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경북 고령군 강변여과 취수 지역의 지하수 유동 모사 및 민감도 분석
Simulation of Groundwater Flow and Sensitivity Analysis for a Riverbank Filtration Site in Koryeong, Korea 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.11 no.2, 2006년, pp.45 - 55  

원이정 (한국수자원공사 수자원연구원) ,  구민호 (공주대학교 지질환경과학과) ,  김형수 (한국수자원공사 수자원연구원)

초록
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강변여과수 취수 방식의 도입이 고려되었던 경상북도 고령군 낙동강변의 충적대수층을 대상으로 2차원 지하수 유동모사를 수행하여, 취수정 및 주변 대수층에서의 지하수위와 하천수 유입량의 계절적 변화를 분석하였다. 개념모델의 하천 경계조건은 연평균 하천수위를 고정 수두로 설정하는 경우와 실제 관측된 시계열 자료를 이용하여 변동 수두로 설정하는 경우로 구분하여 모사를 수행하였다. 모사 결과 산정된 하천수 유입 비율은 고정하천수두 모사의 경우 연중 $74.3{\sim}87.0%$의 범위를 보이며 연평균 82.4%인 반면, 변동하천수두 모사의 경우 $52.7{\sim}98.1%$, 연평균 78.5%로 나타났다. 따라서 시기별로 변동하는 하천수위가 하천수 유입 비율에 큰 영향을 미치며, 하천수 유입 비율을 정확하게 산정하기 위해서는 변동하천수두 조건을 이용해야 하는 것으로 해석된다. 강변으로부터 취수정까지의 이격거리를 변화시키면서 모사를 반복 수행한 결과 취수정 이격거리가 커질수록 하천수 혼합 비율은 다소 감소하지만 그 영향이 수 % 정도로 매우 작게 나타났다. 강변여과 취수 시 지하수위 및 하천수 혼합비율에 영향을 미치는 인자인 대수층의 수리전도도 및 저유계수, 지하수 함양량, 취수량 등에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 대수층의 평균 지하수위와 하천수 유입 비율은 취수량과 지하수 함양량 변화에 민감한 반면, 취수정의 지하수위는 수리전도도와 취수량에 민감한 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A 2-D unconfined flow model is developed to analyze annual variations of groundwater level and bank filtration rate (BFR) for an experimental riverbank filtration site in Koryeong, Korea. Two types of boundary conditions are examined for the river boundary in the conceptual model: the static head co...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 실제 강변여과 취수가 계획되었던 경상북도 고령군 다산면의 낙동강 주변 충적대수층을 대상으로 지하수 유동 모사를 수행하였으며, 취수정 및 주변 대수층에서의 지하수위와 지하수 및 하천수 혼합 비율의 계절적 변화를 분석하였다. 본 연구의 목적은 1) 강변 여과를 모사하는 지하수 모델에서 물 공급원 역할을 하는 하천의 경계조건 설정 방법을 탐색하고, 2) 강변여과 취수 시 지하수위 및 하천수 혼합비율에 영향을 미치는 인자인 대수층의 수리전도도 및 저유계수, 지하수 함양량, 취수정의 취수량과 이격거리 등에 대한 민감도 분석을 수행하는데 있다. 강변여과 취수 방식을 이용한 상수도 공급에 있어 지하수위 및 하천수 유입 비율의 변화는 향후 강변여과수 개발 및 운영 시 수량과 수질의 관리에 중요한 요소가 되므로, 이들 영향인자들의 민감도 파악을 통해 향후 강변여과수 개발지 선정 시 타당성 검토 및 관리 운영 시의 주안점을 파악하고자 하는 것이 본 연구의 최종적 목표이다.
  • 본 연구의 목적은 1) 강변 여과를 모사하는 지하수 모델에서 물 공급원 역할을 하는 하천의 경계조건 설정 방법을 탐색하고, 2) 강변여과 취수 시 지하수위 및 하천수 혼합비율에 영향을 미치는 인자인 대수층의 수리전도도 및 저유계수, 지하수 함양량, 취수정의 취수량과 이격거리 등에 대한 민감도 분석을 수행하는데 있다. 강변여과 취수 방식을 이용한 상수도 공급에 있어 지하수위 및 하천수 유입 비율의 변화는 향후 강변여과수 개발 및 운영 시 수량과 수질의 관리에 중요한 요소가 되므로, 이들 영향인자들의 민감도 파악을 통해 향후 강변여과수 개발지 선정 시 타당성 검토 및 관리 운영 시의 주안점을 파악하고자 하는 것이 본 연구의 최종적 목표이다.
  • 따라서 본 연구에서는 전체 유역에 대한 3차원적인 상세 지층구조에 대한 정보가 부족한 것으로 판단되므로 2차원 모델링을 기본으로 다양한 유역경계와 영향인자 값들에 대해 모사를 수행하였다. Fig.
  • 특히, 우리나라와 같이 건기와 우기가 뚜렷하며 강수의 대부분이 우기에 집중되는 경우, 이러한 기상조건에 따른 함양의 변화 또한 취수장 및 정수장의 운영에 크게 영향을 미친다. 본 절에서는 대상 지역의 각 영향인자에 대한 지하수위와 하천수 유입량의 민감도를 파악하고자 한다.

가설 설정

  • 하천부를 고정수두 경계와 변동수두경계로 구분하여 각각 수위와 하천수 유입 비율을 분석하였으며, 하천부 고정수두경계의 경우 하천부 전체를 EL. 15 m로 모사하거나, 하천이 서측에서 동측으로 일정한 흐름을 가지는 것을 가정하여 일정한 임의의 하천 수두경사 값을 주어 그 결과를 검토하였다. 함양은 과거 30년 동안 대구 지역의 일별 강우 자료를 근거로, 강우의 40%가 이루어지는 것으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지하수가 음용수로 선호되는 이유는? 일반적으로 지하수는 지표수보다 수질이 양호하고 수온이 일정하다는 장점을 가지고 있어 음용수로 선호되고 있으나, 수량이 제한적이어서 국내의 경우 다량의 수자원 공급은 대부분 지표수에 의존하고 있다. 그러나 최근 지표 수에서의 돌발적 수질오염 사고 및 수질 악화 등에 의해 고도의 정수처리 등이 불가피하게 되고 이에 따른 고가의 시설비 및 운영비의 투자가 요구되는 사례가 빈번히 발생하고 있어 취수원의 다변화 측면에서 지하 대수층에 관심이 모아지고 있다.
최근 지표수 관련 어떤 문제가 발생하고 있는가? 일반적으로 지하수는 지표수보다 수질이 양호하고 수온이 일정하다는 장점을 가지고 있어 음용수로 선호되고 있으나, 수량이 제한적이어서 국내의 경우 다량의 수자원 공급은 대부분 지표수에 의존하고 있다. 그러나 최근 지표 수에서의 돌발적 수질오염 사고 및 수질 악화 등에 의해 고도의 정수처리 등이 불가피하게 되고 이에 따른 고가의 시설비 및 운영비의 투자가 요구되는 사례가 빈번히 발생하고 있어 취수원의 다변화 측면에서 지하 대수층에 관심이 모아지고 있다. 지하수가 존재하는 대수층은 수질 측면에서 자정능력이라는 커다란 장점을 가지고 있으며, 수량적 측면에서도 유도 함양 및 직접함양 등과 같은 지표수와의 적절한 연계를 통해 다량의 용수를 저비용으로 저장 가능하다는 이점이 있다.
지하수가 존재하는 대수층의 장점은? 그러나 최근 지표 수에서의 돌발적 수질오염 사고 및 수질 악화 등에 의해 고도의 정수처리 등이 불가피하게 되고 이에 따른 고가의 시설비 및 운영비의 투자가 요구되는 사례가 빈번히 발생하고 있어 취수원의 다변화 측면에서 지하 대수층에 관심이 모아지고 있다. 지하수가 존재하는 대수층은 수질 측면에서 자정능력이라는 커다란 장점을 가지고 있으며, 수량적 측면에서도 유도 함양 및 직접함양 등과 같은 지표수와의 적절한 연계를 통해 다량의 용수를 저비용으로 저장 가능하다는 이점이 있다. 이러한 수자원 공급 방식에는 크게 직접인공함양, 지하댐, 강변여과 등이 있다.
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참고문헌 (19)

  1. 구민호, 이대하, 2002, 지하수위 변동법에 의한 지하수 함양량 산 정의 수치해석적 분석, 지질학회지, 38(3), 407-420 

  2. 국립지질조사소, 1970, 한국지질도 1:50,000 현풍도폭(SHEET 6821-II) 

  3. 김주환, 백건하, 김형수, 김진삼, 윤성택, 2003, 낙동강 함안군 칠 서 강변여과 개발 예정지역의 수리지구화학적 특성조사, 2003년 한국지하수토양환경학회 추계학술발표회, 제주대학교, p. 561-564 

  4. 김형수, 박승기, 정찬, 백건하, 원이정, 신흥섭, 2002a, 낙동강 달 서지구 강변 여과수 취수에 관한 예비 연구, 2002년 한국지하수 토양환경학회 춘계학술발표회, 서울시립대학교, p. 93-97 

  5. 김형수, 이철우, 백건하, 2002b, 지하투과레이다(GPR)를 활용한 천부 충적 대수층 퇴적상 연구, 2002년 한국지하수토양환경학회 추계학술발표회, 부산대학교, p. 144-147 

  6. 이동기, 박재현, 박창근, 양정석, 남도현, 김대근, 정교철, 최용선, 부성안, 2004, 강변여과 취수시 과도한 지하수 하강을 저감시키 기 위한 인공함양의 활용방안 연구, 지질공학 14(4), 391-400 

  7. 조주래, 김형수, 원이정, 2002, 충적 내수층내의 미소 생물 (meiofauna) 생태고찰 -외국의 연구 사례소개 및 고령군 다산면 강변여과 현장예비 조사-, 2002년 한국지하수토양환경학회 추계 학술발표회, 부산대학교, p. 129-133 

  8. 창원시 상수도사업소, 2003, 창원시 강변여과수 개발관련 자료집 

  9. 한국수자원공사, 1995, 하상퇴적층 지하수 조사 보고서 

  10. 한국수자원공사, 1999, 지하수함양 및 활용증대방안 연구 보고서 

  11. 한국수자원공사, 2002a, 강변여과수 개발가능지점 및 개발가능 량 조사 보고서 

  12. 한국수자원공사, 2002b, 영남내륙권 광역상수도(취수 및 관로시 설) 실시설계 취수원개발방안 보고서 

  13. 함세영, 정재열, 김형수, 한정상, 류수희, 2004, 창원시 북면 낙동 강 주변 하성퇴적층의 지하수유동 모델링 연구, 자원환경지질, 37(5), 499-508 

  14. 함세영, 정재열, 김형수, 한정상, 차용훈, 2005, 창원시 대산면 강 변여과수 취수부지 주변의 지하수 유동 모델링, 자원환경지질, 38(1), 67-78 

  15. 환경부, 2002, 이룡지구 강변여과수 시범개발 조사사업 보고서 

  16. Anderson, M.P. and Woessner, W.W., 1992, Applied Groundwater Modeling: Simulation of Flow and Advective Transport, Academic Press, San Diego, p. 381 

  17. Marsily, G. de, 1986, Quantitative hydrogeology, Academic Press, San Diego, p. 440 

  18. Morris, D.A. and Johnson, A.I., 1967, Summary of Hydrologic and Physical Properties of Rock and Soil Materials as Analyzed by the Hydrologic Laboratory of the U.S. Geological Survey, U.S. Geological Survey Water Supply Paper 1839-D 

  19. Schubert, J., 2002, Hydrulic aspects of riverbank filtration-Field studies, J. Hydrol., 266, 145-161 

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