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문제 정의
- 본 연구에서는 지하수위 변동횟수, 변동량 및 지하수위 변동과 강수량과의 상관관계를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였으며, 국가 지하수 관측소의 관측 자료에 적용하여 국내 지하수의 수위 변동 특성을 해석하는 도구로 활용하였다. 지하수위 변동은 관측 지역의 지형 및 수리지질 특성 등에 의하여 영향을 받으므로 향후 이 자료들을 기초로 통합적인 분석을 실시하여 우리나라의 지하수위 변동특성을 규명할 계획이다.
- 지하수위는 여러 가지 요인들의 상호작용에 의해 상승과 하강을 반복하면서 변화하는데 강우, 조석, 기압 등의 자연적인 요인과 양수와 같은 인위적인 요인으로 구분된다. 본 연구에서는 지하수위 상승횟 수와 상승량의 합, 동일 지역에서의 암반층과 충적 대수층 지하수위 변동의 상관성, 및 지하수위 상승 량과 강수량과의 상관성을 분석하는 프로그램을 개발하여 202개의 국가 지하수 관측소내의 264개 암반 및 충적층 관측공의 지하수위 관측 자료를 분석하는데 이용하였다.
제안 방법
- 1) 지하수위 시계열 자료를 이용하여 지속적인 상승 또는 하강이 발생하는 기간을 하나의 단계로 나 누었다. 무변동의 자료들은 상승 혹은 하강의 전 단계에 포함시켰으며, 결측 자료는 별도의 단계로 구분하였다.
- 2) 월별 강수량과 지하수위 상승량과의 상관 관계를 분석하였다. 강수량은 72개 기상청 기상관측소 자료를 사용하였으며, 각각의 지하수위 관측소에서 가장 가까운 거리에 있는 기상관측소 자료를 선택하였다.
- Fortran을 이용하여 일정한 시간 간격으로 자동 관측된 지하수위 변동자료를 분석하는 프로그램을 개발하였다. 입력 자료로는 169개 국가지하수 관측소(Fig.
- 관측 주기(sampling interval)?]- 분석 결과에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 6시간 간격의 관측 자료 를 12시간 및 24시간 간격의 시계열 자료로 재생성하여 동일한 분석을 수행하였다. Fig.
- 강수량은 72개 기상청 기상관측소 자료를 사용하였으며, 각각의 지하수위 관측소에서 가장 가까운 거리에 있는 기상관측소 자료를 선택하였다. 강수량과 지하수위 변동의 상관관계를 정량적으로 평가하기 위해 강수량의 월별 합계와 지하수위 상승량의 월별 합계에 대한 상관계수를 구하여 평가하였다. 또한 두 자료의 선형 회귀분석을 통하여 강수에 대한 지하수위 변동의 변화율을 구하였다.
- 강수량과 지하수위 변동의 상관관계를 정량적으로 평가하기 위해 강수량의 월별 합계와 지하수위 상승량의 월별 합계에 대한 상관계수를 구하여 평가하였다. 또한 두 자료의 선형 회귀분석을 통하여 강수에 대한 지하수위 변동의 변화율을 구하였다.
- 무변동의 자료들은 상승 혹은 하강의 전 단계에 포함시켰으며, 결측 자료는 별도의 단계로 구분하였다. 유형별로 분류된 자료를 이용하여 지하수위 상승량의 합, 상승 횟수, 결측 기간, 지하수위 하강기간에 대한 상승기간의 비율 등을 계산하였다. 지하수위 상승량의 경우 0.
- 지하수위 관측 자료는 각 관측소 관측 개시 일부터 2001년 12월 31일까지의 자료를 사용하였으며, 입력 자료들은 텍스트 형식의 파일로 저장하였다. 지하수위 및 강수량 관측자료 파일에는 관측시간 및 관측값이 저장되어 있으며, 지하수위 관측소 및 기상관측소의 고유번호 및 위치(위경도)가 입력된 별도의 파일을 작성하여, 지하수위 관측소에서 가장 가까운 기상관측소를 찾는데 이용하였다. 프로그램에 입력된 관측 자료를 이용하여 관측 기간동안의 지하수위 변동 횟수, 변동량 및 지하수위 변동과 강수량과의 상관관계를 계산하였다.
- 유형별로 분류된 자료를 이용하여 지하수위 상승량의 합, 상승 횟수, 결측 기간, 지하수위 하강기간에 대한 상승기간의 비율 등을 계산하였다. 지하수위 상승량의 경우 0.1m 미만, 0.1 〜 1m, 1m 이상으로 세분하여 계산하였으며 각 계산 결과는 지하수위 변동 요인별 지하수위 변동 정도를 파악하 는데 이용하였다.
- 지하수위 및 강수량 관측자료 파일에는 관측시간 및 관측값이 저장되어 있으며, 지하수위 관측소 및 기상관측소의 고유번호 및 위치(위경도)가 입력된 별도의 파일을 작성하여, 지하수위 관측소에서 가장 가까운 기상관측소를 찾는데 이용하였다. 프로그램에 입력된 관측 자료를 이용하여 관측 기간동안의 지하수위 변동 횟수, 변동량 및 지하수위 변동과 강수량과의 상관관계를 계산하였다. 프로그램의 수행 과정을 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 2) 월별 강수량과 지하수위 상승량과의 상관 관계를 분석하였다. 강수량은 72개 기상청 기상관측소 자료를 사용하였으며, 각각의 지하수위 관측소에서 가장 가까운 거리에 있는 기상관측소 자료를 선택하였다. 강수량과 지하수위 변동의 상관관계를 정량적으로 평가하기 위해 강수량의 월별 합계와 지하수위 상승량의 월별 합계에 대한 상관계수를 구하여 평가하였다.
- Fortran을 이용하여 일정한 시간 간격으로 자동 관측된 지하수위 변동자료를 분석하는 프로그램을 개발하였다. 입력 자료로는 169개 국가지하수 관측소(Fig. la)의 264개 관정에서 6시간 간격으로 측정된 지하수위 변동자료, 72개 기상관측소(Fig. lb)에서 동일 기간동안 측정된 일강수량 자료, 및 지하수위 관측소와 강우관측소의 위치이다. 지하수위 관측 자료는 각 관측소 관측 개시 일부터 2001년 12월 31일까지의 자료를 사용하였으며, 입력 자료들은 텍스트 형식의 파일로 저장하였다.
- lb)에서 동일 기간동안 측정된 일강수량 자료, 및 지하수위 관측소와 강우관측소의 위치이다. 지하수위 관측 자료는 각 관측소 관측 개시 일부터 2001년 12월 31일까지의 자료를 사용하였으며, 입력 자료들은 텍스트 형식의 파일로 저장하였다. 지하수위 및 강수량 관측자료 파일에는 관측시간 및 관측값이 저장되어 있으며, 지하수위 관측소 및 기상관측소의 고유번호 및 위치(위경도)가 입력된 별도의 파일을 작성하여, 지하수위 관측소에서 가장 가까운 기상관측소를 찾는데 이용하였다.
데이터처리
- 우리나라의 경우 강수의 계절 변화가 크므로 월별 강수량과 지하수위 변동량의 상관관계를 분석할 경우 강수에 의한 지하수위 변동량을 정량적으로 해석할 수 있다. 264개 관측정에 대하여 월별 강수량에 대한 월별 지하수위 상승량을 회귀분석하여 기울기와 절편을 구하였다(Fig. 4a).이러한 분석을 통하여 구한 직선의 기울기는 지하수위 변동법 을 통하여 지하수 함양량을 구할 때 사용될 수 있으며, 절편은 강우외의 지하수위 변동 요인들에 의 하여 발생한 비강우상승량을 나타낸다.
- 3) 169개 지하수 관측소 중 암반관측정과 충적관측정이 동시에 설치된 관측소를 대상으로 두 지하수위 관측 자료 분석 결과에 대한 비교 및 회귀분석을 수행하였다.
성능/효과
- 조석의 주기는 지역에 따라 달라질 수 있지만 약 12시간 25분이므로 이는 대략 반일주기에 해당한다. 국가 지하수 관측소를 대상으로 자료를 분석해본 결과 상승 개수가 연 450개 이상일 경우 조석 변동을 보이는 것으로 나타났다. 720개가 되지않는 이유는 강수의 영향으로 지하수위가 변동할 경우 대체적으로 조석의 영향으로 인한 지하수위 변동보다 크므로, 조 석변동 성분이 강우 변동에 의하여 가려지기 때문인 것으로 판단된다.
- 상승량은 양수량 및 관측정과 양수정과의 거리에 따라 상이하게 나타나지만, 대체적으로 Im 이상인 것이 많다. 대부분의 관측소의 지하수위 변동자 료는 주변 양수가 규칙적인(1회/1일) 양상을 보여주며, 일부 불규칙적인(1회/2〜3일) 변동을 보이는 관측소도 확인되었다.
- 이러한 분석을 통하여 구한 직선의 기울기는 지하수위 변동법 을 통하여 지하수 함양량을 구할 때 사용될 수 있으며, 절편은 강우외의 지하수위 변동 요인들에 의 하여 발생한 비강우상승량을 나타낸다. 약 75%의 관측정에서 강수량에 대한 지하수위 상승량의 비가 1 〜 8 정도인 것으로 나타났으며(Fig. 4b), 대부분의 관측소에서 강수량과 지하수위 변동량의 상관관계가 높게 나타났다(Fig. 4c). 전체적으로 강수량과 지하수위 상승량과의 상관계수가 높을수록 강수량에 대한 지하수위 상승량의 브]가 커지는 반면, 비강우상승량(Y절편)은 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(Fig.
- 4c). 전체적으로 강수량과 지하수위 상승량과의 상관계수가 높을수록 강수량에 대한 지하수위 상승량의 브]가 커지는 반면, 비강우상승량(Y절편)은 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(Fig. 5).
- 전체 관측소의 연평균 지하 수위 상승 횟수 및 상승량은 Table 1과 같다. 지하수위 상승 횟수는 10cm 미만의 상승량을 보이는 변 동이 전체 평균 연 200회로 대부분을 차지하는 반면, 총 상승량은 10cm 이상의 변동이 상승 횟수가 작음에도 불구하고 큰 것으로 나타났다. 이는 주로 여름철 집중 호우 시 발생하는 지하수 함양에 의한 결과이며 국내 지하수위의 계절적인 변동을 일으키는 요인인 것으로 해석된다.
- 720개가 되지않는 이유는 강수의 영향으로 지하수위가 변동할 경우 대체적으로 조석의 영향으로 인한 지하수위 변동보다 크므로, 조 석변동 성분이 강우 변동에 의하여 가려지기 때문인 것으로 판단된다. 하동관측소의 암반 및 충적 관측정에서는 해안 조석에 의한 지하수위 변동이, 홍성 및 합천의 암반 관측소에서는 지구 조석에 의한 지하수위 변동이 잘 나타났다. 지구 조석에 의한 지하수위 변동은 10cm 미만으로 해안조석보다 낮은 변동량을 나타냈다.
후속연구
- 본 연구에서는 지하수위 변동횟수, 변동량 및 지하수위 변동과 강수량과의 상관관계를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였으며, 국가 지하수 관측소의 관측 자료에 적용하여 국내 지하수의 수위 변동 특성을 해석하는 도구로 활용하였다. 지하수위 변동은 관측 지역의 지형 및 수리지질 특성 등에 의하여 영향을 받으므로 향후 이 자료들을 기초로 통합적인 분석을 실시하여 우리나라의 지하수위 변동특성을 규명할 계획이다.
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