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- , 2005). 또한 수리전도도 입력 시 이방성에 관한 자료는 전무하므로 수평방향으로 수리전도도는 등방성인 것으로 가정하였다. 수직 수리전도도는 전 구간에 대해 수평수리전도도의 1/10에 해당하는 것으로 가정하여 적용하였다.
- 또한 수리전도도 입력 시 이방성에 관한 자료는 전무하므로 수평방향으로 수리전도도는 등방성인 것으로 가정하였다. 수직 수리전도도는 전 구간에 대해 수평수리전도도의 1/10에 해당하는 것으로 가정하여 적용하였다.
제안 방법
- 또한 양수에 따른 지하수위의 변화를 알아보기 위하여 4개의 양수정을 쌍천 지하댐 상류부에 위치시켰다. 각 양수정별 양수량은 PW-1은 7,000 m3/day, PW-2 ~ PW-4까지는 2,000 m3/day로 양수량을 입력하여 모델링을 수행하였다. 경계조건과 양수정의 위치를 Fig.
- 경계조건은 유역경계를 기준으로 분수령을 따라 불투수경계로 설정하였으며, 하류부의 해안과 맞닿은 지역은 CHB(Constant Head Boundary)로 설정하여 그 수위를 해수면 수위와 일치시켰다. 하천경계는 지하수 유출입이 일어나는 쌍천 본류를 하천셀로 지정하였으며, 이 하천 셀에서 시간종속 수두 경계조건을 부여하여 SWAT 모델로부터 일단위로 모의된 하천 수위와 MODFLOW에서 계산된 지하수위와의 수위차에 따라 지하수 유출입량이 결정되도록 하였다.
- 8 m의 범위를 갖고 있는데 모델링에서는 격자크기와 레이어의 두께를 고려해 평균 25 m의 두께를 갖는 지하댐으로 설정하였다. 또한 양수에 따른 지하수위의 변화를 알아보기 위하여 4개의 양수정을 쌍천 지하댐 상류부에 위치시켰다. 각 양수정별 양수량은 PW-1은 7,000 m3/day, PW-2 ~ PW-4까지는 2,000 m3/day로 양수량을 입력하여 모델링을 수행하였다.
- DEM은 수치지도를 이용하여 구축할 수 있으며, 현대에 들어와서 인공위성영상의 활용도가 높아지면서 위성영상을 활용하여 구축할 수도 있다. 본 연구에서는 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30 m 공간 해상도를 가지는 DEM을 60 m 공간해상도로 가공하여 사용하였다. 토지용도는 환경부에서 제공하는 대분류(1:50,000), 중분류(1:25,000), 세분류(1:5,000)의 해상도 중 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있는 중분류 토지이용도를 사용하였다.
- 본 연구에서는 완전연동형 지표수-지하수 통합해석 모형인 SWAT-MODFLOW모형(Kim et al., 2008)을 이용하여 쌍천 지하댐 건설 유역에 적용, 건설 전후의 유황분석 및 지하댐 상·하류부의 월별 수위변화를 확인하여 수문학적 변화를 총괄적으로 분석하였다.
- 해석을 위하여 격자크기를 DEM 크기와 같은 60 m로 총 277 × 154개의 격자망을 생성하였다. 연구지역의 수리지질 특성화를 위해 1개의 충적층 및 1개의 투수성 암반층으로 단순화하였으며, 충적층의 경우에는 자유면 대수층으로, 암반층은 피압/자유면대수층 변환층으로 모델링을 실시하였다. 모델에 입력한 각 층의 수리전도도는 충적층의 경우 2.
- 유출해석과 동시에 SWAT-MODFLOW 모형을 이용, 지표수 수문성분 해석과 3차원 지하수 유동해석을 동시에 수행하였다. 해석을 위하여 격자크기를 DEM 크기와 같은 60 m로 총 277 × 154개의 격자망을 생성하였다.
- 지속가능한 지하수 자원의 개발을 도모하기 위해 지표수 개발의 대안으로 지하댐의 중요성이 부각되고 있어 본 연구에서는 지하댐의 효과를 정량적으로 평가하기 위해 완전연동형 지표수-지하수 통합해석 모형인 SWAT-MODFLOW를 쌍천유역에 적용하여 지하댐 건설전후의 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 지표수-지하수 통합모형인 SWAT-MODFLOW를 적용한 결과 지하댐의 건설 전과 건설 후의 지하수위를 비교하였다. Fig.
- 지하댐 건설 전·후 양수가 진행된다는 조건하에서 지하댐 상류에 대한 유황분석을 실시하였다.
- 지하댐의 건설 전후의 지하수 수위차를 분석하여 지하댐의 영향범위를 파악하였다. 지하댐을 기준으로 이격거리에 따른 지하수 수위차를 시계열 분포를 통하여 파악하여 도시하였다(Fig. 11). 지하댐으로 인한 수위상승의 영향은 상류부 약 1.
- 지하댐의 건설 전후의 지하수 수위차를 분석하여 지하댐의 영향범위를 파악하였다. 지하댐을 기준으로 이격거리에 따른 지하수 수위차를 시계열 분포를 통하여 파악하여 도시하였다(Fig.
- 본 연구에서는 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30 m 공간 해상도를 가지는 DEM을 60 m 공간해상도로 가공하여 사용하였다. 토지용도는 환경부에서 제공하는 대분류(1:50,000), 중분류(1:25,000), 세분류(1:5,000)의 해상도 중 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있는 중분류 토지이용도를 사용하였다. 본 연구지역은 산림지역(FRSD, FRSE, FRST)이 약 87.
- 경계조건은 유역경계를 기준으로 분수령을 따라 불투수경계로 설정하였으며, 하류부의 해안과 맞닿은 지역은 CHB(Constant Head Boundary)로 설정하여 그 수위를 해수면 수위와 일치시켰다. 하천경계는 지하수 유출입이 일어나는 쌍천 본류를 하천셀로 지정하였으며, 이 하천 셀에서 시간종속 수두 경계조건을 부여하여 SWAT 모델로부터 일단위로 모의된 하천 수위와 MODFLOW에서 계산된 지하수위와의 수위차에 따라 지하수 유출입량이 결정되도록 하였다. 지하댐은 길이 800 m, 폭 0.
대상 데이터
- 이 중에서 유출량의 검보정은 쌍천유역의 실측지표수 유량자료(MEST, 2005)를 기반으로 수행하였는데, 이는 유역 내 위치한 설악교 부근에서 관측된 유량이다. Fig. 4는 본 연구에서 획득한 유량의 관측지점을 나타낸 것이고, 확보한 유량데이터는 2002년 5월 28일부터 2003년 7월 28일까지 총 58회에 거쳐 관측된 자료이다. 본 연구의 검보정에서는 워밍업 기간(warming-up period)인 2002년을 제외한 2003년에 해당하는 데이터를 사용하였다.
- 4는 본 연구에서 획득한 유량의 관측지점을 나타낸 것이고, 확보한 유량데이터는 2002년 5월 28일부터 2003년 7월 28일까지 총 58회에 거쳐 관측된 자료이다. 본 연구의 검보정에서는 워밍업 기간(warming-up period)인 2002년을 제외한 2003년에 해당하는 데이터를 사용하였다.
- 본 연구지역인 쌍천은 속초시 행정구역의 남단부를 경계로 양양군과 접하고 있으며, 동경 128º25'21에서 128º36'43, 북위 38º06'58에서 38º12'07에 걸쳐 위치하고 있다(Fig. 2).
- 지질은 선캠브리아시대의 영남육괴와 경기육괴, 캠브로-오도비스기의 조선누층군, 석탄기-전기 트라이아스기의 평안누층군, 후기 트라이아스기의 대동층군, 쥬라기 대보화강암, 백악기의 퇴적암류와 화강암류, 그리고 제3기 암석으로 구성되어있다. 지질암상은 쥬라기 화강암(Jgr)이 66.
- 하천경계는 지하수 유출입이 일어나는 쌍천 본류를 하천셀로 지정하였으며, 이 하천 셀에서 시간종속 수두 경계조건을 부여하여 SWAT 모델로부터 일단위로 모의된 하천 수위와 MODFLOW에서 계산된 지하수위와의 수위차에 따라 지하수 유출입량이 결정되도록 하였다. 지하댐은 길이 800 m, 폭 0.8 m, 굴착심도는 지상에서 최소 3.5 m ~ 26.8 m의 범위를 갖고 있는데 모델링에서는 격자크기와 레이어의 두께를 고려해 평균 25 m의 두께를 갖는 지하댐으로 설정하였다. 또한 양수에 따른 지하수위의 변화를 알아보기 위하여 4개의 양수정을 쌍천 지하댐 상류부에 위치시켰다.
- 6% 내외로 분포하고 있다(Table 1). 토양도는 농업과학기술원의 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다(Table 2). 총 23개의 토양통이 분포하고 있으며, SAMGAG통이 75.
- 해석을 위하여 격자크기를 DEM 크기와 같은 60 m로 총 277 × 154개의 격자망을 생성하였다.
성능/효과
- 1) 지하댐 건설 전후의 유황변화를 지하댐 상류부와 하류부로 나누어 각각의 수위변동이 확인되었으며, 지하댐 상류부의 월별 수위변화가 하류부에 비해 큰 것으로 확인되었다.
- 2) 쌍천 지하댐이 설치된 소유역을 대상으로 양수시의 유황곡선을 분석한 결과, 갈수기유황이 양호해 지는 것으로 나타나 갈수기에 가용 용수가 부족한 문제점을 지하댐을 통해 개선할 수 있을 것으로 판단된다.
- 3) 상류부에서는 상승된 지하수위에 의해 지하수 유출량이 증가되어 지표수-지하수의 상호교환량이 더욱 커지는 것으로 나타났다.
- 4) 본 연구를 통해 지하댐의 기능이 대수층의 가용 저류량을 증대시키는 매우 유용한 시설임을 확인할 수 있었고, 통합 수문해석 방법론은 지하댐 건설에 따른 영향 뿐 아니라 설계와 운영을 평가하기 위한 적절한 기법임을 입증할 수 있었다.
- SWAT-MODFLOW 모형을 적용하여 산정된 유역의 주요 수문성분을 관측값과 비교하여 주요 매개변수의 보정 및 모형의 검증을 실시함으로써 모델링 결과의 타당성을 입증하였다. 이 중에서 유출량의 검보정은 쌍천유역의 실측지표수 유량자료(MEST, 2005)를 기반으로 수행하였는데, 이는 유역 내 위치한 설악교 부근에서 관측된 유량이다.
- 12는 쌍천 지하댐이 포함된 소유역을 대상으로 양수량을 고려한 유황곡선의 변화를 지하댐 건설 전과 건설 후로 나누어 비교한 것이다. 그래프 분석 결과 지하댐 건설 후 유량이 증가하는 것으로 나타났으며, 갈수기때 유황을 자세히 살펴보면 지하댐 건설 후 유황이 상당히 양호해 지는 것으로 나타났으며, 건설전과 후의 유황차를 통해 전체적으로 연간 약 8만 5천 m3의 수량 확보가 가능한 것으로 나타났다. 특히 갈수기에 부족한 용수를 지하댐을 통해 극복할 수 있다는 점이 두드러진다.
- 토지용도는 환경부에서 제공하는 대분류(1:50,000), 중분류(1:25,000), 세분류(1:5,000)의 해상도 중 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있는 중분류 토지이용도를 사용하였다. 본 연구지역은 산림지역(FRSD, FRSE, FRST)이 약 87.3%로 가장 많이 분포하는 것으로 나타났으며, 그 외에 논과 밭을 포함한 농경지(RICE, AGRR)가 5.6% 내외로 분포하고 있다(Table 1). 토양도는 농업과학기술원의 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다(Table 2).
- 5에 도시하였다. 실측치와 계산치의 상관성이 R2=0.65로 비교적 양호한 결과를 나타냈다(Fig. 6).
- 지하댐 건설 전·후의 유황변화를 분석한 결과 지하댐 상류부의 경우 지하댐으로 인해 해안으로 유출되는 상당량의 지하수를 차단시켜 저류량를 증대시킬 수있음을 알 수 있었다.
- 저류량의 증대로 인하여 그 저류된 양만큼 취수하여 사용할 수 있는 이점이 있는 반면 지하수가 지표 근처까지 상승하면 토양이 습윤화하여 작물 등에 나쁜 영향을 미칠 수 있다는 점은 주의를 요한다. 지하댐 건설 후 지하댐 하류부의 유황은 다소 악화될 수 있으나 지하댐 상류부에서 취수량을 증대시킬 수 있다는 점에서 댐 설치에 따른 이득이 훨씬 큰 것으로 평가되었다.
- 2 km이내인 것으로 나타났다. 지하댐 직상류에서 가장 큰 수위변화를 나타내며 500 m지점부터 변화폭이 크게 줄어든 것으로 나타났다.
- 토양도는 농업과학기술원의 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다(Table 2). 총 23개의 토양통이 분포하고 있으며, SAMGAG통이 75.5%로 가장 넓게 분포하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 3).
후속연구
- 이는 쌍천 지하댐이 지하수의 흐름을 제어함에 따라 상류부의 지하 저류용량이 증대된 것이고, 하류부는 수위강하로 인하여 염수 침입이 발생할 가능성이 있으나 지하댐의 깊이가 25 m를 상회하며 그 밑에는 비교적 저투수성 암반이 존재하므로 일정깊이 까지는 염수의 침투가 지하 댐의 건설로 인해 차단될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 다루지 않았으나 향후 해수와 담수의 경계면의 위치와 지하댐과의 관계를 파악하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 이에 따라 지하수 자원의 효용가치가 점점 더 커지고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 현 시점에서 향후 물 부족에 대처할 신규 수자원의 안정 확보방안의 하나로 지하댐 개발을 검토할 필요가 있다.
- 먼저 지하댐 개발을 위해서는 용수수요와 공급계획 등을 분석하여 지하댐 건설의 타당성을 판단해야 한다. 이와 함께 수문지질학적 조사 및 수문관측조사를 통해 대상지역의 특성을 파악하여야 하며 설계, 시공을 통해 양수량 규모, 지하수위 변동 해석, 최적양수량 검토 등을 분석해야 한다. 또한 지하댐 관리를 위해서는 정기적인 점검이 필요하며 이를 위해 지하댐 관리에 필요한 기본 자료가 확보되어야 한다(K-Water, 2004)
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