본 연구에서 개발하고자 하는 지하수위 변동 해석모델은 지하수의 흐름과 관련된 반응계수 및 함양형태와 관련된 비산출율을 매개변수로 하여 부정류상태에서의 지하수위 변동특성을 해석한다. 모델의 시험적용을 위해 제주도 한천지역의 JD 용담1과 JW 공항지점의 5년(2006-2010)간의 지하수위 관측자료를 이용하였다. 매개변수 산정결과, JD 용담1지점에서는 비산출율 0.023, 반응계수 0.039로 추정되었고, JW 공항지점에서는 각각 0.009와 0.028로 추정되었다. 본 연구에서 개발한 모델을 이용하면, 지하수위에 의한 함양량 및 포화대에서의 매개변수를 추정할 수 있어 수문모형의 매개변수 및 비포화대에서의 침루특성을 확인하는 수단으로 활용되기를 기대한다.
본 연구에서 개발하고자 하는 지하수위 변동 해석모델은 지하수의 흐름과 관련된 반응계수 및 함양형태와 관련된 비산출율을 매개변수로 하여 부정류상태에서의 지하수위 변동특성을 해석한다. 모델의 시험적용을 위해 제주도 한천지역의 JD 용담1과 JW 공항지점의 5년(2006-2010)간의 지하수위 관측자료를 이용하였다. 매개변수 산정결과, JD 용담1지점에서는 비산출율 0.023, 반응계수 0.039로 추정되었고, JW 공항지점에서는 각각 0.009와 0.028로 추정되었다. 본 연구에서 개발한 모델을 이용하면, 지하수위에 의한 함양량 및 포화대에서의 매개변수를 추정할 수 있어 수문모형의 매개변수 및 비포화대에서의 침루특성을 확인하는 수단으로 활용되기를 기대한다.
In this study, a groundwater table fluctuation method is suggested to predict groundwater level by means of groundwater table fluctuation due to recharge and discharge under unsteady condition. This model analyzes groundwater variation characteristics by using reaction factor related with groundwate...
In this study, a groundwater table fluctuation method is suggested to predict groundwater level by means of groundwater table fluctuation due to recharge and discharge under unsteady condition. This model analyzes groundwater variation characteristics by using reaction factor related with groundwater flow and specific yield related with recharge. For the test of this model, measured groundwater level at JD Yongdam 1 and JW Konghang for 5 years (2006-2010) were used. At JD Yongdam 1, the estimated specific yield was 0.023, and the estimated reaction factor was 0.039. At JW Konghang, the estimated specific yield was 0.009 and the estimated reaction factor was 0.028, respectively. This model can estimate recharge and saturated parameters, thus it is expected that this model would be the proper tool for checking the parameter of hydrologic model and percolation features.
In this study, a groundwater table fluctuation method is suggested to predict groundwater level by means of groundwater table fluctuation due to recharge and discharge under unsteady condition. This model analyzes groundwater variation characteristics by using reaction factor related with groundwater flow and specific yield related with recharge. For the test of this model, measured groundwater level at JD Yongdam 1 and JW Konghang for 5 years (2006-2010) were used. At JD Yongdam 1, the estimated specific yield was 0.023, and the estimated reaction factor was 0.039. At JW Konghang, the estimated specific yield was 0.009 and the estimated reaction factor was 0.028, respectively. This model can estimate recharge and saturated parameters, thus it is expected that this model would be the proper tool for checking the parameter of hydrologic model and percolation features.
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문제 정의
본 연구는 부정류상태에서의 지하수 함양과 배출에 따른 지하수위 변동 및 함양을 예측하는 지하수위 변동 해석모델(groundwater table fluctuation model)을 개발하고자 하였으며 이는 De Zeeuw and Hellinga (1958)가 제안한 함양과 배수에 의한 지하수위 변동식을 토대하였다. 모델에 적용되는 매개변수는 지하수의 배출형태를 지시하는 인자인 반응계수와 지하수의 함양형태를 나타내는 비산출율로 구성되어있다.
본 절에서는 지하수위 변동 해석모델의 두 매개변수에 대한 추정과정을 기술하고자 한다. Fig.
이에 본 연구에서는 함양에 의해 변동하는 지하수위 자료를 이용하여 국지적 규모의 단위시간별 지하수위 변동 해석모델을 개발하고자 한다. 개발된 해석모델을 적용하기 위해, 천층 대수층에 대한 관측자료가 비교적 정교한 제주도지역의 한천하류지점을 선정하였으며 제주도특별자치도 수자원본부에서 운영 중인 JD 용담1과 JW 공항지점의 지하수위 자료를 이용하였다.
가설 설정
Fig. 4의 (a)와 같이 일부 측정자료가 없는 구간이 있으나 본 연구의 목적은 모델의 적용성에 대한 것이므로, 해당구간에 대해서는 선형관계로 가정하고 보간하여 분석하였다. Fig.
앞서 기술한 바와 같이 마지막 토양층의 침루량이 지하수로 함양된다는 가정 하에 수문모형의 침루량을 적용하여 비산출율의 초기치(μ‘)을 산정하였다.
제안 방법
누락된 함양량이 모델에 미치는 영향을 줄이기 위해 JW 공항지점의 지하수위 관측자료를 선형보간하여 분석하였다. Fig.
매개변수인 비산출율과 반응계수는 수리지질학적 특성에 따라 시공간적으로 변동성을 가지는 값으로 지하수위의 변동에 의해 표현되며 함양량을 좌우한다. 따라서 JW 공항과 JD 용담1지역의 지하수위 자료의 상승부와 하강부를 이용하여 매개변수를 추정하였으며 수문모형의 결과를 이용하여 보정하였다. 산정한 결과, JD 용담1지점의 반응계수는 0.
본 연구는 부정류상태에서의 지하수 함양과 배출에 따른 지하수위 변동 및 함양을 예측하는 지하수위 변동 해석모델(groundwater table fluctuation model)을 개발하고자 하였으며 이는 De Zeeuw and Hellinga (1958)가 제안한 함양과 배수에 의한 지하수위 변동식을 토대하였다. 모델에 적용되는 매개변수는 지하수의 배출형태를 지시하는 인자인 반응계수와 지하수의 함양형태를 나타내는 비산출율로 구성되어있다. 개발한 모델과 관련된 매개변수 추정의 적용성을 평가하기 위해 비교적 강수에 대한 반응이 양호한 제주도 한천지역의 지하수 관측망인 JW 공항, JD 용담1지점의 지하수위 관측 자료(2006-2010)를 이용하였다.
개발된 해석모델을 적용하기 위해, 천층 대수층에 대한 관측자료가 비교적 정교한 제주도지역의 한천하류지점을 선정하였으며 제주도특별자치도 수자원본부에서 운영 중인 JD 용담1과 JW 공항지점의 지하수위 자료를 이용하였다. 이를 이용하여 각 관측지점의 지하수위의 변동을 좌우하는 매개변수인 반응계수(reaction factor)와 비산출율(specific yield)을 추정하고 부정류 상태에서의 수위변동 특성에 대하여 해석하였다.
무강우기간과 함양기간을 선정하여 매개변수의 초기치를 산정한다. 이를 지하수위 변동 해석모델을 통해 산정한 함양량을 수문모형의 침루량과 비교·검정하여 최적의 매개변수를 추정한다.
대상 데이터
이에 본 연구에서는 함양에 의해 변동하는 지하수위 자료를 이용하여 국지적 규모의 단위시간별 지하수위 변동 해석모델을 개발하고자 한다. 개발된 해석모델을 적용하기 위해, 천층 대수층에 대한 관측자료가 비교적 정교한 제주도지역의 한천하류지점을 선정하였으며 제주도특별자치도 수자원본부에서 운영 중인 JD 용담1과 JW 공항지점의 지하수위 자료를 이용하였다. 이를 이용하여 각 관측지점의 지하수위의 변동을 좌우하는 매개변수인 반응계수(reaction factor)와 비산출율(specific yield)을 추정하고 부정류 상태에서의 수위변동 특성에 대하여 해석하였다.
모델에 적용되는 매개변수는 지하수의 배출형태를 지시하는 인자인 반응계수와 지하수의 함양형태를 나타내는 비산출율로 구성되어있다. 개발한 모델과 관련된 매개변수 추정의 적용성을 평가하기 위해 비교적 강수에 대한 반응이 양호한 제주도 한천지역의 지하수 관측망인 JW 공항, JD 용담1지점의 지하수위 관측 자료(2006-2010)를 이용하였다. 매개변수인 비산출율과 반응계수는 수리지질학적 특성에 따라 시공간적으로 변동성을 가지는 값으로 지하수위의 변동에 의해 표현되며 함양량을 좌우한다.
대수층에 대한 특성치 및 관측자료가 비교적 정교한 제주도의 한천유역을 연구지역으로 선정하였으며 지하수위 자료는 제주도특별자치도 수자원본부(www.jejuwater.go.kr)에서 운영 중인 JD 용담1, JW 공항지점의 관측자료를 이용하였다(Fig. 3). 본 해석모델은 지하수위 변동 해석모델로, 지하수위 자료를 이용하여 매개변수와 함양량을 산정하기 때문에 실측자료에 대한 의존도가 매우 높다.
본 해석모델은 지하수위 변동 해석모델로, 지하수위 자료를 이용하여 매개변수와 함양량을 산정하기 때문에 실측자료에 대한 의존도가 매우 높다. 따라서 해석모델의 적용성을 파악하기 위해 강우에 대한 수위 변화가 잘 나타나는 관측지점을 선정하였다.
4는 JD 용담1과 JW공항지점의 실측 지하수위와 강수량 자료를 나타낸 것이다. 지하수위는 각 지점에서 5년간(2006-2010) 관측한 자료이며 강수자료는 2007년에서 2010년까지는 제주도 기상청의 AWS (Auto Weather Station)의 제주공항지점의 자료를 이용하였으며 자료가 없는 2006년은 인근의 제주관측소 자료를 이용하였다. Fig.
이론/모형
실내시험에 의한 방법은 양수시험을 실시하여 volume-balance method를 이용하여 산정할 수 있다. 그러나 매번 시험을 하기에는 경제성이 떨어지며 조사자나 현장여건에 따라 산정 결과가 크게 좌우된다.
앞서 기술한 바와 같이 마지막 토양층의 침루량이 지하수로 함양된다는 가정 하에 수문모형의 침루량을 적용하여 비산출율의 초기치(μ‘)을 산정하였다. 여기서 사용된 수문모형은 SWAT-K (Sustainable Water Resources Research Center, 2010)로써 한천 유역에 기적용된 침루량(Chung et al., 2011)을 이용하였고 앞서 계산된 반응계수 초기치를 이용하여 비산출율을 계산하였다. 이렇게 계산된 비산출율을 초기치로 가정하는 것은 수문모형에서 추정한 침루량 역시 임의성을 가지므로 이를 통해 정확한 매개변수를 산정키 어렵다.
이에 지하수의 함양에 의해 발생하는 지하수위 상승구간에 대해 유역수문모형(Sustainable Water Resources Research Center, 2010)에서의 마지막 토양층에서의 침루량을 함양량으로 이용하여 산정한 비산출율을 초기치(μ‘)로 적용하였다.
성능/효과
두 관측지점은 서로 인접한 지역에 위치하고 있으나 대수층의 매질에 따라 침루되는 시계열이 달라지므로 지하수의 함양도 달라진다는 것을 나타낸다. 반응계수는 지하수위 감수곡선에서 초기값을 선정하고 시행착오법(trial and error)을 이용하여 매개변수를 최적화하였으며 그 결과, JD 용담1지점에서는 0.039, JW 공항지점에서는 0.028로 분석되었는데 이는 JW 공항지점보다 JD 용담1지점이 함양된 지하수의 배출이 빠르다는 것을 나타낸다. Fig.
따라서 JW 공항과 JD 용담1지역의 지하수위 자료의 상승부와 하강부를 이용하여 매개변수를 추정하였으며 수문모형의 결과를 이용하여 보정하였다. 산정한 결과, JD 용담1지점의 반응계수는 0.039, 비산출율은 0.023이며 JW 공항지점은 각각 0.009와 0.028로 비산출율과 반응계수는 다소 차이를 보였다. 이는 두 지점이 인접하여 위치하더라도 침루된 지하수가 함양 및 배출되는 형태는 다를 수 있다는 것을 보여준다.
이 기간에는 단기간에 내린 다량의 강수로 인해 발생한 지하수위 상승과 관측정에 강수가 직접적으로 유입됨으로서 과측정되어 나타난 결과로 판단된다. 지형적으로 인접한 두 관측지점은 강수와 지하수위 변동 형태가 유사하여 관측기간 중 2006년과 2007년 강우량의 급증으로 인해 야기된 지하수위의 상승 형태도 비교적 유사하게 나타났다.
후속연구
이는 두 지점이 인접하여 위치하더라도 침루된 지하수가 함양 및 배출되는 형태는 다를 수 있다는 것을 보여준다. 본 연구의 결과는 지하수위에 의한 함양량 및 포화대에서의 매개변수 추정뿐만 아니라 수문모형의 매개변수 및 비포화대에서의 침루특성을 확인하는 수단으로도 활용되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수위 변동자료를 이용하여 함양량을 분석하는 방법의 한계는 무엇인가?
지하수위 변동자료를 이용하여 함양량을 분석하는 방법은 적용 하는 개념과 방법에 따라 지하수위 변동법, 지하수위 강하법, 누적지하수위 강하법 등의 다양한 명칭으로 사용되고 있다. 이런 방법들은 특정 상승 또는 하강구간에 대하여 함양율을 산정하여 전 구간에 적용하므로 함양량 추정에 있어 과추정의 우려와 단기간의 함양량을 산정할 수 없다는 한계가 있다. 지하수위 변동법은 강수시 발생하는 지하수위의 변화량에 대수층의 비산출률을 곱하여 지하수 함양량을 산출하는 것으로 국내외적으로 적용되는 가장 기본적인 형태로 1920년대부터 이용되고 있다(Choi et al.
지하수 함양은 무엇의 영향을 받는가?
따라서 지하수위의 상승과 하강은 지하수의 함양과 배출을 대변한다고 할 수 있다. 지하수 함양은 수문순환의 한 과정으로써 토양으로 침투한 강수가 토양층과 비포화대를 거쳐 대수층으로 유입되는 과정으로 기상(강우, 온도, 습도, 풍속 등), 토양과 토지이용 특성, 지형, 지하지질 등의 수리지질학적 영향을 받는다. 따라서 같은 지역이라도 국지적으로 다양한 값을 가지므로 지하수 함양량을 산정하기위해서는 시공간적 가변성을 고려하여 규명되어야 한다(Memon, 1995).
지하수위 변동자료를 이용하여 함양량을 분석하는 방법은 어떠한 명칭으로 사용되고 있는가?
지하수위 변동자료를 이용하여 함양량을 분석하는 방법은 적용 하는 개념과 방법에 따라 지하수위 변동법, 지하수위 강하법, 누적지하수위 강하법 등의 다양한 명칭으로 사용되고 있다. 이런 방법들은 특정 상승 또는 하강구간에 대하여 함양율을 산정하여 전 구간에 적용하므로 함양량 추정에 있어 과추정의 우려와 단기간의 함양량을 산정할 수 없다는 한계가 있다.
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