[논문]일 유출모형의 물수지 분석에 의한 지하수 함양량 추정

이덕주; 이호천; 이순광; 김태철

일 유출모형의 물수지 분석에 의한 지하수 함양량 추정
Estimation of Groundwater Recharge by the Water Balance Analysis using DAWAST Model 원문보기

이덕주 (충남대 농과연) , 이호천 (충남대 대학원) , 이순광 (충남대 대학원) , 김태철 (충남대)

This research developed a method for the estimation of groundwater recharge by yielding daily soil moisture content and watershed evapotranspiration from the water balance concept of the unsaturated and saturated layers in rainfall-runoff model called DAWAST. The goal of the research is to estimate the groundwater recharge fulfilling conditions of the safe discharge for any season. To meet this goal, the data of groundwater level and stream flow rate have been monitored in a study area and used to validate the model.

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문제 정의

본 연구에서는 특히 소유역별 토양, 지형경사, 임상상태를 고려한 직접 유출율 산출기법을 DAWAST모형(1992, 김태철)의 기본방정식으로부터 지하수 함양량에 대한 물 수지 방 정식을 이론적으로 확립하고 시범연구지역에서 모형의 매개 변수에 대한 값을 각각 실측하여 물리적으로 검정하므로써 신뢰성 있는 직접 유출량 산정에 의한 지하수 함양량 산출기법을 개발하였다. 또한 지하수 함양율을 실측하여 DAWAST모형에 의한 지하수 함양량 산출기법을 검정하므로써 특히 우리나라 지형, 지질에 적합한 직접 유출율 산출기법을 제시하고자 한다.
본 연구는 DAWAST모델의 불포화충과 포화충의 물수지 개념을 이용하여 토양 수분과 유역증발산량을 구하고 지하수 함양량을 주정하는 방법을 제시하였으며, 지하수 함양량의 정의를 협의 의 지하수 함양량과 광의의 지하수 함양량으로 구분하여 제시하였다.

제안 방법

관측한 강수량, 유출량, 토양수분 변화량, 지하수 변화량으로부터 물수지에 의하여 증발산량을 추정하였으며, 이를 수정한 Beken식에 적용하여 월평균 유역증발산 계수(CE)를 구하였다. 일별 및 월평균 CE는 식(7)에 의해 구하였다.
DAW AST 모형은 기상특성과 유역 특성의 입력자료를 간단히 하고, 모형의 구조와 매개 변수를 단순화하여 개발되었으며, 개념화 모형을 기본 모형으로 최적화 모형 , 일반화모형, 수계화 모형의 3개 부모형으로 구성되어 있다. 기본 모형은 유역을 지표면, 불포화층, 포화층의 3개 저수충으로 단순화하고 일단위의 물수지 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 특히 소유역별 토양, 지형경사, 임상상태를 고려한 직접 유출율 산출기법을 DAWAST모형(1992, 김태철)의 기본방정식으로부터 지하수 함양량에 대한 물 수지 방 정식을 이론적으로 확립하고 시범연구지역에서 모형의 매개 변수에 대한 값을 각각 실측하여 물리적으로 검정하므로써 신뢰성 있는 직접 유출량 산정에 의한 지하수 함양량 산출기법을 개발하였다. 또한 지하수 함양율을 실측하여 DAWAST모형에 의한 지하수 함양량 산출기법을 검정하므로써 특히 우리나라 지형, 지질에 적합한 직접 유출율 산출기법을 제시하고자 한다.
하천 유출량 관측을 위해 초정리의 서당교에 자동 수위 계를 설치하였고, 인근 비흥저수지 부근에 토양 수분측정 장치를 30, 50, 80cm 깊이에 설치하여 2000년 3월부터 2003년 8월 현재까지 시간별로 측정하였다. 유량 측정은 평상시에는 월 2회씩 정기적으로 하였으며, 홍수시에는 수위별로 측정하였다.
토양수분 변화량은 토양수분 측정 기에서 계측된 토양함수비(%V)를 WSU값(mm)으로 변환하였으며 관계식(6)을 유도하여 일별 WSU값을 구하였다.
75km이다. 하천 유출량 관측을 위해 초정리의 서당교에 자동 수위 계를 설치하였고, 인근 비흥저수지 부근에 토양 수분측정 장치를 30, 50, 80cm 깊이에 설치하여 2000년 3월부터 2003년 8월 현재까지 시간별로 측정하였다. 유량 측정은 평상시에는 월 2회씩 정기적으로 하였으며, 홍수시에는 수위별로 측정하였다.

대상 데이터

모형은 UMAX, LMAX, FC, CP, CE 등 5개의 물수지 매개 변수와 Ui, klz k2 등 3개의 추적매개 변수로 구성되어 있으며, 이들 매개 변수는 최적화 기법으로 보정하여 입력한다. 입력자료는 유역 면적과 일강 우량과 일증발량이며 출력자료는 일유출량 자료이다.
충북 청원군 북이면 초정리 미 원지구를 시험 유역으로 선정하였으며, 유역 면적은 28.3knf이고 유역경사가 8%이며 주 하천장은 6.75km이다. 하천 유출량 관측을 위해 초정리의 서당교에 자동 수위 계를 설치하였고, 인근 비흥저수지 부근에 토양 수분측정 장치를 30, 50, 80cm 깊이에 설치하여 2000년 3월부터 2003년 8월 현재까지 시간별로 측정하였다.

성능/효과

1.협의의 지하수 함양량은 강수량과 비교할 때 1% 미만으로 나타났으며, 물수지 분석 결과, 이는 심층 침투량 대부분이 기저 유출로 흐르는 (Deplete) 것을 알 수 있었다.
2.광의 의 지하수 함 양량은 2001년 59.3mm/year로써 수량으로는 1.7백만m3/year로 나타났고, 2002년에는 225.2mm/year로6.4백만m3/year의 수량으로, 2003년은 8월 현재 189.6mm로 5.4백만m3/year의 수량으로 나타났다. 유출량에 대한 광의 의 지하수 함양량의 비율은 대체로 24%~28% 수준이었다.
6 mm로써 년 강수량에 대하여 1%미만으로 나타났다. 물수지 분석의 결과로부터, 이는 심충 침투 량 대부분이 기저유출로 흐르는(Deplete) 것을, 알 수 있었고 무시할 만한 양으로 나타났다.

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