[논문]장기관측자료 시계열분석을 통한 대수층 특성 평가

원이정; 김형수; 구민호; 서형기

문제 정의

본 연구는 4개의 연구 사이트의 장기수위, 강수, 대기압자료의 시계열 분석 및 통게분석 등을 통한 대수층 특성 평가를 목적으로 하였다. 자료의 데이터 기간이 건기에 해당하는 12월에서 4월 중순까지의 데이터로 강수에 대한 상호상관계수는 전체적으로 최대 0.

제안 방법

강수량과의 상호상관분석 : 건기의 강수량, 즉, 12월에서 2월까지는 지역적 편차는 있으나 강우보다는 강설에 영향을 받았을 가망성이 많으므로 강수의 함양에 의한 수위 변동이 강우에 의한 수위 변동 보다 지체시간이 더 길어질 것으로 예상하며 상관분석을 실시하였다. 분석 결과, 정동 10일, 자왕 5일, 고령군 3일, 삼태리 7일로 지체시간이 예상보다 훨씬 길고, 최대 상호상관계수는 각각 0.
본 연구에서는 자동수위관측기(Diver)에 의해 관측된 연속 장기수위관측자료의 자기상관 분석에 의한 대수층 수위 자료의 자기 기억력(memory) 검토, 강수량과의 상호상관 분석을 통한 강수 이벤트에 대한 지체 시간(lag time) 분석과 대기압 변화에 대한 정호내의 수위변화에 대한 상관분석을 실시하였다.
수위 계측은 Diver라는 자동수위계측기를 사용하였으며, 이 장비는 압력센서의 원리로, 장비 위에 놓인 압력을 물기등의 높이로 산정하여 나타내도록 되어있다. 이러한 압력센서 장비로 장기적 수위를 계측할 경우 대기압의 변화에 의해 실제 움직이지 않는 수위가 최고 약 20-30cm까 지도 변동한 것으로 계측되므로 이런 대기변화에 대한 압력센서 변화를 보정해 주어야 한다.

대상 데이터

이러한 압력센서 장비로 장기적 수위를 계측할 경우 대기압의 변화에 의해 실제 움직이지 않는 수위가 최고 약 20-30cm까 지도 변동한 것으로 계측되므로 이런 대기변화에 대한 압력센서 변화를 보정해 주어야 한다. 가장 정확한 방법은 관측 우물 상부에 기압계를 설치하는 것이나, 본 연구에서는 부여, 천안, 대구의 기상청 해면기압 자료를 이용하였다.
수집된 수위 자료의 기간은 2001년 12월5일부터 2002년 6월 10일이며, 이번 분석에서는 우선, 특별한 강우 이벤트가 없는 건기에 대한 분석을 하기 위해 최종적 선정 기간은 2001년 12월 6일부터 2002년 4월 22로 결정하였다. 수집된 수위 자료 간격은 30분이며 강우는 1시간, 대기압 자료는 3시간 간격이다.

성능/효과

강수에 대한 지연시간 및 함양 특성 분석은 다년간의 데이터 축척과 이에 대한 시계열 분석을 통해 가능 할 것으로 사료된다. 각 지역의 자기상관분석 결과를 보면, 자왕의 경우 다른 세 지역에 비해 데이터의 일관성이 떨어지며, 대기압 효과를 보기 위한 기압변화와 수위변화 간의 상호상관 분석에서도 자왕에서의 상관성이 세 지역에 비해 낮게 나타난다. 이러한 결과는 자왕 지 역이 하천에 100M 이내로 인접하여 하천과의 수리적인 어떤 상호작용에 의해 야기된 것으로 사료된다.
는 대상 관측정에 대한 대기압 변화와 수위변화의 표본회귀선 평가를 해 본 것으로 전체적으로 적합도가 매우 낮은 편이나 대기압과 수위의 역비례 관계를 나타내주고 있다. 대기압과 수위와의 선형적 관련정도를 판단하기 위해 모상관계수 분석을 해 보았으며, 그 결과 정동 （-0.20）, 자왕（-0.14）, 삼태리（-0.32）, 다산면（-0.18）로 상관성이 매우 낮게 나타났으나,대기압의 변화와 수위변화간의 역비례 관계를 확인할 수 있었다. 자왕이 특히 그 상관도가 낮게 나타는데, 이러한 결과는 하천에 인접해 있어 하천과의 상호 연관에 의한 것으로 사료되나, 이 부분에 대해서는 차후 검토가 필요하다.
강수량과의 상호상관분석 : 건기의 강수량, 즉, 12월에서 2월까지는 지역적 편차는 있으나 강우보다는 강설에 영향을 받았을 가망성이 많으므로 강수의 함양에 의한 수위 변동이 강우에 의한 수위 변동 보다 지체시간이 더 길어질 것으로 예상하며 상관분석을 실시하였다. 분석 결과, 정동 10일, 자왕 5일, 고령군 3일, 삼태리 7일로 지체시간이 예상보다 훨씬 길고, 최대 상호상관계수는 각각 0.2, 0.14, 0.06, 0.02로 그 값이 아주 낮은 상호 상관성을 지시하였다.
수위의 자기상관분석: 각 정호의 수위에 대한 자기상관분석 결과는 그림 2와 같으며, 삼태리가 가장 안정적인 데이터 값을 가지며, 하천에 아주 근접한 자왕의 경우는 다른 관측정에 비해 자기상관계수가 급하게 떨어지는 것이 확인된다. 이는 자기데이터에 대한 기억력 (memory)이 상대적으로 낮다는 것, 즉 데이터가 안정적이지 않은 것을 말한다.
본 연구는 4개의 연구 사이트의 장기수위, 강수, 대기압자료의 시계열 분석 및 통게분석 등을 통한 대수층 특성 평가를 목적으로 하였다. 자료의 데이터 기간이 건기에 해당하는 12월에서 4월 중순까지의 데이터로 강수에 대한 상호상관계수는 전체적으로 최대 0.2 미만의 낮은 상관관계를 보이며, 겨울의 강설에 의해서 인지 강수 이벤트에 대한 지연시간도 3일에서 10일 정도로 길게 나타난다. 강수에 대한 지연시간 및 함양 특성 분석은 다년간의 데이터 축척과 이에 대한 시계열 분석을 통해 가능 할 것으로 사료된다.
하천 US. 지 하수위 : 우리나라의 대부분의 하천은 이득하천이라고 하며, 이러한 설에 대해 본 연구 지역의 하나인 자왕지구에 대한 하천수위와 지하수위의 절대 고도 비교를 실시하였으며, 그 결과 그림 6에서 처럼 큰 강우 이벤트 이외의 상시 수위에서는 지하수의 수위가 항상 더 높은 것으로 나타난다.
최종 목적인 대수층 특성 평가에 대해 이번 연구는 그 데이터 기간이 길지 않아 정확한 평가가 어려웠으나, 지속적인 데이터 축척과 여러가지 상관 분석을 통해 직접적 시추와 양수시험 등의 정밀 조사를 하지 않고도 장기관측 자료를 이용하여, 해당 대수층의 수리적 특성을 유출할 수 있는 가능성을 시사하였다.

후속연구

2 미만의 낮은 상관관계를 보이며, 겨울의 강설에 의해서 인지 강수 이벤트에 대한 지연시간도 3일에서 10일 정도로 길게 나타난다. 강수에 대한 지연시간 및 함양 특성 분석은 다년간의 데이터 축척과 이에 대한 시계열 분석을 통해 가능 할 것으로 사료된다. 각 지역의 자기상관분석 결과를 보면, 자왕의 경우 다른 세 지역에 비해 데이터의 일관성이 떨어지며, 대기압 효과를 보기 위한 기압변화와 수위변화 간의 상호상관 분석에서도 자왕에서의 상관성이 세 지역에 비해 낮게 나타난다.
18）로 상관성이 매우 낮게 나타났으나,대기압의 변화와 수위변화간의 역비례 관계를 확인할 수 있었다. 자왕이 특히 그 상관도가 낮게 나타는데, 이러한 결과는 하천에 인접해 있어 하천과의 상호 연관에 의한 것으로 사료되나, 이 부분에 대해서는 차후 검토가 필요하다.

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