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제안 방법
- 강수량 변동에 따른 수위변동 모사를 위하여, 2009년부터 2013년까지 5년간 표선유역 200~600 m 지역의함양량을 변동시켜 모의를 수행하였다 (Table 6). 모델링 결과 먹는샘물 취수정 주변의 두 관측정 (O2와 KR)에서는 2010년과 2011년 함양량이 각각 1,312 mm 증가와 1,054 mm 감소에 따라, 지하수위는 O2의 경우0.
- 이때 서귀포층의 바닥 표고는 -130 m로 설정하였다. 경계조건은 유역을 경계로 바깥 부분은 비활성격자 (no-flow boundary), 남쪽 해안선은 일정수두경계 (constant head boundary)로 설정하였다.
- 지하수 유동 모델의 민감도 분석 결과 전반적인 지하수위 분포 및 흐름에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 수리전도도와 지하수 함양율로 나타났다. 따라서 본 모의에서는 현장에서 측정한 수리전도도를 고려하여 모형보정을 수행하였으며, 함양율은 표선유역의 표고별 함양량을적용하였다. 연구지역의 주대수층은 화산암층으로, 양수시험 결과 수리전도도는 2×10-2 cm/sec로 나타났다.
- 그러나 화산암층의 두께는 표선유역 상류와 하류에서 다양하게 나타남에 따라, 단속적으로 연결된 소규모 대수층이 연결된 것으로 해석된다. 따라서 본 연구에서는 지하수 모델링을 위한 개념모델로 하부의 서귀포층을 기반암으로 상부의 화산암층을 대수층으로 구분하였다.
- 제주도 표선유역의 지하수 유동을 모의하기 위하여 3차원 유한차분 모형인 MODFLOW를 이용하여 물수지를 분석하였다. 또한 모의 결과로 나타난 함양율과 기존의 수문분석 결과를 비교하여, 지하수 유동 모델링의 정밀도를 평가하였다.
- 본 연구에서는 제주도 표선유역의 포화대에 대한 지하수 유동을 모의할 수 있는 3차원 유한차분 모형을 이용하여 물수지를 분석하였다. 모의 결과는 기존의 수문분석 결과 (JSSP, 2012)와 비교하여 표선유역의 물수지 평가의 개선방안을 제시하였다.
- 모의영역은 표선유역에 대하여 100×100 m의 격자망으로 설정하였으며, 지하수를 연중 채수하는 상류부의삼다수 먹는샘물 취수정 인근에 대하여는 격자 간격을 50×50 m와 25×25 m로 세분하였다 (Fig.
- 미래 강수량 변동 예측에 따른 지하수위변동을 모사하기 위하여, 성판악과 선흘 관측소의 2002~2013년 기간 중 최소 강수년인 2005년의 함양량 954 mm를 기준으로 과우년 3년, 평균 강수량이 2년 지속되는 조건으로부정류 모의를 수행하였다 (Table 7). 경과시간 1년은 과우년의 함양량이 적용되어 먹는샘물 취수정 인근의 두 관측정 (O2와 KR)에서는 각각 0.
- 본 모델링에서는 수리전도도와 함양량의 입력값이 모민감도를 분석하였다 (Table 4). 분석 결과 수리전도도를 20% 증가시킨 경우에는 유출량과 유입량의 차이가21 m3/day로 거의 없지만, 20% 감소시킨 경우에는 117 m3/day으로 전체의 약 98% 차이가 발생함에 따라 민감도가 큰 것으로 나타났다.
- 부정류 상태의 모델링을 위한 함양량 산정은 기존 정류모델에서 이용한 200~600 m 지역의 함양량 1,124 mm/년을 평균으로 산정하고, 2002년부터 2013년까지성판악과 선흘 관측소의 강수량을 기준으로 과우년 (2005)과 2009~2013년 강수량을 적용하였다 (Table 5). 부정류 상태 모의는 아래의 두 가지 경우를 대상으로, 유역전체의 지하수에 미치는 영향을 산정하였다. 첫 번째 시나리오는 강수의 변동에 따른 지하수위 변동 모사로, 2009년부터 2013년까지 함양량을 변경하여 강수의변동에 따른 표선유역의 지하수위 변동을 모사하는 것이다.
- 부정류 상태의 모델링을 위한 함양량 산정은 기존 정류모델에서 이용한 200~600 m 지역의 함양량 1,124 mm/년을 평균으로 산정하고, 2002년부터 2013년까지성판악과 선흘 관측소의 강수량을 기준으로 과우년 (2005)과 2009~2013년 강수량을 적용하였다 (Table 5). 부정류 상태 모의는 아래의 두 가지 경우를 대상으로, 유역전체의 지하수에 미치는 영향을 산정하였다.
- 여기서 Xobs는 현장 측정 수두값, Xcal는 모의 결과 수두값으로, 본 연구에서는 두가지 모두 최소가 되도록 한후 물수지 분석 결과 계산되는 불일치 (discrepancy)가±1% 미만이 되도록 모의하였다.
- 정류상태의 모의는 총 243개소 관정에 대해 일평균양수량을 유지하는 것을 가정하였으며, 이 중 수위자료가 확보된 33개소에 대하여 2005년 12월부터 2007년 3월까지 매 월 약 13회에 걸쳐 측정된 지하수위를 평균한값을 입력한 후 모형을 보정하였다. 이때 8개의 수위관측정을 대상으로 관측 수위와 계산 수위의 차이가 최소가되도록 조정하였다.
- 또한 하부 서귀포층의 경우에는 기존의 자료를 해발고도 200 m를 기준으로 적용하였다 (Table 1). 이때 기존의 농업용관정과 먹는샘물 취수정의 대수층의 두께를 고려하여 산출된 비저류계수 (Ss)와 비산출률 (Sy)을 모의에 적용하였다.
- 정류상태의 모의는 총 243개소 관정에 대해 일평균양수량을 유지하는 것을 가정하였으며, 이 중 수위자료가 확보된 33개소에 대하여 2005년 12월부터 2007년 3월까지 매 월 약 13회에 걸쳐 측정된 지하수위를 평균한값을 입력한 후 모형을 보정하였다. 이때 8개의 수위관측정을 대상으로 관측 수위와 계산 수위의 차이가 최소가되도록 조정하였다.
대상 데이터
- 제주특별자치도에서는 유역별 지하수의 지속 이용 가능량 산정을 위하여, 지표수계를 기초로 4개의 대유역과16개의 소유역으로 분류하고 있다 (JSSP, 1993). 본 연구대상인 표선유역은 제주도 대유역 중 동부유역에 속하며, 서측으로 한라산에 속하는 높은 지형에서 제주도 동쪽 해안의 낮은 지형으로 동고서저의 지형특성을 나타낸다. 표선유역 내의 상시하천은 없으며, 유역평균 강수량이 80 mm 이상인 경우에 천미천에서 유출이 발생한다(JSSPDC, 2014).
- 본 연구지역은 제주도 동부유역에 위치한 표선유역으로, 1992년부터 2011년까지 20년간 강수자료로 분석한 수문총량은 16개 유역 중 가장 많은 평균 537백만 m3/ year이다 (JSSP, 2012). 이 중 증발산량은 전체 수문총량의 약 29%인 156백만 m3/year로, 이 중 해발고도200~600 m 구간에서 전체의 약 58%인 90 백만 m3/year를 차지한다.
이론/모형
- 모의지역 상부층의 수리전도도는 해발고도 200 m 이하는 기존의 농업용 관정의 양수시험 결과를 이용하였으며, 200 m 이상은 먹는샘물 취수정에 대한 양수시험 해석 결과를 이용하였다 (JSSPDC, 2007)(Fig. 2). 또한 하부 서귀포층의 경우에는 기존의 자료를 해발고도 200 m를 기준으로 적용하였다 (Table 1).
- 본 연구에서는 제주도 표선유역의 포화대에 대한 지하수 유동을 모의할 수 있는 3차원 유한차분 모형을 이용하여 물수지를 분석하였다. 모의 결과는 기존의 수문분석 결과 (JSSP, 2012)와 비교하여 표선유역의 물수지 평가의 개선방안을 제시하였다.
- 제주도 표선유역의 지하수 유동을 모의하기 위하여 3차원 유한차분 모형인 MODFLOW를 이용하여 물수지를 분석하였다. 또한 모의 결과로 나타난 함양율과 기존의 수문분석 결과를 비교하여, 지하수 유동 모델링의 정밀도를 평가하였다.
- 지하수 유동 모형은 지하수 수문 순환 및 오염물질의 이동 특성 등을 단순화시킨 수학적인 표현으로, 본 연구에서는 포화대에서의 지하수 유동을 모의할 수 있는 3차원 유한차분 지하수 유동 모형인 MODFLOW를 이용하였다 (McDonald and Harbaugh, 1988).
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