지하수위 변동 예측 및 비포화대 함수모델을 이용한 지하수 함양율 산정 연구 A Study on Delineation of Groundwater Recharge Rate Using Water-Table Fluctuation and Unsaturate Zone Soil Water Content Model원문보기
본 연구에서는 지하수위 변동모델과 비포화대 함수모델을 적용한 지하수 함양율 산정 기법을 제안하였다. 기법의 적용성을 살펴보기 위하여 연구지역인 국내 4개 국가지하수 관측소를 선정하였으며 1996년부터 2005년에 이르는 국가 지하수 관측망(포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천) 수위자료와 포항, 순천, 홍천의 기상청 강우자료가 이용되었다. 각 관측소 주변 토양형에 따른 지하수 함양율은 홍천 관측소가 최소 0.5%에서 최대 61.4%, 포항 연일 관측소는 1.1%에서 27.4%, 포항 기북 관측소는 5.1%에서 41.4%, 및 순천 외서 관측소는 1.1%에서 8.3%의 분포를 보였다. 본 연구에서 이용된 지하수위 변동예측 모델은 지하수위 변동이 강우에 의해서만 발생하는 것으로 가정하였으며 향후 보다 정확한 지하수위 예측을 위해서 지하수 채수나 증발산의 영향을 추가 고려할 필요가 있을 것이라 판단된다. 또한 제안된 기법의 보다 넓은 범위의 적용을 위해서는 비포화 암반의 함수 모델을 도입할 필요가 있을 것이라 판단된다. 현재 본 연구를 공간적으로 확장하여 지역화 하기 위한 연구가 진행 중이다. 본 연구에서 제안하는 지하수 함양율 산정 기법은 가정을 최소화함으로써 방법론적으로 합리적이며 실제 지하수 시스템을 잘 반영하는 과학적인 모델로 기존 지하수 함양율 산정 기법을 충분히 대체할 수 있을 것이라 판단된다.
본 연구에서는 지하수위 변동모델과 비포화대 함수모델을 적용한 지하수 함양율 산정 기법을 제안하였다. 기법의 적용성을 살펴보기 위하여 연구지역인 국내 4개 국가지하수 관측소를 선정하였으며 1996년부터 2005년에 이르는 국가 지하수 관측망(포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천) 수위자료와 포항, 순천, 홍천의 기상청 강우자료가 이용되었다. 각 관측소 주변 토양형에 따른 지하수 함양율은 홍천 관측소가 최소 0.5%에서 최대 61.4%, 포항 연일 관측소는 1.1%에서 27.4%, 포항 기북 관측소는 5.1%에서 41.4%, 및 순천 외서 관측소는 1.1%에서 8.3%의 분포를 보였다. 본 연구에서 이용된 지하수위 변동예측 모델은 지하수위 변동이 강우에 의해서만 발생하는 것으로 가정하였으며 향후 보다 정확한 지하수위 예측을 위해서 지하수 채수나 증발산의 영향을 추가 고려할 필요가 있을 것이라 판단된다. 또한 제안된 기법의 보다 넓은 범위의 적용을 위해서는 비포화 암반의 함수 모델을 도입할 필요가 있을 것이라 판단된다. 현재 본 연구를 공간적으로 확장하여 지역화 하기 위한 연구가 진행 중이다. 본 연구에서 제안하는 지하수 함양율 산정 기법은 가정을 최소화함으로써 방법론적으로 합리적이며 실제 지하수 시스템을 잘 반영하는 과학적인 모델로 기존 지하수 함양율 산정 기법을 충분히 대체할 수 있을 것이라 판단된다.
In this study, a combined model of a water-table fluctuation and a soil moisture content model is proposed for the estimation of groundwater recharge rate at a given location. To evaluate the model, groundwater level data from 4 monitoring wells (Pohang Yeonil, Pohang Kibuk, Suncheon Oeseo, Hongcheo...
In this study, a combined model of a water-table fluctuation and a soil moisture content model is proposed for the estimation of groundwater recharge rate at a given location. To evaluate the model, groundwater level data from 4 monitoring wells (Pohang Yeonil, Pohang Kibuk, Suncheon Oeseo, Hongcheon Hongcheon) of National Groundwater Monitoring Network from 1996 to 2005 and precipitation data of corresponding years are used. From the proposed methodology, the groundwater recharge rates are estimated to be from 0.5 to 61.4% for Hongcheon Hongcheon, from 1.1 to 27.4% for Pohang Yeonil, from 5.1 to 41.4% for Pohang Kibuk, and from 1.1 to 8.3% for Suncheon Oeseo. The magnitude of variation of the estimated recharge rate depends on the soil type observed near the stations. The groundwater fluctuation model used in this study includes precipitation as a unique source of water-table perturbation and there may exist corollary limitations. To improve the applicability of the proposed method, a capillary-water content constitutive model for unsaturated fractured rock media may be considered. The proposed recharge rate delineation method is physically based and uses minimum numbers of assumptions. The method may be used as a better substitute for the previous tools for delineating recharge rate of a location using water-table fluctuation method and contribute to national groundwater management plan. Further research on the spatial interpolation of the method is under progress.
In this study, a combined model of a water-table fluctuation and a soil moisture content model is proposed for the estimation of groundwater recharge rate at a given location. To evaluate the model, groundwater level data from 4 monitoring wells (Pohang Yeonil, Pohang Kibuk, Suncheon Oeseo, Hongcheon Hongcheon) of National Groundwater Monitoring Network from 1996 to 2005 and precipitation data of corresponding years are used. From the proposed methodology, the groundwater recharge rates are estimated to be from 0.5 to 61.4% for Hongcheon Hongcheon, from 1.1 to 27.4% for Pohang Yeonil, from 5.1 to 41.4% for Pohang Kibuk, and from 1.1 to 8.3% for Suncheon Oeseo. The magnitude of variation of the estimated recharge rate depends on the soil type observed near the stations. The groundwater fluctuation model used in this study includes precipitation as a unique source of water-table perturbation and there may exist corollary limitations. To improve the applicability of the proposed method, a capillary-water content constitutive model for unsaturated fractured rock media may be considered. The proposed recharge rate delineation method is physically based and uses minimum numbers of assumptions. The method may be used as a better substitute for the previous tools for delineating recharge rate of a location using water-table fluctuation method and contribute to national groundwater management plan. Further research on the spatial interpolation of the method is under progress.
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문제 정의
본 연구에서는 Sophocleous(1991)에 의해 제안된 바있는 지하수위 변동 모델과 비포화대 함수 모델을 동시에 고려한 ‘hybrid water fluctuation model’에 기초하여 지하수 함양율을 산정하고자 한다.
그러나 이러한 방법을 통해 van Genuchten 모델 파라미터에 대한 정보를 얻는 것은 일반 적으로 비포화대 구간 관측정의 설치 및 검층 등 많은 비용이 소요되며 그 수가 충분하지 않을 경우 관측의 대표성에 대한 문제가 발생될 우려가 있다. 본 연구에서는 상기 언급한 바와 같은 문제점을 피하기 위하여 지하수위 관측정 주변의 개략토양도를 통해 토양 타입을 확인하고 기존 연구를 통해 얻어진 각 토양 별 van Genuchten 모델 파라미터를 참조하여 우회적인 방법으로 저수간극을 산정하였다. 본 연구에서 이용된 van Genuchten 모델 파라미터는 Table 1에 주어진 바와 같으며 이는 기존 문헌 (Yates et al.
본 연구에서는 이를 위하여 지하수위 변동 모델로 박은규(2007)에 의해 제안된 지하수위 변동예측 모델을 이용하였으며 비포화대 함수 모델로 van Genuchten(1980)에 의해 제안된 비포화대 수분 거동 모델을 이용하였다. 본 연구에서는 우선 지하수위 변동 모델을 이용하여 선정된 수 개 국가지하수 관측망 측정결과를 해석하여 최적 모델 파라미터를 구하고 비 포화대 함수 모델을 이용하여 얻어진 모델 파라미터를 해석하여 궁극적으로 각 관측지점을 대표하는 함양율을 얻는 것이 최종적인 목표이다.
본 연구에서는 지하수위 변동모델과 비포화대 함수모델에 근거하여 새로운 지하수 함양율 산정 기법을 제안하였다. 또한 이를 연구지역인 국내 4개 국가지하수 관측소인근 지하수 함양율 산정에 적용하였다.
가설 설정
Eq (1)에 의하면 시간에 따른 수위의 변화, H에 가장 큰 영향을 미치는 시 변위량은 일 강우량이며 그 외의 모든 수위변화에 영향을 줄 수 있는 요인들(ie. 증발산량, 지하수 채수량, 조수간만에 의한 영향, 적설량 등)은 무시할 수 있다고 가정하였다. 특히, 증발산의 경우 일정 심도(ie.
본 연구에서 이용된 지하수위 변동예측 모델은 지하수위 변동이 강우에 의해서만 발생하는 것으로 가정하였다. 그러나 보다 정확한 지하수위 예측을 위해서는 지하수 채 수의 영향이나 증발산이 지하수위 변동에 미치는 영향 등 강우외적인 요소에 대한 고려가 필요할 것이라 생각된다.
제안 방법
1996년부터 2005년에 이르는 국가지하수 관측망(포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천) 수위자료와 포항, 순천, 홍천의 기상청 강우자료를 이용하여 지하수위 변동예측 모델 파라미터의 최적화와 시-규모를 고려한 지하수위 평균 변이량 산정이 이루어졌다. 또한 각 관측소 주변 토양 정보와 기 연구된 토양별 van Genuchten 모델 파라미터를 이용하여 각 관측소별 비포화대 충진 함양량 및 충진공극률을 추정하였다. 이를 통해 최종적으로 각 관측소 인근 토양별 구성 별 지하수 함양율을 산정하였다.
Fig 3, 4, 5, 6은 각각 국가지하수 관측망의 실측 및 예측된 지하수위와 강우량 그래프를 나타낸 것으로, 실측 수위 자료와 강우자료와의 관계를 관찰한 결과 포항 기북, 순천 외서, 홍천 홍천의 국가지하수 관측망 수위자료는 강 우와의 상관성이 비교적 높은 것으로 판단되었으나, 포항 연일지역은 강우외적인 영향에 의한 수위 변동이 잦은 것으로 판단되었다. 본 연구에서 이용된 지하수위 변동 예측모델은 강우에 의한 함양이 지하수위 변동을 발생시키는 유일한 인자임을 가정하였으므로 관측기간 중 강우에 의해 변동 되는 것으로 판단되는 수위자료 구간만을 분석에 적용하였다(Fig 3).
본 연구에서 제안하는 기법은 방법론적으로 지하수위 변동법에 속한다. 지하수위 변동법은 시간에 따른 지하수위 증가량과 지하수의 함양량이 대수층의 비산출율에 의해 관계 지어질 수 있음에 기초한다(Healy and Cook, 2002).
본 연구에서 제안하는 지하수 함양율 산정 기법은 최소한의 가정을 이용함으로써 방법론적으로 합리적이며 실제지하수 시스템을 잘 반영하는 과학적인 모델이다. 따라서본 연구가 제안하는 기법이 현재 운영되고 있는 기존 지하수 함양율 산정 기법을 충분히 대체할 수 있을 것이라믿어지며 체계적인 적용이 이루어질 경우 국가 지하수자원 관리를 선진화 할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이라 판단된다.
본 연구에서는 상기의 Eq (1)을 지하수 함양량 예측에 적용할 수 있도록 새로운 방법론을 개발하였으며 그 과정을 간략히 표현한 것은 Fig. 1와 같다.
본 연구에서는 상기의 식을 통해 지하수위 및 간극수압의 변화에 따른 비포화대 토양 함수비의 분포를 파악하여 단위 수두 변화 시 요구되는 평균 비포화대 충진 함양량을 산정하였다. 이를 보다 상술하면, Eq (1)에 의해 예측 되는 수위의 시-규모는 입력 강우자료의 시-규모에 종속되므로 이러한 시-규모에 해당하는 지하수위의 평균 변이 량을 얻어내어 이를 함양량 예측에 있어 특성길이 (characteristic length)로 이용하였다.
우선, Eq (1)을 전산코드화 하고 예측 대상지역으로부터 관측된 시-규모의 강우를 입력자료로 하여 연구지역의 지하수위 변동을 예측한다. 위의 과정 동안 모델의 최적 입력 파라미터를 얻기 위하여 입력인자 추정코드인 PEST(Doherty, 2002)가 이용되었다.
위에서 제시한 실험방법의 적용을 위하여 포항, 순천 그리고 홍천 지역 강우자료(기상청, 1996-2005)가 이용되었 으며, 국가지하수 관측망의 포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천 관측소의 충적층 지하수 수위자료(국가지하수 정보센터, 1996-2005)를 통해 입력인자들의 최적 값을 산정하였다. 본 연구를 통해 제안된 기법은 충적층 지하수를 대상으로 하며, 이는 비포화대 충진 함양량 산정 시 토양을 대상으로 하는 van Genuchten 모델에 기초하기 때문이다.
본 연구에서는 상기의 식을 통해 지하수위 및 간극수압의 변화에 따른 비포화대 토양 함수비의 분포를 파악하여 단위 수두 변화 시 요구되는 평균 비포화대 충진 함양량을 산정하였다. 이를 보다 상술하면, Eq (1)에 의해 예측 되는 수위의 시-규모는 입력 강우자료의 시-규모에 종속되므로 이러한 시-규모에 해당하는 지하수위의 평균 변이 량을 얻어내어 이를 함양량 예측에 있어 특성길이 (characteristic length)로 이용하였다.
또한 각 관측소 주변 토양 정보와 기 연구된 토양별 van Genuchten 모델 파라미터를 이용하여 각 관측소별 비포화대 충진 함양량 및 충진공극률을 추정하였다. 이를 통해 최종적으로 각 관측소 인근 토양별 구성 별 지하수 함양율을 산정하였다.
수위변동 예측을 위한 입력인자인 강우는 기상청 강우자료에 따라 일 단위의 시-규모로 입력되었고, 이에 따른 지하수위 변동 역시 일 단위로이루어졌다. 이에 따라 지하수위 평균 변이량 산정은 일단위로 계산 되었으며, 국가지하수 관측망 수위자료와 기상청 강우자료와의 대비를 통해 유효 강우와 유효 강우에 의한 지하수위 평균 변이량을 산정하여 평균 수위 변이량을 산정하였다(Table 4).
대상 데이터
Eq (4)에 따른 시-규모별 지하수위 평균 변이량 산정을 위하여 포항, 순천 그리고 홍천 지역 강우자료(기상청, 1996-2005)와 국가지하수 관측망의 포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천 관측소의 수위자료(국가지하수정보센터, 1996-2005)를 이용하였다. 수위변동 예측을 위한 입력인자인 강우는 기상청 강우자료에 따라 일 단위의 시-규모로 입력되었고, 이에 따른 지하수위 변동 역시 일 단위로이루어졌다.
적절한 van Genuchten 파라미터 선정을 위해, 개략토양도를 이용하여 국가지하수 관측소 주변의 토양타입을 확인하고, Carsel and Parrish(1988)의 연구에 의한 토양 타입별 van Genuchten 파라미터를 적용하여 평균 지하수위 변이량에 따른 비포화대 충진 함양량을 산정하였다. 국가지하수 관측망 주변의 토양은 편의 상 관측정 수위에 영향을 미칠 것이라 판단되는 50 m 인근의 모든 토양을 고려하였다. 이러한 영향반경은 추후 관측정 주변 토양 및 대수층의 수평 수리전도도에 기초하여 산정되어질 수 있을 것이라 판단되나 본 연구에서는 이를 고려하지 않았다.
본 연구에서는 지하수위 변동모델과 비포화대 함수모델에 근거하여 새로운 지하수 함양율 산정 기법을 제안하였다. 또한 이를 연구지역인 국내 4개 국가지하수 관측소인근 지하수 함양율 산정에 적용하였다.
이를 통해 연구 대상지역에서의 최적화 된 k, f/nf, 및 hmin가 예측된다. 모델 파라미터의 최적화 시 부분적인 지하수위 이상 변이에 의한오차를 최소화하기 위하여 가능한 한 장기간의 지하수위 관측 데이터를 이용하였다.
위에서 제시한 실험방법의 적용을 위하여 포항, 순천 그리고 홍천 지역 강우자료(기상청, 1996-2005)가 이용되었 으며, 국가지하수 관측망의 포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천 관측소의 충적층 지하수 수위자료(국가지하수 정보센터, 1996-2005)를 통해 입력인자들의 최적 값을 산정하였다. 본 연구를 통해 제안된 기법은 충적층 지하수를 대상으로 하며, 이는 비포화대 충진 함양량 산정 시 토양을 대상으로 하는 van Genuchten 모델에 기초하기 때문이다.
이론/모형
대수층의 저수간극을 얻어내기 위하여, van Genuchten 모델을 이용하여 평균 수위변화량인 ∆h가 발생하기 위한 비포화대 충진 함양량(Rsat)을 산정하며 이는 Eq (5) 및 Fig. 2의 모식도에서 제시하는 바와 같다.
또한 본 연구에서는 합리적인 nf 산정을 위하여 기 발표된 토양 함수비 예측 모델인 van Genuchten의 방법을 이용하였다(구민호, 이대하, 2002; van Genuchten, 1980; Vogel et al., 2001; Schaap and van Genuchten, 2005).
본 연구에서는 상기 언급한 바와 같은 문제점을 피하기 위하여 지하수위 관측정 주변의 개략토양도를 통해 토양 타입을 확인하고 기존 연구를 통해 얻어진 각 토양 별 van Genuchten 모델 파라미터를 참조하여 우회적인 방법으로 저수간극을 산정하였다. 본 연구에서 이용된 van Genuchten 모델 파라미터는 Table 1에 주어진 바와 같으며 이는 기존 문헌 (Yates et al., 1989; Carsel and Parrish, 1988; van Genuchten, 1980)의 분석 결과를 참고 하였다.
본 연구에서는 비포화대의 저수간극을 얻기 위하여 van Genuchten 모델을 이용하며 이를 얻기 위해서는 다음과 같은 세 가지 방법을 고려할 수 있다. 첫째, 지하수위 관측정 주변 수 개소에서 심도에 따른 토양 함수비의 변화를 측정하여야 한다.
본 연구에서는 Sophocleous(1991)에 의해 제안된 바있는 지하수위 변동 모델과 비포화대 함수 모델을 동시에 고려한 ‘hybrid water fluctuation model’에 기초하여 지하수 함양율을 산정하고자 한다. 본 연구에서는 이를 위하여 지하수위 변동 모델로 박은규(2007)에 의해 제안된 지하수위 변동예측 모델을 이용하였으며 비포화대 함수 모델로 van Genuchten(1980)에 의해 제안된 비포화대 수분 거동 모델을 이용하였다. 본 연구에서는 우선 지하수위 변동 모델을 이용하여 선정된 수 개 국가지하수 관측망 측정결과를 해석하여 최적 모델 파라미터를 구하고 비 포화대 함수 모델을 이용하여 얻어진 모델 파라미터를 해석하여 궁극적으로 각 관측지점을 대표하는 함양율을 얻는 것이 최종적인 목표이다.
우선, Eq (1)을 전산코드화 하고 예측 대상지역으로부터 관측된 시-규모의 강우를 입력자료로 하여 연구지역의 지하수위 변동을 예측한다. 위의 과정 동안 모델의 최적 입력 파라미터를 얻기 위하여 입력인자 추정코드인 PEST(Doherty, 2002)가 이용되었다. 이를 통해 연구 대상지역에서의 최적화 된 k, f/nf, 및 hmin가 예측된다.
평균 지하수위 변이량에 의한 비포화대 충진 함양량은 van genuchten 모델에 의해 산정하였다. 적절한 van Genuchten 파라미터 선정을 위해, 개략토양도를 이용하여 국가지하수 관측소 주변의 토양타입을 확인하고, Carsel and Parrish(1988)의 연구에 의한 토양 타입별 van Genuchten 파라미터를 적용하여 평균 지하수위 변이량에 따른 비포화대 충진 함양량을 산정하였다. 국가지하수 관측망 주변의 토양은 편의 상 관측정 수위에 영향을 미칠 것이라 판단되는 50 m 인근의 모든 토양을 고려하였다.
평균 지하수위 변이량에 의한 비포화대 충진 함양량은 van genuchten 모델에 의해 산정하였다. 적절한 van Genuchten 파라미터 선정을 위해, 개략토양도를 이용하여 국가지하수 관측소 주변의 토양타입을 확인하고, Carsel and Parrish(1988)의 연구에 의한 토양 타입별 van Genuchten 파라미터를 적용하여 평균 지하수위 변이량에 따른 비포화대 충진 함양량을 산정하였다.
성능/효과
각 관측소 주변 토양형에 따른 지하수 함양율은 홍천 관측소가 토양형에 따라 최소 0.5%에서 최대 61.4%의 가장 넓은 분포를 보였으며, 포항 연일 관측소는 1.1%에서 27.4%의 함양율 분포를 보였다. 비교적 세립질 토양이 다량 분포하는 것으로 분석된 순천 외서 관측소는 1.
강우 및 예측지하수위와 실측지하수위의 관계를 분석한결과, 포항 기북, 순천 외서, 홍천 홍천의 수위자료는 각지역에 따라 지하수 채수 등 강우외적 효과에 의한 지하 수위 변동이 일부 관찰되었다. 이러한 변동은 주로 관측소 위치 주변에서의 지하수 채수 또는 인근의 바다로부터 유래되는 조수위의 주기적인 변동 효과, 또는 계측오차로 판단다.
064로 네 지역 중 모사에 의한 예측이 실측치에 가장 가까운 것으로 나타났다. 강우에 의한 상승 수위의 시간에 따른 감쇠 속도에 관련되는 모델 파라미터인 k 절대값의 경우 포항 기북에서 가장 크게 나타나 가장 빠른 감쇠를 보이는 것으로 분석되었으며 순천 외서에서 가장 느린 특성을 보여준다. 이는 매질의 배수성 내지는 수리전도도와 밀접한 관련을 가지며(박은규, 2007) 기북의 경우 관측정이 위치한 매질의 특성이 사토에 가까우며 순천 외서의 경우 미사질식양토에 가까운 것으로부터 이를 확인할 수 있다.
강우에 의한 수위변동에 영향을 미치는 입력인자들의 민감도 분석 결과 hmin가 수위변동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, f/nf, k은 거의 동일한 영향을 미치는 것으로 나타났다(Table 3). 포항 연일 관측자료의 경우 모델의 보정을 위해 일부 구간만을 취사선택하였으므로 민감도 분석이 제대로 이루어지지 않아 이를 제외하였다.
본 연구에 의해 제안된 기법을 이용한 각 관측소 인근의 함양율은 일반적으로 우리나라의 적정한 함양율 범위라 여겨지는 15% 내지 20%의 범위를 포함하는 것으로 나타났다. 단, 본 연구에서 이용한 개략토양도는 개개의 토양의 공간적 분포 특성에 대한 정보를 제공하지 않으므로 토양 피복 면적 비에 기초한 각 관측소 주변의 가중 평균 지하수 함양율을 구하기에는 다소간의 어려움이 있는 것으로 판단된다. 이러한 점을 극복하기 위해서는 보다 정밀한 토양조사 및 실외실험이 필요하며 현재 이에 대한 연구가 진행 중이다.
지하수위 변동법은 시간에 따른 지하수위 증가량과 지하수의 함양량이 대수층의 비산출율에 의해 관계 지어질 수 있음에 기초한다(Healy and Cook, 2002). 따라서 이 방법에 의하면 비산출율에 대한 사전 정보가 존재할 경우 지하수위 변이와 비산출율을 이용하여 간편하게 함양율을 산정할 수 있다는 장점이 있을 수 있다. 그러나 비산출율에 대한 사전 정보는 대부분의 지역에서 얻을 수 없는 것이 현실이며 사전 정보가 있다 하더라도 지하수 함양율을 얻기 위하여 이용되는 비산출 율의 모호성으로 인하여 경우에 따라 매우 큰 오류를 발생시킬 수 있다.
본 연구에 의해 제안된 기법을 이용한 각 관측소 인근의 함양율은 일반적으로 우리나라의 적정한 함양율 범위라 여겨지는 15% 내지 20%의 범위를 포함하는 것으로 나타났다. 단, 본 연구에서 이용한 개략토양도는 개개의 토양의 공간적 분포 특성에 대한 정보를 제공하지 않으므로 토양 피복 면적 비에 기초한 각 관측소 주변의 가중 평균 지하수 함양율을 구하기에는 다소간의 어려움이 있는 것으로 판단된다.
4%의 함양율 분포를 보였다. 비교적 배수성이 불량한 것으로 분석된 순천 외서의 경우 함양율 분포는 최소 1.1% 및 최대 8.3%로 비교적 낮은 값을 가지는 것으로 분석되었으며 홍천 홍천의 경우 최소 0.5%에서 최대 61.4%로 넓은 범위의 함양율 분포를 갖는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 사질 및 미사질의 분포가 매우 다양한 홍천 홍천 관측소 주변의 토양분포에 의해 잘 설명될 수 있는 것으로 판단 된다.
4%의 함양율 분포를 보였다. 비교적 세립질 토양이 다량 분포하는 것으로 분석된 순천 외서 관측소는 1.1%에서 8.3%의 낮은 함양율 분포를 보였고, 포항 기북은 5.1%에서 41.4%의 분포를 보였다. 본 연구를 통하여 얻어진 토양별 함양율을 실제 각 지역의 토양별 분포 면적에 의해 분석한다면 최종적으로 각 관측소 위치를 대표하는 함양율 특성치를 얻을 수 있을 것으로 기대되며 이를 위한 연구가 현재 진행 중이다.
본 연구에서는 비포화대의 저수간극을 얻기 위하여 van Genuchten 모델을 이용하며 이를 얻기 위해서는 다음과 같은 세 가지 방법을 고려할 수 있다. 첫째, 지하수위 관측정 주변 수 개소에서 심도에 따른 토양 함수비의 변화를 측정하여야 한다. 둘째, 이에 대한 대안으로 지하수위 관측정 주변 여러 곳에서 얻어진 토양의 입도분석을 통해 입도를 분석하고 이를 토양 타입별로 분류하여 해당하는 토양 타입의 van Genuchten 모델 파라미터를 간접적으로 구할 수 있다.
후속연구
본 연구에서 제안하는 지하수 함양율 산정 기법은 최소한의 가정을 이용함으로써 방법론적으로 합리적이며 실제지하수 시스템을 잘 반영하는 과학적인 모델이다. 따라서본 연구가 제안하는 기법이 현재 운영되고 있는 기존 지하수 함양율 산정 기법을 충분히 대체할 수 있을 것이라믿어지며 체계적인 적용이 이루어질 경우 국가 지하수자원 관리를 선진화 할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있을 것이라 판단된다.
그러나 보다 정확한 지하수위 예측을 위해서는 지하수 채 수의 영향이나 증발산이 지하수위 변동에 미치는 영향 등 강우외적인 요소에 대한 고려가 필요할 것이라 생각된다. 또한 본 연구에서는 함양율 산정을 위하여 충적층 지하수의 수위변동 자료만을 이용하였으며 이는 van Genuchten 모델의 한계에 기인한다. 따라서 보다 넓은 범위의 적용을 위하여서는 비포화 암반의 함수 모델을 적용하여야 할필요가 있을 것이라 판단된다.
4%의 분포를 보였다. 본 연구를 통하여 얻어진 토양별 함양율을 실제 각 지역의 토양별 분포 면적에 의해 분석한다면 최종적으로 각 관측소 위치를 대표하는 함양율 특성치를 얻을 수 있을 것으로 기대되며 이를 위한 연구가 현재 진행 중이다.
국가지하수 관측망 주변의 토양은 편의 상 관측정 수위에 영향을 미칠 것이라 판단되는 50 m 인근의 모든 토양을 고려하였다. 이러한 영향반경은 추후 관측정 주변 토양 및 대수층의 수평 수리전도도에 기초하여 산정되어질 수 있을 것이라 판단되나 본 연구에서는 이를 고려하지 않았다. 개략토양도 상에 나타난 관측소 주변의 토양 및 미국 농무부법에 따른 관측된 토양의 토성 삼각도는 다음의 Fig 7과 같다.
단, 본 연구에서 이용한 개략토양도는 개개의 토양의 공간적 분포 특성에 대한 정보를 제공하지 않으므로 토양 피복 면적 비에 기초한 각 관측소 주변의 가중 평균 지하수 함양율을 구하기에는 다소간의 어려움이 있는 것으로 판단된다. 이러한 점을 극복하기 위해서는 보다 정밀한 토양조사 및 실외실험이 필요하며 현재 이에 대한 연구가 진행 중이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수 함양량이란 무엇인가?
지하수 함양량이란 강우량 중 대수층으로 유입되는 물의 양을 의미한다. 국가 수자원의 효율적 관리, 특히, 지속 가능한 지하수 개발가능량 산정을 위하여, 함양량의 예측은 매우 중요한 의미를 갖는다.
함양량의 예측은 무엇을 위해 매우 중요한 의미를 가지는가?
지하수 함양량이란 강우량 중 대수층으로 유입되는 물의 양을 의미한다. 국가 수자원의 효율적 관리, 특히, 지속 가능한 지하수 개발가능량 산정을 위하여, 함양량의 예측은 매우 중요한 의미를 갖는다. 지하수 개발가능량이란 전체 함양량 중 자연적인 함양과 유출의 평형상태를 크게 훼손시키지 않는 범위 내에서 개발하여 얻을 수 있는 지하수의 양을 의미한다.
지하수 함양량을 손쉽게 얻기 위한 방법으로 국내에서 1990년대 이후 사용한 지하수 함양율은 무엇에 의해 결정되는가?
국내에서는 1990년대 이후 지하수 함양량을 손쉽게 얻기 위한 방법으로 ‘지하수 함양율’이라는 개념을 활용하고 있으며 이는 전체 강우량 중 함양 량이 차지하는 비를 의미한다. 지하수 함양율은 일반적으로 강우량, 강우패턴, 기후, 지형, 지표특성, 비포화대의수리/함수특성, 및 지하수면의 심도 등 다양한 요인에 의하여 결정되는 것으로 알려져 있으며 시간에 종속되는 함수로 일정 지역에 있어 그 대푯값을 결정하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있다.
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