[논문]제주도 대정유역의 수리전도도 적용에 따른 지하수 모델링 결과 평가

박재규; 김민철; 양성기; 이준호; 김용석

doi:10.5322/jesi.2016.25.12.1727

[국내논문] 제주도 대정유역의 수리전도도 적용에 따른 지하수 모델링 결과 평가
Assessment of Groundwater Flow Modeling according to Hydraulic Conductivity Zonation in the Dae-jeong Watershed of Jeju Island 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.25 no.12, 2016년, pp.1727 - 1738

박재규 (한국농어촌공사) , 김민철 (제주대학교 토목공학과) , 양성기 (제주대학교 토목공학과) , 이준호 (제주대학교 토목공학과) , 김용석 (제주대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, groundwater flow was analyzed targeting Dae-jeong watershed, which exhibited the largest variations of groundwater levels at the identical elevation points among the 16 watersheds of Jeju Island. The issues of the methods applied in practice were identified and improvement plans were suggested. This groundwater-flow estimates derived by applying hydraulic conductivity values onto zones of equal topographic ground level were found to be quite different from actual measured groundwater flow. Conversely, groundwater-flow estimates that utilized hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level equipotential lines indicated relatively lesser divergences from actual measured groundwater flow. The reliabilities of the two approaches were assessed for 60 randomly selected points on DEM (digital elevation model) maps, The method using hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level contours turned out to be the more reliable approach for the Dae-jeong watershed in Jeju Island.

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AI 본문요약
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문제 정의

또한, 분석된 결과를 대상으로 실제 등수위선 자료와 비교 검토하여 미계측지역에 대하여 지하수위 검증을 수행하였다. 본 연구를 통해 실제 지하수 모델링 수행 시 발생가능 한 문제점을 파악하고, 지역의 특성에 적절한 모델 적용방안과 정상류 상태의 검증방법을 제안하고자 한다.

제안 방법

본 연구는 2014년 지하수 등수위선과 등고선을 이용하여 동일표고지점에서의 지하수위 관계를 검토하였으며, 제주도 서부지역에 위치한 대정유역이 표고수위간의 차이가 가장 큰 것으로 확인되었다. 이에 대정유역을 대상으로 지하수 해석 모델링을 수행하였으며, 일반적으로 적용되는 연구방법인 표고기준의 유역분할 방법과 대수층 수리적 차이를 구분하기 위해 등수위선 기준으로 수리전도도 적용한 후 지하수의 흐름 결과를 평가하였다. 또한, 실제 등수위선 자료와 비교·검토하여 미계측지역에 대하여 검증한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

, 1989). 본 연구에서는 전체 지하수 관측공 131개소 중 지하수위의 자료 확보가 가능한 126개소를 대상으로 2014년 일별 관측 자료를 연평균 자료로 환산하여 지하수 등수위선을 작도하였다(Fig. 1). 연구대상유역은 작성된 지하수 등수위선과 제주도 16개 소유역별 표고의 관계를 비교하여 수위차이가 가장 크게 나타나는 지역으로 선정하였다.
, 2015). 지하수 함양량은 제주특별자치도 수자원관리종합계획(Jeju Special Self-Governing Province, 2013)의 자료를 참고하여 표고별 함양량을 적용하였으며, 수리전도도는 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사 (Jejudo, 2003) 중 제주도 광역상수도 및 해수침투 감시관측정 자료의 평균 수리전도도에 제시된 자료를 이용하여 분석하였다. 공극률은 화산분출암의 공극률 14~40% 범위 내에서 적용하였다(Fetter, 1994).

데이터처리

DEM방식은 지형자료의 처리방법 중 가장 일반화된 방법으로 동일한 밀도와 크기를 갖는 격자를 사용하여 지점별 레벨 값을 산출한다. 미계측지역에 대한 수위비교를 위해 Fig. 8과 같이 대정유역 내 60개의 임의지점을 선정하여 표고기준 및 등수위선기준 유역구분을 통해 산출된 지하수위를 DEM으로 구축한 수위자료와 비교하였다.
그러나 관측지점별 수위자료만을 이용하여 모의된 것으로 어떠한 방법이 미계측유역의 지하수위특성을 유사하게 묘사되는지 검증이 필요하다. 이에 지하수 등수위선 자료를 활용하여 대정유역의 지하수위 분포를 TIN (triangulated irregular network)형태로 생성하고, DEM자료로 구축하였다. DEM방식은 지형자료의 처리방법 중 가장 일반화된 방법으로 동일한 밀도와 크기를 갖는 격자를 사용하여 지점별 레벨 값을 산출한다.

이론/모형

지하수 등수위선은 지하수위 높이가 동일한 지점을 연결한 선으로 측정지점의 수리수두를 의미한다. 등수위선을 작성하기 위해서는 다양한 방법이 적용되는데, 본 연구에서는 공간상 분포하는 확률변수들을 이용하여 미계측지역의 결과를 예측하는 통계학적 방법인 Kriging기법을 적용하였다(Sacks et al., 1989). 본 연구에서는 전체 지하수 관측공 131개소 중 지하수위의 자료 확보가 가능한 126개소를 대상으로 2014년 일별 관측 자료를 연평균 자료로 환산하여 지하수 등수위선을 작도하였다(Fig.
일반적으로 실제 상황과 근사하게 나타내기 위해서 수치기법을 사용하며, 계략적인 수학적 모델로 다루어야 한다(Han, 1999). 본 연구에서는 수리지질학적 구조를 손쉽게 구현하고, 과학적 타당성과 적용성이 높은 미국지질조사소(U.S. Geological Survey)에서 개발된 MODFLOW(McDonald and Harbaugh, 1988)를 이용하였다.

성능/효과

그러나 지하수 흐름방향은 실제 등수위선의 형태와 상이한 결과를 나타내 지하수흐름의 신뢰도는 낮은 것으로 해석되었다. 반면 등수위선 경계에 따라 수리전도도를 적용하여 모델링을 수행한 결과 관측수위와 계산수위의 차이는 0.95 ~ 1.26 m로 기존 표고기준의 적용방법에 비해 관측지점 지하수위와의 차이를 최소화 할 수 있었으며, 지하수의 흐름도 대정유역의 등수위선과 동일한 방향으로 진행되었다. 미계측지역의 수위 검정을 위해 대정유역 내 60개소의 임의지점을 선정하여 지점별 수위를 비교한 결과 지하수 관측정이 다수 분포하는 하류지역의 경우 표고경계와 등수위선 경계의 결과 모두 작은 수위차이가 나타났으나, 지하수위가 높게 분포하는 지역의 경우 등수위선 경계를 적용한 방법이 신뢰도가 높은 것으로 분석되었다.
26 m로 기존 표고기준의 적용방법에 비해 관측지점 지하수위와의 차이를 최소화 할 수 있었으며, 지하수의 흐름도 대정유역의 등수위선과 동일한 방향으로 진행되었다. 미계측지역의 수위 검정을 위해 대정유역 내 60개소의 임의지점을 선정하여 지점별 수위를 비교한 결과 지하수 관측정이 다수 분포하는 하류지역의 경우 표고경계와 등수위선 경계의 결과 모두 작은 수위차이가 나타났으나, 지하수위가 높게 분포하는 지역의 경우 등수위선 경계를 적용한 방법이 신뢰도가 높은 것으로 분석되었다.

후속연구

본 연구에서는 지하수 관측수위를 활용하여 구축한 등수위선을 실제 지하수흐름으로 적용하였으며, 향후 지하지질의 수리특성 및 미계측지역에 대한 정밀한 수위예측 등 다양한 연구방법에 따라 지역적 특성을 고려하여 지하수 모델적용방안을 개선해 나가는 것이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제주지역의 최근 용수 수요량은 변화는?	제주지역은 최근 지하수 보전과 관리를 위해 신규 지하수관정 개발을 제한하고 있으나, 급증하는 인구 유입으로 택지개발과 주택건축이 활발하여 용수의 수요량이 현저하게 늘어나고 있다. 이로 인해 안정적인 용수확보를 위한 지하수의 신규개발이 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
	지하수 해석모형을 통해 어떤 연구가 진행중인가?	지하수 해석모형은 실제 현장을 재현하기 위한 수치 해석 모델로서 지역별 지하수 개발에 따른 유동특성, 해수침투, 지하수-지표수 연계해석 등 다양한 연구·조사가 수행되고 있다(Ahn et al., 2013; Kim, 2009; Kim et al.
	용수의 수요량이 급증하면서 어떤 대처를 하고있는가?	제주지역은 최근 지하수 보전과 관리를 위해 신규 지하수관정 개발을 제한하고 있으나, 급증하는 인구 유입으로 택지개발과 주택건축이 활발하여 용수의 수요량이 현저하게 늘어나고 있다. 이로 인해 안정적인 용수확보를 위한 지하수의 신규개발이 지속적으로 진행되고 있는 실정이다. 신규 지하수를 개발하기 위해서는 제주특별자치도 지하수관리 조례에 의거한 지하수 영향조사서가 작성되어야 하고, 굴착예정지역의 지하수위 예측과 해석모델을 이용하여 지하수 양수에 따른 수위강하 및 유동방향 등 다양한 해석을 수행하여야만 한다(Jeju Special Self-Governing Province, 2014).

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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