1. 서 론

기후변화로 인해 극심한 물부족 사례가 반복되고(예: 2023 광주, 2025년 강릉), 용수 집약적 산업(예: 반도체) 이 확대됨에 따라 보조수원으로써 지하수자원의 전략적 활용 가치가 주목받고 있다. 지하수는 대수층의 저장 및 완충 능력, 강우-함양-유출 과정에서 발생하는 시간 지연 효과 등으로 인해 지표수에 비해 기후변화의 영향에 덜 민감하고, 원거리 관로를 통한 용수 공급이 필요하지 않은 분산형 수원으로 개발할 수 있다는 장점을 가진다. 물부족 대응을 위한 취수원 다변화의 일환으로 지하수를 활용하기 위해서는 지하수 개발유망지 도출 및 지속가능한 개발가능량 평가가 선행되어야 한다. 지하수의 산출성 및 부존 특성은 대수층의 투수율, 공극률, 균열 발달 등의 지질학적 특성과 밀접히 관련되어 있다. 이러한 특성을 체계적으로 구분·해석하기 위해 수문지질단위(hydrogeological unit)가 설정되며, 이는 지하수 산출량 예측과 개발 가능성 평가를 위한 기본 정보로 활용되고 있다. 수문지질단위는 고유한 수리적 특성에 의해 지하수의 저장 및 유동에 뚜렷한 영향을 미치는 토양 또는 암석 단위(unit) 또는 구역(zone)으로 정의되며(Government of Canada, 2026), 공간적 범위와 자료의 가용성에 따라 다양한 방식으로 평가된 후(예: Hydrogeological regions, hydrogeological contexts, aquifer system), 그 분포가 지도 형태로 제공된다. 예를 들면, 국가 단위(예: 캐나다, 독일)에서는 주로 지질과 지형을 기반으로 수리지질학적 지역(regions) 이 분류되었고, 캐나다 퀘벡 몽테레지 에스트(Montérégie Est) 대수층 시스템에서는 기존 자료(예: 관정 정보)와 현장 조사(예: 물리탐사)를 바탕으로 수리지질학적 맥락(contexts)이 기술되었다(Lefebvre et al., 2011). 또한, 캐나다 워털루 지역에서는 다양한 현장 조사 결과를 종합하여 대수층 시스템(aquifer system)이 규명되었다(Groundwater Information Network, 2021). 유사하게, 대수층 유형(aquifer types)이 국가 단위(예: 미국의 Ground Water Atlas of the United States) 또는 대륙 단위(예: 유럽연합 International Hydrogeological Map of Europe 1:1,500,000 (IHME1500))에서 분류된 후, 지역 규모에서 보다 상세하게 기술된 바 있다(예: 1:500,000 이탈리아 수문지질도, La Vigna et al., 2026). 우리나라에서도 지하수 부존 특성을 지질별로 파악하기 위하여 수문지질단위를 설정하고 있으며, 시기별로 다른 기준으로 분류되었다(MOE and K-water, 2025). 전국 규모의 수문지질단위 분류는「지하수자원기본조사(K-water, 1993)」에서 처음으로 보고되었는데, 지질시대, 암석 종류, 암상, 지형, 공극 형태, 수리지질 특성(투수계수, 투수량계수, 저류계수, 지하수 산출량 등)을 기준으로 8개의 수문지질단위(변성암, 석회암, 고기퇴적암, 관입화성암, 비다공 질화산암, 신기퇴적암, 다공질화산암, 미고결퇴적암)로 분류하였다. 「2007년 지하수관리 기본계획(Ministry Of Construction & Transportation, 2007)」에서는 화성암, 퇴적암, 변성암을 더욱 세분하여 14개 수문지질단위를 설정하였으나,「지하수관리기본계획 수정계획(MOLIT, 2017)」에서 다시 8개 수문지질단위로 환원되었다. 그 이유는 14개 단위의 수리지질 특성을 파악하기 위해 이용된 자료의 개수가 수문지질단위들 간의 차별성이 관찰될 정도로 충분히 많이 확보되지 않았기 때문이었고, 14개 단위별로 지하수 부존 특성이 별반 차이가 없는 결과가 나왔기 때문이었다. 한편, 2023년도에 발간된 「제4차 지하수관리기본계획(MOE, 2023)」에서는 수문지질단위를 8개로 유지하되, 관입화성암과 변성암 단위는 수리지질 특성에 따라 각각 2개의 아단위로 세분하여 제시하고 있다. 그러나 「제4차 지하수관리기본계획」에서 제공한 수문지질단위는 전국 규모로 1:100만 스케일로 제작되었으며, 분포도가 이미지 형태로 제공되고 있어 AI 기반 분석 등 다양한 활용을 위해서는 디지털화(SHP, GeoTIFF 등)가 필요한 상태이다. 이외에도 수문지질단위별 지하수 부존 특성에 대한 정량적 비교·분석이 충분히 이루어지지 않았는 데, 이는 국내뿐만 아니라 많은 국가에서 공통으로 나타나는 한계이다. 예를 들면, 독일 연방지질자원연구소(Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe; BGR)는 IHME1500 제작 과정에서 수리지질특성(예: 비양수량, 양수량, 투수량계수, 지하수 함양량)을 지도에 반영하고자 하였으나, 자료의 이질성이 커 이를 일관된 형태로 지도에 도시하기 어렵다는 사실을 확인하였다(BGR, 2026). 현재 BGR은 지역별로 중요한 수리지질학적 특성을 선택적으로 기술하고 있다.

본 연구는 한국지질자원연구원에서 2021년 금강권역을 시작으로 2025년 한강권역까지 4대강권역의 지하수정보 지도를 발간하면서 재작성한 수문지질단위 분포도(Fig. 1)를 디지털 지도로 구축하기 앞서, 동일한 기간에 수집된 지하수 관정 정보를 이용하여(Fig. 2) 수문지질단위별 수리(비양수량(SC), 투수량계수(T)) 및 수리지화학적(HCO₃⁻, F⁻) 특성을 정량적으로 비교하고, 수문지질단위별 차이의 통계적 유의성을 확인하고자 하였다. 비양수량과 투수량계수는 관정의 수리시험을 통해 획득되는 대표적인 대수층의 수리특성으로, 수문지질단위와 연관이 있을 것으로 판단되나, 이 연관성에 대한 정량적·통계적 검증은 부족한 편이다. 아울러 HCO₃⁻는 풍화 및 용해 반응의 산물로, 모암-지하수 반응의 누적 시간과 광물조성을 반영하고(Hem, 1985; Drever, 1997), F⁻는 화강암류 및 편마암류 분포 영역에서 형석(fluorite) 풍화 또는 양이온 교환환경과 관련되어 있으므로(Edmunds & Smedley, 2013), 이들의 수문지질단위별 분포 특성은 지하수의 함양-저장-배출 능력을 추정하는 데 간접적으로 활용될 수 있다(Glynn and Plummer, 2005).

Fig. 1.

Hydrogeological units in South Korea.

Fig. 2.

Locations of wells for (a) hydraulic (n = 11,138) and (b) hydrochemical characterizations (n = 25,037) across hydrogeological units in alluvial and bedrock aquifers.

본 연구에서 제시하는 수문지질단위별 수리 및 수리지 화학적 특성의 통계 분석 결과는 전국 규모의 수문지질단위 분포도(Fig. 1)를 활용하는 데 있어, 정량적 기준을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 디지털화된 수문지질 단위 분포도와 결합하여 향후 AI 기반의 지하수 부존 특성 및 산출성 분석에 활용될 수 있으며, 나아가 유역 규모의 상세 수문지질도 작성과 해석을 위한 기초 자료로도 활용될 수 있다. 이외에도, 정량적 특성 정보가 부족한 기존 수문지질단위 분포도의 활용성을 제고하고 해석의 객관성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.

2. 연구방법

2.1. 수문지질단위의 분류

수문지질단위 설정을 위해 1:50,000, 1:250,000 수치지질도에 도시된 암층 단위들의 지질시대, 암상, 산상 등을 기본으로 활용하고, 「1:1,000,000 한국지질도(KIGAM, 2019)」를 참조하여 지질시대를 보정하였다. 2023년도에 발간된 「제4차 지하수관리기본계획(MOE, 2023)」에 따라, 수문지질단위를 8개로 유지하되, 관입화성암과 변성암은 관입 연령, 산출 규모, 지형 특성, 풍화의 정도, 1차 퇴적 구조의 존재 여부, 변성암의 기원암 및 성인, 우세 암종 등을 기준으로 각각 3개씩의 아단위로 세분류하였으며, 쇄설성퇴적암은 지질시대별 아분류를 하지 않고 모두 쇄설성퇴적암으로 단일화하여, 총 12개의 수문지질단위로 분류하였다(Table 1).

Table 1.

Areal percentage (%) of 12 hydrogeological units in each basin

「제4차 지하수관리기본계획」에서 제공한 수문지질단 위와 비교할 때, 본 연구가 제시하는 수문지질단위는 4대 강권역별로 1:25만(금강 및 영산강-섬진강권역) 및 1:35만(낙동강 및 한강권역) 스케일로 보다 정밀하게 작성된 후 통합되었으며, 화성암과 변성암이 좀 더 세분화되었다(Fig. 1). 향후 신규 지질 및 대수층 정보 확보에 따라, Fig. 1의 구분은 지속적으로 고도화될 예정이다.

2.2. 지하수 관정 자료의 수집

한국지질자원연구원의 ’20–’24 기본사업인「기후변화대응 대용량지하수 확보 및 최적활용 기술개발」수행 과정에서 구축된 지하수 관정 자료를 이용하여(Fig. 2) 수문지질단 위별 수리 및 수리지화학적 특성을 분석하였다. 이들 자료는 4대강권역 지하수정보지도 작성 과정에서 수집·검토된 것으로, 지하수 기초조사 보고서, 수맥조사 보고서, 지하수영 향조사 보고서, 가뭄대비 나눔지하수 보고서, 농어촌공사 및 지자체 보유 자료 등을 포함한다(KIGAM, 2021, 2023, 2024, 2025). 수집된 자료에는 관정 위치, 관정 제원, 대수층 구분(충적/암반), 양수시험 결과, 수리상수, 현장수질 및 주요 용존성분 분석 결과가 포함되어 있다.

특성 분석 전, 위치 좌표, 대수층 구분, 수리상수 산정 방법 및 수질분석 결과의 신뢰성을 검토하였다. 관정 위치는 Bessel 1841, GRS80, WGS84 등 서로 다른 좌 표체계가 혼용된 문제를 보완하기 위해 주소, 좌표, 위성 영상, 지도자료 및 현장 확인 결과를 이용하여 검증·보정하였다. 대수층 구분은 보고서에 제시된 충적 또는 암반 구분을 우선 적용하였으며, 대수층 구분이 없는 경우에는 보고된 국내 충적관측정의 평균 심도(Lee et al., 2017)를 고려하여, 관정 심도 30 m 이내는 충적관정, 30 m 초과는 암반관정으로 구분하였다. 여기서 충적관정은 수문지질단위 상부에 분포하는 다공성 매질이 주 대수층인 관정으로, 기저에 있는 수문지질단위와 직접적인 관계가 없을 수도있다.

2.2.1. 수리상수 자료

수리상수 자료는 지하수 기초조사 보고서 등에 수록된 양수시험 결과를 중심으로 수집하였다. 수리상수는 조사 기관 및 조사시기 별로 Theis법, Cooper-Jacob법, Hantush-Jacob법 등 다양한 해석 방법으로 산정되며, 특히 비양수량은 양수시간, 양수량 유지 여부, 최종 수위강하량 적용 방식에 따라 값이 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 보고서에서 가져온 수리상수 자료 간 비교의 신뢰도를 높이기 위해 양수일보 또는 해석 그래프를 확보하여 Cooper-Jacob법(Cooper and Jacob, 1946)을 기준으로 투수량계수와 비양수량을 재산출하였다. 투수량계수는 양수량과 1 log cycle에서의 수위강하량을 이용하여 산정하였고, 비양수량은 양수 후 1일, 즉 1,440분 기준 수위강하량을 이용하여 산정하였다(Moon et al., 2024).

2.2.2. 수질인자 자료

4대강권역에서 수집된 수질 자료를 대상으로, 대수층별(충적, 암반) 12개 수문지질단위에 따른 HCO₃⁻ 및 F⁻ 분포를 비교하고자 하였다. HCO₃⁻와 F⁻ 는 물–암석 반응을 통해 형성되어 대수층의 지화학적 특성을 반영하는 대표적 지시자이다(Hem, 1985; Edmunds & Smedley, 2013). F⁻는 형석·인회석 등 F 함유 광물의 용해를 통해 모암의 광물 조성을, HCO₃⁻는 탄산염·규산염 광물의 풍화를 반영하므로, 두 인자를 함께 활용하면 수문지질단위별 수리지화학적 진화 특성을 파악할 수 있을 것으로 기대된다(Appelo and Postma, 2005). 지하수 수질 원본 자료(n = 25,037)는 지하수 기초조사 보고서에 보고된 용존이온농도를 대상으로 구축되었으며, 동일 관정에서 2회 이상 수질조사가 수행 된 경우에는 계절적 변동의 영향을 줄이기 위해 갈수기 자료를 사용하였다. 8개 주요이온(Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃⁻, Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻)이 모두 분석된 시료 중 전하 균형 오차(charge balance error, CBE)의 절대값(|CBE|)이 20% 이하인 시료만 채택한 결과, 총 21,757의 시료가 유지되었다. 이 가운데 NO₃⁻ 농도가 WHO 음용수가이드라인(44.3 mg L⁻¹)을 초과하는 시료는 농업·축산·생활폐수 등에 의한 인위적 오염을 명백히 받은 시료로 판단하여 분석에서 제외하였다. 이 단계에서 HCO₃⁻ pool에서 2,753건, F⁻ pool에서 1,643건이 제거되었다(Fig. 3). 일부 지자체의 경우(예: 한강권역의 고성, 인제, 홍천, 화천, 철원), 지하수 기초조사 미수행, CBE 검증 미통과, 대수층 구분 정보의 부재 등의 이유로 자료 수집이 이루어지지 못하였다(Fig. 2b).

Fig. 3.

Sample-curation flowchart for the statistical analysis of HCO₃⁻ and F^- across hydrogeological units.

F⁻가 분석되지 않은 자료(n = 7,188)가 영산강-섬진강권역(영-섬권역) 및 한강권역을 중심으로 다수 존재하였다(한강 n = 2,563; 영-섬 n = 2,448; 금강 n = 1,513; 낙동 n = 664). 또한 일부 시료(n = 4,284)에서는 F⁻ 농도가 검출한계(DL) 미만으로 보고되었는데, 이 경우 환경부 수질오염 공정시험기준 ES 04351.3a 이온크로마토그래피분석법에 보고된 검출한계(0.05 mg L⁻¹) 및 left-censored 환경 자료의 표준처리법(Helsel, 2012)에 따라 DL/2인 0.025 mg L⁻¹로 일괄 치환하였다. DL 미만 자료는 낙동(n = 2,773) 및 한강(n = 1,136) 권역에 집중되었고, 영-섬(n = 276) 및 금강(n = 99) 권역에서는 적게 보고되었다. 이 가운데 F⁻ 농도가 0인 자료는 권역별로 매우 불균일하게 분포하였는 데(낙동 n = 2,748; 한강 n = 832; 영-섬 n= 3; 금강 n= 0), 본 연구에서는 이들 시료가 DL 미만 측정치를 0으로 기재한 것으로 보고, 위와 동일하게 DL/2로 치환하였다. 다만 권역별 보고 관행 차이로 일부 F=0 시료가 실제로는 측정 미수행 또는 미보고 사례일 가능성을 배제하기 어려워, 권역별 F⁻ 평균의 직접 비교에는 신뢰 한계가 있을 것으로 판단된다. 이외에도 F⁻는 검출한계 미만 자료의 비율이 높아 DL/2 일괄 치환이 저농도 구간의 분포를 다소 왜곡할 수 있으며, 이는 로그변환 분포에 기반한 그룹 비교에 영향을 줄 수 있다. 보다 엄밀한 처리를 위해서는 ROS(regression on order statistics), MLE(maximum likelihood estimation)등 검출한계 미만 자료의 추정 기법이 권장되나, 본 연구는 단위 간 상대적 차이 비교에 초점을 두어 위와 같이 처리하였다.

2.3. 통계분석

편의상 12개의 수문지질단위는 결과 도식 시, 알파벳 코드(code)를 이용하여 표기하였다(Table 1). 우선 각 수문지질단위별 평균(mean)과 표준편차(STD)를 중앙값(median)과 함께 제시하여 수문지질단위별 수리 및 수리 지화학 특성을 비교하였다. 이때, 각 수문지질단위별 자료의 개수(n)도 함께 제시하여 제한된 자료 개수로 인한 통계 분석의 한계점도 제시하였다. 특히 다공질화산암(b)과 반고결 쇄설성 퇴적암(c)은 국내에서 차지하는 면적 비율이 적고, 수집된 관정의 수도 매우 적은 편이어서 상세 분석에서는 제외하였다.

수리지질분야에서 대수층의 수리 및 저장 특성을 표현하는 매개변수인 투수량계수, 수리전도도, 저류계수 등은 10의 거듭제곱을 이용하여 표현되며, 많은 경우에 분포곡선이 양의 왜도(positive skewness) 형태를 갖게 된다. 유사하게 지하수의 수리지화학 인자들도 양의 왜도를 보이는 경우가 많은데(Hem, 1985; Helsel, 2012), 이 값들에 상용로그를 취해 주면 자료의 분포가 정규화되어 통계 분석 및 그 의미를 해석하는 데 도움이 된다. 따라서 암반공과 충적공 각각에 대하여 비양수량, 투수량계수, HCO₃⁻와 F⁻ 농도 자료를 상용로그로 변환한 후 바이올린 플롯(Hintze & Nelson, 1998)을 이용하여 수문지질단위별 분포 특성과 그룹 간 차이를 시각적으로 비교하였다. 바이올린 플롯은 커널 밀도 추정(kernel density estimation; KDE)을 기반으로 데이터의 분포 형태를 시각화하여, 분포의 비 대칭성 및 다봉성(multimodality)까지 동시에 확인할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 단순한 평균 비교를 넘어 각 집단 내 데이터의 밀도와 변동성을 종합적으로 파악하고, 변수 간 패턴 및 이상치 존재 여부를 보다 정밀하게 분석할 수 있다.

이외에도 상용로그를 취한 자료를 이용하여 아래 같은 통계 분석을 수행하였다.

2.3.1. 다집단 분포 비교

일원분산분석(one-way ANOVA, Fisher, 1925), Kruskal-Wallis (Kruskal and Wallis, 1952) 등의 통계적 접근을 병행하여, 전국 규모에서 비양수량, 투수량계수, HCO₃⁻, F⁻ 자료의 수문지질단위에 따른 차이 및 유사성을 정량적으로 평가하고자 하였다. 먼저 수문지질단위에 따른 평균 차이를 검정하기 위하여 일원분산분석을 실시하였다. 이는 집단 간 분산과 집단 내 분산의 비율을 나타내는 F-value에 기반한다. F-value가 1보다 크면 집단 간 분산이 집단 내 분산보다 커 집단 간 차이가 있음을 의미한다.

로그 변환 후에도 정규성 가정을 충족하지 않을 가능성을 고려하여, 비모수 검정인 Kruskal-Wallis 검정을 통해 수문지질단위 간 분포(중앙 경향)의 차이를 추가적으로 평가하였다. Kruskal-Wallis 검정은 순위 데이터를 이용한 비모수적 일원분산분석으로, 전체 표본에 순위를 부여한 후 각 그룹(예: 수문지질단위)의 순위합을 이용하여 검정 통계량 H-value을 계산하고, 이를 통해 모든 그룹의 분포가 동일하다는 귀무가설을 검정한다.

여기서 N은 전체 표본수, k는 그룹 수, R_i는 i번째 그룹의 순위합, n_i는 i번째 그룹의 표본수를 의미하며, H-value는 표본 크기가 적당히 클 때(n_i≥ 5) 자유도가 k-1의 카이 제곱 분포를 따르게 된다. 그리고 H-value가 유의수준(0.05)에 해당하는 카이제곱 임계값보다 크면(p-value < 0.05), 귀무가설을 기각한다.

2.3.2. . Tukey-Kramer 사후검정

수문지질단위별 평균 차이의 유의성을 확인한 후, 구체적으로 어느 수문지질단위 간에 차이가 있는지를 규명하기 위하여 Tukey-Kramer 방법을 사용한 사후 분석을 수행하였다. ANOVA 기반의 Tukey-Kramer 검정은 단일 절차를 통해 모든 그룹 간 쌍별 평균 비교(pairwise comparison)를 수행하면서, 유의한 차이를 보이는 그룹 쌍을 식별하는 방법이다. 이때 각 그룹 쌍 간 차이는 다음과 같이 정의되는 q-통계량을 통해 평가된다(Tukey, 1949; Kramer, 1956).

여기서 MSE는 ANOVA에서의 오차제곱평균(Mean Square Error), n_i와 n_j는 두 그룹의 표본 크기 Y_i– Y_j는 두 그룹(i와 j) 간 평균값의 차이를 의미한다.

Tukey-Kramer 사후검정 결과는 Compact Letter Display (CLD)로 요약하였는데, 동일한 문자를 공유하는 그룹들은 평균 간 차이가 통계적으로 유의하지 않음(p-value ≥ 0.05)을 의미한다. 이외에도 Tukey-Kramer 다중비교 결과의 시각화는 그룹 간 유의한 차이의 패턴을 보다 직관적으로 제시함으로써 결과 해석에 도움을 준다. 예를 들면, 그룹별 평균과 신뢰구간을 함께 도시할 경우, 그룹 간 변동성과 평균 차이의 크기를 시각적으로 비교하며 그룹 간 차이의 통계적 유의성을 보다 효과적으로 파악할 수 있다.

3. 수문지질단위 분포 특성

남한 전체 면적 96,457 km² 중 쥐라기 관입화성암(e-2)이 20,464 km²로 가장 넓게 분포하며, 전체의 21%를 차지한다(Table 1). 그다음으로 편암 및 준편마암(h-2)이 16,885 km²로 전체의 18%, 쇄설성퇴적암(f)이 14,300 km²로 15%를 차지한다. 비다공질화산암(d)과 정편마암(h-3)은 각각 10,125km²와 9,598 km²로 전체의 10%를 차지하며, 미고결쇄설성퇴적층(a)은 8,783 km 로 9%를 차지한다. 백악기-고신기 관입화성암(e-1)은 5,911 km²로 6%, 변성퇴적암류(h-1)와 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3)은 각각 3,556km²와 3,397 km²로 4%를 차지한다. 탄산염암(g)은 2,791 km²로 3%의 분포 면적을 보인다. 반면, 반고결쇄설성퇴적암(c)과 다공질화산암(b)은 각각 336 km²와 309 km²로 전체 면적에서 차지하는 비율이 1% 미만으로 매우 좁은 면적에 분포하였다.

권역별 수문지질단위 분포 특성을 살펴보면 아래와 같다. 본 연구의 목적은 수문지질단위별 수리 및 수리지 화학적 특성을 통계적으로 구분하는 데 있으므로, 각 수문지질단위의 분포를 결정하는 지질학적 기원과 형성 과정에 대한 상세한 논의는 제외하였다.

3.1. 금강권역

금강권역은 쥐라기 관입암(e-2)와 편암류(h-2)가 우세한 전형적인 변성–화성 복합 지질대를 보인다. 구체적으로 살펴보면, 금강권역 전체 면적 16,959 km² 중 쥐라기 관입화성암(e-2)이 4,989 km²로 가장 넓게 분포하며, 전체의 29%를 차지한다(Table 1). 그다음으로 편암 및 준편마암(h-2)이 3,633 km²로 21%, 미고결쇄설성퇴적층(a)이 2,374 km² 로 14%를 차지한다. 변성퇴적암류(h-1)와 정편마암(h-3)은 각각 1,484 km²와 1,483 km²로 권역 전체의 9%씩을 차지한다. 쇄설성퇴적암(f)은 1,037 km²로 6%를 차지하며, 비다공질화산암(d)과 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3) 은 각각 730 km²와 605 km²로 4%를 차지한다. 백악기-고신기 관입화성암(e-1)은 497 km²로 3%, 탄산염암(g)은 127 km²로 1%를 차지한다. 반면, 다공질화산암(b)은 분포하지 않으며, 반고결쇄설성퇴적암(c)의 면적도 0 km²로 산정되어 실질적으로 매우 제한적인 분포를 보인다.

3.2. 낙동강권역

낙동강권역은 퇴적암 우세 지역의 특성을 나타낸다. 구체적으로 살펴보면, 낙동강권역 전체 면적 31,367 km² 중 쇄설성퇴적암(f)이 10,650 km²로 가장 넓게 분포하며, 전체의 34%를 차지한다(Table 1). 그다음으로 비다공질화산암(d)이 4,378 km²로 14%, 쥐라기 관입화성암(e-2)이 3,750 km²로 12%, 백악기-고신기 관입화성암(e-1)이 3,582 km²로 11%를 차지한다. 정편마암(h-3), 미고결쇄설성퇴적층(a)은 각각 2,158 km², 2,078 km²로 권역 전체의 약 7% 씩을 차지한다. 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3), 편암 및 준편마암(h-2)은 각각 2,052 km², 1,917 km²로 6%를 차지한다. 반고결쇄설성퇴적암(c), 탄산염암(g), 다공질화산암(b)은 각각 321 km², 271 km², 188 km²로 1% 내외의 제한적인 분포를 보이며, 변성퇴적암류(h-1)는 20 km²로 매우 미미하다.

3.3. 영산강-섬진강권역

영산강–섬진강권역은 화산암 기반 지질 특성이 두드러진다. 구체적으로 살펴보면, 영산강-섬진강권역 전체 면적 15,608 km² 중 비다공질화산암(d)이 4,671 km²로 가장 넓게 분포하며, 전체의 30%를 차지한다(Table 1). 그다음으로 정편마암(h-3)이 3,345 km²로 21%, 쥐라기 관입화성암(e-2) 이 3,089 km²로 20%를 차지한다. 미고결쇄설성퇴적층(a)은 1,663 km²로 11%를 차지하며, 쇄설성퇴적암(f)은 891 km²로 6%, 편암 및 준편마암(h-2)은 743 km²로 5%를 차지한다. 백악기-고신기 관입화성암(e-1)은 610 km²로 4%, 변성퇴적암류(h-1)는 400 km²로 2%, 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3)은 191 km²로 1%를 차지한다. 탄산염암(g)은 5 km²로 전체 면적에서 차지하는 비율이 매우 낮으며, 다공질화산암(b)과 반고결쇄설성퇴적암(c)은 분포하지 않는 것으로 나타났다.

3.4. 한강권역

한강권역은 변성암 우세 지역으로 나타난다. 구체적으로 살펴보면, 한강권역 권역 전체 면적 32,521 km² 중 편암 및 준편마암(h-2)이 10,592 km²로 가장 넓게 분포하며, 전체의 33%를 차지한다(Table 1). 그다음으로 쥐라기 관입화성암(e-2)이 8,636 km²로 27%를 차지한다. 미고결쇄설성퇴적층(a)과 정편마암(h-3)은 각각 2,668 km²와 2,611 km²로 권역 전체의 8%씩을 차지한다. 탄산염암(g)은 2,388 km²로 7%를 차지하며, 쇄설성퇴적암(f)과 변성퇴적 암류(h-1)는 각각 1,722 km²와 1,652 km²로 5%씩을 차지한다. 백악기-고신기 관입화성암(e-1)은 1,222 km²로 4%, 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3)은 549 km²로 2%를 차지한다. 비다공질화산암(d)은 346 km²로 1%에 불과하며, 다공질화산암(b)과 반고결쇄설성퇴적암(c)은 각각 121 km²와 15 km²로 매우 제한적으로 분포한다.

4. 수문지질단위별 수리상수 분포 특성

4대강권역별 지하수정보지도를 발간하는 과정에서 수문지질단위별 지하수 특성을 평가하는데 필요한 충분한 양의 지하수 관정 정보(암반 n = 8,375, 충적 n = 2,763)가 수집 된 것으로 판단되어(Fig. 2), 암반과 충적 각각에 대하여 12개 수문지질단위별 비양수량과 투수량계수의 기초통계를 정리하고(Table 2, 3, 4), 권역별 및 수문지질단위별 비양수량과 투수량계수의 분포를 도시하였다(Fig. 4와 Fig. 5). 금강권역에 대해서는 수문지질단위별 수리상수특성이 Moon et al. (2024)에 의해 상세 분석된 바 있다.

Table 2.

Statistical summary of specific capacity and transmissivity in 4 major river basins in South Korea

Table 3.

Statistical summary of specific capacity and transmissivity in bedrock aquifers

^*CLD letters denote statistically significant differences between hydrogeological units based on the Tukey-Kramer post-hoc test (p < 0.05). subscript SC indicates specific capacity, and subscript T indicates transmissivity

Table 4.

Statistical summary of specific capacity and transmissivity in alluvial aquifers

^*CLD letters denote statistically significant differences between hydrogeological units based on the Tukey-Kramer post-hoc test (p < 0.05). subscript SC indicates specific capacity, and subscript T indicates transmissivity

Fig. 4.

Violin plots of specific capacity (a–e) and transmissivity (f–j) comparing alluvial and bedrock aquifers nationwide (a, f) and within each major river basin (b, g: Geum; c, h: Nakdong; d, i: Yeongsan-Seomjin(Y-S); e, j: Han). *** indicates Mann-Whitney U p < 0.001. Red bars = medians; two black bars = maximum and minimum values.

Fig. 5.

Violin plots of specific capacity (a and b) and transmissivity (c and d) across 12 hydrogeological units in alluvial (left) and bedrock (right) aquifers. Red bars indicate unit medians, and black dots indicate individual values on each unit.

4.1. 기초통계분석

전국 및 4대강권역별 모두에서 비양수량과 투수량계수는 암반관정보다 충적관정에서 전반적으로 높은 평균값과 상향 이동된 분포 양상을 보였다(Table 2, Fig. 4). 또한 암반관정의 수리상수 분포는 충적관정에 비해 작은 표준편차(STD)를 보였으며, 두 집단 간 차이는 Mann-Whitney U 검정(Mann and Whitney, 1947) 결과에서 통계적으로 유의한 것으로 확인되었다(p < 0.001, Fig. 4). 이는 충적 관정의 수리상수가 복합적인 지질·환경 요인(예: 충적층의 입도 다양성, 국지적 하상퇴적 환경, 인위적 영향 등)의 영향으로 보다 넓은 범위의 값을 가지는 것을 의미한다.

4.1.1. 암반대수층

남한 전반에 걸쳐 암반관정의 수리상수는 동일 권역 또는 동일 수문지질단위에서 충적관정의 수리상수보다 낮은 평균값과 표준편차를 보였다. 권역별 암반관정의 수리상 수를 비교한 결과, 산술평균값(이하 평균값)이 가장 높게 산정된 권역은 금강권역으로, 비양수량은 13.38 m³/day/m(중앙값 5.03 m³/day/m), 투수량계수는 13.0 m²/day(중앙값 4.12 m²/day)로 나타나, 전국 규모의 비양수량(12.66 m³/day/m)과 투수량계수(10.48 m²/day)를 상회하는 유일한 권역이었다. 또한 금강권역 비양수량과 투수량계수의 표준편차는 각각 38.72 m³/day/m과 36.12 m²/day로, 전국 규모(38.27 m³/day/m과 34.78 m²/day)와 가장 유사하게 산정되었으며(Table 2), 이러한 분포 특성은 Fig. 4의 바이올린 플롯에서도 일관되게 관찰된다. 이러한 유사성은 금강권역 내 우세 수문지질단위 구성(쥐라기 관입화성암(e-2, 29%)과 편암 및 준편마암(h-2, 21%))이 전국 단위의 구성(21%와 18%)과 유사한 데에서 기인하는 것으로 판단된다.

금강권역 내 암반관정의 수문지질단위별 분석 결과, 비양수량의 평균값이 가장 높게 산정된 단위는 h-1(변성 퇴적암류)로 28.29 m³/day/m(n = 218, STD = 99.96 m³/day/m)이었으며, 다음으로는 g(탄산염암)로 18.38 m³/day/m(n = 34, STD = 59.41 m³/day/m)로 산정되었다. 반면 가장 낮은 평균값을 보인 수문지질단위는 d(비다공질화산암)로 5.78 m³/day/m(n = 23, STD = 10.17 m³/day/m), 그다음으로 e-1(백악기-고신기 관입화성암)로 7.44 m³/day/m(n = 43, STD = 9.19 m³/day/m)으로 나타났다(Table S1). 투수량계수의 경우 h-1(n = 213)과 f(쇄설성퇴적암, n = 153)에서 평균값이 각각 26.47 m²/day(STD = 84.70 m²/day)와 16.10 m²/day(STD = 61.74 m²/day)로 높게 산정되었고, 비양수량과 마찬가지로 d(n = 19)와 e-1(n = 40)에서 각각 평균값 5.46 m²/day(STD = 11.74 m²/day)와 6.16 m²/day(STD= 8.79 m²/day)로 낮게 산정되었다(Table S1).

낙동강권역 내 암반관정의 비양수량과 투수량계수의 평균값은 12.20 m³/day/m와 8.36 m²/day로 전국 규모보다 낮았고, 표준편차 역시 34.10 m³/day/m과 29.06 m²/day로 전국 규모보다 작게 산정되어 분포 범위가 상대적으로 좁은 것으로 확인된다. 낙동강권역에서 비양수량 평균값이 가장 높게 산정된 수문지질단위는 h-3(정편마암, n = 111)과 h-2(편암 및 준편마암, n = 75)로, 각각 21.24 m³/day/m(STD=71.59 m³/day/m)와 16.22 m³/day/m(STD = 30.87 m³/day/m)이 었다. 투수량계수가 가장 높게 산정된 수문지질단위는 h-3(n = 111)과 g(탄산염암, n = 26)으로, 평균값은 각각 14.50 m²/day(STD = 57.00 m²/day)와 10.52 m²/day(STD = 12.30 m²/day)로 산정되었다(Table S1). 반면 비양수량값과 투수량계수가 모두 가장 낮게 산정된 단위는 c(반고결쇄설성퇴적암, n = 36)로, 비양수량 평균값은 5.08 m³/day/m(STD = 5.16 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 3.20 m²/day(STD = 4.44 m²/day)로 나타났다(Table S1).

영산강-섬진강(영-섬)권역 암반대수층의 비양수량과 투수량계수 평균값은 각각 11.25 m³/day/m(STD = 25.17 m³/day/m)와 8.49 m²/day(STD = 25.05 m²/day)로, 전국 규모보다 낮은 값을 보였다(Table 2). 영-섬권역에서 비양수량 값과 투수량계수의 평균값이 가장 높게 산정된 수문지질 단위는 h-1(변성퇴적암류, n= 28)로, 비양수량 평균값은 34.99 m³/day/m(STD = 85.10 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 25.04 m²/day(STD = 58.72 m²/day)였으며, 이는 두 번째로 높게 산정된 e-2(쥐라기 관입화성암, n = 239, 비양수량 평균값 = 14.57 m³/day/m, STD = 30.80 m³/day/m, 투수량계수 평균값 = 12.25 m²/day, STD = 40.17 m²/day)에 비해 약 2배 높은 수준이다(Table S1). 반면 가장 낮은 비양수량과 투수량계수의 평균값을 보인 단위는 e-1(백악기-고신기 관입화성암, n = 36)로, 비양수량 평균값은 6.38 m³/day/m(STD = 7.31 m³/day/m), 투수량계수의 평균값은 4.54 m²/day(STD = 5.64 m²/day)로 산정되어 h-1과 비교시 큰 차이를 보였다(Table S1).

한강권역 내 암반대수층의 비양수량과 투수량계수 평균값은 각각 12.63 m³/day/m(STD = 46.34 m³/day/m)와 9.96 m²/day(STD = 41.64 m²/day)로 전국 규모의 평균값과 가장 유사하나, 표준편차는 전국 규모에 비해 더 크게 산정되었다(Table 2). 한강권역 내 비양수량과 투수량계수가 가장 높게 산정된 두 단위는 g(탄산염암, n = 210)와 c(반고결 쇄설성퇴적암, n = 13)이다. 탄산염암(g) 내 비양수량 평균값은 23.71 m³/day/m(STD = 65.07 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 21.63 m²/day(STD = 82.59 m²/day)였으며, 반고 결쇄설성퇴적암(c) 내 비양수량 평균값은 22.30 m³/day/m(STD = 33.50 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 16.83 m²/day(STD = 30.44 m²/day)였다(Table S1). 한강권역에서 가장 낮은 평균값을 보인 단위는 d(비다공질화산암, n = 5)으로, 비양수량값의 평균값은 2.36 m³/day/m(STD = 1.52 m³/day/m), 투수량계수의 평균값은 1.59 m²/day(STD = 1.01 m²/day)이었으나, 통계에 사용된 관정 수가 5개에 불과하여 편향 가능성이 있다. 그 외 낮은 값을 보인 수문지질단위는 h-3(정편마암, n = 86)로, 비양수량 평균값은 4.64 m³/day/m(STD = 6.13 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 2.99 m²/day(STD = 3.77 m²/day)로 산정되었다(Table S1). 동일한 수문지질단위라 하더라도(예: h-3, e-2, f, g), 권역에 따라 수리상수 분포가 매우 상이한 통계치를 보였는데(Table S1), 이는 수문지질단위의 수리적 특성이 지역적 요인의 영향도 받음을 시사한다. h-3(정편마암)의 비양수량 분포는 낙동강권역에서 높고(평균 21.24 m³/day/m), 한강권역에서 낮았으며(평균 4.64 m³/day/m), e-2(쥐라기 관입화성암)는 금강권역(11.60 m³/day/m)과 영-섬권역(14.57 m³/day/m)에서 높게, 낙동강(8.25 m³/day/m) 및 한강권역(8.81 m³/day/m)에서 낮게 나타났다. f(쇄설성퇴적암)의 투수량계수는 금강권역(16.10 m²/day)에서 높게, 영-섬권역(5.25 m²/day)에서 낮게 나타났으며, g(탄산염암)는 한강권역(21.63 m²/day)에서 금강(10.66 m²/day) 및 낙동강권역(10.52 m²/day)보다 높게 나타났다.

4.1.2. 충적대수층

전국 충적관정(비양수량 n = 2,763, 투수량계수 n = 2,798)을 대상으로 기초통계분석을 수행한 결과, 비양수량 평균값과 표준편차는 86.75 m³/day/m와 248.70 m³/day/m, 투수량계수 평균값과 표준편차는 55.30 m²/day, 202.66 m²/day로 산정되었다.

4대강권역 중 충적대수층의 비양수량과 투수량계수가 가장 높게 산정된 권역도 역시 금강권역으로(Fig. 4, Table 2), 비양수량 평균값은 146.45 m³/day/m(STD = 271.72 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 84.03 m²/day(STD = 265.48 m²/day) 이었다(Table 2). 금강권역 충적관정의 통계분석에 사용된 관정 수는 비양수량 725개, 투수량계수 760개이며, 그중 미고결쇄설성퇴적층(a)에 분포하는 관정 수는 각각 243개(비양수량)와 252개(투수량계수)이다. 이 단위에서 비양수량 평균값은 200.65 m³/day/m(STD = 358.40 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 140.55 m²/day(STD = 378.37 m²/day)로 산정되어, 금강권역 내 모든 수문지질단위 중 가장 높은 평균값을 보였다(Table S1). 비양수량이 가장 낮게 산정된 단위는 비다공질화산암(d)이었으나 통계에 사용된 관정 수가 2개에 불과하여 대표성을 확보하기 어려운 것으로 판단된다. 다음으로 비양수량 평균값이 낮게 산정된 단위는 f(쇄 설성퇴적암, n= 23)으로, 평균값은 58.31 m³/day/m, 표준 편차는 61.18 m³/day/m이다(Table S1). 투수량계수 평균값이 낮게 산정된 수문지질단위로는 비다공질화산암(d), 탄산염암(g)이 있으나, 관정 수가 각각 5개와 8개에 불과하여, 이를 해당 수문지질단위의 대표적 특성으로 해석하 기에는 한계가 있다.

낙동강권역 충적관정의 통계분석에는 비양수량과 투수량계수 모두 780개의 관정이 사용되었으며, 비양수량 평균값과 표준편차는 각각 96.45 m³/day/m와 325.15 m³/day/m, 투수량계수 평균값과 표준편차는 각각 61.21 m²/day, 214.97 m²/day로, 두 수리상수 모두 전국 평균값보다 높게 산정되었다(Table 2). 낙동강권역에서 두 수리상수의 평균값이 가장 높게 산정된 수문지질단위는 b(다공질화산암)와 c(반고결쇄설성퇴적암)이었으나, 통계에 사용된 관정 수가 각각 6개와 10개에 불과하여 해당 단위의 특성을 대표하기에는 한계가 있다. 다음으로 두 수리상수의 평균값이 높게 산정된 수문지질단위는 a(미고결쇄설성퇴적층, n= 115)로, 비양수량 평균값은 221.81 m³/day/m(STD = 591.07 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 148.94 m²/day(STD = 412.21 m²/day)이었다(Table S1). 반면 비양수량과 투수량계수가 가장 낮게 산정된 단위는 h-2(편암 및 준편마암, n = 28)로, 비양수량 평균값은 23.98 m³/day/m(STD= 34.50 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 14.25 m²/day(STD = 23.00 m²/day)이었으며(Table S1), 이는 a에 비해 약 10배 낮은 수준이다.

영-섬권역 충적관정의 통계분석에는 비양수량과 투수량계수 모두 376개의 관정이 사용되었으며, 4대권역 중 두 수리상수의 평균값이 가장 낮게 산정되었다. 영-섬권역 관정 자료의 특징은 대부분의 관정이 a(미고결쇄설성퇴적층, n = 80), d(비다공질화산암, n = 71), e-2(쥐라기 관입화성암, n = 93), h-3(정편마암, n = 84)에 위치하여 전체 관정의 88%를 차지한다는 점이다. 나머지 수문지질단위의 관정 수 는 10개 미만으로 통계적 의미를 부여하기 어렵다. 이 중 비양수량과 투수량계수의 평균값이 가장 높게 산정된 수문지질단위는 d로, 각각 32.69 m³/day/m(STD = 97.09 m³/day/m)와 21.19 m²/day(STD = 65.75 m²/day)이었다. 반면 가장 낮게 산정된 단위는 h-3으로, 비양수량 평균값은 19.89 m³/day/m(STD = 31.72 m³/day/m), 투수량계수 평균값은 13.63 m²/day(STD = 25.10 m²/day)로 나타났다(Table S1). 한강권역 충적관정의 통계분석에는 총 882개의 관정이 사용되었으며, 비양수량 평균값과 표준편차는 각각 55.16 m³/day/m와 181.0 m³/day/m, 투수량계수 평균값과 표준편차는 각각 41.07 m²/day와 162.99 m²/day로 산정되었다(Table 2). 권역 내 비양수량 평균값이 가장 높게 산정된 단위는 h-1(변성퇴적암류, n = 15)이었으나, 한정된 관정 수(15개)와 과도한 표준편차(비양수량 529.62 m³/day/m, 투수량계수 224.22 m²/day)로 인해 해당 단위의 수리특성을 대표하기 에는 한계가 있다. 다음으로 수리상수의 평균값이 높게 산정된 단위는 e-1(백악기-고신기 관입화성암, n = 22)으로, 비양수량 평균값과 표준편차는 각각 74.74 m³/day/m와 146.30 m³/day/m, 투수량계수 평균값과 표준편차는 71.82 m²/day, 140.97 m²/day로 산정되었다(Table S1). 다음으로 높은 수리상수를 보인 수문지질단위는 a(미고결쇄 설성퇴적층, n = 211)로, 비양수량 평균값과 표준편차는 각각 70.91 m³/day/m와 200.65 m³/day/m, 투수량계수 평균값과 표준편차는 각각 50.78 m²/day와 141.76 m²/day로 산정되었다. 비양수량 평균값은 e-1 단위와 유사하나 표준편차는 약 1.4배 크게 산정되어, 표본 수가 많아짐에 따라 값의 분포 범위가 더 넓게 나타났음을 보여준다. 반면 가장 낮은 비양수량 평균값을 보인 단위는 h-3(정편마암, n = 26)으로 24.60 m³/day/m(STD = 51.31 m³/day/m)이었으며, 가장 낮은 투수량계수 평균값은 h-2(편암 및 준편마암, n= 250)에서 19.15 m²/day(STD = 41.45 m²/day)로 산정되었다.

4.2. 수문지질단위별 수리상수 분포 특성의 정량적 평가

권역별로 각 수문지질단위에 분포하는 관정 수가 상이하고 일부 단위의 경우 표본 수가 제한적이므로 수문지질 단위별 수리상수의 차이를 권역 규모에서 평가하기에는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 전국 관정 자료를 통합하여 활용함으로써 수문지질단위별 수리상수의 통계적 유의성을 보다 신뢰성 있게 평가하고자 하였다. 권역별 관정 수의 차이는 권역 면적 및 자료 가용성의 차이를 반영한 결과로, 전국 규모의 수리상수 분포 특성을 파악하고자 하는 본 연구의 목적에는 큰 제약이 되지 않는다. 다만 권역별 관정 수의 불균형으로 인한 공간적 표본 편중 가능성은 향후 보다 균형적인 관정 자료의 확보를 통해 보완될 필요가 있다.

전국 규모에서 암반관정과 충적관정 각각에 대해 수문지질단위별 기초통계분석을 수행하고, Tukey-Kramer 사후 검정 기법을 통해 각 수문지질단위의 등급(CLD)을 평가 하였다(Table 3, Table 4, Fig. 5, Fig. 6). 단, 충적대수층의 다공질화산암(b)과 반고결쇄설성퇴적암(c)는 관정 수가 각각 6개와 12개에 불과하여 유의미한 통계 결과를 도출 하기 어려웠다. 암반대수층의 경우에도 b(n = 40)와 c(n = 49)의 자료 수가 상대적으로 적어, Tukey-Kramer 사후검 정에서 신뢰구간이 비교적 넓게 평가되고(Fig. 6) 등급 역시 전 등급에 걸쳐 산정되어(예: 비양수량의 경우 ABC, 투수량계수의 경우 ABCD; Table 3) 수문지질단위의 특성을 명확히 규정하기에는 한계가 있었다.

Fig. 6.

Results of the Tukey-Kramer post hoc test for specific capacity (a and b) and transmissivity (c and d). The plots compare 12 hydrogeologic units within alluvial (left) and bedrock (right) aquifers. Circles represent mean values, and horizontal bars indicate the 95% confidence intervals of the means. Non-overlapping confidence intervals indicate statistically significant differences among units (p < 0.05).

4.2.1. 암반대수층

암반대수층의 비양수량과 투수량계수에 대한 분산분석(ANOVA) 결과, 두 변수 모두 F값이 크게 나타나고 유의 확률(p-value)이 0.001보다 작게 산출되어, 수문지질단위 별 log(SC)와 log(T)의 평균에 통계적으로 유의한 차이가 존재함이 확인되었다(Table S2). 유사하게, Kruskal-Wallis 검정 결과에서도, 비양수량과 투수량계수의 유의확률이 모두 0.001 미만으로 산출되어, 비모수적 방법으로 평가한 그룹 간 중앙값에서도 통계적으로 유의한 차이가 확인 되었으며(Table S3), 이는 ANOVA 결과와 일관되게 수문지질단위별 수리적 특성 차이를 뒷받침한다.

로그 변환을 통해 정규성 가정이 대체로 충족되는 것으로 판단되어 분산분석(ANOVA)을 수행하였고, 유의한 결과가 확인됨에 따라 사후 다중비교(Tukey-Kramer 검정)를 통해 그룹 간 차이를 추가적으로 분석하였다. 다중비교 결과를 시각화하면 Fig. 6과 같다. 수문지질단위별 평균을 95% 신뢰구간과 함께 도시하였다. 수문지질단위 b(다공질화산암)와 c(반고결쇄설성퇴적암)는 표본 수가 적어 신뢰구간이 넓게 나타났으며, 대부분의 수문지질단위와 신뢰구간이 중첩되었다. 이는 평균 추정의 불확실성이 크다는 것을 의미하므로, 이후 논의에서는 제외하였다.

비양수량과 투수량계수에 대한 Tukey-Kramer 검정 결과를 종합하면, 백악기-고신기 관입화성암(e-1, CLD_SC = C, CLD_T= D), 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, CLD_SC = C, CLD_T= CD), 편암 및 준편마암(h-2, CLD_SC = C, CLD_T = CD)에서 낮은 값이 집중적으로 분포하였고(Table 3), 미고결쇄 설성퇴적층(a, CLD_SC = AB, CLD_T = BC), 변성퇴적암류(h-1, CLD_SC = A, CLD_T = A), 정편마암(h-3, CLD_SC = AB, CLD_T= AB)에서 높은 값이 집중적으로 분포한 것으로 판단된다(Table 3). 이외에도 h-1 및 h-3과 e-1 및 e-3 사이에서 는 평균의 신뢰구간이 완전히 분리되어 나타났는데(Fig. 6), 이는 Tukey-Kramer 검정 결과와 함께 국내 변성암대와 관입화성암대 간 수리상수의 유의한 차이를 뒷받침한다.

한편 h-2는 h-1 및 h-3과 Tukey-Kramer 검정에서 통계 적으로 유의한 차이를 보였으며, 평균의 신뢰구간 또한 완전히 분리되어 나타났다. 이는 국내 변성암대 내에서 세부 수문지질단위의 구분이 필요함을 시사한다. 유사하게 관입화성암대에서도 e-2는 e-1 및 e-3과 구분되는 특징을 보였으며, 특히 투수량계수의 경우, e-2와 e-1의 평균 신뢰 구간이 완전히 분리되어 나타났다(Fig. 6). 이는 관입화성암의 형성 시기에 따라 수리상수 차이가 존재함을 뒷받침한다. Moon et al. (2024)에 따르면, 백악기-고신기 관입화성암(e-1)은 산성 심성암류로서 원암 또는 미세 단열만 존재하여 풍화에 비교적 강한 특성을 보이는 반면, 쥐라기 관입화성암(e-2)은 고기(older) 화성암으로서 조산운동에 의해 융기·노출되어 풍화에 취약하고 균열이 발달되어 높은 수리전도도를 보이는 것으로 보고된 바 있으며, 본 연구의 결과는 이러한 선행 연구와 일치하는 양상을 보인다. 위의 수문지질단위별 수리특성 차이는 권역별 수리특성 차이도 부분적으로 설명한다. 예를 들면, 앞서 낙동강권역 및 영-섬권역 암반대수층은 전국 평균보다 낮은 수리상수 분포 특성을 보인 반면, 한강권역은 평균적으로는 전국 규모와 가장 유사하나, 표준편차가 전국 규모에 비해 크게 산정되었다(Table 2). 이러한 권역 간 차이는 각 권역의 우세 수문지질단위 구성의 차이로 설명이 가능하다. 낙동강권역의 경우, 전국 규모와 비교하여 중간 투수성의 쇄설성퇴적암(f)이 약 2.27배(전국 15% → 낙동권역 34%) 넓게 분포하고, 관입화성암 중 투수성이 상대적으로 낮은 백악기-고신기 관입화성암(e-1, 전국 6% → 낙동권역 11%, 약 1.83배)과 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, 전국 4% → 낙동권역 6%, 약 1.75배)의 비중이 높다. 반면 관입화성암 중 상대적으로 높은 수리상수의 분포 특성을 가지는 쥐라기 관입화성암(e-2, 전국 21% → 낙동권역 12%, 약 0.57배)의 비중은 낮으며, 높은 수리상수 분포를 보이는 변성퇴적암류(h-1, 전국 4% → 낙동권역 0.1%)과 정편마암(h-3, 전국 10% → 낙동강 6.9%)의 분포 또한 전국 규모보다 제한적이다. 이러한 지질학적 구성이 낙동강권 역의 낮은 수리상수 분포를 초래한 것으로 추정된다. 한편, 영-섬권역은 전국 규모에 비해 투수성이 높은 h-3(전국 10% → 영-섬권역 21%, 약 2.14배)의 비중이 크지만, 저투수성 단위인 비다공질화산암(d, 전국 10% → 영-섬권역 30%, 약 2.85배)는 더욱 큰 폭으로 증가하여, 권역 전체 평균이 전국 규모보다 낮게 산정된 것으로 추정된다(Table 1). 한강권역의 경우, 다른 권역에 비해 중간 투수성으로 분류된 탄산염암(g)와 편암 및 준편마암(h-2)의 비중이 압도적으로 높은 점이 특징이다. 특히 한강권역에서의 g는 암반대수층에서 매우 넓은 수리상수 분포 범위를 보이는데(STDsc = 65.07 m³/day/m, STD_T = 82.59 m²/day; Table S1), 이로 인해 한강권역의 수리상수가 전국 규모보다 유사한 평균값을 유지하면서도 보다 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 것으로 판단된다.

4.2.2. 충적대수층

충적대수층의 경우에도 비양수량과 투수량계수에 대한 ANOVA 결과 유의확률(p-value)이 모두 0.001보다 작게 산출되어, 수문지질단위별 log(SC)와 log(T) 평균에 통계 적으로 유의한 차이가 있음을 확인하였다(Table S2). Kruskal-Wallis 검정 결과에서도 비양수량과 투수량계수의 유의확률이 모두 0.001보다 작게 산출되어, 비모수적 방법으로 평가한 그룹 간 중앙값에서도 통계적으로 유의한 차이가 존재함이 확인되었다(Table S3).

충적관정에 대해서도 Tukey-Kramer 사후검정을 수행하여 수문지질단위별 차이를 분석하였다. 앞서 언급한 바와 같이 수문지질단위 b와 c는 관정(샘플) 수가 적어 평균의 신뢰 구간이 넓게 산정되었고, 이는 큰 불확실성을 의미하므로 이후 논의에서 제외하였다. 충적대수층 비양수량과 투수량계수의 Tukey-Kramer 검정 결과에 따르면, 미고결쇄설성퇴적층(a, CLD_SC = A, CLD_T = AB)에서 가장 높은 값이 집중적으로 분포하며 다른 단위와 뚜렷한 차이를 보였고, 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, CLD_SC = D CLD_T = D)에서 가장 낮은 값이 집중적으로 분포하는 것으로 평가되 었다(Fig. 6, Table 4). 그 외 나머지 수문지질단위는 중간 등급(CLD_SC = B~D, CLD_T = B~D)에 해당하여 단위 간 뚜렷한 구분이 어려운 양상을 보였다.

이와 같은 통계 결과는 충적대수층의 수리상수를 결정하는 가장 중요한 요인이 미고결쇄설성퇴적층(a)임을 보여주며, 앞서 권역별 충적대수층의 수문지질단위별 수리특성 분포를 설명한다. 예를 들면, 금강권역 충적관정의 높은 평균값과 중앙값은 금강권역에 a의 분포 면적이 14.0%로 가장 넓게 분포하기 때문으로 보인다. 한편, 영-섬권역에서도 a가 차지하는 면적이 10.7%로, 4대강권역 중 두 번째로 넓게 분포하는데, 그럼에도 불구하고 비양 수량의 평균값은 25.61 m³/day/m(STD = 33.49 m³/day/m), 투수량계수의 평균값은 17.80 m²/day(STD = 25.68 m²/day) 로 산정되어 금강권역 뿐만 아니라 낙동강권역에 비해 훨씬 낮은 값을 보였으며, 권역 내 다른 수문지질단위와도 큰 차이를 보이지 않았다(Table S1). 이는 영-섬권역 충적층의 두께가 지형학적으로 타 권역보다 얇게 형성된 점(K-water, 1998; Eun et al., 1997)과 관련된 것으로 추정되며, 이러한 관계의 검증을 위해서는 충적층에 대한 보다 세밀한 후속 연구가 필요하다.

한편 e-3는 고기 관입화성암으로 화학풍화에 취약하여, 잔류 풍화대 및 하부 충적층 내 점토 광물 함량이 높아 투수성이 저하되는 것으로 추정된다(Kim et al., 2005; Lee et al., 2022) 다만 정확한 기작 규명을 위해서는 추가 연구 또는 현장 조사를 통한 입증이 필요하다.

5. 수문지질단위별 이화학특성 분포 특성

본 연구의 목적은 수문지질단위별 이화학특성 차이를 통계적으로 분석하는 데 있으므로, 각 단위 분포의 이화학특성을 결정하는 수리지질학적 기원과 형성 과정에 대한 상세한 논의는 제외하였다.

5.1. 기초통계분석

전국적으로 HCO₃⁻와 F⁻의 산술평균은 암반대수층에서 각각 104.3, 0.448 mg L⁻¹로 충적대수층(81.1, 0.276 mg L⁻¹)보다 약 1.3배, 1.6배 높았으며, 그 차이는 통계적으로 유의하였다(p < 0.001). 이러한 경향은 모든 권역에서 관찰되었다(Fig. 7). 일반적으로 암반대수층은 지하수체류시간이 길어 이들 농도가 높게 관찰되는 경향이 있는데(Hem, 1985; Drever, 1997; Appelo & Postma, 2005), 수집된 자료는 이를 반영하고 있다. 권역별 평균값(암반·충적 통합)을 비교하면, HCO₃⁻는 낙동강권역에서(평균 129.6 mg L⁻¹), F⁻는 금강권역에서(0.516 mg L⁻¹) 가장 높게 산정되었다. 이러한 권역 간 차이는 사후검정에서도 통계적으로 유의하였으며(Tukey-Kramer p < 0.05), 각 권역에 우세하게 분포하는 수문지질단위 조합의 차이가 권역 평균에 반영된 것으로 판단된다.

Fig. 7.

Violin plots of HCO₃⁻(a–e) and F⁻ (f–j) comparing alluvial and bedrock aquifers nationwide (a, f) and within each major river basin (b, g: Geum; c, h: Nakdong; d, i: Yeongsan-Seomjin(Y-S); e, j: Han). *** indicates Mann-Whitney U p < 0.001. Black bars = unit medians.

12개 수문지질단위별 농도 분포(Fig. 8)는 동일한 수문지질단위라도 대수층 환경(지하수 체류시간, 물-암석 반응 정도 등)에 따라 지하수 성분의 농도가 달라질 수 있음을 시사한다. 이때, 12개 수문지질단위 중 b(다공질화산암)와 c(반고결쇄설성퇴적암)는 통합 pool에서 각각 18개와 38개의 자료만 가지며, 충적·암반 분리 시 모든 sub-pool에서 n < 50으로 나타나, 커널 밀도 추정의 안정성과 사후 검정의 신뢰도 확보를 위해 통계 비교 대상에서 제외하였다.

Fig. 8.

Violin plots of HCO₃⁻ (a, b) and F⁻ (c, d) across 12 hydrogeological units in alluvial (left) and bedrock (right) aquifers. Black bars indicate unit medians. Units b and c (marked *) are not used for statistical analysis due to the small number of samples (n < 50).

5.1.1. 암반대수층

남한 전반에 걸쳐 암반대수층의 HCO₃⁻와 F⁻ 산술평균값은 각각 104.3 mg L⁻¹, 0.448 mg L⁻¹로 산정되었다(Table 5). HCO₃⁻는 쇄설성퇴적암(f, 149.7 mg L⁻¹), 탄산염암(g, 140.9 mg L⁻¹), 그리고 표본 수 제약으로 비교에서 제외된 반고결쇄설성퇴적암(c, 171.6 mg L⁻¹)에서 높은 평균으로 관찰되었으며, 미고결쇄설성퇴적층(a, 112.7 mg L⁻¹)과 비다공질화산암(d, 105.0 mg L⁻¹)도 전체 평균을 상회하였다. 가장 낮은 평균값은 정편마암(h-3, 71.7 mg L⁻¹)에서 관찰되었다. 정편마암은 규산염 광물 위주로 구성되어 탄산염·퇴적암 대비 용해도가 낮기 때문으로 해석된다. F⁻는 백악기-고신기 관입화성암(e-1, 0.664 mg L⁻¹)과 쥐라기 관입화성암(e-2, 0.543 mg L⁻¹)에서 높은 농도로 관찰되었다(Table 5). 미고결쇄설성퇴적층(a, 0.477 mg L⁻¹)에서도 전체 평균을 상회하였다. 가장 낮은 평균값은 탄산염암(g, 0.188 mg L⁻¹)에서 관찰되었다.

Table 5.

Statistical summary of HCO₃⁻ and F⁻ in bedrock aquifers. CLD letters are based on the Tukey–Kramer test (α = 0.05)

^*Units b and c excluded from statistical comparison due to the small number of samples (n < 50).

5.1.2. 충적대수층

충적대수층의 HCO₃⁻와 F⁻ 산술평균값은 각각 81.1 mg L⁻¹, 0.276 mg L⁻¹로 산정되어, 전반적으로 암반대수층보다 낮은 평균값을 보였다(Table 6). 수문지질단위별 충적대수층의 HCO₃⁻ 평균값을 비교해 볼 때, 미고결쇄설성퇴적층(a, 84.8 mg L⁻¹), 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, 90.3 mg L⁻¹), 쇄설성퇴적암(f, 116.3 mg L⁻¹), 탄산염암(g, 134.0 mg L⁻¹), 변성퇴적암류(h-1, 87.4 mg L⁻¹)이 전체 평균보다 높은 값을 보였으며, 비다공질화산암(d), 백악기-고신기 관입화성암(e-1), 쥐라기 관입화성암(e-2), 편암 및 준편마암(h-2), 정편마암(h-3)이 전체 평균보다 낮은 값을 보였다. 탄산염암(g)의 HCO₃⁻ 평균 농도는 134.0 mg L⁻¹로 가장 높게 나타났다. 비록 시료 수(n = 131)가 다른 수문지질단위에 비해 충분하지 않아 해석에 주의가 필요하지만, 충적지하수의 짧은 체류시간을 가정할 때, 용해도가 큰 탄산염 광물이 우세한 지질학적 특성을 반영하는 것으로 보인다.

Table 6.

Statistical summary of HCO₃⁻ and F⁻ in alluvial aquifers. CLD letters are based on the Tukey–Kramer test (α = 0.05)

^*Units b and c excluded from statistical comparison due to the small number of samples (n < 50).

수문지질단위별 F^- 평균값을 비교하면, 변성퇴적암류(h-1)에서 가장 높은 값(0.364 mg L⁻¹)을 보였으며, 이는 변성 퇴적암 내 운모류 등 F 함유 광물 및 점토광물의 풍화 영향으로 해석된다. 쇄설성퇴적암(f)에서 가장 낮은 평균값(0.212 mg L⁻¹)을 보였다. 이외에도 F^-는 페름기-트라이 아스기 관입화성암(e-3, 0.350 mg L⁻¹), 편암 및 준편마암(h-2, 0.339 mg L⁻¹), 정편마암(h-3, 0.336 mg L⁻¹), 탄산 염암(g, 0.281 mg L⁻¹)에서 전체 평균보다 높거나 유사한 값을 보였으며, 미고결쇄설성퇴적층(a), 비다공질화산암(d), 백악기-고신기 관입화성암(e-1), 쥐라기 관입화성암(e-2)에서 전체 평균보다 낮은 값을 보였다.

5.2. 수문지질단위별 수리지화학인자 분포 특성 정량 평가

일원분산분석 및 Kruskal-Wallis 분석 결과(n ≥ 50인 10개 수문지질단위 대상), 유의확률(p-value)가 0.001보다 작게나타나, 수문지질단위별 간 차이에 유의성이 있음을 확인 하였다(Table S4 and S5). 수리지화학특성의 차이가 통계적으로 유의한 것으로 확인됨에 따라 Tukey-Kramer 방법을 이용한 사후 분석을 수행하였다.

참고로 본 절에서는 충적대수층의 분석 결과를 먼저 제시한 후 암반대수층의 분석 결과를 논의한다. 이러한 구성은 수문지질단위가 충적대수층보다 암반대수층의 수리지화학적 특성을 보다 효과적으로 구분하는 것으로 나타났기 때문이다.

5.2.2. 충적대수층

충적대수층에서 수문지질단위는 F^- 농도가 높은 편인 a, e-1, e-2, e-3, h-1 (CLD I)와 F^- 농도가 낮은 편인 d, f, h-2, h-3 (CLD II)의 두 그룹으로 구분되었다. 즉, 변성퇴적암류(h-1, 0.364 mg L⁻¹), 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, 0.350 mg L⁻¹), 미고결쇄설성퇴적층(a, 0.263 mg L⁻¹), 백악기-고신기 관입화성암(e-1, 0.260 mg L⁻¹), 쥐라기 관입화성암(e-2, 0.255 mg L⁻¹)이 동일 그룹(CLD I)으로 높은 농도의 F⁻ 분포를 보였으며, 비다공질화산암(d, 0.246 mg L⁻¹), 쇄설성 퇴적암(f, 0.212 mg L⁻¹), 편암 및 준편마암(h-2, 0.339 mg L⁻¹), 정편마암(h-3, 0.336 mg L⁻¹) 이 낮은 분포 그룹(CLD II)으로 분류되었다. 탄산염암(g, 0.281 mg L⁻¹)은 두 그룹 사이의 경계(CLD I,II)에 위치하였다. 여기서 동일한 CLD를 공유하는 그룹 간에는 통계적으로 유의한 차이가 없다. d 및 f와 동일한 CLD를 공유하는 h-2과 h-3의 높은 평균값은 이상치(예: Q3 + 1.5 × (Q3-Q1)보다 높은 농도)의 영향으로 판단되며, 낮은 중앙 값은 해당 수문지질단위에서 F⁻ 농도가 전반적으로 낮게 분포함을 시사한다(Fig. 8).

한편, HCO₃⁻의 경우 탄산염암(g, 134.0 mg L⁻¹)과 쇄설성퇴적암(f, 116.3 mg L⁻¹)이 가장 높은 평균값으로 동일 그룹(CLD A)을 형성하였고, 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, 90.3 mg L⁻¹), 변성퇴적암류(h-1, 87.4 mg L⁻¹), 미고결쇄설성퇴적층(a, 84.8 mg L⁻¹)이 다음 그룹(CLD B)으로 묶였으며, 편암 및 준편마암(h-2, 68.4 mg L⁻¹)과 정편마암(h-3, 59.5 mg L⁻¹)이 가장 낮은 그룹(CLD D)으로 분류되었다.

불소 농도가 높은 그룹(CLD I)은 HCO₃⁻ 농도에 따라 세분화되는 특징을 보였다. 즉 a, e-3, h-1은 HCO₃⁻ 농도가 상대적으로 낮은 CLD B에 속한 반면, e-1과 e-2는 더욱 낮은 HCO₃⁻ 농도를 갖는 CLD C로 구분되었다. 이러한 세분화의 원인은 향후 체류시간 및 광물 포화지수 분석 등을 통해 추가적으로 검토할 필요가 있다.

5.2.2. 암반대수층

암반대수층의 경우, 불소 농도가 수문지질단위별로 보다 다양한 분포 특성을 보였다. 우선 백악기-고신기 관입화성암(e-1, 0.664 mg L⁻¹), 쥐라기 관입화성암(e-2, 0.543 mg L⁻¹), 변성퇴적암류(h-1, 0.448 mg L⁻¹)가 가장 높은 평균, 중앙값, 3사분위수(Q3) 등을 보이며 동일 그룹(CLD I)을 형성하였고, 미고결쇄설성퇴적층(a, 0.477 mg L⁻¹), 비다공질화산암(d, 0.397 mg L⁻¹), 페름기-트라이아스기 관입화성암(e-3, 0.443 mg L⁻¹), 편암 및 준편마암(h-2, 0.446 mg L⁻¹)은 다음 그룹(CLD II), 쇄설성퇴적암(f, 0.366 mg L⁻¹)과 정편마암(h-3, 0.448 mg L⁻¹)은 그 다음 그룹(CLD III)으로 분류되었다. 탄산염암(g, 0.188 mg L⁻¹)은 가장 낮은 평균, 중앙값, Q3을 가지며 CLD IV으로 분류되었다.

F⁻가 화강암류(e-1, e-2)와 변성퇴적암류(h-1)에서 높게 관찰된 결과는 이들 암체 내 형석(fluorite), 플루오로아파 타이트와 같은 F 함유 광물이 풍화되어 F^-가 지하수로 방출된다는 표준 메커니즘(Edmunds & Smedley, 2013)과 일치하며, Chae et al. (2007)이 국내 전역 367개 암반지하수(심도 624 ± 262 m)에서 보고한 화강암·편마암 영역의 F⁻ 축적 경향(평균 5.65 mg L⁻¹)과도 정합적이다. 한편 탄산염암(g)에서 F^-가 가장 낮게 산정된 것은 높은 Ca²⁺ 농도가 형석(fluorite, F–Ca) 침전을 촉진하여 F⁻ 농도를 제약하기 때문으로 해석되며, 이는 Edmunds & Smedley (2013)가 보고한 탄산염암 우세 대수층의 F⁻ 제한 기작과 일치한다.

HCO₃⁻의 경우 쇄설성퇴적암(f, 149.7 mg L⁻¹)과 탄산염암(g, 140.9 mg L⁻¹)이 가장 높은 평균값으로 동일 그룹(CLD A)을 형성하였고, 이어 미고결쇄설성퇴적층(a, 112.7 mg L⁻¹), 비다공질화산암(d, 105.0 mg L⁻¹), 변성퇴적암류(h-1, 97.3 mg L⁻¹)가 다음 그룹(CLD B)으로 묶였다. 가장 낮은 그룹(CLD D)에는 정편마암(h-3, 71.7 mg L⁻¹)과 백악기-고신기 관입화성암(e-1, 80.7 mg L⁻¹)이 분류되었다. 이러한 분포는 쇄설성퇴적암과 탄산염암의 방해석·돌로마이트가 빠르게 용해되어 HCO₃⁻를 활발히 공급하는 광물학적 환경(Hem, 1985; Drever, 1997)과 부합하는 결과로 해석된다. 반면 정편마암과 백악기-고신기 관입화성암은 규산염 광물 위주의 광물 조성 때문에 풍화 반응 진행에 더 긴 시간이 요구되며, 이 점이 상대적으로 낮은 HCO₃⁻ 평균값으로 표현된 것으로 판단된다(Appelo & Postma, 2005).

충적관정에서와 유사하게, 암반대수층에서도 CLD II 그룹(a, d, e-3, h-2; F⁻ 평균 0.397–0.477 mg L⁻¹)이 HCO₃⁻ 농도에 따라 a, d(CLD B)와 e-3, h-2(CLD C)로 세분되는 특징이 확인되었다. 그러나 충적대수층에서는 F⁻ 최상위 그룹 CLD I이, 암반대수층에서는 F⁻ 중위 그룹인 CLD II 가 HCO₃⁻에 의해 세분되었으며, 구성 수문지질단위도 a와 e-3을 제외하면 일치하지 않았다. 따라서 두 대수층에서 동일한 수리지화학적 메커니즘이 작동했다고 단정하기는 어렵다. 한편 CLD II 그룹에 속하는 수문지질단위들(a, d, e-3, h-2)는 상이한 광물학적 조성에도 불구하고 유사한 F⁻ 농도 범위(0.4 mg L⁻¹ 내외)를 보였고, HCO₃⁻ 농도에 따라 세분화되는 특징을 보였는데, 이는 광물 풍화 진행도, 지하수 체류시간, 또는 기타 수리지화학적 과정의 차이로 설명될 여지가 있으므로(Appelo & Postma, 2005), 향후 이들 원인을 규명하기 위한 연구가 필요하다.

6. 결 론

본 연구에서는 4대강 권역별 지하수정보지도 구축 과정에서 수집된 지하수 관정 자료를 충적대수층과 암반 대수층으로 구분한 후, 대표적인 수리상수인 비양수량과 투수량계수, 그리고 주요 수리지화학 인자인 HCO₃⁻와 F⁻ 농도에 대해 수문지질단위별 차이를 통계적으로 평가하고자 하였다. 12개 수문지질단위의 공간적 분포 특성을 살펴보면, 우리나라에는 쥐라기 관입화성암(e-2)과 편암 및 준편마암(h-2)의 비율이 높은 편인데, 특히 금강권역과 한강권역에서 이들의 비중이 더욱 높아진다. 반면, 전국적으로 다공질화산암(b)과 반고결쇄설성퇴적암(c)은 거의 분포하지 않는 특징을 보인다. 낙동강권역에서는 관입화성암 이외에도 쇄설성퇴적암(f)의 비중이 매우 높고, 비다공질화산암(d)이 상대적으로 넓게 분포하는 특징을 보인다. 영산강-섬진강 권역에서는 비다공질화산암(d), 정편마암(h-3), 쥐라기 관입화성암(e-2)의 세 단위가 전체 면적의 대부분을 차지하는 특징을 보인다.

정성적으로만 기술되었던 수문지질단위별 수리 및 수리 지화학 특성의 차이를 객관적으로 평가하기 위해 통계 분석을 수행한 결과, 수문지질단위에 따른 수리상수(로그 값)의 차이는 유의한 것으로 나타났다. 특히, 암반대수층에서는 h-1 및 h-3과 e-1 및 e-3 사이에 뚜렷한 수리상수 차이가 확인되었다. 충적대수층의 경우, a에서 높은 비양수량과 투수량계수가 확인된 반면, e-3에서는 가장 낮게 확인되었으며, 이들 차이는 통계적으로 유의하였다. F⁻의 경우, 광물학적 특성에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며(예: 암반대수층의 경우, 백악기–고신기 관입화성암(e-1) 및 쥐라기 관입화성암(e-2) 지역에서 높게 나타나는 반면, 탄산염암(g)에서 매우 낮음), HCO₃⁻는 지질학적인 요인 이외에도 체류시간을 반영하는 것으로 확인되어, 이들의 복합 해석은 지하수 함양-저장-배출 특성을 이해 하는데 유용함을 확인하였다.

전국 규모에서 수행된 이번 통계 분석 결과는 국내 수문지질단위 구분시, e와 h를 세분화할 필요가 있음을 뒷받침한다. 예를 들면, Tukey-Kramer 검정 결과, e-2는 e-1 및 e-3과 상이한 수리 특성을 보였으며, h-2도 h-1 및 h-3와 유의한 차이를 나타냈다. 아울러 수문지질단위는 충적대 수층보다 암반대수층의 특성을 설명하는데 더욱 유용한 정보임을 확인하였다. 예를 들면, Tukey-Kramer 검정 수행 결과, 충적대수층에서는 a만이 뚜렷이 구분되고 나머지 수문지질단위들은 유사한 분포를 보인 반면, 암반대수층에 서는 다양한 수리 특성 그룹이 확인되었다. 수리지화학 특성에서도 유사한 경향이 확인되었다. 암반관정의 F-value가 충적관정보다 약 3.5~4.3배 더 크게 나타났는데, 이는 암반대수층에서 수문지질단위별 특성 차이가 상대적으로 더욱 뚜렷함을 시사한다.

본 연구의 결과는 「제4차 지하수관리기본계획」에서 정성적으로 기술되었던 수문지질단위별 특성 차이를 정량적 및 통계적으로 보강하였으며, 이들 결과는 추후 수문지질 단위 기반의 대수층 특성화 및 지하수 부존량 평가 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 유역 규모의 정밀 수문지질도 작성에 필요한 기초자료로도 활용될 수 있다. 또한 본 연구는 Tukey-Kramer와 같은 사후 다중비교검정을 통해 통계적으로 유의미한 차이를 보이는 수문지질단위를 효과적으로 식별할 수 있음을 보여주었는데, 특히 Tukey-Kramer 검정이 다집단(예: 12 수문지질단위) 비교에 효과적인 도구임을 확인하였다. 향후 광역 수문지질·지하수 수질 비교 연구에서 다집단 사후 다중비교를 표준 절차로 활용 할 수 있는 가능성을 시사한다.

그러나 일부 수문지질단위의 경우(b, c) 국내 분포 면적이 적고 그에 따라 수집된 지하수 관정의 표본 수가 적어 통계적 특징을 명확히 구분하는 데 한계가 있었다. 또한 대권역별 표본 수의 차이로 인해 특정 권역의 특성이 전국 특성에 과대 반영되었을 가능성도 존재하므로, 향후 보다 많은 관정 자료의 확보를 통해 보완될 필요가 있다. 이외 에도 충적대수층의 수리상수 특성은 미고결쇄설성퇴적층(a)의 분포 면적 뿐만 아니라 두께에도 영향을 받는 것으로 예상되므로, 추후 국내 충적층 분포 및 두께 특성을 고려한 보다 정밀한 연구가 필요하다. F⁻ 분포 특성이 유사한 수문지질단위들이 HCO₃⁻에 의해 세분화되는 원인을 규명하기 위해서는 지하수 체류시간 추정, 포화지수 산정 등을 통한 수리지화학적 진화 과정 연구가 수행될 필요가 있다. 궁극적으로 이러한 연구 결과는 수리지질개념모델과 연계되어 해석될 필요가 있으며, 이를 통해 수문지질단위별 수리 및 수리지화학적 특성 차이에 대한 보다 과학적이고 체계적인 설명이 가능할 것으로 기대된다.