도서지역의 지하수 유동특성에 관한 연구 : 지하수 함양특성을 중심으로 Research of Transport of Underground Water in Islanding areas : Centering on the Recharge Characteristics of Groundwater원문보기
우리나라의 대표적인 화산 도서지역인 제주도는 연 평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최대의 다우지역이며, 지하수 함양율이 총 강우량의 48.5%로 국내에서 가장 높은 수문지질 여건을 지니고 있다. 또한, 강우 후에는 143개의 하천 중 6개의 하천을 제외한 나머지 하천에서 내륙과 달리 평상시 건천의 형태로 유지되는 것이 대부분이며, 일정한 강우가 도달해야만 지표유출이 발생하는 경우가 많다. 이와 같은 하천 특성은 내륙과 매우 상이하여 일반적으로 사용되는 수문해석 방법으로는 수문성분의 정확한 산정을 기대하기 어렵고 이로 인해 지하수 해석에 있어서 불확실성이 크게 증가하는 요인이 된다. 따라서, 국내 유역특성을 적절히 고려할 수 있고, 모든 ...
우리나라의 대표적인 화산 도서지역인 제주도는 연 평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최대의 다우지역이며, 지하수 함양율이 총 강우량의 48.5%로 국내에서 가장 높은 수문지질 여건을 지니고 있다. 또한, 강우 후에는 143개의 하천 중 6개의 하천을 제외한 나머지 하천에서 내륙과 달리 평상시 건천의 형태로 유지되는 것이 대부분이며, 일정한 강우가 도달해야만 지표유출이 발생하는 경우가 많다. 이와 같은 하천 특성은 내륙과 매우 상이하여 일반적으로 사용되는 수문해석 방법으로는 수문성분의 정확한 산정을 기대하기 어렵고 이로 인해 지하수 해석에 있어서 불확실성이 크게 증가하는 요인이 된다. 따라서, 국내 유역특성을 적절히 고려할 수 있고, 모든 물순환 성분이 물리적 기반하에서 해석되고, 비교적 입력자료의 구축이 용이하며, 장기적인 모의가 가능한 지표수-지하수 해석 모형이 필요하다. 본 연구에서는 위의 목적과 적합한 모형으로 SWAT 모형을 선정하였다. 선정 이유는 사용의 편리성, 모형의 개선 가능성, 입력자료 구축의 용이성, 홍수모의 가능성 등의 우월성이다. SWAT 모형은 지하수의 거동해석 부분에 일부 문제점을 가지고 있으며, 국외의 경우에도 여러 모형을 연계하려는 시도가 이루어지고 있다. 본 연구에서도 SWAT 모형의 지하수 거동해석 부분의 단점을 해결하고자 지하수 유동해석에 널리 이용되고 있는 MODFLOW 모형을 이용하였다. 이를 통해 지표수와 지하수의 각 물 순환 성분간 연계가 이루어져 다양하고 복잡한 형태의 유역특성을 고려한 포괄적인 유출모의가 가능하며, SWAT 모형과 GMS-MODFLOW 모형의 단점을 서로 보완하고 장점을 모두 이용할 수 있는 특징이 있다. 이와 같이 본 연구에서는 제주도 서귀포시 지역에 SWAT 모형을 이용하여 2002. 01 .01∼2008. 12. 31 장기유출 모의를 통해 실제증발산량 및 직접유출량을 산정하고 물수지 방법을 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. 산정된 함양량이 MODFLOW의 입력자료로 타당한지 살펴보기 위해 연구대상유역의 물수지를 살펴보고 실제 지하수위 시계열과 함양량의 시계열을 비교 분석하였다. 분석된 함양량 자료를 다시 GMS-MODFLOW 모형의 입력자료로 사용하여 유한차분법을 이용하여 지하수 유동?봇?대하여 분석하였다. 본 연구의 결과로부터 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) SWAT 모형의 입력 자료인 수문·기상 자료인 강우, 최고·최저기온, 태양복사량, 풍속, 습도 등을 서귀포 유역을 포함하는 12개의 하천(2002. 1. 1~2008. 12. 31)에 적용하였다. 또한, 실제 하천의 형상과 함께 SWAT 모형의 입력자료로서 DEM, 토지이용도, 토양도 등의 지형자료를 구축하였다. 2) 서귀포 유역을 포함하는 12개 하천을 건천 및 상시하천 유역으로 구분하여 모형의 수문학적 매개변수 중 유출 및 증발에 관련된 매개변수를 추정하여 민감도 분석을 실시한 결과 가장 큰 영향을 미치는 매개변수는 CN2로 나타났다. 이 밖에도 유출 및 증발에 영향을 미치는 매개변수로는 CN2, SOL_AWC, ESCO 등이 있다. 3) 제주도 서귀포 유역의 12개 하천은 연속적인 실측 직접유출량의 자료는 확보 할 수 없었다. 2003년 이전의 직접유출 또는 실측 관측 자료를 이용하여 보정하였고, 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III)의 서귀포 유역의 실제증발산량 및 직접유출량을 비교·검정한 결과 기존의 평균 실제증발산량과 직접유출량이 비슷한 값을 보였다. 4) 제주도 서귀포 유역의 12개 하천의 물수지 방법에 의한 지하수 함양량과 함양율을 비교·검정한 결과 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III)의 제주도 서귀포 유역의 기존 평균 함양량과 함양율이 비슷한 값을 보였다. 5) 각 년도별 실제증발산량과 직접유출량 산정한 결과 SWAT 모형은 장기 일 유출량 모의에 대하여 전체적으로 우수한 결과를 보이고 있으며, 향후 많은 유출량 자료를 확보하여 본 연구의 결과와 비교·검정한다면 제주도 하천의 장기 일 유출량 모의를 할 수 있을 것이라 판단된다. 또한, 제주도 유역 전반의 통합관리 측면에서 뛰어난 적용성과 폭 넓은 활용 및 우수한 연구결과를 도출 할 것으로 판단된다. 6) 각 년도별 지하수 함양량 및 함양율을 산정할 시에는 정확한 자료의 확보와 다년간의 자료를 이용하여 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을수 있을 것으로 사료된다. 7) GMS-MODFLOW 모형에 의해 산정된 지하수위는 관측치와 모의치의 오차를 비교해 볼 때 정류상태에서의 지하수 분포는 신뢰도 수준에 있어서 잘 반영되고 있는 것으로 판단된다. 서홍동 유역의 상대오차 백분율이 0.085% 정도로 가장 작은 차이를 보이고 있으며 동홍동 유역이 11.035%로 가장 큰 차이를 나타내고 있다. 8) GMS-MODFLOW 모형에 의해 산정된 계산치와 관측치의 부정류상태하에서의 양수기간에 따른 지하수위 변동은 양수기간 30일에 0.02～15.36m의 변동을 보였으며, 60일에 0.94～14.25m, 90일에 0.12～21.20m, 120일에 대한 지하수두 변동은 2.81～11.55m로 나타났다.
우리나라의 대표적인 화산 도서지역인 제주도는 연 평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최대의 다우지역이며, 지하수 함양율이 총 강우량의 48.5%로 국내에서 가장 높은 수문지질 여건을 지니고 있다. 또한, 강우 후에는 143개의 하천 중 6개의 하천을 제외한 나머지 하천에서 내륙과 달리 평상시 건천의 형태로 유지되는 것이 대부분이며, 일정한 강우가 도달해야만 지표유출이 발생하는 경우가 많다. 이와 같은 하천 특성은 내륙과 매우 상이하여 일반적으로 사용되는 수문해석 방법으로는 수문성분의 정확한 산정을 기대하기 어렵고 이로 인해 지하수 해석에 있어서 불확실성이 크게 증가하는 요인이 된다. 따라서, 국내 유역특성을 적절히 고려할 수 있고, 모든 물순환 성분이 물리적 기반하에서 해석되고, 비교적 입력자료의 구축이 용이하며, 장기적인 모의가 가능한 지표수-지하수 해석 모형이 필요하다. 본 연구에서는 위의 목적과 적합한 모형으로 SWAT 모형을 선정하였다. 선정 이유는 사용의 편리성, 모형의 개선 가능성, 입력자료 구축의 용이성, 홍수모의 가능성 등의 우월성이다. SWAT 모형은 지하수의 거동해석 부분에 일부 문제점을 가지고 있으며, 국외의 경우에도 여러 모형을 연계하려는 시도가 이루어지고 있다. 본 연구에서도 SWAT 모형의 지하수 거동해석 부분의 단점을 해결하고자 지하수 유동해석에 널리 이용되고 있는 MODFLOW 모형을 이용하였다. 이를 통해 지표수와 지하수의 각 물 순환 성분간 연계가 이루어져 다양하고 복잡한 형태의 유역특성을 고려한 포괄적인 유출모의가 가능하며, SWAT 모형과 GMS-MODFLOW 모형의 단점을 서로 보완하고 장점을 모두 이용할 수 있는 특징이 있다. 이와 같이 본 연구에서는 제주도 서귀포시 지역에 SWAT 모형을 이용하여 2002. 01 .01∼2008. 12. 31 장기유출 모의를 통해 실제증발산량 및 직접유출량을 산정하고 물수지 방법을 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. 산정된 함양량이 MODFLOW의 입력자료로 타당한지 살펴보기 위해 연구대상유역의 물수지를 살펴보고 실제 지하수위 시계열과 함양량의 시계열을 비교 분석하였다. 분석된 함양량 자료를 다시 GMS-MODFLOW 모형의 입력자료로 사용하여 유한차분법을 이용하여 지하수 유동?봇?대하여 분석하였다. 본 연구의 결과로부터 결론을 요약하면 다음과 같다. 1) SWAT 모형의 입력 자료인 수문·기상 자료인 강우, 최고·최저기온, 태양복사량, 풍속, 습도 등을 서귀포 유역을 포함하는 12개의 하천(2002. 1. 1~2008. 12. 31)에 적용하였다. 또한, 실제 하천의 형상과 함께 SWAT 모형의 입력자료로서 DEM, 토지이용도, 토양도 등의 지형자료를 구축하였다. 2) 서귀포 유역을 포함하는 12개 하천을 건천 및 상시하천 유역으로 구분하여 모형의 수문학적 매개변수 중 유출 및 증발에 관련된 매개변수를 추정하여 민감도 분석을 실시한 결과 가장 큰 영향을 미치는 매개변수는 CN2로 나타났다. 이 밖에도 유출 및 증발에 영향을 미치는 매개변수로는 CN2, SOL_AWC, ESCO 등이 있다. 3) 제주도 서귀포 유역의 12개 하천은 연속적인 실측 직접유출량의 자료는 확보 할 수 없었다. 2003년 이전의 직접유출 또는 실측 관측 자료를 이용하여 보정하였고, 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III)의 서귀포 유역의 실제증발산량 및 직접유출량을 비교·검정한 결과 기존의 평균 실제증발산량과 직접유출량이 비슷한 값을 보였다. 4) 제주도 서귀포 유역의 12개 하천의 물수지 방법에 의한 지하수 함양량과 함양율을 비교·검정한 결과 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III)의 제주도 서귀포 유역의 기존 평균 함양량과 함양율이 비슷한 값을 보였다. 5) 각 년도별 실제증발산량과 직접유출량 산정한 결과 SWAT 모형은 장기 일 유출량 모의에 대하여 전체적으로 우수한 결과를 보이고 있으며, 향후 많은 유출량 자료를 확보하여 본 연구의 결과와 비교·검정한다면 제주도 하천의 장기 일 유출량 모의를 할 수 있을 것이라 판단된다. 또한, 제주도 유역 전반의 통합관리 측면에서 뛰어난 적용성과 폭 넓은 활용 및 우수한 연구결과를 도출 할 것으로 판단된다. 6) 각 년도별 지하수 함양량 및 함양율을 산정할 시에는 정확한 자료의 확보와 다년간의 자료를 이용하여 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을수 있을 것으로 사료된다. 7) GMS-MODFLOW 모형에 의해 산정된 지하수위는 관측치와 모의치의 오차를 비교해 볼 때 정류상태에서의 지하수 분포는 신뢰도 수준에 있어서 잘 반영되고 있는 것으로 판단된다. 서홍동 유역의 상대오차 백분율이 0.085% 정도로 가장 작은 차이를 보이고 있으며 동홍동 유역이 11.035%로 가장 큰 차이를 나타내고 있다. 8) GMS-MODFLOW 모형에 의해 산정된 계산치와 관측치의 부정류상태하에서의 양수기간에 따른 지하수위 변동은 양수기간 30일에 0.02～15.36m의 변동을 보였으며, 60일에 0.94～14.25m, 90일에 0.12～21.20m, 120일에 대한 지하수두 변동은 2.81～11.55m로 나타났다.
The Cheju Island, a Korea's representative volcanic islanding area, has an annual average rain fall of as much as 1,975mm, which is domestically the most rainfall. The groundwater contains 48.5% of the rainfall, which is domestically the highest hydrogeological condition. Among 143 rivers, all of th...
The Cheju Island, a Korea's representative volcanic islanding area, has an annual average rain fall of as much as 1,975mm, which is domestically the most rainfall. The groundwater contains 48.5% of the rainfall, which is domestically the highest hydrogeological condition. Among 143 rivers, all of them excluding 6 of them remain drying stream even after some rainfall, just as usual. In most cases, they have outflow when the rainfall reaches up to a certain high level. It is not easy to use the general hydrogeology analysis to gain the exact estimation of hydrogeological elements in the cases of rivers in the islanding area, unlike those in inland. Accordingly, uncertainty increases in the groundwater analysis. For this reason, required is a surface water & ground water analysis simulation model for physical-base analysis of water flow, comparatively facilitating the establishment of input data and long-term simulation. The SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model, suitable for the above purpose, has been adapted in the present study because it has excellent merits: facilitation of operation, high potential of model improvement, simplicity of establishment of input data, and excellent possibility of flood simulation. Yet the SWAT model has some problems analysing the transport of groundwater. Efforts for applying the SWAT in connecting with different models have been made domestically as well as worldwide. In the present study, the MODFLOW model, widely used for the transport of groundwater, is applied in order to solve out the problem mentioned above. It enables comprehensive runoff simulation for account of watershed features in diverse and complicated types in connection with water circulation of surface water as well as groundwater. It also takes advantages of both the SWAT model and GMS-MODFLOW model in addition to mutual supplement of their shortcomings. In the present study, the actual evapotranspiration and direct runoff were estimated using the SWAT model for the long-term runoff simulation during the period of from Jan. 1, 2002 to Dec. 31, 2002 in Seoguipo, Cheju Island. The recharge of groundwater was estimated using the water balance method. The water balance was examined and the time series of groundwater level and those of the recharge were compared and analysed so as to see whether or not the estimated recharges could be the input data for MODFLOW. The analysed recharge data was used as input data for GMS-MODFLOW model in order to analyse the transport characteristics of groundwater by means of the finite difference method. The result of the research is below: 1) The input data of the SWAT, water balance and weather data such as rainfall, maximum and minimum temperature, solar radiation amount, wind velocity, humidity and so on, was applied to 12 streams including Seoguipo area during the period of from Jan. 1, 2002 to Dec. 31, 2002. Moreover, established was geological data such as real stream shapes, DEM, land-use map, soil map, etc. 2) Sensitivity analysis was performed by estimating the hydrogeological parameters regarding runoff and evapotranspiration with 12 streams in Cheju Island including Seoguipo, divided into drying and flowing streams. In the result, the most affecting parameter was found CN2. The parameters affecting runoff and evapotranspiration are CN2, SOL_AWC, ESCO, and so on. 3) Any data for consecutive actual measurements couldn't be acquired in the 12 streams in Seoguipo, Cheju Island. The data of the direct runoff and the actual measurement data before year 2003 were used for supplement. The actual evapotranspiration and the direct runoff, abstracted from the Cheju water balance and the general research of ground water resource(III), were compared and analysed. The result was that the general evapotranspiration and the direct runoff had similar levels. 4) In the result of the comparison and analysis of the groundwater recharge and recharge rate in the 12 streams in Seoguipo area by the method of water balance, they have the similar values to those of the general average previous recharge and recharge rate at the Cheju water balance and the general research of groundwater resource(III) 5) When the actual evapotranspiration and the direct runoff were computed in each year, the SWAT simulated the excellent result of the long-term daily-runoff. Thus, if more runoff data is collected to compare with the present research, it is estimated that the data of long-term daily runoff will be simulated. In addition, it's predicted excellent application, wide adoption and outstanding research in respect of general management over the whole Cheju Island. 6) It is estimated that, in case of the computation of the groundwater recharge and its recharge rate, accurate data for many years can be used to bring out reliable and accurate result. 7) In comparison of the tolerances of the measured value and the stimulated value of the groundwater computed by the GMS-MODFLOW model, the ground water distribution in the steady flow was reflected to be in a reliable level. The tolerance in the Seohungdong region is 0.085% which is the lowest difference, and that in the Donghungdong region is 11.035%, which is the biggest difference. 8) In the unsteady flow of the computed values and the measured values by the GMS-MODFLOW, the change of groundwater turned out to be 0.02~15.36m during the period of 30 days, 0.94~14.25m during that of 60 days, 0.12~21.20m for that of 90 days and 2.81~11.55m during that of 120 days.
The Cheju Island, a Korea's representative volcanic islanding area, has an annual average rain fall of as much as 1,975mm, which is domestically the most rainfall. The groundwater contains 48.5% of the rainfall, which is domestically the highest hydrogeological condition. Among 143 rivers, all of them excluding 6 of them remain drying stream even after some rainfall, just as usual. In most cases, they have outflow when the rainfall reaches up to a certain high level. It is not easy to use the general hydrogeology analysis to gain the exact estimation of hydrogeological elements in the cases of rivers in the islanding area, unlike those in inland. Accordingly, uncertainty increases in the groundwater analysis. For this reason, required is a surface water & ground water analysis simulation model for physical-base analysis of water flow, comparatively facilitating the establishment of input data and long-term simulation. The SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model, suitable for the above purpose, has been adapted in the present study because it has excellent merits: facilitation of operation, high potential of model improvement, simplicity of establishment of input data, and excellent possibility of flood simulation. Yet the SWAT model has some problems analysing the transport of groundwater. Efforts for applying the SWAT in connecting with different models have been made domestically as well as worldwide. In the present study, the MODFLOW model, widely used for the transport of groundwater, is applied in order to solve out the problem mentioned above. It enables comprehensive runoff simulation for account of watershed features in diverse and complicated types in connection with water circulation of surface water as well as groundwater. It also takes advantages of both the SWAT model and GMS-MODFLOW model in addition to mutual supplement of their shortcomings. In the present study, the actual evapotranspiration and direct runoff were estimated using the SWAT model for the long-term runoff simulation during the period of from Jan. 1, 2002 to Dec. 31, 2002 in Seoguipo, Cheju Island. The recharge of groundwater was estimated using the water balance method. The water balance was examined and the time series of groundwater level and those of the recharge were compared and analysed so as to see whether or not the estimated recharges could be the input data for MODFLOW. The analysed recharge data was used as input data for GMS-MODFLOW model in order to analyse the transport characteristics of groundwater by means of the finite difference method. The result of the research is below: 1) The input data of the SWAT, water balance and weather data such as rainfall, maximum and minimum temperature, solar radiation amount, wind velocity, humidity and so on, was applied to 12 streams including Seoguipo area during the period of from Jan. 1, 2002 to Dec. 31, 2002. Moreover, established was geological data such as real stream shapes, DEM, land-use map, soil map, etc. 2) Sensitivity analysis was performed by estimating the hydrogeological parameters regarding runoff and evapotranspiration with 12 streams in Cheju Island including Seoguipo, divided into drying and flowing streams. In the result, the most affecting parameter was found CN2. The parameters affecting runoff and evapotranspiration are CN2, SOL_AWC, ESCO, and so on. 3) Any data for consecutive actual measurements couldn't be acquired in the 12 streams in Seoguipo, Cheju Island. The data of the direct runoff and the actual measurement data before year 2003 were used for supplement. The actual evapotranspiration and the direct runoff, abstracted from the Cheju water balance and the general research of ground water resource(III), were compared and analysed. The result was that the general evapotranspiration and the direct runoff had similar levels. 4) In the result of the comparison and analysis of the groundwater recharge and recharge rate in the 12 streams in Seoguipo area by the method of water balance, they have the similar values to those of the general average previous recharge and recharge rate at the Cheju water balance and the general research of groundwater resource(III) 5) When the actual evapotranspiration and the direct runoff were computed in each year, the SWAT simulated the excellent result of the long-term daily-runoff. Thus, if more runoff data is collected to compare with the present research, it is estimated that the data of long-term daily runoff will be simulated. In addition, it's predicted excellent application, wide adoption and outstanding research in respect of general management over the whole Cheju Island. 6) It is estimated that, in case of the computation of the groundwater recharge and its recharge rate, accurate data for many years can be used to bring out reliable and accurate result. 7) In comparison of the tolerances of the measured value and the stimulated value of the groundwater computed by the GMS-MODFLOW model, the ground water distribution in the steady flow was reflected to be in a reliable level. The tolerance in the Seohungdong region is 0.085% which is the lowest difference, and that in the Donghungdong region is 11.035%, which is the biggest difference. 8) In the unsteady flow of the computed values and the measured values by the GMS-MODFLOW, the change of groundwater turned out to be 0.02~15.36m during the period of 30 days, 0.94~14.25m during that of 60 days, 0.12~21.20m for that of 90 days and 2.81~11.55m during that of 120 days.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.