[논문]해안지역 암반대수층의 침누수량 평가

이정환; 정해룡; 박주완; 윤정현; 정재열; 박선주; 전성천

doi:10.7733/jnfcwt.2016.14.1.21

해안지역 암반대수층의 침누수량 평가
Evaluation of Percolation Rate of Bedrock Aquifer in Coastal Area 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.14 no.1, 2016년, pp.21 - 33

이정환 (한국원자력환경공단) , 정해룡 (한국원자력환경공단) , 박주완 (한국원자력환경공단) , 윤정현 (한국원자력환경공단) , 정재열 (한국원자력환경공단) , 박선주 ((주)넥스지오) , 전성천 ((주)지오그린21)

Abstract ▼ AI-Helper

Estimation of groundwater hydrologic cycle pattern is one of the most critical issues in sustainable management of groundwater resources in coastal area. This study estimated groundwater percolation by using the water balance methodology and hydrogeological characteristics of land use and soil. Evapotranspiration was computed by using the Thornthwaite method, and surface runoff was determined by using the SCS-CN technique. Groundwater storage change was obtained as 229 mm/a (17.8% of the average annual rainfall, 1286 mm/a), with 693 mm/a (60.1%) of evapotranspiration and 124 mm/a (9.6%) of surface runoff. Rainfall and groundwater storage change was highly correlated, comparing with the relationships between rainfall and evapotranspiration, and between rainfall and surface runoff. This result indicates that groundwater storage change responds more sensitively to precipitation than evapotranspiration and surface runoff.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국내의 연구 현황으로는, 물수지 분석을 통한 소유역 지하수 함양량 산정 연구[16, 17], 지하수 함양량 모델 개발 연구[18, 19], GIS를 이용한 지구통계학적 연구[20, 21] 등 다양한 연구들이 진행되고 있으나, 해안지역에서 지하수 순환 특성 연구는 상대적으로 미진한 실정이다[22]. 따라서, 본 연구는 해안지역에 위치한 소유역에 대해서 식생, 수리지질, 토양 특성, 기후 특성 등을 분석하고, 물수지 분석법을 활용하여 다양한 인자들을 고려한 지하수침누 특성을 규명하고자 한다.
본 연구는 해안지역에 위치한 소유역에 대해서 식생, 수리지질, 토양 특성, 기후 특성 등을 분석하고, 물수지 분석법을 이용한 지하수 침누 특성을 분석하여 이와 관련된 다양한 인자들을 고려한 지하수 순환 특성을 규명하고자 하였다.

가설 설정

P : 누적강수량(mm)이다.
는 규제 부피에서 지하수 저류량 변화(유효 지하수 함양량)이다[17]. 기저유출량과 지하수 저류량 변화량을 본 연구에서는 총 침누수량(총 지하수 함양량)으로 가정하여 해석하였다.

제안 방법

4). 또한 11개 소지역에 따른 각각 CN값을 산정하고 소지역별 지표 직접유출량에 면적 가중치를 적용하여 연구지역 전체 지표 직접유출량을 산정하였다(Table 2). SCS-CN 방법으로 구한 1985∼2014년의 각 연도별 지표 직접유출량은 14.
본 연구에서는 토양종류, 토지 이용도, 식생상태를 활용하여 11개의 수문학적 토양군(Hydrologic Soil Group, HSG) A, B, C, D 등급으로 세분화하였다(Fig. 4). 또한 11개 소지역에 따른 각각 CN값을 산정하고 소지역별 지표 직접유출량에 면적 가중치를 적용하여 연구지역 전체 지표 직접유출량을 산정하였다(Table 2).
물수지 방법은 존재하는 적용가능한 자료를 활용함으로써 모든 규모에 대해 수리적 시스템의 개념화가 가능하나, 관심 대상지역의 시공간적인 규모에 따라 적당한 물수지 방법을 선정하는 것이 매우 중요하며, 일반적으로 시공간에 따라 국소(local), 중간(meso), 거대(macro) 규모로 세분되며, 국소규모는 개별적인 성분들에 대한 지점 측정의 목적으로서 약 1 m∼1 km의 길이 규모를 가지고, 중간규모는 단일 소유역(단일 지하수 분수령) 면적 이상으로 여러 성분들의 측정 자료가 필요하며 1∼1,000 km의 길이 규모를 가지고, 거대 규모는 1,000 km 길이 규모를 초과하며 대륙적인 혹은 전 지구적인 영역을 포함하고 광역 관측시스템 자료를 활용한다[4]. 본 연구지역의 길이 단위가 1 km 이상이기 때문에 중간 규모 물수지 방법 중 대수층의 매개변수를 포함하는 방법을 적용하였다.
본 연구지역의 토양은 ‘세사질 양토’이며, 식생상태는 ‘산림이 우거진 지역’으로 분류되므로, 토양의 종류와 식생상태에 따라 결정되는 토양 함수능은 300으로 적용하였다[36].
본 연구에서는 비교적 간단한 방법이지만, 기후 인자를 고려하기 때문에 월 증발산량의 변화를 산정할 수 있을 뿐만 아니라, 유용한 증발산량 산정 방법[46]인 Thornthwaite 방법을 이용하여 1985년부터 2014년까지의 증발산량을 계산하였다. 울산기상청의 매월 최대일조시간을 이용하여 잠재증발산량을 산정하였으며, 이로부터 강우량과 토양 함수능을 고려한 실제 증발산량을 산정하였다. 본 연구지역의 토양은 ‘세사질 양토’이며, 식생상태는 ‘산림이 우거진 지역’으로 분류되므로, 토양의 종류와 식생상태에 따라 결정되는 토양 함수능은 300으로 적용하였다[36].

대상 데이터

연구지역과 가장 가까운 곳에 위치하는 울산기상관측소의 기상자료를 이용하였다[45]. 지하수 침투수량 산정을 위하여 지난 30 년간(1985년 1월부터 2014년 12월까지)의 강우량과 기온 자료를 분석하였다(Fig.
연구지역은 경상북도 경주시 양북면 일원으로서, 해발고도는 300 m 이하, 경사도는 약 30% 미만의 완만한 지형을 형성하며, 지질은 하부로부터 상부로 백악기 퇴적암, 제3기 관입암류에 포함되는 섬록암, 화강섬록암, 흑운모화강암, 유문암, 반상질 조면암질 안산암과 이들 모두를 피복하는 제4기 충적층이 분포한다[23].
연구지역과 가장 가까운 곳에 위치하는 울산기상관측소의 기상자료를 이용하였다[45]. 지하수 침투수량 산정을 위하여 지난 30 년간(1985년 1월부터 2014년 12월까지)의 강우량과 기온 자료를 분석하였다(Fig. 2). 지난 30 년간의 연강우량의 범위는 693∼2059 mm(연평균 강우량 1286 mm)이다.

데이터처리

연구지역의 지하수 수문 특성을 비교하기 위해서 강우량(R), 증발산량(ET), 지표 직접유출량(SR), 지하수 저류량 변화(△S^gw)의 관련성을 통계적으로 유의성을 규명하기 위하여 t-검정 통계를 수행하였다.

이론/모형

어떤 수역에서 호우로 인한 유출량 자료가 없을 경우에는 직접유출량의 결정이 불가능하여 Φ 지표와 W지표를 구할 수 없으므로 초과강수량을 결정할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 전세계적으로 널리 사용되는 SCS방법을 이용하여 지표유출량을 계산하였다[40, 41].
증발산의 간접적인 측정방법은 Thornthwaite 방법[26], Turc의 방법[27], Penman의 방법[28], Blaney와 Criddle 방법[29], Penman- Monteith의 방법[30]들이 있으며 직접적인 측정 방법보다 더 효과적으로 알려져 있다[31, 32]. 본 연구에서는 국내에서 증발산량 산정 연구에 널리 사용된 Thornthwaite 방법을 적용하였다[16, 17, 33, 34, 35]. Thornthwaite법은 기후 인자를 고려하여 증발산량을 계산한다.
본 연구에서는 비교적 간단한 방법이지만, 기후 인자를 고려하기 때문에 월 증발산량의 변화를 산정할 수 있을 뿐만 아니라, 유용한 증발산량 산정 방법[46]인 Thornthwaite 방법을 이용하여 1985년부터 2014년까지의 증발산량을 계산하였다. 울산기상청의 매월 최대일조시간을 이용하여 잠재증발산량을 산정하였으며, 이로부터 강우량과 토양 함수능을 고려한 실제 증발산량을 산정하였다.
증발산량은 Thornthwaite 방법, 지표 직접유출량은 SCS-CN 방법을 이용하여 산정하였다. 해안 및 해저유출량은 인접한 지역의 연평균 강우량에 대한 평균값인 17.
APWL(m)은 잠재적 물손실의 연속 합(accumulation of potential water loss) 즉, P(m)-PE(m)의 음의 값의 연속합이다. 토양의 함수능력(SM)은 Thornthwaite와 Mather의 방식에 의하여 계산된다[36]. 토양 함수능력 변화인 △SM(m)은 해당 월 이전의 토양함수능력(SM(m-1))과 해당 월의 토양함수능력(SM(m))의 차를 말한다.

성능/효과

강우량(R)과 증발산량(ET), 직접 지표유출량(SR), 지하수 저류량 변화(△S^gw)에 대해 F-검정과 t-검정 통계 분석을 수행한 결과, 유의수준 95%에서 p값이 0.05 이하로 각각 계산되어 이분산 분포와 통계적으로 서로 관련성이 유의함을 나타낸다. 이러한 통계 결과를 바탕으로 상관성 분석을 수행한 결과, 강우량과 지표 직접유출량, 강우량과 지하수 저류량 변화 사이에는 상관계수(r²)이 각각 0.
연평균 강우량에 대해서 증발산량과 지표 직접유출량을 제외한 모든 부분이 지하수가 유입되는 수량으로 가정하여 본연구지역의 지하수 총 침누수량을 산정한 결과, 19.4∼954mm로 각 연도별 연강우량의 2.8∼53.5%에 해당한다.
8%를 적용하였다. 지하수 저류량 변화(유효 지하수 함양량)를 산정 결과, 연구지역의 1985년부터 2014년까지 30 년간의 연평균 강수량 1286 mm에 대하여 증발산량은 693 mm(53.9%), 지표 직접유출량은 124 mm(9.6%)로 산정되었으며, 지하수 저류량 변화는 229 mm(17.8%)로 분석되어 우리나라 평균 지하수 함양율(강우량의 18%)과 매우 유사한 결과로서, 이는 연구지역의 지하수 저류량 변화가 우기의 강우에 의해서 침투가 발생하고 건기에 해안으로 유출이 발생되는 계절적인 동적인 평형 상태를 유지하고 있음을 지시한다.
총 침누수량 중에서 해안 및 해저유출량을 제외한, 본 연구지역의 지하수 저류량 변화(유효 지하수 함양량)을 산정한 결과, -104∼ 588 mm로서 연 강우량의 -15.0∼55.4% 해당된다(Table 3).
한편, 강우량과 지하수 저류량 변화, 증발산량, 지표 직접유출량간의 유의성 분석 결과, 강우량-지하수 저류량 변화, 강우량-지표 직접유출량 간에는 상관성이 있는 것으로 나타났으나, 강우량과 증발산량 간에는 상관성이 없는 것으로 나타났다. 이는 지하수 저류량 변화와 지표 직접유출량은 강우량에 대해서 민감하게 반응하나, 증발산량은 강우량보다는 기온과 최대 일조시간에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.
kr) 자료에 따르면안룡(세립질 양토), 백산(세립질 양토), 봉산(세립질 양토), 칠곡(세립질 양토), 대본(사질토), 은곡(양토), 고산(양토질), 지산(세립질 양토), 조천(세립질 양토), 가포(양토), 매곡(양토), 상주(조립질 양토), 석천(조립질 양토), 사촌(조립질 양토), 삼각(조립질 양토), 송정(세립질 양토), 수암(양토), 석토(양토), 태화(세립질 양토), 영일(조립질 양토) 등 20개 토양 종류가 분포하며[24], 세립질 양토질 토양 조직이 우세하게 발달하고 있다. 한편, 연구지역의 토지이용 특성은 환경부 환경공간정보시비스(http://egis.me.go.kr)의 울산(009, 010)의 세분류 토지피복지도(1:5,000)을 활용하여 분석한 결과, 산림 지역(64.9%), 초지 지역(19.8%), 공공시설 지역(7.8%), 농업주거 지역(3.3%), 목초지 지역(2.5%), 교통 지역(1.4%), 인공나지 지역(0.4%) 등이 분포하며, 대부분 산림 형태의 토지피복 특성이 우세하게 나타난다(Fig. 1).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사성폐기물 처분시설 부지에 대해서는 지하수 유동 특성을 명확히 규명해야 하는 이유?	지하수는 폐기물 내부에서 오염된 방사성 핵종의 용해, 이동, 및 운반 매개체로서 매우 중요하기 때문에 방사성폐기물 처분시설 부지에 대해서는 지하수 유동 특성을 명확히 규명하는 것이 필수적이다[1]. 지하수 유동 특성을 조절하는 인자들로는 퇴적층의 조직, 간극 부피, 지질 구조, 지질 특성 등이 포함된다[2, 3].
	지하수 유동 특성을 조절하는 인자는?	지하수는 폐기물 내부에서 오염된 방사성 핵종의 용해, 이동, 및 운반 매개체로서 매우 중요하기 때문에 방사성폐기물 처분시설 부지에 대해서는 지하수 유동 특성을 명확히 규명하는 것이 필수적이다[1]. 지하수 유동 특성을 조절하는 인자들로는 퇴적층의 조직, 간극 부피, 지질 구조, 지질 특성 등이 포함된다[2, 3]. 그러나, 특정한 면적 영역의 경우, 지하수 유동은 수리수문학적 순환의 한 부분으로 고려되어 해석될 수 있으며, 강우량, 토양 함수 특성, 하천 유출량, 온도, 토지이용도 등의 지형적, 지질학적, 기후적인 조건을 반영한 지하수 순환 특성으로 결정될 수 있다[4].
	증발산은 기상학적 인자 이외에도 무엇에 영향을 받는가	증발산(evapotranspiration)은 수면으로부터의 증발(evaporation)과 식물로부터의 증산(transpiration)을 합한 값이며, 수분이 기체 상태로 대기에 환원되는 모든 것을 포함한 것이다. 이는 기상학적 인자 이외에도, 식물의 종류, 색깔의 농도, 식물의 밀도, 성장 속도, 잎 표면의 크기 등의 식물 요소뿐만 아니라 토양의 공극률, 수리전도도, 입자의 크기, 토양의 함수율 등에 직접적으로 영향을 받는 인자이다[26]. 증발산량은 직접적인 측정이나 간접적인 계산에 의해서 결정할 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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