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해석적 모형을 이용한 심부대수층 지하수 양수로 인한 하천수 감소량 분석
Evaluation of Stream Depletion from Groundwater Pumping in Deep Aquifer Using An Analytical Model 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.36 no.5, 2016년, pp.769 - 777  

이정우 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) ,  정일문 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) ,  김남원 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소)

초록
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본 연구에서는 2층 누수대수층 시스템에 관한 Ward and Lough (2011)의 해석해를 이용하여 심부대수층 양수로 인한 하천수 감소량을 분석하였다. 하천변에 위치한 110개 지하수 관정 각각에 대해 양수량 대비 하천수 감소량을 산정한 결과 양수기간 5년 동안 작게는 0.1미만에서 크게는 0.8을 초과하여 관정 위치에 따라 큰 차이를 나타내었다. 단일 대수층 구조에 대한 Hunt (1999) 해석해 적용 결과와의 비교를 통해서 Ward and Lough (2011)의 해석해로 구한 하천수 감소량은 두 층의 수리특성의 상이함과 연직 방향 지체의 영향으로 평균적으로 약 50 % 만큼 작게 산정되었다. 충적층에 대한 하천고갈인자가 약 1,000 보다 크거나 암반층의 하천고갈인자가 100보다 큰 경우, 또는 연직 누수계수가 $10^{-5}s^{-1}$보다 작을 경우에는 지하수 양수가 하천수 감소에 미치는 영향이 작은 것으로 분석되었다. 또한 미 측정값인 충적층의 투수량계수 및 저류계수, 충적층과 연결된 하천의 하상수리전도도, 암반층 연직수리전도도 등의 크기에 따른 하천수 감소량의 변동 특성을 평가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study was to evaluate the stream depletion from groundwater pumping in deep aquifer using the Ward and Lough's analytical solution (2011) which considers a two-layer leaky aquifer system. The calculated results for each pumping from the 110 wells beside streams showed a wide ra...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 위해서 기 개발된 여러 다양한 해석해들 중에서 2층 누수대수층 구조 및 심부대수층 양수 조건에 대해 유도된 Ward and Lough (2011) 해석해가 국내 실무에서 유용하게 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Ward and Lough (2011)의 해석해를 소개하고, 이를 하천 인근에 실제로 위치한 지하수 관정에 적용하여 양수로 인한 하천수 감소량을 산정하고 그 거동 특성을 분석하는 것을 목적으로 하였다.
  • 본 연구에서는 Lee et al. (2016)의 논문에서의 분석 대상과 동일한 110개 지하수 관정에 대해 Ward and Lough (2011)의 해석해를 이용하여 하천 인근 암반대수층 지하수 양수로 인한 하천수 감소량을 산정하고 그 거동 특성을 분석하였다. 충적대수층과 암반대수층의 2개의 층으로 구분하였고, Eq.

가설 설정

  • 충적대수층과 암반대수층의 2개의 층으로 구분하였고, Eq. (6)을 적용하기 위해 필요한 암반대수층의 투수량계수, 저류계수는 각 관정별 해당 지하수영향조사서에서 양수시험을 통해 기조사된 값을 사용하였으며, 미측정값인 충적대수층의 투수량계수는 암반대수층과 같고 저류계수는 0.1이라 가정하였다. 하상수리전도성 λ값을 입력하기 위해서 지도상에서 하폭을 도측하고 Lee et al.
  • 여기서, B1과 B2는 각각 1층과 2층의 대수층 두께이고, Kv1과 Kv2는 각각 1층과 2층의 연직방향 수리전도도이며 본 연구에서는 이 값은 수평방향 수리전도도의 1/10로 가정하여 사용하였다.
  • 하상수리전도성 λ값을 입력하기 위해서 지도상에서 하폭을 도측하고 Lee et al. (2016)에서와 마찬가지로 미측정값인 단위깊이당 하상수리전도도 ks/M값을 1.0×10-5 1/s로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지하수 양수로 인한 하천수 감소량을 산정하기 위해서 고려해야할 측면은? 지하수 양수로 인한 하천수 감소량을 산정하기 위해서는 현지에서 직접 실측하는 것이 가장 이상적이지만, 시간이나 비용 등 현실적인 측면을 고려해서 일반적으로 해석해 또는 수치모형을 이용하는 방법이 주로 이용되고 있으며, 특히 해석해를 이용하면 간편하고 신속한 지하수 양수 영향 평가가 가능하다.
지속적이고 안정적인 하천수 이용 및 관리를 위해 지하수 개발‧이용 위치에 따라 하천수량에 미치는 영향을 정량적으로 예측, 평가해야 하는 이유는? 하천과 수리적으로 연결된 대수층에서 지하수를 장기간 양수할 경우 하천으로 유입되는 지하수 유출량의 감소 또는 하천수의 지하수계로의 유입 등으로 인해 하천수 감소(stream depletion)를 초래하게 되며, 그 크기와 시간적 변화는 대수층의 투수 및 저류 특성, 하상퇴적층의 투수성, 하천과 지하수 관정간의 거리 등에 따라 다양하게 나타난다. 따라서 지속적이고 안정적인 하천수 이용 및 관리를 위해서는 지하수 개발‧이용 위치에 따라 하천수량에 미치는 영향을 정량적으로 예측, 평가하여야 한다.
하상수리전도성 λ는 어떤 척도인가? 하상수리전도성 λ는 하천과 대수층간의 수리적 연결성을 나타내는 척도로서 일반적으로 이 값이 클수록 지하수 양수로 인한 하천수 감소에 미치는 영향이 커진다. Fig.
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참고문헌 (17)

  1. Butler Jr., J. J., Zhan, X. and Zlotnik, V. A. (2007). "Pumpinginduced drawdown and stream depletion in a leaky aquifer system." Ground Water, Vol. 45, No. 2, pp. 178-186. 

  2. Butler Jr., J. J., Zlotnik, V. A. and Tsou, M.-S. (2001). "Drawdown and stream depletion produced by pumping in the vicinity of a partially penetrating stream." Ground Water, Vol. 39, No. 5, pp. 651-659. 

  3. Environment Canterbury (2000). Guidelines for the assessment of groundwater abstraction effects on stream flow. 

  4. Glover, R. E. and Balmer, G. G. (1954). "River depletion from pumping a well near a river." American Geophysical Union Transactions, Vol. 35, No. 3, pp. 468-470. 

  5. Hantush, M. S. (1965). "Wells near streams with semipervious beds." Journal of Geophysical Research, Vol. 70, No. 12, pp. 2829-2838. 

  6. Hunt, B. (1999). "Unsteady stream depletion from ground water pumping." Ground Water, Vol. 37, No. 1, pp. 98-102. 

  7. Hunt, B. (2003). "Unsteady stream depletion when pumping from semiconfined aquifer." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 13-19. 

  8. Hunt, B. (2008). "Stream depletion for streams and aquifers with finite widths." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 80-89. 

  9. Hunt, B. (2009). "Stream Depletion in a Two-Layer Leaky Aquifer System." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 14, No. 9, pp. 895-903. 

  10. Kim, G. B. (2010). "Application of analytical solution for stream depletion due to groundwater pumping in Gapcheon watershed, South Korea." Hydrological Processes, Vol. 24, pp. 3535-3546. 

  11. Lee, J., Chung, I. M., Kim, N. W. and Lee, M. H. (2016). "Evaluation of effects of groundwater pumping near stream using analytical model." Journal of the Korea Society of Civil Engineering, Vol. 36, No. 4B, pp. 617-625. 

  12. McDonald, M. G. and Harbaugh, A. W. (1988). "A modular threedimensional finite-difference ground-water flow model." Techniques of Water Resources Investigations Report, U.S. Geological Survey, Book 6, Chapter A1, p. 528. 

  13. Theis, C. V. (1941). "The effect of a well on the flow of a nearby stream." Transactions of the American Geophysical Union, Vol. 22, No. 3, pp. 734-738. 

  14. Ward, N. D. and Falle, S. (2013). "Simulation of a multilayer leaky aquifer with stream depletion." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 18, No. 6, pp. 619-629. 

  15. Ward, N. D. and Lough, H. (2011). "Stream depletion from pumping a semiconfined aquifer in a two-layer leaky aquifer system." Journal of Hydrological Engineering, Vol. 16, No. 11, pp. 955-959. 

  16. Zlotnik, V. A. and Huang, H. (1999). "Effect of shallow penetration and streambed sediments on aquifer response to stream stage fluctuations (analytical model)." Ground Water, Vol. 37, No. 4, pp. 599-605. 

  17. Zlotnik, V. A. and Tartakovsky, M. (2008). "Stream depletion by groundwater pumping in leaky aquifers." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 43-50. 

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