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문제 정의
- 연구지역인 경상북도 영덕군 영덕취수장의 취수원인 오십천의 경우 가뭄으로 유량이 감소되어 취수량 확보에 어려움이 있으므로 수자원 확보를 위한 대책으로 지하댐 건설이 제시되고 있다. 따라서 본 연구에서는 지표수 및 지하수 통합모형으로 개발된 SWAT-MODFLOW 모형을 이용해 지하댐 효과를 검토하였다. 또한 지하댐의 건설 전.
- , 2001) 및 모형의 자동보정 (Vmm Griensven and Bauwens, 2003)에 대한 연구가 계속되고 있다. 본 연구에서는 지하댐 건설의 기존 설계 원리와 이론을 검토하여 기술개발 기간을 단축하고 함양량 증대, 저류량 확대, 효율 증대를 통하여 국내 지하수 자원을 추가 확보하기 위하여 한국형 지표수 및 지하수 통합모형으로 개발된 SWAT-MODFLOW를 이용해 지하댐 효과를 검토하였다.
가설 설정
- 모델 면적 크기는 600 mx 700 m이며 방사상 집수정 부근은 1 m * 1 m의 미세 격자로 구성하였다. 또한 수직이 방성의 영향을 반영하기 위해 수평방향 투수계수의 0.5배, 0.75배에 해당하는 수직방향 투수계수 변화를 가정하여 해석하였다. Fig.
제안 방법
- SWAT 모형을 적용하기 위해서는 기상 자료를 비롯하여 수치표고모델(DEM), 토지피복도 토양도의 지형자료가 필요하다. DEMe 국가수자원관리 종합정보에서 제공하는 자료를 사용하였으며 토지피복도는 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복도를 이용하였다. 토양도의 경우 농업과학기술원에서 제공하는 정밀도를 사용하였으며 대상유역은 63개의 토양통(Soil series)이 분포하는 것으로 나타났다.
- 50Kx일 경우 시간 경과에 따른 양수량 감소율 및 안전성을 고려하여 채수가능량인 14, 400 nF/d의 70%를 적용하여 10, 080 nP사을 적용취수가능량으로 산정하였다. 따라서 본 연구에서는 영덕지역 필요수량인 10, 080 iW/d을 지하댐 직상부에서 양수하였을 경우 지하댐에 미치는 영향을 SWT-MODFWW를 이용해 분석하였다. Fig.
- 지표수지하수 연계해석을 통한 지하댐 건설 타당성 평가는 아직 국내. 외에서 미흡한 실정이므로 정확한 자료 획득이 가능한 과거 기상자료를 이용해 지하댐 타당성을 평가하였다. 해석기간은 1999년부터 2008년까지 10년간 모의를 수행하였으며 초기 1년(1999년)은 모형의 안정화를 위한 워밍업 기간으로 결과에서는 제외하였다.
- 4는 연구지역 지형분석을 위한 DEM 자료이며 SWAT 모형은 토양층을 중심으로 물수지를 파 악하는 모형이므로 토양 분류법의 최하위 단위인 토양통 자료를 구축하는 것이 핵심이다. 이를 위해 1 :25,000의 정밀 토양도로부터 얻어진 토양통을 실제 분석에 이용했으며 토지이용도와 토양도를 중첩시켜 구한 HRU (수문응답단위, Hydrological Response Unit) 분포를 수문 응답의 기본단위로 사용하였다(Fig. 5, Fig. 6).
- 지하댐이 건설되었을 경우 댐 상류와 하류에서의 지하수위 변화를 분석하였다. Fig.
- 지하수 함양 및 지하수위는 강수량에 의해 크게 영향을 받으므로 본 연구에서는 연구지역 강수량 분석을 선행하였으며, SWAT 모형의 입력변수로 최고 및 최저 기온, 풍속 상대습도, 일조시간을 기상자료로 사용하였다. 기상 자료는 Table 1과 같이 기상청의 10년 관측자료를 참고하였다.
- 나타났다. 최소 양수 조건인 Kz = 0.50Kx일 경우 시간 경과에 따른 양수량 감소율 및 안전성을 고려하여 채수가능량인 14, 400 nF/d의 70%를 적용하여 10, 080 nP사을 적용취수가능량으로 산정하였다. 따라서 본 연구에서는 영덕지역 필요수량인 10, 080 iW/d을 지하댐 직상부에서 양수하였을 경우 지하댐에 미치는 영향을 SWT-MODFWW를 이용해 분석하였다.
- 모형 해석은 지하댐 건설로 인한 댐상 . 하류의 지하수위 비교, 상류 지역 양수로 인한 지하수위 비교로 나누어 해석을 하였다.
- 지표수 및 지하수 통합 모형인 SWFMODFLSW를 이용하여 영덕군 오십천 유역에서 지하댐 건설시의 지하수 위 변화, 상류지역에서의 양수시 지하댐 상 . 하류지역의 지하수위 변화를 분석하였다. 10년 기상자료 중 초기 1년 (1999년)은 워밍업 기간으로 제외한 후 2000년~2008년에 대한 분석 결과 지하댐 직상부에서는 댐 건설로 지하수위가 최대 2.
- 또한 지하댐의 건설 전.후의 지하수위 비교뿐만 아니라 지하댐 상부에서 양수를 실시하였을 경우 발생하는 지하수위 변화를 분석하여 연구지역의 지하댐 건설 타당성을 평가하였다.
대상 데이터
- 지하수 함양 및 지하수위는 강수량에 의해 크게 영향을 받으므로 본 연구에서는 연구지역 강수량 분석을 선행하였으며, SWAT 모형의 입력변수로 최고 및 최저 기온, 풍속 상대습도, 일조시간을 기상자료로 사용하였다. 기상 자료는 Table 1과 같이 기상청의 10년 관측자료를 참고하였다. Table 2는 영덕 기상관측소의 10년 강수량 및 강우일수로써 10년 평균 강수량은 1224.
- 대상유역은 경상북도 영덕군 영덕읍 오십천 유역으로 영덕취수장의 시설 노후화와 최근 가뭄으로 인한 취수원 고갈로 인해 지하수위 및 수원 감소가 예상되어 지하댐 건설이 요구되고 있다. 연구지역인 영덕군은 북쪽으로 울진군, 서쪽은 영양군, 청송군, 남쪽은 포항시, 동쪽은 동해와 접하고 있으며 태백산맥으로 인해 서쪽은 높고 동쪽으로 점점 낮아지는 지형을 이룬다.
- 모델 면적 크기는 600 mx 700 m이며 방사상 집수정 부근은 1 m * 1 m의 미세 격자로 구성하였다. 또한 수직이 방성의 영향을 반영하기 위해 수평방향 투수계수의 0.
- 3은 연구지역의 위치, 영덕오십천 수계 및 해석을 위한 소유역 구분을 보여준다. 소유역은 총 17개이며 소하천 및 영덕오십천 중 . 상류 따라 구분하였다.
- 연구 대상인 영덕오십천의 유역면적은 370.00 km?이며하도 연장은 115.26 km로 나타났다 덕오십천 및 상류 하천의 흐름도이며, Fig.
- 연구지역인 경북 영덕군은 2008년 이후 가뭄이 지속되고 있으며 안정적인 취수량 확보를 위해 방사상 집수정 시설을 계획하고 있다. 이에 따라 지하댐 직상부에서 집수정 설치 시 채수 가능한 유량 산정을 위해 수리모델 분 석이 실시되었다(영덕군, 2009).
- 대상유역은 경상북도 영덕군 영덕읍 오십천 유역으로 영덕취수장의 시설 노후화와 최근 가뭄으로 인한 취수원 고갈로 인해 지하수위 및 수원 감소가 예상되어 지하댐 건설이 요구되고 있다. 연구지역인 영덕군은 북쪽으로 울진군, 서쪽은 영양군, 청송군, 남쪽은 포항시, 동쪽은 동해와 접하고 있으며 태백산맥으로 인해 서쪽은 높고 동쪽으로 점점 낮아지는 지형을 이룬다. 또한 산지에서 하천은 동해로 흘러가는데 북쪽에서부터 남쪽으로 송천, 영 덕오십천, 도천, 유천 등이 흐른다.
- 상류 따라 구분하였다. 지하댐은 지방 1급 하천인 영덕오십천 본류에 계획되었으며 8번 소유역에 위치하고 있다. 충적층 및 암반층의 투수계수는 연구지역 시추 자료를 참고하였으며 그 결과 충적층의 투수계수는29.
- DEMe 국가수자원관리 종합정보에서 제공하는 자료를 사용하였으며 토지피복도는 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복도를 이용하였다. 토양도의 경우 농업과학기술원에서 제공하는 정밀도를 사용하였으며 대상유역은 63개의 토양통(Soil series)이 분포하는 것으로 나타났다. Fig.
- 외에서 미흡한 실정이므로 정확한 자료 획득이 가능한 과거 기상자료를 이용해 지하댐 타당성을 평가하였다. 해석기간은 1999년부터 2008년까지 10년간 모의를 수행하였으며 초기 1년(1999년)은 모형의 안정화를 위한 워밍업 기간으로 결과에서는 제외하였다. 모형 해석은 지하댐 건설로 인한 댐상 .
이론/모형
- 본 연구에서 활용하고자 하는 SWAT-MODFLOW 모형(김남원 외, 2004a, b; Kim et al., 2008)은 준분포형 장기유출모형인 SWI"(Soil and Water Assessment Ibol) 모형(Arnold et al., 1993)을 우리나라 실정에 맞게 개선한완전연동형 지표수-지하수 통합모형으로 하천-대수층 상호작용 해석, 지하수 함양의 공간분포 해석, 양수에 의한 지하수계와 하천유량의 변화 해석 등 지표수, 지하수와 관련된 다양한 해석이 가능하다. SWWT 모형은 미국에서 개발된 유역모델로써 현재는 Window 환경 및 지리정보 시스템과 연계된 모형 인터페이스가.
- SWP-MODFLOW 모형은 SWVT 모형에서 산정된 지하수 함양량을 MODFLOW 모형의 Rechae Package에 넘겨 지하수 흐름에 의한 수두의 변화를 계산한다. 또한 이 모형은 SWAT 모형에서 산정된 소유역내 하천수위와 MODFLOW 모형의 River Package*이용하여 하천-대수층간의 물교환량을 계산한다. 이는 SWT 모형에서 계산된 하천수위와 SWYT 모형의 입력 자료인 하도의 수리전도도, 하도의 바닥 폭, 하도 깊이와 사용자 입력변수인 하천바닥의 두께를 이용하여 강 바 닥층의 수리전도도를 계산하여 MODFLOW 모형에 이 값을 넘겨준다.
- 이에 따라 지하댐 직상부에서 집수정 설치 시 채수 가능한 유량 산정을 위해 수리모델 분 석이 실시되었다(영덕군, 2009). 방사상 집수정의 채수 가능량 산정은 세계적으로 범용되고 있는 VisualMODFLOW를 사용하였으며 대수층 두께는 28.9 m, 지하 수위는 7.3 m, 층의 투수계수는 Table 3과 같이 하였다.
- 지표수 및 지하수 통합 모형인 SWFMODFLSW를 이용하여 영덕군 오십천 유역에서 지하댐 건설시의 지하수 위 변화, 상류지역에서의 양수시 지하댐 상 . 하류지역의 지하수위 변화를 분석하였다.
성능/효과
- 경북 영덕군은 2008년 이후 가뭄이 지속되고 있어 안정적인 취수량 확보를 위해 방사상 집수정 시설을 계획하고 있으며 필요수량은 10, 080nP다. 따라서 댐 건설 후 필요수량을 양^하였을 경우에 대해 해석한 결과 지 하수위는 지하댐 건설 후에 비해 하강하지만 지하댐 건설 전보다 최대 23 m, 평균 0, 15 m 높게 나타났다. 이는 지하댐 건설이 차후 직 .
- 54 m 상승한 것으로 나타났다. 또한 댐 건설로 인한 하류의 지하수위 하강 문제에 대한 해석 결과 최대 0.14m 감소하였으나 대부분 0.05 m이 하로 댐 하부의 지하수위 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 경북 영덕군은 2008년 이후 가뭄이 지속되고 있어 안정적인 취수량 확보를 위해 방사상 집수정 시설을 계획하고 있으며 필요수량은 10, 080nP다.
- 분석 결과 연구지역에서 방사상 집수정을 2개 설치할 경우 수직이방성의 변화범위 내 채수가능량은 각각14, 400 m3/d, 16, 600 m3/cE. 나타났다.
- 연구지역의 지질은 백악기말-신생대초에 활발하게 진행된 마그마 분출작용에 의하여 화강암, 화강섬록암 등 심성암류와 산성~중성 반암류 그리고 화산암, 화산쇄설암 등 화성기원의 암상이 고지형을 이루었으며 이후 신생대 제 3기에 형성된 구조분지에 퇴적물질과 화산기원의 쇄설암 및 응회암이 퇴적되었다. 제 4기에 들어 지속적인해 수면 상승과 하강의 반복에 따라 해안에 평행하게 일련의 해안단구성 사력퇴적층이 발달하여 지질시대적으로 최상 위층을 형성하였으며 지금의 충적대수층이 만들어졌다.
- He지하댐 건설전 .후 지하수위와 댐 건설 후 필요수량을 양수한 경우 댐상부에서 지하수위를 비교한 그림으로써 분석 결과 지하댐 건설 후와 비교해 양수로 인한 지하 수위의 감소가 확인되었으나 지하댐 건설 전보다 최대2.3 m, 평균 0.15 m 높은 지하수위를 보인다. 즉 지하댐 건설 후 적정취수가능량을 양수하더라도 지하수위는 현재 지하댐 건설 전보다 높다는 것을 의미한다.
후속연구
- 이는 지하댐 건설이 차후 직 . 간접적으로 수자원 확보에 큰 역할을 할 수 있음을 뒷받침하며 향후 계절별 지하수위 변화 양상, 수리지질구조 및 풍화정도에 따른 대수층 자료 등이 추가로 검토되어야 할 것이다. 또한 해안에 건설되는 지하 댐의 경우 댐 하류 지하수위 감소로 인해 염수침입 문제가 발생할 수 있으므로 차수벽에 대한 정확한 조사와 해석 및 지표수 유출량과의 연관성 분석도 필요하다.
- 즉 지하댐 건설 후 적정취수가능량을 양수하더라도 지하수위는 현재 지하댐 건설 전보다 높다는 것을 의미한다. 이는 연구지역에 지하댐이 건설될 경우 필요수량의 확보가 충분히 가능하다는 것을 보여주며 향후 모형해석 결과를 바탕으로 검증이 이루어지면 모의 결과의 타당성을 좀 더 정확하게 평가할 수 있을 것으로 판단한다.
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