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문제 정의
- 따라서 소중한 지하수 자원의 효율적 관리를 위해서는 전문가 위주의 조사 성과물에서 탈피하여 사용자 편의성을 크게 증대한 누구나 쉽게 활용할 수 있고 우리나라 지형 특성에 적합한 단위유역(Subwatershed) 단위의 관리등급을 제시하고 현장에 적용해봄으로써 보다 쉽고 활용성 높은 관리방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구에서 새로 제시한 관리모델(b)의 경우는 기존모델(a)과 같은 문제점을 해결하고 실효성 있는 지하수관리정책 추진으로 실질적인 지하수관리 업무에 활용하기 위하여 기존의 행정구역 단위의 관리방안 개선하여 지역주민 등 이해관계자가 직접 참여할 수 있도록 단위유역별 관리등급을 제시하였다. 본 연구에서 새롭게 제시한 관리모델의 주요 장점을 보면 다음과 같다.
- Fig. 7에서 보는 바와 같이 연구지역인 함평군에 위치해 있는 국가 지하수관측소의 최근 3년간 지하수위 관측자료를 분석한 결과 지난 수년간 2m 이내의 수위 변위를 보이는 것으로 분석됨에 따라 지하수 관측일보(2011) 자료를 토대로 지하수위 등급을 부여하기 위하여 영산강 권역에 설치된 37개 관측소의 총 444개 수위 변위값에 대한 도수분포를 작성해보았다(Fig. 8).
- 일반적인 오염취약성 평가방법은 높음, 보통, 낮음 등으로 구분하여 점수와 가중치를 부여한 후 각 인자별 총점을 구하거나 중첩을 통해 오염취약성 정도를 나타내나, 본 연구에서는 함평군에 대한 지하수 오염취약성 지수의 도수분포를 도시해봄으로써 오염지수를 4개 등급으로 구분하여 분석하였다. 각 영향인자별 면적비율 등급을 중첩하여 합산한 결과 연구지역의 DRASTIC 지수값을 계산하였고 ArcGIS에서 총 17,029개의 DRASTIC 지수값들의 히스토그램을 작성해봄으로써 빈도분포를 파악해보았다. 도수분포 특징은 정규분포(normal distribution)로 평균값 125점이 가장 높은 빈도수를 보였으며, 135점에서 급격히 낮은 빈도수를 나타내는 경향을 보였다(Fig.
- 강수량에 대한 등급을 분류하기 위하여 지난 40년간의 강수량에 대한 도수분포(Frequency Distribution) 그래프를 작성해본 결과, 도수분포 특징은 쌍봉분포(bimodal distribution)로서 1,039-1,182mm 범위의 빈도수가 10으로 가장 높았다. 강우등급 구분은 최소값+표준편차(906mm) 이하의 경우를 매우 부족(4등급), 최소값+2표준편차(1,198mm) 이하를 부족(3등급), 최소 값+3표준편차(1,491mm) 이하를 풍부(2등급), 1,491mm 이상을 매우 풍부(1등급)으로 구분하였다(Table 5, Fig. 6). 강우가 많았던 해는 함양률도 더 높은 것으로 보아 향후 더 많은 기상관측 자료를 확보하여 보다 정확한 강우등급을 구분해야 할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 기존의 전문가용 DRASTIC MAP을 DRASTIC 지수에 따라 오염등급을 부여함으로써 일반인도 이해하기 쉬운 오염취약성 등급도를 작성하였다. 일반적인 오염취약성 평가방법은 높음, 보통, 낮음 등으로 구분하여 점수와 가중치를 부여한 후 각 인자별 총점을 구하거나 중첩을 통해 오염취약성 정도를 나타내나, 본 연구에서는 함평군에 대한 지하수 오염취약성 지수의 도수분포를 도시해봄으로써 오염지수를 4개 등급으로 구분하여 분석하였다.
- 수량관리를 위해서는 함양량 변화와 가장 상관관계가 높고 측정하기 쉬운 강수량, 지하수위 및 지하수 이용량에 대한 관리가 우선되어야 한다. 따라서 연구 지역에 대한 강수량에 대한 변화를 알아보기 위해 목포기상청의 지난 40년간(1972-2011)의 연평균 강수량 자료의 도수분포 그래프를 작성하여 1,491mm 이상을 1등급(매우 풍부), 1,198-1,491mm는 2등급(풍부), 906-1,198mm는 3등급(부족), 그리고 906mm 미만은 4등급(매우 부족)으로 구분하였다.
- 모든 지리정보는 NGIS와의 연계를 위해 국내표준을 준수하여 제작하였다. 또한 모든 공간DB는 DXF형식의 수치지도를 가장 보편적으로 사용하고 있는 GIS 프로그램인 ArcGIS를 활용해 주곡선(레이어 7111)과 계곡선(레이어 7114)만을 추출하여 Shape 파일형태로 변환하여 작성하였다(Table 2).
- 모든 주제도의 좌표계는 세계측지계(GRS80)로 통일하여 작성하였고 기존 동경측지계로 작성된 위치정보값은 세계측지계에 의한 위경도로 변경하였다. 연구에 필요한 GIS 기본주제도는 국가지리정보체계(NGIS)의 국가기본도 표준의 분류방법 및 체계를 따랐으며, 국립지리원의 수치지형도, 토지이용도, 농촌진흥청의 토양도, 한국지질자원연구원의 수치지질도 등으로서 관련 기관에서 최신자료를 제공받아 활용하였으며, 단위유역도는 자체 제작하였다(Fig.
- 모든 지리정보는 NGIS와의 연계를 위해 국내표준을 준수하여 제작하였다. 또한 모든 공간DB는 DXF형식의 수치지도를 가장 보편적으로 사용하고 있는 GIS 프로그램인 ArcGIS를 활용해 주곡선(레이어 7111)과 계곡선(레이어 7114)만을 추출하여 Shape 파일형태로 변환하여 작성하였다(Table 2).
- 본 연구에서는 국내 먹는물 수질기준과 환경부의 지하수 오염등급기준을 단위유역 단위로 적용하고 수질 자료 취득의 어려움으로 인해 환경부의 수질측정망 운영결과 수질기준을 초과한 주요항목에 대해서만 4등급으로 구분하여 등급을 부여해 보았다(Table 8).
- 본 연구지역인 함평군의 단위유역도는 ArcGIS를 이용해 국립지리원에서 제작한 1:5,000 수치지형도에서 주곡선(7111)과 계곡선(7114)만을 추출하여 DEM을 생성한 후 단위유역 경계를 추출하여 총 20개 단위유역으로 구분하였고 함평군의 이니셜을 본따 "HP"로 유역 이름을 명명하였다(Table 4, Fig. 4).
- 선호도조사는 기존모델(모델1)과 새로운 관리 모델(모델2)의 성과물에 대한 평가기준(이해도, 선호도, 신뢰성, 효율성, 만족도)을 작성하여 실질적인 지하수 관리 주체인 전라남도 전체 시·군(22개) 지하수업무 담당자(과거 지하수업무를 담당했거나 현재 담당하고 있는)와 한국농어촌공사 지하수업무 담당자를 대상으로 간단한 설문조사를 통해 실시하였다.
- 설문조사는 2013년 5월 10일부터 5월 21일까지 2주간에 걸쳐 조사비용 절감과 신속한 조사를 위해 이메일, 전화 및 직접조사를 병행하여 실시하였으며, 두 모델을 비교하여 이해하기 쉽고 활용성 높은 선호도 등을 조사하는 관계로 양자택일형(dichotomy questions)의 문제점인 한쪽으로 치우침을 방지하기 위해 “모르겠다” 항목을 추가하여 조사하였다(Table 9).
- 연구에 사용된 주제도는 최근에 가장 보편적으로 사용하고 있는 ESRI의 ArcGIS를 활용하였으며, 지하수 관리에 있어서 수량과 수질에 영향을 미치는 유역, 하천, 지형, 지질, 토양, 토지이용, 주택, 도시, 인구밀도, 강수량, 오염원 등 영향인자들의 특성을 속성값으로 작성하고 코드화하여 데이터베이스를 구축하였다.
- 이러한 관리등급을 부여하는 방식의 새로운 지하수 관리모델을 시범지역에 적용한 성과물과 기존 관리모델과의 이해도, 활용성 가능성 등 선호도조사를 실시하였다. 선호도조사는 기존모델(모델1)과 새로운 관리 모델(모델2)의 성과물에 대한 평가기준(이해도, 선호도, 신뢰성, 효율성, 만족도)을 작성하여 실질적인 지하수 관리 주체인 전라남도 전체 시·군(22개) 지하수업무 담당자(과거 지하수업무를 담당했거나 현재 담당하고 있는)와 한국농어촌공사 지하수업무 담당자를 대상으로 간단한 설문조사를 통해 실시하였다.
- 이용량 등급은 지하수개발가능량 대비 이용량으로 분류기준을 마련하여 지하수개발가능 안전율(60%)을 감안했을 때를 보통수준(30-60%)으로 보고 초과수준(60-90%), 과다수준(90% 이상), 적정수준(30% 이하) 등 4등급으로 구분하였다.
- 따라서 본 연구에서는 기존의 전문가용 DRASTIC MAP을 DRASTIC 지수에 따라 오염등급을 부여함으로써 일반인도 이해하기 쉬운 오염취약성 등급도를 작성하였다. 일반적인 오염취약성 평가방법은 높음, 보통, 낮음 등으로 구분하여 점수와 가중치를 부여한 후 각 인자별 총점을 구하거나 중첩을 통해 오염취약성 정도를 나타내나, 본 연구에서는 함평군에 대한 지하수 오염취약성 지수의 도수분포를 도시해봄으로써 오염지수를 4개 등급으로 구분하여 분석하였다. 각 영향인자별 면적비율 등급을 중첩하여 합산한 결과 연구지역의 DRASTIC 지수값을 계산하였고 ArcGIS에서 총 17,029개의 DRASTIC 지수값들의 히스토그램을 작성해봄으로써 빈도분포를 파악해보았다.
대상 데이터
- 강수량은 1990년 이후 관측소 폐지로 관측자료 취득이 어려워 인근 목포 기상관측소의 기상자료(2002~2011)를 활용하였다. 연구지역의 지난 10년간 연평균 강수량은 1,232.
- 두 모델 중 바로 활용이 가능하겠는지 성과물의 “효율성” 평가 항목에서는 18.8%(6명)가 모델(1)을 선택했으며, 78.1%(25명)는 모델(2)을 선택하였고 모르겠다는 3.1%(1명)를 보였다.
- 또한 정밀한 모델링을 수행하기 위한 충분한 기초자료를 획득하기 어려워 자료의 정확도 및 정밀도 확보와 새로운 지하수관리모델의 효율성 검증을 위해 기존에 지하수 개발·이용 현황, 잠재오염원 현황 등 지하수관련 조사가 완료되고 GIS 기본도의 구축 완료되어 새로운 관리모델의 효율성 검증에 최적지로 판단되어 연구 대상지역으로 선정하였다.
- 본 연구지역의 강수량은 단위유역별 강수량 측정치가 부족하여 목포기상청에서 관측한 지난 40년간(1971-2011) 연평균 강수량자료를 활용하였다. 연구지역의 연평균 강수량은 1,150.
- 본 연구지역인 함평군은 북쪽에는 풍화에 강한 화산암류가 주로 분포하여 비교적 높은 산지로 구성되어 있고, 남쪽으로 내려올수록 상대적으로 풍화에 약한 퇴적암류, 화강암류 및 백악기 퇴적암류 등으로 구성된 넓은 평야지대가 저지대를 형성하고 있다. 수계는 북쪽에서 남쪽으로 흘러 영산강으로 유입되는 함평천, 학교천, 고막원천 등이 주를 이루며, 작은 소하천은 지역 내에서 발원하여 함평천 등으로 합류되는 짧은 하천들로 구성되어 있다(Fig.
- 모든 주제도의 좌표계는 세계측지계(GRS80)로 통일하여 작성하였고 기존 동경측지계로 작성된 위치정보값은 세계측지계에 의한 위경도로 변경하였다. 연구에 필요한 GIS 기본주제도는 국가지리정보체계(NGIS)의 국가기본도 표준의 분류방법 및 체계를 따랐으며, 국립지리원의 수치지형도, 토지이용도, 농촌진흥청의 토양도, 한국지질자원연구원의 수치지질도 등으로서 관련 기관에서 최신자료를 제공받아 활용하였으며, 단위유역도는 자체 제작하였다(Fig. 3).
- 지하수관리는 유역관리, 수량관리, 수질관리가 가장 중요하기 때문에 유역관리는 우리나라 복잡한 지형지세와 수계특성과 가장 적합하고 지역주민 등 이해관계자의 참여가 가능한 단위유역(subwatershed) 단위의 유역관리가 필요하다. 연구지역인 함평군은 2.5~25km2 규모의 21개 단위유역으로 구분하였다.
성능/효과
- 강수량에 대한 등급을 분류하기 위하여 지난 40년간의 강수량에 대한 도수분포(Frequency Distribution) 그래프를 작성해본 결과, 도수분포 특징은 쌍봉분포(bimodal distribution)로서 1,039-1,182mm 범위의 빈도수가 10으로 가장 높았다. 강우등급 구분은 최소값+표준편차(906mm) 이하의 경우를 매우 부족(4등급), 최소값+2표준편차(1,198mm) 이하를 부족(3등급), 최소 값+3표준편차(1,491mm) 이하를 풍부(2등급), 1,491mm 이상을 매우 풍부(1등급)으로 구분하였다(Table 5, Fig.
- 각 영향인자별 면적비율 등급을 중첩하여 합산한 결과 연구지역의 DRASTIC 지수값을 계산하였고 ArcGIS에서 총 17,029개의 DRASTIC 지수값들의 히스토그램을 작성해봄으로써 빈도분포를 파악해보았다. 도수분포 특징은 정규분포(normal distribution)로 평균값 125점이 가장 높은 빈도수를 보였으며, 135점에서 급격히 낮은 빈도수를 나타내는 경향을 보였다(Fig. 10).
- 도수분포 특징은 편향된 정규분포(normal distribution)로서 평균 0.5649m, 최대 0.5649m이며, 0.42m 이내의 범위에서 가장 높은 빈도수를 보였다. 또한 0.
- 1m 범위 이후부터 빈도의 분포 패턴이 바뀌는 것으로 나타났다. 따라서 빈도수가 가장 많은 0.42m 미만의 경우를 안심수준(1등급)을 부여하고, 0.84m 미만일 경우를 적정수준(2등급), 2.1m 미만일 경우는 우려수준(3등급), 2.1m 이상일 경우는 대책수준(4등급)을 부여하였다(Table 6).
- 따라서 빈도수가 갑자기 증가하는 99 이하의 경우를 안심수준(1등급)을 부여하고, 117 이하의 경우를 안심수준(2등급), 급격히 빈도수가 증가하는 135 이하의 경우는 우려수준(3등급), 그리고 135 이상일 경우는 대책수준(4등급)을 부여하였다(Table 7).
- 수질관리를 위해서는 해당 유역내 지하수의 수질상태와 오염가능성에 대한 평가가 이루어져야 한다. 따라서 연구지역의 오염관리를 위한 관리등급은 미국 EPA(1987)에서 개발한 지하수오염 가능성 평가시스템을 국내에 적합하게 변형한 DRASTIC 지수를 작성하여 연구지역내 17,029개 DRASTIC 지수값들의 빈도수를 파악해 본 결과 빈도수가 갑자기 증가하는 99 이하의 경우를 안심수준(1등급)을 부여하고, 117 이하의 경우를 안심수준(2등급), 급격히 빈도수가 증가하는 135이하의 경우는 우려수준(3등급), 그리고 135 이상일 경우는 대책수준(4등급)을 부여하였다.
- 마지막으로 전반적으로 두 모델 중 어느 성과물이 더 만족스러운지 “만족도” 평가에서는 모델(2)가 93.8%(30명)로 가장 많았고 아직 모르겠다는 답변도 6.3%(2명)로 나타났다(Table 10).
- 설문조사 결과 모델(1)을 선택한 비율이 평균 12.5%, 모델(2)를 선택한 비율은 평균 83.1%로서 새로운 관리모델인 모델(2)를 6.65배 더 선호하고 쉽게 이해하는 것으로 나타났다. 사용자가 쉽게 이해할 수 있는 정도를 파악하기 위한 “이해도” 평가에서는 모델(1)을 선택한 비율이 12.
- 본 연구지역의 강수량은 단위유역별 강수량 측정치가 부족하여 목포기상청에서 관측한 지난 40년간(1971-2011) 연평균 강수량자료를 활용하였다. 연구지역의 연평균 강수량은 1,150.8mm로서 최소 613.2mm, 최대 1,751.1mm를 보여 변화폭이 큰 것으로 나타났으며, 가뭄이 심했던 8개년(1973년, 1976년, 1977년, 1982년, 1988년, 1992년, 1994년, 1995년)의 강수량은 예년평균의 53%-74% 수준에 머물렀고 최근 10여 년은 평년보다 34mm 정도 증가한 것으로 나타났다(Fig. 5).
- 위와 같은 설문조사 결과를 종합해보면 전반적으로 관리등급으로 구분된 새로운 관리모델인 모델(2)가 기존의 모델(1)보다 이해하기 쉽고, 지하수관리 의사결정 활용에 더 선호하는 성과물이며, 더 신뢰가 가는 것이라고 볼 수 있다. 특히, 이해도와 활용성 측면에서 기존모델보다 6.
- 이온농도의 지시인자 역할을 하는 전기전도도(Electrical Conductivity; EC)는 2~3등급(228~803µs/cm)으로 다소 높은 수질등급을 보이는 것으로 나타났다(Fig. 15-19).
- 지하수 오염등급은 축사와 주유소, 주거지 등 오염 물질 배출업소가 많은 HP001, HP005, HP006, HP017 단위유역이 DRASTIC 지수 135 이상의 4등급으로 높게 나타났다. 이들 지역은 폐수 등 오염물질 배출억제를 위하여 환경개선부담금 부과, 수질개선부담금 부과, 시설개선 명령, 허가취소, 벌금부과 등 오염 물질 배출기준 이내로 유도하는 적절한 법적, 행정적 조치를 취하여 지하수오염을 방지해야 할 것이다(Fig.
- 지하수위 등급은 영산강 권역에 설치된 37개 관측소의 총 444개 지하수위 변위값에 대한 분석결과 빈도수가 가장 많은 0.42m 미만의 경우를 안심수준(1등급)을 부여하고, 0.84m 미만일 경우를 적정수준(2등급), 2.1m 미만일 경우는 우려수준(3등급), 2.1m 이상일 경우는 대책수준(4등급)을 부여하였다.
- 위와 같은 설문조사 결과를 종합해보면 전반적으로 관리등급으로 구분된 새로운 관리모델인 모델(2)가 기존의 모델(1)보다 이해하기 쉽고, 지하수관리 의사결정 활용에 더 선호하는 성과물이며, 더 신뢰가 가는 것이라고 볼 수 있다. 특히, 이해도와 활용성 측면에서 기존모델보다 6.75배나 높게 나타난 것으로 보아 그 효율성 검증뿐 만아니라 비전문가도 손쉽게 지하수관리가 가능함을 확인하였다.
후속연구
- 6). 강우가 많았던 해는 함양률도 더 높은 것으로 보아 향후 더 많은 기상관측 자료를 확보하여 보다 정확한 강우등급을 구분해야 할 것으로 판단된다.
- 그러나 정확한 관리등급을 구분하기 위해서는 해당 지역의 장기적으로 관측된 많은 모니터링 자료와 기초 자료의 축적이 선행되어야 할 것이다. 향후 대상지역에 대한 보다 정밀한 조사를 지속적으로 실시하여 단위유역 단위의 경계 확정과 지하수위, 수질, 오염 등 각 항목별 관리등급의 범위를 보다 명확히 정립하고 이에 따른 관리대책을 구체화한다면, 지하수관리대책 수립 등 보다 나은 지하수관리를 위한 의사결정지원이 가능할 것으로 판단된다.
- , 2010; Yang and Kim, 2011; Kim and Lee, 2012)에 의해 입증이 된 사실이다. 따라서 복잡한 함양량 산정보다는 강수량 변화를 등급으로 분류하여 관리함으로써 보다 쉽게 관리가 가능하며, 예년보다 현저히 낮아질 경우 이에 대한 지하수량 확보대책을 마련해 둘 수 있을 것이다.
- 15-19). 위와 같이 등급분류 기준에 따라 취수제한이나, 개발이용 제한, 인공함양, 오염정화, 지속적 모니터링, 보전구역 지정 등 등급에 맞는 적절한 관리대책을 추진해나가면 될 것이다.
- 그러나 정확한 관리등급을 구분하기 위해서는 해당 지역의 장기적으로 관측된 많은 모니터링 자료와 기초 자료의 축적이 선행되어야 할 것이다. 향후 대상지역에 대한 보다 정밀한 조사를 지속적으로 실시하여 단위유역 단위의 경계 확정과 지하수위, 수질, 오염 등 각 항목별 관리등급의 범위를 보다 명확히 정립하고 이에 따른 관리대책을 구체화한다면, 지하수관리대책 수립 등 보다 나은 지하수관리를 위한 의사결정지원이 가능할 것으로 판단된다.
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