[논문]울릉도 추산용출소의 용출 특성

조병욱; 이병대

doi:10.7857/jsge.2018.23.6.037

울릉도 추산용출소의 용출 특성
Discharge Characteristics of the Chusan Spring, Ulleung Island 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.23 no.6, 2018년, pp.37 - 45

조병욱 (한국지질자원연구원 지하수생태연구센터) , 이병대 (한국지질자원연구원 지하수생태연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The source of Chusan Spring water in the Ulleungdo is the precipitation in the Nari caldera basin, which permeates in the Trachitic pumice and tuff area and moves downward, outflowing at the lithologic boundary between the trachyte and Nari tuff. It is known that the discharge rate of the Chusan Spring is large enough to be used for the small hydroelectric power generation, but the exact discharge rate and hydrogeologic characteristics have not been known. The discharge rates of the Spring were measured 11 times, which ranged from $15,220m^3/d$ to $36,278m^3/d$. The discharge rates, measured by the automatic level recorder, for two-year period, were $20,000{\sim}38,000m^3/d$. The variation of discharge rates did not coincide with rainfall event, but showed daily increases of $3,000{\sim}5,000m^3/d$. The annual discharge rate excluding the evapotranspiration and the surrounding stream discharge corresponded to 70.6% of the annual precipitation of the recharge area. Therefore, meteorological observations at the Nari basin, rather than the Ulleung-do meteorological station, are more appropriate to properly interpret the discharge characteristics of the Chusam Spring and the recharge rate of the basin.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Shaded relief image of the Ulleung Island (a) and location of the Chusan Spring with the hydraulic power station and two streams (stream 1 and 2).
그림 Fig. 2. Geological map of the Ulleung Island.
표 Table 1. Monthly precipitations of the Ulleung Island for ten years
그림 Fig. 3. The scenery of Chusan Spring submerged in a reservoir (a) and flow velocity measurement at the point of the Chusan Spring after drain (b).
그림 Fig. 4. A simplified geological section showing the underground flow mechanism of the Chusan Spring.
표 Table 2. Results of flow velocity and calculated discharge of the Chusan Spring measurement
표 Table 3. Results of the 11 discharge measurements at point A, B, C, D and E (m³/d) of the Chusan Spring
그림 Fig. 5. Relationship between water depths of the reservoir and discharge rates of the Chusan Spring.
그림 Fig. 6. Discharge hydrograph of the Chusan Spring and precipitation at Ulleungdo weather station during the period of August 2010-July 2012.
그림 Fig. 7. Result of cross correlation analysis between precipitation and discharge rate of the Chusan Spring.
그림 Fig. 8. Discharge hydrograph of the Chusan Spring and precipitation at Ulleungdo weather station during the period from Sep. 9 to Sep. 13 in 2011 at interval of 3 hours.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 추산용출소 함양지역 일대의 지질, 2년간에 걸친 11회의 추신용출소의 용출량 측정, 강수량과 용출량과의 관계 등의 해석을 통하여 추산용출소의 용출 기구, 정확한 용출량 규모, 용출 특성을 파악하고자 하였다.

가설 설정

그러나 본 분수령 내 지하로 침투한 지하수의 일부분은 추산용출소의 좌, 우 하천으로도 유출되며(Fig. 1(b)) 증발산작용도 일어날 것이다. 예를 들면 2010년 8월 21일의 추산용출소의 용출량은 2010년 8월 1일~2011년 7월 31일까지의 평균 용출량과 비슷한 25,771 m³ /d이고 이때 추산용출소 좌측 하천 유출량은 1,892 m³ /d, 우측 하천수의 유출량은 7,127 m³ /d이었다(KIGAM, 2012).

제안 방법

추산용출소 지하수의 기원은 강수이기 때문에 장기적으로 볼 때 강수량이 많으면 추산용출소의 용출량도 증가할 것이다. 강수량과 추산용출소 용출량과의 상관관계를 파악하기 위하여 2010년 8월 1일부터 2012년 7월 31일까지의 울릉도기상대의 강수량과 Fig. 5의 상관식을 이용하여 산정된 용출량과의 관계를 도시하였다(Fig. 6). 추산용출수의 용출량은 약 20,000~38,000 m³ /d의 범위로 계절별 용출량 변화가 적은 편이다.
나머지 4회의 용출량 산정은 저수지에서 방류되는 지하수(A)와 추산발전소에서의 이용량(B)을 측정하여 두 유출량을 합산하여 이루어졌다(Table 3).
추산용출소의 용출량은 단기간의 강우에 의해 일별, 시간별로도 변할 가능성이 있다. 이를 파악하기 위하여 3시간 단위의 강수량과 CTD Diver의 수심자료를 이용한 추산용출소 용출량과의 관계를 살펴보았다(Fig. 8). 울릉도기상대의 자료에 의하면 2011년 9월 10일에 41 mm, 9월 11일에 72.
만일 추산용출소의 지하수 용출량이 많아지면 저수지의 수위가 상승하여 CTD Diver에 기록된 수심이 깊어지며, 용출량이 감소하면 저수지의 수위가 하강하여 기록된 수심이 얕아질 것이다. 저수지의 수심을 나타내는 CTD Diver의 압력센서는 기압에 민감하게 반응하므로 울릉도기상대의 3시간 단위의 기압자료를 이용하여 CTD Diver에 기록된 수심 중 기압변화에 의한 영향을 제거하였다.
추산용출소의 장기 용출량 변화를 파악하기 위하여 추산용출소 저수지에 CTD Diver를 설치하고 30분 간격으로 저수지의 수심을 관측하였다. 총 11회에 걸쳐 측정된 추산용출소의 용출량과 용출량 측정시 관측된 저수지의 수심자료를 이용하여 추산용출소 용출량-저수지 수심과의 상관관계를 구하였다. Fig.
추산용출소의 용출량 범위와 용출특성을 파악하기 위하여 함양지역의 지질, 11회의 용출량 측정, 장기 용출량 관측, 강수량과 용출량과의 관계를 해석하였다. 추산용출소의 용출 구조는 지하수 함양지역인 성인봉 하류 칼데라 내에 내린 강우가 지표수의 형태로 하류로 흐르다 조면암질 부석응회암에서는 지하로 침투하여 하류로 이동하다가 조면암과 나리응회암 경계부에서 용출되는 형태이다.
3(a)). 추산용출소의 용출량 변화를 관측하기 위하여 저수지에 자동수위기록기인 Vanessen사의 CTD Diver-100을 설치하여 30분 단위로 저수지의 장기 수심변화를 측정하였는데 측정 가능 수심은 13.5 m이다. 만일 추산용출소의 지하수 용출량이 많아지면 저수지의 수위가 상승하여 CTD Diver에 기록된 수심이 깊어지며, 용출량이 감소하면 저수지의 수위가 하강하여 기록된 수심이 얕아질 것이다.
추산용출소의 용출량 산정을 위한 유속 측정은 2010년 8월 21일부터 2012년 8월 22일까지 총 11회에 걸쳐 이루어졌다. Table 2는 2011년 8월 18일 저수지의 물을 배출시키고 난 뒤 추산용출소 입구에서 직접 유속을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
즉 추산용출소의 용출량을 측정하기 위해서는 저수지의 물을 배수시킨 후 용출지점에서 직접 측정하거나 또는 추산발전소에서 사용되는 수량과 방류되는 수량을 측정하여 합하면 된다. 추산용출소의 용출량 측정은 가능하면 저수지의 물을 배출시키고 난 다음 용출지점에서 직접 측정하려고 하였으나 여의치 않을 때는 후자의 방법을 이용하였다. Fig 3(b)는 저수지의 물을 배출시키고 난 뒤 용출지점에서 직접 유속 측정을 하고 있는 모습이다.
추산용출소의 장기 용출량 변화를 파악하기 위하여 추산용출소 저수지에 CTD Diver를 설치하고 30분 간격으로 저수지의 수심을 관측하였다. 총 11회에 걸쳐 측정된 추산용출소의 용출량과 용출량 측정시 관측된 저수지의 수심자료를 이용하여 추산용출소 용출량-저수지 수심과의 상관관계를 구하였다.
추산용출소의 지하수 용출은 조면암과 나리응화암의 경계부에서 일어나고 있으나 추산발전소로의 안정적인 물공급을 위하여 추산용출소 용출 입구를 중심으로 저수지를 만들었다(Fig. 3(a)).

대상 데이터

나리용출소라고도 불리는 추산용출소는 울릉군 북면 나리 산 26-1번지에 위치하고 있다. 추산용출소에서 용출되는 지하수는 일정거리와 기간 동안 지하를 거쳐서 지표로 용출되기 때문에 수질이 좋다고 알려져 있어 일찍부터 추산용출소 하류 주민의 음용수로 이용되어 왔다.
35 m 이상일 경우는 2점법(Two-point method)을 이용하였다(Rantz, 1982). 유속 측정에 이용된 기기는 독일 OTT사의 Small Current Meter C2 유속계였다. 유속의 계산은 측정된 유속의 범위에 따라 OTT사의 경험식을 이용하였다.

이론/모형

유속 측정에 이용된 기기는 독일 OTT사의 Small Current Meter C2 유속계였다. 유속의 계산은 측정된 유속의 범위에 따라 OTT사의 경험식을 이용하였다. 경험식은 초당 회전수(N)가 3.
즉, 용출량은 용출지점을 여러 개의 소단면으로 나누고 각 소단면에서의 유속을 측정하여 각 소단면의 용출량을 구한 다음 이들을 합하여 전체 용출량을 계산하는 방법이다. 추산용출소에서의 유속 측정은 측정지점의 심도가 0.35 m 미만은 0.6 m depth 지점의 유속(Sixth-tenths-depth)을, 측정지점의 심도가 0.35 m 이상일 경우는 2점법(Two-point method)을 이용하였다(Rantz, 1982). 유속 측정에 이용된 기기는 독일 OTT사의 Small Current Meter C2 유속계였다.

성능/효과

그러나 연구지역에서 강수량이 추산용출소의 용출량에 미치는 영향은 단기간의 일시적인 영향만 나타나고 있다. 2010년 8월 1일부터 2012년 7월 31일까지 2년 동안의 강수량과 추산용출소의 용출량 시계열 자료 간의 교차상관분석을 수행한 결과 지연시간 50일 이내에서 -0.055~0.019의 상관계수를 보여준다(Fig. 7). 최대 상관계수는 지연시간 24일에서 0.
추산용출소의 용출량은 강우 이벤트와 일치하지는 않으나 3,000~5,000 m³ /d의 단기 용출량 변동을 보인다. 전반적으로 보아서 추산용출소는 이태리 Serino spring의 용출량 변화(Fiorillo et al., 2007)와 유사하게 우기에서 건기로 넘어가는 9, 10, 11월은 용출량이 줄어들고, 함양지역에 쌓인 눈이 녹는 시기인 4, 5월에는 용출량이 증가하는 경향을 보인다.
7). 최대 상관계수는 지연시간 24일에서 0.019로 나타나 강우가 용출량에 직접적인 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다. 이의 원인으로는 몇 가지를 생각할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	함양지역의 실제 연강수량이 도동에 위치한 울릉도 기상대에서 관측한 양보다 많을 것으로 해석되는 이유는?	예를 들면 2010년 8월 21일의 추산용출소의 용출량은 2010년 8월 1일~2011년 7월 31일까지의 평균 용출량과 비슷한 25,771 m3 /d이고 이때 추산용출소 좌측 하천 유출량은 1,892 m3 /d, 우측 하천수의 유출량은 7,127 m3 /d이었다(KIGAM, 2012). 만일 추산용출소의 용출량과 좌, 우 하천수의 유출량을 합하고 이를 함양지역(약 7 km2 )의 강수량으로 환산하면 연강수량 1,790 mm의 101.3%인 1,814.1 mm가 추산용출소 부근에서 유출되는 셈이다. 따라서 함양지역의 실제 연강수량은 도동에 위치한 을릉도 기상대에서 관측한 1,790 mm보다 훨씬 많을 것으로 해석된다.
	용천이란?	용천(Spring)은 지하수가 지표에 노출된 지점으로 샘이라고도 한다. 일반적으로 용천은 일정기간 지하를 거쳐서 지표에 노출되기 때문에 식수로 사용되는 경우가 많다.
	용천이 식수로 사용되는 경우가 많은 이유는?	용천(Spring)은 지하수가 지표에 노출된 지점으로 샘이라고도 한다. 일반적으로 용천은 일정기간 지하를 거쳐서 지표에 노출되기 때문에 식수로 사용되는 경우가 많다. 용천의 분류 방법에는 여러 가지가 있으나 Clarke(1924)는 용천의 지질, 물리적인 용출 특성, 용천수의 지화학을 용천 분류의 가장 중요한 기준으로 보았다.

참고문헌 (23)

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