo Pb-Zn mine, Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 57(1), p.12-23. 10.32390/ksmer.2020.57.1.012
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