[논문]지하수위와 GRACE 자료를 이용한 국내 지하수 함양량 변화 연구

전항탁; 함세영; 조영헌; 김진수; 박소영; 정재열

doi:10.9720/kseg.2019.3.265

지하수위와 GRACE 자료를 이용한 국내 지하수 함양량 변화 연구
Study of Groundwater Recharge Rate Change by Using Groundwater Level and GRACE Data in Korea 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.29 no.3, 2019년, pp.265 - 277

전항탁 (부산대학교 지질환경과학과) , 함세영 (부산대학교 지질환경과학과) , 조영헌 (부산대학교 해양학과) , 김진수 (부경대학교 공간정보학과) , 박소영 (부경대학교 BK21 지구환경재해사업단) , 정재열 (한국원자력환경공단 안전평가팀)

초록
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지구 온난화에 따른 기후 변화, 강수량, 강우 강도, 빈도 그리고 강우 유형의 변화는 지하수 함양과 지하수위 변동에 큰 영향을 미친다. 전 세계적인 총 저수량 변화를 파악하는데, GRACE의 월 중력값 이용되어지고 있다. 그러나 지하수위의 공간적인 분포를 표현하기가 쉽지 않으므로, GRACE자료와 지하수위 자료를 정량적으로 연관시키기는 쉽지 않다. 본 연구에서는 세 가지 국지적인 보간법(크리깅, 역 거리 가중값 및 자연 인접)을 이용하여 2002년부터 2016년 까지 국내 지하수 함양 변화량의 공간적인 분포를 추정하였다. 그리고 추정된 월평균 지하수 함양 변화량과 GRACE의 월별 지하수 저장량 변화값을 비교하였다. GRACE자료와 실측 지하수자료의 함양량 변동값은 미약하지만 시간이 경과할수록 감소추세를 보이고 있으며, 연구기간 동안에 지하수 함양 변화량의 평균값은 -0.01 cm/month, 중앙값은 -0.02 cm/month로 산정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Changes in the amount, intensity, frequency, and type of precipitation, in conjunction with global warming and climate change, critically impact groundwater recharge and associated groundwater level fluctuations. Monthly gravity levels by the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) are acquired to monitor total water storage changes at regional and global scales. However, there are inherent difficulties in quantitatively relating the GRACE observations to groundwater level data due to the difficulties in spatially representing groundwater levels. Here three local interpolation methods (kriging, inverse distance weighted, and natural neighbor) were implemented to estimate the areal distribution of groundwater recharge changes in South Korea during the 2002-2016 period. The interpolated monthly groundwater recharge changes are compared with the GRACE-derived groundwater storage changes. There is a weak decrease in the groundwater recharge changes over time in both the GRACE observations and groundwater measurements, with the rate of groundwater recharge change exhibiting mean and median values of -0.01 and -0.02 cm/month, respectively.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. National groundwater monitoring wells in South Korea and ground-based gravimetric stations (Stations 1-35).
그림 Fig. 2. Groundwater level changes at Station 1 during the 2002-2016 study period.
표 Table 1. Global and local interpolation methods
표 Table 2. Correlation analysis results
그림 Fig. 3. Comparison of the change in groundwater recharge rate with ΔJGWS at Stations 2 and 5.
그림 Fig. 4. Maps of the groundwater recharge rate change based on the GRACE observations and the three interpolation methods (kriging, IDW, and natural neighbor).
그림 Fig. 5. Changes in the groundwater recharge rate via interpolation of the groundwater measurements (kriging) and GRACE observations by averaging Stations 1-35.
표 Table 3. Groundwater storage changes estimated from the GRACE observations at Stations 1-35
표 Table 4. Groundwater storage changes estimated from the GRACE observations at Stations 1-35
그림 Fig. 6. Maps of changes in the groundwater recharge rate in March, June, September, and December.
그림 Fig. 7. Land cover map of South Korea.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 3가지 보간법(크리깅, 역거리 가중법, 자연 인접 방법)을 이용하여 국내 지하수 저장량 변화와 GRACE 자료를 지점별로 비교하고 지하수 함양 변화량을 추정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 남한을 0.

제안 방법

GRACE 자료와 비교하기 위해서는 세 가지 보간법(크리깅, 역거리 가중치, 자연적 인접값)을 이용하여 2002년부터 2016년까지의 지하수위 변동값을 산정하고 이를 GRACE 자료 영역인 각 St.별로 관측자료들을 취합하여 보간방법을 이용하여 보간하였으며, 이로부터 지하수 함양 변화량을 계산하였다.
이를 위하여 남한을 0.5° × 0.5°영역으로 총 35개 스테이션(St.)으로 나누어서 국가지하수관측망의 지하수위 자료와 GRACE자료를 비교하고자 한다(Fig
최종적으로는 동일한 지역(즉, 0.5° × 0.5°의 면적을 가진 St.지역)의 평균적인 ΔGWS 월별 변화량과 지하수 함양 변화량을 비교한다.

대상 데이터

각 국가지하수 관측망은천부(충적층) 관정과 심부(암반) 관정으로 구성되어 있으며, 관정에는 압력센서(BAYTech Korea사의 모델 Watermate 4100(정확도는 ±0.25%, 측정범위는 0~50 m)와 HydroNet사의 모델 MK-15CTD(정확도는 ±0.1%, 측정범위는 0~20 m))를 설치하여 지하수위를 자동으로 측정한다
1%, 측정범위는 0~20 m))를 설치하여 지하수위를 자동으로 측정한다. 본 연구에서는 2002년부터 2016년까지 암반관정은 제외한 157개 천부관정의 지하수위 자료(한강 유역의 42개 관정, 낙동강 유역의 57개 관정, 금강 유역의 32개 관정, 영산강-섬진강 유역의 26개관정)를 이용하였다(Fig. 1).
한국수자원공사의 국가 지하수 정보 센터(http://www.gims.go.kr/eng/main/sub04_04)에서 운영하는 334개소의 국가지하수 관측망(NGMS)의 지하수위 자료를 처리하여 GRACE 자료의 지하수 저장량과 비교하였다. 각 국가지하수 관측망은천부(충적층) 관정과 심부(암반) 관정으로 구성되어 있으며, 관정에는 압력센서(BAYTech Korea사의 모델 Watermate 4100(정확도는 ±0.

성능/효과

이는 보간 과정에서 지형효과에 의해 지하수위가 달라질 수 있음을 지시한다. 또한, 내륙지역보다 연안지역에서 지하수 함양 변화량과 GRACE 자료가 유사한 양상을 보였다. 따라서 지하수 함양 변화량과 ΔGWS간의 상관성을 높이기 위해서는 지형적인 기복의 영향을 고려하여야 할 것이다.
02 cm/month로 산정되었으며, 국내의 전체적인 GRACE자료와 지하수 실측자료의 함양 변화량 양상은 비슷하게 시간이 경과할수록 감소추세를 보이고 있다. 또한, 지하수 함양 변화량은 봄과 겨울에는 감소하고, 여름과 가을에는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 아울러서, 동해안지역에서는 함양 변화량이 빠르게 일어나는 반면에, 산악지역에서 함양 변화량 감소가 일어나는 것을 볼 수 있었다.
본 연구에서는 3가지의 보간법(크리깅, 역거리 가중, 자연 인접)을 이용한 지하수 함양 변화량과 GRACE 자료에 의한Δ GWS를 비교한 결과, 보간법에 의한 지하수 함양 변화량은 GRACE 자료에 의한 ΔGWS와 유사한 패턴을 보였다
세 가지 보간법(크리깅, 역거리 가중, 자연 인접)에 의한 지하수 함양 변화량은 GRACE 자료에 의한 ΔGWS와 상관관계를 보였다
본 연구에서는 3가지의 보간법(크리깅, 역거리 가중, 자연 인접)을 이용한 지하수 함양 변화량과 GRACE 자료에 의한Δ GWS를 비교한 결과, 보간법에 의한 지하수 함양 변화량은 GRACE 자료에 의한 ΔGWS와 유사한 패턴을 보였다. 세 가지의 보간법 중에서는 크리깅 방법이 가장 높은 유사성을 보였으나, 세 가지 방법들 간에 서로 큰 차이를 보이지는 않는다.
또한, 지하수 함양 변화량은 봄과 겨울에는 감소하고, 여름과 가을에는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 아울러서, 동해안지역에서는 함양 변화량이 빠르게 일어나는 반면에, 산악지역에서 함양 변화량 감소가 일어나는 것을 볼 수 있었다.
이는 격자의 분해능에 의한 영향으로 GRACE 자료와 보간법들에 의한 St.별 지하수위 비교시에는 서로 큰 차이를 보이지 않는 것으로 판단된다.
크리깅에 의한 지하수 함양 변화량의 평균은 -0.01 cm/month, 중앙값은 -0.02 cm/month로 산정되었으며, 국내의 전체적인 GRACE자료와 지하수 실측자료의 함양 변화량 양상은 비슷하게 시간이 경과할수록 감소추세를 보이고 있다. 또한, 지하수 함양 변화량은 봄과 겨울에는 감소하고, 여름과 가을에는 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
토지피복도에 따른 ΔGWS와 지하수 함양 변화량은 명확한 상관관계를 보이지 않았다

후속연구

따라서 지하수 함양 변화량과 ΔGWS간의 상관성을 높이기 위해서는 지형적인 기복의 영향을 고려하여야 할 것이다
따라서 지하수 함양 변화량과 ΔGWS간의 상관성을 높이기 위해서는 지형적인 기복의 영향을 고려하여야 할 것이다. 또한, 후속 연구를 통하여 GRACE 자료와 지하수 함양 변화량의 상관성을 향상시키면, 지하수위 실측 자료 없이 GRACE 자료만으로도 지하수 함양 변화량과 지하수 함양량을 산정함으로써 지하수 이용과 관리에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

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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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