[논문]엔트로피 방법을 이용한 낙동강 상류 지역의 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법 개발

김일환; 이재범; 양정석

doi:10.3741/jkwra.2018.51.9.761

엔트로피 방법을 이용한 낙동강 상류 지역의 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법 개발
Development of vulnerable period assessment method for efficient groundwater resources management in upstream of Nakdong river basin using entropy method 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.9, 2018년, pp.761 - 768

김일환 (국민대학교 건설시스템공학부) , 이재범 (국민대학교 건설시스템공학부) , 양정석 (국민대학교 건설시스템공학부)

초록
AI-Helper

기후변화와 기후변화 외적인 요인으로 인해 지하수자원은 고갈되어가고 있다. 지하수자원의 효율적인 관리를 위해 유역 단위의 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였다. 유역 단위의 취약시기 평가는 취약 지역 평가와 소유역에 대한 취약시기 평가를 독립적으로 진행하여 각각의 지수를 산정하였다. 취약 지역 평가 지수를 표준화하여 독립적으로 진행한 취약시기 평가 지수에 적용하여 유역 단위의 취약시기 평가 방법을 개발하였으며, 개발한 방법을 낙동강 상류 지역인 봉화군, 안동시, 예천군, 문경시, 상주시에 적용하였다. 그 결과 상주의 8월이 0.278로 가장 취약한 것으로 나타났으며, 안동시는 1년 중 8개월간 5개 지역 중 지하수자원 관리에 취약한 것으로 나타났다. 개발된 방법을 이용하여 지하수자원의 시공간을 고려한 효율적인 관리방안을 모색할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Groundwater resources are becoming depleted due to climate change factors and non climate change factors. In order to effectively groundwater resources management, we developed a method for evaluating vulnerable periods of groundwater resource management in watershed areas. The watershed based vulnerability assessment was conducted independently of the evaluation of vulnerable areas and vulnerable periods for sub watersheds. The vulnerable area evaluation index was standardized and applied to the independent vulnerable period index each region. It was applied to Bonghwa-gun, Andong-si, Yecheon-gun, Mungyeong-si and Sangju-si in the upstream of the Nakdong river basin. As a result, the Sangju-si's August was the most vulnerable at 0.278, and Andong-si was assessed to be vulnerable to groundwater resource management during 8 months of the year in study area. Using the developed method, we can find efficient management method considering the time and regional of groundwater resources.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

공간적인 차이에 대한 지하수자원의 취약성 평가는 많은 기법이 개발되고 있으나 시간 차이에서 나타나는 지하수자원 취약성 평가 기법은 국내외로 전무한 실정이다. 본 연구는 Yang et al. (2017)에 발표한 낙동강 유역 지하수위 관리 취약성 평가의 후속 연구로 지하수자원의 취약시기 평가 지수를 개발하였다. 취약시기에 대한 평가는 월 단위 자료를 활용하였으며, 선정 유역에서 가장 취약한 지역 및 취약한 시기를 평가하고, 각 월에 따라 가장 취약한 지역을 평가하였다.

제안 방법

앞서 취약 지역 평가를 진행하는 데 하천수위 변동과 지하수위 변동의 상관관 계에 대해서 규명하지 못하면 취약시기를 결정하는 데 있어서 신뢰성을 낮추게 된다. 따라서 본 연구에서는 관측된 지하수위 자료만을 이용하여 취약시기를 평가하였다. 월평균 지하 수위를 이용하여 최근 2007~2016년의 추세, 2012~2016년의 추세, 2012~2016년 추세와 2007~2012년 추세의 차이, 2007~2016년의 평균, 2012~2016년의 평균, 2012~2016년 평균과 2007~2012년 평균의 차이로 과거 관측 자료와의 비교를 통해 지하수자원 관리 취약시기를 평가하였다.
이에 본 연구에서는 취약시기 평가 기법을 개발하였다. 취약 지역 평가와 취약시기 평가에 대해서 독립적으로 진행 후 취약 지역 평가한 지수를 이용하여 지역별 가중치를 결정하였다. 지역별 가중치를 취약시기에 적용하여 행정구역 단위의 취약시기 평가를 진행하였다.
(2017)에 발표한 낙동강 유역 지하수위 관리 취약성 평가의 후속 연구로 지하수자원의 취약시기 평가 지수를 개발하였다. 취약시기에 대한 평가는 월 단위 자료를 활용하였으며, 선정 유역에서 가장 취약한 지역 및 취약한 시기를 평가하고, 각 월에 따라 가장 취약한 지역을 평가하였다.

대상 데이터

관측된 연평균 자료의 선형회귀 분석을 통해 현재까지의 추세를 산정하였다. 수집된 자료로는 연 총 강우량, 지하수위, 함양량, 지하수 이용량, 수자원 이용량, 수자원 이용량 중 지하수 이용량 비율, 하천수위, 불투수 면적 비율 등이 있었다. 이 중 연 총 강우량은 지하수자원의 공급원으로 함양 량과 중복되어 삭제되었으며, 수자원 이용량은 지하수자원과 직접적으로 연관성을 찾기 어려워 제외하였다.
(2017)에서 수행하였던 지역 중 첫 번째와 두 번째 취약 지역으로 평가된 상주시와 안동시가 포함된 상류 지역을 대상으로 진행하였다. 상류에서부터 봉화군, 안동시, 예천군, 문경시, 상주시가 있으며 행정구역 단위로 자료를 수집하였으며, 지하수위, 지하수 이용량, 함양량은 국가 지하수 관측망의 자료를 수집하였고, 하천수위 및 수자원 이용량은 국가수자원 관리 종합정보시스템의 자료, 강우는 기상청의 자료를 수집 하였다. Fig.

데이터처리

지하수자원 관리 취약성 지수를 평가하는데 있어 지하수위 자료가 포함되어 적용할 수 있는 분석기법이 제한되어 있다. 지하수위 자료의 특성상 결측이 많고 우리나라의 지하수위 관측 시기가 짧으므로 직관적인 추세를 산정할 수 있는 선형 회귀분석을 통해 최근 추세를 산정하였다. 각각의 취약성을 평가하기 위해서는 가중치 산정이 매우 중요한 과정이다.

이론/모형

선택된 평가 기준들은 각각의 범위 및 단위가 달라 가중치를 적용하기 이전에 각 평가 기준들은 자료에 대해서 표준화를 실시하여야 한다. 본 연구에서 적용한 표준화 방법은 스케일 재조정방법으로 지표의 범위를 기반으로 하는 표준화 방법이다. 각 평가 기준에 따라 편차가 있고 정규분포를 만족하지 않는 자료들이 많아 스케일 재조정방법을 통해 자료들에 대해서 표준화를 실시하였다.
각각의 취약성을 평가하기 위해서는 가중치 산정이 매우 중요한 과정이다. 본 연구에서는 가중치 선정 방법에 있어 다기준 의사 결정기법 중 주어진 자료의 차이를 이용하여 가중치를 산정하는 방법인 엔트로피 방법을 이용하였다. 취약시기를 결정하기 위해 각 월에 대한 자료 간의 차이를 이용하여 가중치를 결정하였다.

성능/효과

월별로 취약한 지역이 가장 많이 나타난 곳은 안동시로 나타났으며, 연구지역 중 1년간 8개월간 가장 취약한 지역으로 나타났다. 개발된 기법은 시/공간적인 지하수자원 관리 취약성을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 방법을 이용하여 전체 유역에 대해서 각 취약시기를 결정하여 지표수와 혼합하여 통합 수자원 관리 정책을 시행한다면 수자 원의 능동적인 활용이 가능할 것이다.
특정 시기에 대해 특정 지역의 취약성을 나타내기 위해 지역을 나타내는 취약성 지수 계층의 하위 속성으로 취약시기에 대한 평가 기준을 배치하였다. 개발된 방법론을 통해 낙동강 상류 5개 행정구역 중 봉화군, 안동시, 예천군, 문경시, 상주시에 적용한 결과 8월의 상주시가 가장 취약한 것으로 나타났다. 월별로 취약한 지역이 가장 많이 나타난 곳은 안동시로 나타났으며, 연구지역 중 1년간 8개월간 가장 취약한 지역으로 나타났다.
개발된 방법론을 통해 낙동강 상류 5개 행정구역 중 봉화군, 안동시, 예천군, 문경시, 상주시에 적용한 결과 8월의 상주시가 가장 취약한 것으로 나타났다. 월별로 취약한 지역이 가장 많이 나타난 곳은 안동시로 나타났으며, 연구지역 중 1년간 8개월간 가장 취약한 지역으로 나타났다. 개발된 기법은 시/공간적인 지하수자원 관리 취약성을 나타낼 수 있다.

후속연구

개발된 기법은 시/공간적인 지하수자원 관리 취약성을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 방법을 이용하여 전체 유역에 대해서 각 취약시기를 결정하여 지표수와 혼합하여 통합 수자원 관리 정책을 시행한다면 수자 원의 능동적인 활용이 가능할 것이다. 지표수가 풍부한 시기에 지하수자원의 함양을 적극적으로 유도할 수 있는 인공주입 혹은 함양지를 활용하고, 지표수가 취약한 시기에 적극적으로 지하수 양수를 통해 부족한 수자원을 보충하는 등의 방안을 활용하면 효율적인 수자원 활용을 도모할 수 있을 것이다.
본 연구를 통해 개발된 방법을 이용하여 전체 유역에 대해서 각 취약시기를 결정하여 지표수와 혼합하여 통합 수자원 관리 정책을 시행한다면 수자 원의 능동적인 활용이 가능할 것이다. 지표수가 풍부한 시기에 지하수자원의 함양을 적극적으로 유도할 수 있는 인공주입 혹은 함양지를 활용하고, 지표수가 취약한 시기에 적극적으로 지하수 양수를 통해 부족한 수자원을 보충하는 등의 방안을 활용하면 효율적인 수자원 활용을 도모할 수 있을 것이다.
하천수위 및 강우에 대한 자료 들은 지하수위에 영향을 미치는 평가항목이지만, 강우 혹은 하천수위가 지하수위에 직접 영향을 미치지 못하고 주변의 지질특성에 따라 지연시간이 존재한다. 추후 연구에서는 각수문요소에 대해서 시간 단위를 세분화하여 각각에 미치는 영향에 대해서 고려하여 지하수자원 관리 취약시기를 결정할수 있는 기법을 개발할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산업의 발달은 지하수자원에 어떤 영향을 미치는가?	원활한 수문 순환이 유지되기 위해 서는 하천, 저수지 등의 지표수의 유지도 중요하지만 지하수 계로 함양된 지하수위의 유지도 매우 중요하다. 산업의 발달로 지표면의 불투수 면적이 증가하여 불균형적인 수문 순환으로 인해 지하수자원은 점차 줄어들고 있다. 지하수자원에 대한 위험성은 일차적으로는 지하수위의 하강으로 인하여 가용 지하수자원의 양이 줄어드는 문제점이 있다.
	지하수자원 취약성 지수 개발에 대한 기존의 선행 연구로는 무엇이 있는가?	지하수자원 취약성 지수 개발도 수량과 수질 측면에서 활발히 진행되고 있다(Yang and Kim, 2013). 수질 측면에서는 연안 지역을 대상으로 하여 해수 침투로 인해 지하수자원의 염해에 대해서 수치 모델을 통해 해수면 상승에 대해서 예측하여 취약성 평가하는 연구가 진행되었다(Abd-Elhamid et al., 2016; Chang et al., 2016; Yang et al., 2018). 지하수자원의 수량 측면에서는 지하수위, 유역을 대표하는 지층 매개변수인 투수계수, 대수층의 매질 등과 기후변화에 영향을 받는 함양량 등을 선정하여 취약성을 평가하는 연구가 진행되었다 (Seeboonruang, 2016; Dennis and Dennis, 2012). 기존의 연구에서는 지하수자원의 취약성을 평가하는 인자로 지역을 대표하는 매개변수를 추정하여 사용하였다. 공간적인 차이에 대한 지하수자원의 취약성 평가는 많은 기법이 개발되고 있으나 시간 차이에서 나타나는 지하수자원 취약성 평가 기법은 국내외로 전무한 실정이다.
	지하수자원의 유지에 직접적인 영향을 주는 기상 현상은 무엇인가?	기후변화, 산업의 활동으로 인해 지하수 자원은 수량과 수질 측면에서 위험성이 증가하고 있다. 기후 변화 중 강우는 지하수자원의 유지에 있어서 직접 영향을 주고 있다. 연간 내리는 총 강우량은 증가하고 있으며 무강우일수 또한 증가하고 있다.

참고문헌 (19)

Abd-elhamid, H. F., Abd-elaty, I., and Ramadan, E. M. (2016). "The impact of climate change and population growth on groundwater resources in the Eastern Nile Delta aquifer, Egypt." Proceedings The International Conference of Engineering Sciences and Applications, Aswan, Egypt, January, 29-31.
Chang, S. W., Nemec, K., Kalin, L., and Clement, T. P. (2016). "Impacts of climate change and urbanization on groundwater resources in a Barrier Island." Journal of Environmental Engineering, Vol. 142, No. 12.

상세보기
Chung, E. S., Hong, W. P., Lee, K. S., and Burian, S. J. (2011). "Integrated use of a continuous simulation model and multiattribute decision making for ranking urban watershed management alternatives." Water Resources Management, Vol. 25, No. 2, pp. 641-659.

상세보기
Dennis, I., and Dennis, R. (2012). "Climate change vulnerability index for South African aquifers." Proceedings International Conference on Groundwater Special Edition 2012, Water South Africa, Vol. 38, No. 3, pp. 417-426.
IPCC (2007). Climate change 2007:The physical science synthesis report. Cambridge University Press, Cambridge.
Kang, B. S., Lee, J. H., Chung, E. S., Kim, D. S., and Kim, Y. D. (2013). "A sensitivity analysis approach of multi-attribute decision making technique to rank flood mitigation projects." Journal of Korea Society Civil Engineering, Vol. 17, No. 6, pp. 1529-1539.
Kim, Y., and Chung, E. S. (2015). "Robust prioritization of climate change adaptation using the VIKOR method with objective weights." Journal of the American Water Resources Association, Vol. 51, No. 5, pp. 1167-1182.

상세보기
Kim, Y., Chung, E. S., Jeon, S., and Kim, S. U. (2013). "Prioritizing the best sites for treated wastewater use in an urban watershed using fuzzy TOPSIS." Resources, Conservation and Recycling, Vol. 73, pp. 23-32.

상세보기
Kumar, D. M., and Shah, T. (2006). "Groundwater pollution and contamination in India: the emerging challenge." IWMI-TATA Water Policy Program Draft Paper-1, p. 14.
Nardo, M., Saisana, M., Saltelli, A., and Tarantola, S. (2005). Tools for composite indicators building. European Commission, EUR 21682 EN, Institute for the Protection and Security of the Citizen, Joint Research Centre Ispra, Italy.
Okkonen, J., and Klove, B. (2011). "A sequential modeling approach to assess groundwater surface water resources in a snow dominated region of Finland." Journal of Hydrology, Vol. 411, No. 1-2, pp. 91-107.

상세보기
Seeboonruang, U. (2016). "Impact assessment of climate change on groundwater and vulnerability to drought of areas in Eastern Thailand." Environmental Earth Sciences, Vol. 75, No. 42.
Shannon, C. E., and Weaver, W. (1949). The mathematical theory of communication. University of Illinois Press, London and New York.
Son, M. W., Sung, J. Y., Chung, E. S., and Jun, K. S. (2011). "Development of flood vulnerability index considering climate change." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 44, No. 3, pp. 231-248.

원문보기 상세보기
WHO (World Health Organization) (2014). "Guidelines for drinking water quality: Fourth edition." Geneva, Switzerland, WHO. Progress on Drinking Water and Sanitation: 2014 Update. WHO/UNICEF Joint Monitoring Programme for Water Supply and Sanitation, New York.
Yang, J. S., and Kim, I. H. (2012). "Development of drought vulnerability index using delphi method considering climate change and trend analysis in Nakdong river basin" Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 33, No. 6, pp. 2245-2254.
Yang, J. S., Kim, S. U., Chung, E. S., and Kim, T. W. (2012). "Prioritization of water management under climate change and urbanization using multi-criteria decision making methods." Hydrology and Earth System Science, Vol. 16, No. 3, pp. 801-814.

상세보기
Yang, J. S., Lee, J. B., and Kim, I. H. (2017). "Assessment of the vulnerability of groundwater level management in Nakdong river basin." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 50, No. 12, pp. 815-825.
Yang, J. S., Lee, J. B., and Kim, I. H. (2018). "Analysis of the effect of the seawter intrusion countermeasures considering future sea level rise in Yeosu region using SEAWAT" Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 51, No. 6, pp. 515-521.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증