The conceptual site model (CSM) is used as a key tool to support decision making in risk based management of contaminated sites. In this work, CSM was applied in Jeonju Industrial Complex where site investigation for groundwater contamination was conducted. Site background information including facility types, physical conditions, contaminants spill history, receptor exposure, and ecological information were collected and cross-checked with tabulated checklist necessary for CSM application. The CSM for contaminants migration utilized DNAPL transport model and narrative CSMs were constructed for source to receptor pathway, ecological exposure route, and contaminants fate and transport in the form of a diagram or flowchart. The component and uncertainty of preliminary CSM were reviewed using the data gap analysis while taking into account the purpose of the survey and the site management stage at the time of the survey. Through this approach, the potential utility of CSM was demonstrated in the site management process, such as assessing site conditions and planning follow-up survey work.

Keywords: Groundwater contaminant, site management, site investigation, Preliminary conceptual site model, Data Gap

국내에서 지중환경 오염은 토양, 지하수, 폐기물 등 매체 위주의 관리가 시행 중이다. 이에 따라 지하수 오염의 경우 지하수법[시행 2020. 12. 8.] [법률 제17618호, 2020. 12. 8., 타법개정]에 의거하여 관리되고 있으며, 토양오염의 경우 토양환경보전법[시행 2020. 5. 27.] [법률 제16613호, 2019. 11. 26., 일부개정]에 의거하여 관리되고 있다. 이들 지중환경의 오염 관리 정책은 지하수관리 기본계획(2012~2021) 및 토양보전 기본계획을 기반으로 수립되어왔다. 최근 수립된 제2차 토양보전기본계획은 적절한 관리·보전으로 토양환경 건강성 증진을 목표로, 토양오염 조사와 관련한 토양환경평가의 단계적 의무화, 지중환경 조사 정화 검증 체계 구축 추진 등과 함께 토양·지하수 통합 관리를 위한 법령 개편에 대한 내용을 기본계획 내에 포함하고 있다. 이렇듯 기존의 지중환경 오염에 대한 매체위주의 관리에서 토양 및 지하수를 통합하는 부지단위의 오염관리 체계로의 변화 움직임이 진행되고 있다. 실제로 오염우려지역을 대상으로 시행되는 토양환경조사는 2004년 이후 환경공단에서 토양 지하수 환경조사의 형태로, 토양과 지하수의 오염을 함께 조사하고 있으며, 이의 방법 및 절차는 토양정밀조사 지침을 준용하고 있다.
미국, 독일, 일본 등의 국가에서는 부지 단위의 오염 조사 및 관리가 시행되고 있으며, 각 단계에서 위해도 기반의 의사결정이 이루어지고 있다(USEPA, 2011). 부지개념모델(Conceptual Site Model, CSM)은 위해도 기반의 오염부지 관리를 위해 개발된 의사결정 지원 도구로서, 오염부지에서 수행되는 조사를 기반으로 오염원, 오염경로, 수용체에 대한 해석의 결과이다. 부지의 오염조사가 단계적으로 진행되는 부지 관리과정에서 지속적으로 갱신되는 최신의 조사 결과는 부지개념모델 개선에 반영되기 때문에, 부지개념모델은 생생한 부지 정보를 이해하는데 유용하다(ITRC, 2018). 부지개념모델은 부지관리 각 단계별 의사결정과정에서 조사의 미흡사항을 확인하고, 후속 조사 계획을 수립하는데 사용된다. 이렇듯 부지개념모델은 오염부지 관리를 위한 핵심요소로써 많은 국가에서 활발히 개발되고 있으며, 효율적 운영 및 제도 정착을 위한 노력이 진행중이다. 부지개념모델은 부지관리 단계에 따라 조사 항목 및 자료의 해상도가 증가하면서 지속적으로 발전할 수 있다(USACE, 2012). 부지개념모델은 사전 부지개념모델(Preliminary CSM) 혹은 기초 부지개념모델(Baseline CSM) 작성을 시작으로, 이후 개황(Characteri- zation) - 정밀(Design) - 정화/완화(Remediation/Mitigation) - 관리(Post Remedy) 등의 부지관리 단계에서 추가되는 조사결과를 바탕으로 지속적인 개선이 가능하다(USEPA, 2011).
국내의 토양과 지하수 오염은 잠재오염파악, 조사, 복원의 단계로 구성된 관리 체계에 따라 관리된다. 이중 조사 단계에서 지하수조사, 지하수이용실태조사, 토양정밀조사, 토양환경평가 등의 조사제도를 통해 지중환경의 오염상황에 대한 상세한 정보를 확보하게 된다. 이러한 정보는 후속 조사 뿐만 아니라 복원, 검증 단계에서까지 중요한 참고 자료가 될 수 있어서, 오염부지 관리가 진행되는 과정에서 축적된 조사결과에 대한 통합적 자료관리가 중요하다. 더 나아가 오염이 이미 발생된 부지 뿐만 아니라 오염 우려지역도 관리하는 국내 환경법에서는 오염이 발생되기 전의 부지에서 조사된 자료 역시 중요한 관리대상 자료가 된다. 오염우려지역을 대상으로 실시되는 실태조사의 경우, 조사 결과에 따라 향후 오염부지로 전환될 가능성이 있으므로, 이 조사결과는 초기의 부지개념모델 작성에 활용될 수 있다.
실태조사 결과를 기반으로 작성되는 부지개념모델은 사전 부지개념모델(Preliminary CSM)에 해당한다. 사전 부지개념모델은 부지의 전반적인 검토를 위해 기존의 정보를 엮는 시작점 역할을 하며, 기존 정보 양에 따라 사전 부지개념모델의 복잡성이 결정되는데, 부지 소지자와 이해관계자 인터뷰, 과거 또는 현재의 (수리)지질학적 정보, 그 이외의 정보(항공 사진, 기 환경조사 DB(Database), 소유주 정보 등)에 대한 통합이 필요하다. 이러한 정보에 대한 평가와 종합을 통해 관계자들이 사전 부지개념모델을 구축하고 제시할 수 있다(NTEPA, 2013).
본 연구에서는 국내에서 시행된 지하수 오염우려지역 실태조사 보고서를 기반으로 사전 부지개념모델을 구축하여 그 작성사례를 확보하고, 지중환경오염 관리제도 개선 방안으로서 부지개념모델 작성의 유용성을 확인하였다.

국가산업단지인 전주 제 1,2 산업단지를 연구지역으로 선정하였다. 해당 지역은 토양지하수 환경조사의 오염우려지역들 중 하나로 선정되어 조사가 완료되었으며 이에 대한 조사 보고서(K-eco, 2018)가 작성된 바 있다. 본 연구에서는 해당 자료의 공개 요청을 통해 확보하여 부지개념모델 구축에 활용하였다. 조사 영역은 전주 제 1,2 산업단지를 포함하는 전라북도 전주시 덕진구 일대로, 2009, 2013년 전주 국가산업단지를 대상으로 수행된 토양 및 지하수 환경조사에서 TPH 및 아연의 오염이 확인되었으며, 2018년 지하수 오염 우려지역 실태조사에서 TCE, PCE에 의한 지하수 오염이 확인되었다. 해당 부지는 실태조사 결과 토양 및 지하수 오염을 조기에 발견하였으나, 확인된 오염도가 심각하지 않아 오염부지로 규정되지 않았다.
실태조사 대상 부지는 오염부지로 규정되기 이전의 상태이기 때문에 부지개념모델이 필수적으로 작성되어야 하는 것은 아니다. 하지만 실태조사에서 오염이 확인되어 오염정화 명령이 내려지는 경우, 실태조사의 결과는 기초조사에 포함되기 때문에, 실태조사 단계부터 부지개념모델을 작성하는 것이 통합적 자료 관리 측면에서 효율적일 수 있다.

2.1. 조사 정보 요약(Profiles)
전주 산업단지 오염우려지역 실태조사 결과로 얻은 정보를 유형별로 구분하였다. 시설 및 부지 정보(Facility Profiles)는 인공적인 특징과 오염부지 부근의 잠재적 오염원을 나타내는 정보, 부지 특성(Physical Profiles)은 유출, 운송 및 거동, 접근성에 영향을 미치는 자연적인 요인, 오염 유출/확산(Release Profiles)은 오염물질의 이동과 범위, 토지이용과 노출 특성(Land use and Exposure Profiles)은 가능한 노출 시나리오, 수용체, 수용체 위치 등을 식별하고 평가하는 데 필요한 정보, 생태 및 문화적 자원(Ecological and Cultural Resources Profiles)은 현장 부근의 자연적 서식지나 생태계 수용체 정보를 포함한다.

2.2. 주요 경로 분석 (오염원-거동경로-수용체)
실태조사 보고서의 보고 사항 중 부지개념모델을 정의하는 구성요소인 오염원, 거동경로, 수용체에 해당하는 정보를 분석하였다. 전주 산업단지 내 TCE 관련업체와 미확인 지점이 잠재적 오염 유출 위치로 보고되었다. 자유상 NAPL 오염원은 조사결과에서 관측되지 않았으나, 채취된 지하수 성분 분석 결과에서 염화유기용제가 검출되어 지하수 포화대의 오염이 확인되었다. 지하수 오염 상황과 TCE의 거동 특성을 고려하여 대수층내 잔류상 NAPL 오염원의 존재 가능성을 추정하였다. 토양조사는 실시하지 않았으므로 불포화대 오염은 확인되지 않았으나, DNAPL인 TCE의 일반적인 지중환경내 거동특성에 기반하여 토사, 풍화대 뿐만 아니라 암반층에서도 TCE 오염의 개연성이 높을 것으로 보고하였다. 부지 내 이용 관정이 확인되었으며, 이는 양수된 지하수의 이용 과정에서 인간 수용체에게 오염이 노출될 수 있는 주요 노출 경로로 고려할 수 있다.
요약된 오염원, 거동경로, 수용체 정보를 기반으로 경로 분석을 수행하였다(Table 2). ITRC(2018)에서 제공되는 체크리스트는 오염원-거동경로-수용체에 대한 경로 분석을 용이하게 하도록 돕는 역할을 할 수 있었다. 본 체크리스트는 LNAPL 오염부지에 한정되어 적용할 수 있으므로, 전주 산업단지 부지의 우려오염물질인 DNAPL의 거동특성에 따라 체크리스트 양식을 수정하여 적용하였다.

조사 정보 요약(Profiles)과 주요 경로 분석(오염원-거동경로-수용체) 결과를 기반으로 표 및 흐름도로 부지개념모델을 작성할 수 있다. 또한 운송 및 거동과정, 노출경로 및 오염분포 등에 주목하여 강조한 부지개념모델을 작성할 수 있으며, 이는 주제에 따라 흐름도, 표, 다이어그램 및 그림으로 작성될 수 있다.

3.1. 오염원-경로-수용체 CSM
오염원-거동경로-수용체에 중점을 둔 부지개념모델의 경우 다음과 같은 도표의 형식 안에 해당되는 부지 정보를 채워 넣어 구축하는 것이 용이하다. 오염원 부분은 원인 시설, 오염원의 상태 및 위치에 따라 구분하였으며 오염원으로부터 거동할 수 있는 경로를 제시하고 수용체에게 노출될 수 있는 노출 경로와 노출 경로에 따른 수용체를 구분하여 부지 정보를 기입하였다.
전주 산업단지에 대한 오염원-경로-수용체 부지개념모델은 앞서 주요 경로 분석을 해석한 결과를 고려하여 작성할 수 있다. 오염원 관련 시설에는 TCE 관련 업체와 미확인 오염원이 잠재적 오염원으로 보고된 바 있었다. 오염원의 상태는 자유상 및 잔류상 NAPL로 구분할 수 있으며 위치는 각각 비포화대 및 포화대, 포화대 및 암반층으로 정리해 볼 수 있다. 경로 구간에 대해서, 비포화 토양 내 자유상 NAPL 오염원은 누출이라는 경로를, 포화대 내 자유상 NAPL 오염원은 공극 및 불연속면을 통한 수직적 유동이라는 경로를 서술할 수 있다. 포화대 및 암반층 내 잔류상 NAPL 오염원은 용해성 성분이 물에 용해되어 이동할 가능성을 기입하였다. 수용체 구간에 대해서, 노출 경로는 부지 내 관정들로 인해 지하수에 용해된 오염물질 및 염화유기용제 오염물질 자체에 노출될 가능성이 있다고 판단하였다. 수용체로 생각해볼 수 있는 대상들은 노출 경로를 고려하였을 때 지하수 및 지표수 이용자와 농경지, 산업단지, 주거지와 같은 관정사용 시설 등이 있다.

3.2. 거동 및 운송 CSM
거동, 운송 등의 오염물질의 경로 정보에 초점을 맞춰 구축하는 거동 및 운송 부지개념모델은 다양한 형식 중에서 흐름도로 표현하는 것이 용이하였다. 오염물질의 거동 및 상변화, 지중환경 내 지질 매체에서의 상호작용을 반영한 오염 양상 변화 및 흐름을 표현할 수 있었다.

3.3. 생태 노출경로 CSM
생태에 노출될 수 있는 경로에 대한 정보에 맞춰 구축하는 생태 노출경로 부지개념모델 역시 다양한 형식 중 흐름도로 표현하는 것이 적합하였다. 1차적 오염원으로부터 잠재적인 유출 기작으로 인해 발생될 수 있는 잠재적 2차 오염원, 또한 잠재적 유출 기작으로 인해 어떤 노출 경로를 통해 수용체에게 도달할 수 있는지를 순서에 따라 표현하는 데에 효율적이었다.

3.4. 다이어그램 CSM
종합적인 부지 정보에 중점을 두는 부지개념모델의 경우, 다이어그램과 서술의 형식으로 부지개념모델을 표현하는 것이 적절하였다. 다이어그램 부지개념모델은 그림 형식에 가깝게 오염원, 거동경로, 수용체 관련 요소들을 하나의 다이어그램 안에 종합적으로 표현할 수 있었다.
Fig. 3의 (a)는 기존 전주산업단지 실태조사 보고서 내 제시된 다이어그램 형식의 부지개념모델 이다(K-eco, 2018). 실태조사 결과를 토대로 조사 지역의 지하수 오염 분포현황, 지층분포, 지하수개발 및 이용시설, 신규 관측정 분포 등을 고려하여 대상 지역 내 지하수 오염 개념모델을 추정하여 작성한 바 있었다. 주어진 부지개념모델은 종합적인 부지 정보를 다이어그램의 형식으로 구축되었으며 부지개념모델의 핵심적인 구성요소 중 오염원과 거동경로를 조사결과에 기반하여 묘사되어 있다고 볼 수 있다. 하지만 수용체라는 부지개념모델의 구성요소에 있어서는 해당 부지개념모델을 통해 간접적으로만 유추할 수 있다. 부지개념모델을 통해 국내 지중환경오염 관리를 비롯한 위해성 평가 수준을 향상시키기 위해서는 수용체에 대한 정보 및 해석을 바탕으로 한 직접적인 묘사가 필요하다. 또한 해당 부지개념모델의 경우 부지개념모델의 목적 및 구축절차가 고려되지 않고 단순히 조사 지역의 지하수 오염상황을 파악하고 추정하기 위해 조사결과를 요약하는 방식으로 제시된 것으로 보인다. 하지만 사전 부지개념모델에 그치지 않고 조사단계에 따라 부지개념모델을 개선하기 위해서는 보다 체계적으로 구축절차에 따라 부지개념모델이 제시될 필요가 있다. 이러한 개선 사항을 반영할 수 있는 다이어그램 개념모델의 예시는 Groundhog software (BGS, 2021)를 통해 구축하였으며, 이는 Fig. 3의 (b)에서 제시하였다.

3.5. 서술적 CSM
다이어그램 부지개념모델처럼 종합적인 부지 정보에 중점을 두는 서술적 부지개념모델은 그 당시 이해되는 부지에 대한 요약 방식으로 구축한다. 일반적으로 조사 지역, 지질학적 및 수리지질학적 특성, 오염지역, 오염의 종류와 범위 및 인간 건강 위해성/생태계 위해성의 주제를 다루어 작성한다(DTSC, 2008). 전주 산업단지를 예로 하였을 때, 조사 지역에 대하여는 위치 및 범위, 토지이용정보, 지하수 이용시설, 주거용 건물, 지하수 심도 및 흐름 특성 등에 대한 정보를 서술하였다. 지질학적, 수리지질학적 특성으로는 암상, 투수계수 등의 정보를, 오염지역에 대해서는 오염 유출 지점, 오염원, 경로, 민감한 수용체, 오염에 영향받는 매체, 시설 및 우선적 경로 등의 정보를 기입하였다. 오염의 종류와 범위에서는 오염물질 종류 및 오염 범위와 관련된 측정 결과 등을 제시하였으며 인간의 건강 및 생태계 위해성에서는 보고서 내 언급 사항이 없어 생략하였다.

부지개념모델을 구축한 후에는, 해당 부지개념모델 수준에서 요구되는 필수 요소들이 충분한 해상도로 조사되었는지의 여부를 근거로 데이터 격차(Data Gap) 해석을 수행할 수 있다. 데이터 격차 해석은 부지개념모델의 검토를 위해 활용될 수 있으며, 이는 부지관리 단계별로 시행되는 조사목적에 근거하여 판단되어야 한다. 국내에서 수행되는 토양 및 지하수 조사단계는 실태조사와 정밀조사(기초조사, 개황조사, 상세조사)로 나눌 수 있다. 조사단계에 따라 조사의 목적 및 항목들이 달라지며, 각 요소별로 조사결과에서 요구되는 불확실성 및 해상도도 달라지게 된다. Table 5에는 단계별 부지 조사의 목적, CSM과 profile별로 요구되는 불확실성 수준을 제안하였다. 각 정보에 대한 불확실성 수준은 확인되지 않은 경우, 추정 가능한 경우, 일부 확인되는 경우, 확인되는 경우, 정밀적인 확인이 가능한 경우로 세분화하여 제시하였다. 실태조사의 경우 조사목적은 오염 발생 여부 및 오염 개연성을 확인하는 것이며 이를 위해 2.1절의 5가지 profile들 중에서 시설 및 부지 정보(Facility), 부지 특성(Physical), 오염 유출/확산(Release) profile에 해당하는 조사결과를 요한다. 실태조사의 목적인 오염 발생 여부 및 오염 개연성 확인은 부지개념모델의 구성요소 중 오염원 정보와 관련이 높다고 할 수 있다. 따라서 시설 및 부지 정보(Facility)와 오염 유출/확산(Release) profile에 해당되는 정보 중에서 오염원 관련 정보들은 포함해야 하므로, Table 5에서 일부 확인 수준으로 제안하였다. 부지 특성(Physical) profile은 거동경로 관련 정보들이 해당될 수 있는데, 오염원의 오염물질 종류를 통해 거동특성을 미루어 보아 합리적인 추정이 가능하므로, Table 5에서 추정 수준으로 제안하였다. 예를 들어, 오염원의 오염물질이 TCE 즉, 물보다 밀도가 높은 DNAPL의 종류라는 것을 앎으로 인해 지중 오염 유출 후, 중력 작용으로 대수층을 거쳐 암반까지의 거동 가능성을 추정할 수 있다. 토지이용과 노출 특성(LandUse&Exposure), 생태 및 문화적 자원(Ecological and Cultural Resources) profile은 노출 경로 및 수용체 관련 정보들이 해당되므로 실태조사 단계에서는 요구되는 수준이 아니며 이는 Table 5에서 확인 안 됨 수준으로 제안했다.
Table 5의 제안된 체크리스트의 형식으로 구축한 전주부지의 사전 부지개념모델을 검토해보았으며 이는 Table 6에 나타내었다. 사전 부지개념모델의 profile별 요구수준과 비교하여 부족하다고 판단되는 정보들을 식별하였는데, 이는 데이터 격차라고 할 수 있다. 식별한 데이터 격차를 해소하기 위한 조사방법들을 권장사항(Recommendation)으로 제시하였다. 데이터 격차 해석을 위한 도표의 형식은 SNC-Lavalin(2022)의 형식을 참고하였다(Table 7).
전주부지 사전 부지개념모델의 경우 제시된 TCE 관련 업체도 산업단지 내 TCE, PCE를 다루는 다른 산업시설이 없기에 가능성으로 제시된 사항이며 지하수 샘플 위치 및 지하수 흐름 방향을 고려했을 때, 확인되지 않은 상류지역에 위치하는 잠재오염원에서 오염물질이 누출된 후 지하 심부로 이동·확산 과정에서 지하수 오염이 발생한 것으로 추정된다. 시설 및 부지 정보(Facility) profile를 통해 유출 위치라는 오염원 정보가 일부 확인되어야 하는데 추정의 수준으로 그쳤으며 이는 데이터 격차로 식별되어 Table 7을 통해 데이터 격차로 제안하였다. 부지 특성(Physical) profile은 문헌 조사를 통해 일부 확인된 바가 있어 요구수준을 충족할 수 있었다. 또한 오염 유출/확산(Release Profiles)에 해당되는 정보 중, 지하수 관정에서 검출된 TCE, PCE로 인해 용해성 염화유기용제 성분이 물에 용해된 것을 관측하여 포화대 토양 및 암반의 잔류 NAPL 오염원을 간접적으로 일부 확인할 수 있었으므로, 실태조사의 요구수준에서는 오염 유출/확산(Release Pro- files)에 해당되는 정보도 충족하였다고 제안할 수 있었다.

2차 토양보전기본계획에 따라 지중환경 오염 관리제도의 변화가 진행될 것으로 예상된다. 이 과정에서 지하수와 토양의 통합관리가 시행되고, 부지 단위의 지중환경오염관리가 진행될 것으로 예상되며, 부지관리 과정에서 의사결정을 지원하기 위한 다양한 도구들이 개발될 필요가 있다. 부지 단위 오염관리의 국내 도입에 따른 효용성을 예상하기 위해서는, 핵심 도구인 부지개념모델에 대한 이해와 효용성에 대한 평가가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 현재 해외에서 부지관리를 위한 의사결정 도구로 개발되어 사용하고 있는 부지개념모델의 개념 및 작성방법에 기반하여 국내 지중환경 오염부지에 대한 부지개념모델을 구축하였다. 이에 대한 첫 사례로 지하수 오염 우려지역 실태조사가 수행된 전주 산업단지의 실태조사 보고서를 기반으로 사전 부지개념모델 작성하여, 다양한 내용과 형식의 부지개념모델 작성사례를 확보하였다. 실태조사 기반의 사전 부지개념모델은 일부 확인된 시설 및 부지 정보(Facility)와 오염 유출/확산(Release) profiles, 추정된 부지 특성(Physical) profile에 근거한 요약을 통해 오염 발생 여부 및 오염 개연성 확인을 목적으로 한다. 일반적인 실태조사 단계에서 사전 부지개념모델 작성을 위해 요구되는 profile 항목 및 해상도를 고려하여 본 연구에서 구축한 사전 부지개념모델의 데이터 격차를 해석하였다. 사전 부지개념모델의 작성을 통해 효율적으로 실태조사 단계의 부지 현황을 파악할 수 있을 것이며, 사전 부지개념모델의 검토 과정으로 확인된 데이터 격차는 후속 조사 계획에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 지중환경오염위해관리기술개발사업의 지원을 받아 연구되었습니다. (ARQ201804052004, 지중환경 오염경로·오염물질 스마트 진단·평가·예측 현장적용 기술 개발)