Conceptual site model (CSM) development and enhancement for contaminated sites assists in identifying data gaps during the site investigation process. In this study, CSM was developed and enhanced for a contaminated site in Korea as a case study. Site Y was scrutinized four times previously. The site profiles for each scrutiny were reorganized based on the scrutiny reports, and the relevant data was utilized to develop and enhance CSMs. CSM for the first investigation was developed in various forms including table, flowchart, diagram, and narrative formats. CSM was enhanced in a stepwise manner by incorporating the updated profile information obtained in next investigation to existing CSM. The hypothetical data gap analysis between each investigation step was established to meet the purpose of the follow-up investigation. This case study showed that CSM is a useful tool to identify the history and current status of contaminated sites and thereby help in planning supplementary investigations for better site characterization.

Keywords: Oil contaminated site, Conceptual site model, Profile, Refinement, Scrutiny, Data gap analysis

오염부지의 관리는 장기간 다양한 단계에 걸쳐 수행된다. 일부 오염이 지속되고 있는 부지에서는 오염 상황을 구체적으로 파악하고 정화 계획 등을 수립하기 위한 정밀조사가 반복적으로 시행되기도 한다. 조사과정에서 수집된 자료를 기반으로 효율적인 부지 관리 전략을 수립하기 위해서 기존 조사자료가 중요해졌으며, 오염토양부지 정보관리체계 효율화에 따른 자료 관리가 요구된다(Hwang and Lee, 2004). 기존 연구에서 부지 조사자료의 효율적 관리를 위한 도구로서 부지개념모델을 제시한 바 있다(Bae et al., 2022).
부지개념모델(Conceptual Site Model, 이하 CSM)은 부지의 오염원-경로-수용체에 대한 실제/잠재적 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 글, 그림 등으로 표현한 것을 말한다. 부지개념모델은 오염부지 관리 단계를 따라서 개선된다. 오염부지 특성, 오염 상태, 수용체로의 노출 경로, 환경적 위해성 등에 대한 추가적인 조사가 이루어진 경우, 이를 의사결정 과정에 반영하기 위해서 부지개념모델 개선이 수행된다. 단계별 부지개념모델은 오염원-경로-수용체 표 CSM; 위해성 평가의 절차적 요구조건을 흐름도의 형식으로 정리한 위해성평가용 흐름도 CSM; 부지 조사 결과에 대해 요약하고 데이터 격차 또는 불확실성에 대한 논의가 포함될 수 있는 서술적 CSM 등으로 작성될 수 있다. 부지개념모델이 개선됨에 따라 각 항목의 내용이 대체 및 추가되는 방식으로 동일한 형식의 부지개념모델 상에서 조사 단계별 보완 사항을 반영할 수 있다.
오염관리 단계별 목적에 따라 부지개념모델 작성 및 적용 목적이 다르게 제시될 수 있다(NJDEP, 2019; USEPA, 2011). 부지 정밀조사 및 정화 계획 수립 단계에서 부지개념모델은 부지의 지질학적, 생지구화학적 조건을 특성화하고, 오염에 영향을 미치는 부지 이력, 오염물질의 거동 과정 묘사 등의 정보를 주요하게 포함할 수 있게 작성 및 활용된다(NJDEP, 2019). 초기 오염 확인 및 실태조사 단계에서 작성된 부지개념모델은 조사자료에 기반하여 항목별 불확실성을 추가된 자료로 보완하는 방식으로 부지개념모델을 개선한다(Kim et al., 2022; Utom et al., 2019). 오염부지 관리 단계에 있는 Y부지에서는 2012년부터 2020년까지 8년 동안 오염 확인 및 정화 계획 수립을 위한 부지 조사가 네 차례 시행되었다. 유류로 오염된 Y부지에 대한 오염 개연성 확인부터 오염 확산 범위 확인, 정화설계를 위한 목적에 따라 자료가 수집되었다. 본 연구에서는 토양오염정밀조사 보고서를 기반으로 조사 단계별 부지개념모델을 작성 및 개선하여 축적된 자료의 요약 및 효율적인 활용 사례를 제시하였다.

2.1. Y부지 토양정밀조사 보고서
연구부지는 경상북도에 위치한 Y부지로 1960년부터 주한미군기지로 사용되었으며, 유류 저장 및 운반을 위한 송유관이 존재했던 곳이다. 주요 오염개연성 시설은 지상유류저장탱크(AST) 2기와 지하유류탱크(UST) 6기, 대용량 지하유류탱크(UST) 7기 그리고 송유관 시설이 있다. 현재 위 저장탱크와 배관으로부터 누수, 노출된 LNAPL로 인해 토양 및 지하수가 오염되었으며, 최근 2020년에 정화설계를 위한 추가오염조사가 이루어졌으며, 현재 정화 과업이 수행되고 있다.
연구부지 개념모델 구축을 위해 사용된 조사자료는 2012년, 2017년, 2019년 세 차례에 걸친 토양정밀조사 결과와 2020년에 수행된 정화설계를 위한 추가조사 결과가 이용되었다. 2012년, 2017년 토양정밀조사는 조사범위를 넓혀가며 내부에 위치한 오염 개연성 시설물에 대한 토양오염조사를 수행하여 토양오염의 범위 및 오염량 산정 그리고 오염정화 계획을 수립하는 데 목적을 두었다. 2019년에 수행된 토양정밀조사는 추가로 오염개연성이 있을 것으로 추정되는 역사와 송유관시설을 대상으로 조사를 수행하였으며, 2020년의 추가오염조사는 정화설계를 위해 연구부지의 추가조사가 이루어졌다. 따라서 총 네 차례의 오염조사가 이루어졌으며, 오염조사범위는 20,000 m² 에서 약 70,000 m²까지 확장되었고, 수직적 오염분포조사 또한 상세화되어 수행되었다.

2.2. 부지개념모델 작성 및 개선 방법
부지개념모델의 기본적인 작성 방법은 조사정보 요약 – 경로 분석 – 체크리스트 작성 – 부지개념모델 구축의 순서로 수행된다(Bae et al., 2022). 조사 수행 이후 작성된 부지개념모델의 검토는 데이터갭 해석을 통해 수행된다. 이를 통해 부족한 부지조사 정보를 인지하고 이를 기반으로 후속 조사 계획 수립할 수 있다. 이후 수행된 후속 조사로 정보가 추가되는 경우 이를 반영한 부지개념모델의 개선이 수행될 수 있다. 개선되는 부지개념모델의 작성은 마찬가지로 기본 작성 절차를 따라 수행된다. 본 연구에서는 2012년 1차 정밀 조사 결과를 기반으로 1차 부지개념모델 구축하였다. 이후 2017, 2019, 2020년에 수행된 후속조사 결과들을 반영하여 해당 시점에 개선된 부지개념모델을 작성하였으며, 이를 통해 부지 관리를 위한 의사결정 과정을 복원하였다.

3.1. 조사자료 요약
2012년, 2017년, 2019년, 2020년에 수행된 오염부지 조사자료를 해석하여 부지개념모델 작성을 위한 요소정보를 추출하였다. 조사 연도에 해당하는 부지개념모델 구축을 위해서 조사별 자료 해석을 별도로 수행하였으며, 이를 통합하여 Supplementary Table 1에 제시하였다. Table 2
오염부지의 조사범위는 조사 차수가 증가함에 따라 넓어지며, 토양시료 채취 또한 구역을 나누어 수행하고, 수직적 오염도를 알기 위해 세분화하여 수행함을 확인할 수 있다. 따라서 부지특성은 점점 상세해지고, 지속적으로 보완되는 방향으로 개선되는 것을 확인할 수 있다. 오염원의 경우, 2012년의 오염조사에서는 오염원을 특정할 수 없었으나 2017년 조사에서 반지하저장시설 및 배관 등이 오염원임을 확인하였다. 오염물질 또한 조사 차수에 따라 변화하였는데, 2012년에는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, TPH까지 네 가지 항목이었으나 2017년에 토양오염우려기준을 넘는 에틸벤젠과 납이 검출되었다. 이러한 형태의 조사자료 관리는 과거 부지 이력, 현재 부지 현황 파악 및 향후 오염 변화 예측을 통해 오염부지 관리를 위한 통합적 데이터 관리에 유용하게 사용할 수 있다.

3.2. 주요 경로 분석
조사연차별 주요 경로는 ITRC의 ‘TPH Risk Evalua- tion at Petroleum-Contaminated Sites(ITRC, 2018)를 이용하여 확인하였다. 네 차례의 토양오염조사 결과에서 명확히 확인된 경로만을 체크하였고, 해당 조사 시점에 확인된 사항을 기반으로 갱신된 경로는 빨간색 사각형과 밑줄을 표기하여 구분하였다. 2012년의 경우, 오염조사 결과에서 오염우려기준을 초과한 오염이 불포화대 영역과 지하수에서 검출되었으므로, 불포화대 토양과 지하수 포화대를 체크하였다. 위 오염의 영향을 받는 잠재적 생태 수용체는 오염이 발견된 주변에 있을 것으로 간주하여 체크하였다. 2017년에는 오염원이 지하저장탱크와 송유관임이 확인된 점과 청취조사에서 강우가 발생할 때 소하천에서 기름을 목격한 사실을 토대로 자유상 NAPL이 지표수의 흐름에 의해 수평적 이동함을 확인하였다. 2019년에는 오염원에 선로 및 송유관시설만 추가되었으므로 2017년의 체크리스트는 변동이 없었다. 2020년은 유류의 취기가 심한 곳을 추가 시료 채취를 한 사실이 있으므로 이에 따라 인간 수용체 경로를 새로 고려할 필요성이 대두되었다. Table 1~3은 Profiles 중 체크리스트에 해당하는 자료가 확인된 항목만을 체크하여 주요 오염원, 경로, 수용체 요소 파악을 위해 사용하였다.

연차별 조사자료 요약(Profiles)과 주요 경로 분석을 토대로 작성한 부지개념모델 작성과 검토 및 개선 과정을 제시하였다. 부지개념모델을 구성하는 정보는 주요 경로 분석용 체크리스트에서 확인된 항목을 반영한 것이다. 미확인 항목은 해당 조사 단계에서의 데이터갭을 해석하는 데 직접적으로 활용할 수 있으며, 후속 조사를 통해 보완/개선될 수 있다. 부지개념모델은 목적과 형식에 따라 ‘오염원-경로-수용체 표 CSM(Table 4, 7, 10, 13),’ ‘위해성 평가용 흐름도 CSM(Fig. 1, 3, 5, 7),’ ‘오염거동 다이어그램 CSM(Fig. 2, 4, 6, 8),’ ‘서술식 CSM(Table 5, 8, 11, 14)’으로 구분하였다. 오염원-경로-수용체 표 CSM은 체크리스트에서 확인된 항목이 부지개념모델 구성 요소 중 어느 항목을 구성하고 있는지 명확하게 파악하는 데에 효율적이다. 위해성 평가용 흐름도 CSM은 수용체에 미치는 위해성을 평가하기 위해 이전에 수행되어야 하는 시나리오별 용량/반응 평가, 노출 평가용 오염 및 노출 정보를 순차적으로 반영하기에 유용한 형태의 부지개념모델이다. 오염거동 다이어그램 CSM은 오염이 지중환경 및 노출 환경을 따라 확산되는 과정을 파악하기에 적합한 부지개념모델이다. 오염 유출 지점으로부터 지중환경을 오염시킨 오염의 상태, 위치, 거동 기작을 육지의 대수층과 하천/바다의 단면도 상에 표현하였다. 가장 통합적이고 구체적인 정보까지 포함할 수 있는 서술식 CSM은 다른 종류의 CSM에서 표현하기 어려운 불확실성/민감도 분석까지 포함하여 의사결정을 지원할 수 있는 부지개념모델이다. 이와 같이 제시된 종류의 부지개념모델이 아니더라도 부지개념모델의 구성 요소를 모두 포함하고 있다면, 필요에 따라 목적을 효율적으로 표현할 수 있는 형식의 부지개념모델 종류를 채택할 수 있다.

4.1. 1차 정밀부지개념모델(2012)
오염 개연성이 확인된 이후 정밀한 조사가 처음 이루어진 시점에서, 조사 이전까지 부지에 대해서 알려진 정보를 모두 수집하고 조사를 새롭게 수행한 결과를 요약한 부지개념모델을 작성하였다. 오염원과 경로, 수용체 등이 미확인 상태인 항목이 다수 있으며, 이는 Table 4와 Fig. 1에서 확인할 수 있다. Fig. 2의 경우 토양 및 지하수 오염에서 발생할 수 있는 간단한 경로가 묘사되었으며, Table 5에서 이에 대한 가장 통합적인 요약이 글로 작성되었다.

4.2. 1차 부지개념모델의 데이터갭 해석 및 2차조사 시 보완사항
1차 부지개념모델 작성 후 가상적 데이터갭 해석 및 2차 조사 시 보완사항을 Table 6에 제시하였다. 실제 데이터갭 해석은 1차 조사 이후 수행되어 다음 차수 조사에 반영되는 것이 순서이나, 본 연구에서는 이미 수행된 2차 자료와의 대조를 통해 이루어졌다. 이전 조사 단계에서 부족한 조사정보를 Profile 별로 작성한 후, 이에 대해 2017년 부지개념모델 작성을 위해 조사에서 요구되는 개선 사항을 제시하였다(Dam et al., 2015).

4.3. 2차 정밀부지개념모델 작성(2017)
2017년의 부지개념모델에서는 오염원의 오염 유출 시설이 특정되었으며, 환경 조건의 시계열적 변동에 의한 지중 경로가 주요하게 추가되었다. 이에 따른 변경 항목을 Table 7에서 확인할 수 있으며, Fig. 3과 Fig. 4에서 경로 내 변화를 반영하고, Table 8에서는 통합적인 부지개념모델 개선 사항이 작성되었다. Table 7, 8의 주요 업데이트 사항은 밑줄로 표시하였다.

4.4. 2차 부지개념모델의 데이터갭 해석 및 3차조사 시 보완사항
2017년에는 부지 범위가 확대되고 보다 정밀해진 조사 결과가 이전 결과를 대체하여 부지개념모델에 반영되었다. Y역 철도시설과 관련한 오염이 심각할 것으로 추정되는 점을 고려하여 주요 개선 사항으로 Y역 부근 부지 조사정보를 설정함으로써, 데이터갭 해석을 통한 개선 사항 제안에 활용되었다(Table 9).

4.5. 3차 정밀부지개념모델 작성(2019)
Y역 근처 철도시설 부근 범위에 대한 오염조사가 추가로 이루어졌으며 조사결과는 Table 10, 11과 Fig. 5, 6과 같이 추가되었다.

4.6. 3차 정밀부지개념모델의 데이터갭 해석 및 4차조사 시 보완사항
지반특성을 파악을 위해 시추자료를 확인하였으나, 얕은 시추심도와 적은 시추 수로 인한 정보의 부족으로 심도별 층서특성 및 지반 추정에 어려움이 있었다. 또한 수용체 관련 정보의 부재로 위해성 평가 대상이 불분명한 점이 개선될 필요가 있었다. 이러한 데이터 갭 해석을 기반으로 한 개선 사항을 Table 12에 제시하였다.

4.7. 4차 정밀부지특성화 결과 기반의 최종 부지개념모델 작성
정화설계를 위해 수행한 가장 정밀한 수준의 조사에서 Table 3의 항목 중 불포화대에서의 증기침입 경로가 주요하게 추가되었다. 증기 오염에 의한 인체 위해성 평가 대상자가 확인되었으며, 이에 따른 오염 시나리오가 Table 13, 14와 Fig. 7, 8의 부지개념모델에 반영되었다.

지중환경의 오염은 인지, 조사, 의사결정, 복원 등의 관리과정에 오랜 시간이 소요되어, 장기간의 부지 관리가 요구된다. 이 과정에서 정밀부지특성화를 위해 보완, 반복되는 오염조사는 오염부지에 대한 정보를 지속적으로 갱신하며, 다수의 지점에서 다양한 시점에 다양한 항목에 대해 조사한 자료가 누적되게 되어, 오염부지의 이력과 현황은 파악하는데 어려움이 있을 수 있다. 정밀조사가 반복적으로 수행된 오염부지의 효율적인 부지 관리 전략 수립은 부지 조사자료 관리로부터 시작된다. 기존 정밀조사 보고서는 각 단계별 조사 목적에 따라 수행된 조사 결과가 기술되어 있으며 동일 부지 내에서 차후 수행될 조사에 대한 기반 자료로써 역할을 하기에 어려운 구성을 갖추고 있었다. 따라서 동일한 부지에서 수행된 조사임에도 불구하고 조사 시점에 따라 이전 조사자료의 활용성이 낮아질 수 있다.
부지개념모델은 부지내 오염의 원인과 경로 및 인체 및 생태에 미치는 영향에 관련된 환경적 조건 및 과정에 대한 표현방법으로서 오염부지에 대한 이해를 돕고, 의사결정을 지원하기 위한 도구로서 개발되었다. 부지개념모델 작성을 국내에 도입하여 정착시키기 위해서는 부지개념모델의 효용성을 평가하기위한 사례가 필요하기에, 본 연구에서는 4차에 걸쳐 토양 정밀 조사가 진행된 국내 Y부지를 대상으로 부지개념모델의 작성 및 개선 사례를 구축하였다. 다양한 형식의 부지개념모델 작성 및 개선된 사례는 부지개념모델의 작성이 국내에서도 오염부지의 이력 및 현황 파악과 보완조사 계획에 유용함을 보여주었다.
향후 국내에 부지개념모델 작성을 제도화 할 경우, 부지개념모델 작성을 위해 수행하는 부지정보의 요약(Profiles)이 조사결과의 정리에 특히 유용한 것으로 판단되며, 이때 사용하는 자료 분류체계는 지중환경관리를 위한 통합적 데이터 관리 체계에서 표준 자료 형식의 기초로 발전될 가능성이 높을 것으로 생각된다. 주제에 따라 다양한 형식으로 표현될 수 있는 부지개념모델의 표준적 형식이 제안될 경우 조사 보고서 작성의 통일성을 확보하고, 부지의 상태 변화를 식별하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 체계적이고 효율적인 부지관리를 위해서는 조사 데이터의 격차를 식별하는 “Data gap analysis”를 독립된 절차로 마련하는 것도 고려해볼만 하다.

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