초록 ▼

전지구적으로 발생하는 기후변화는 강수, 함양 및 유출, 저장, 증발산으로 연결되는 물순환 평형의 균형을 파괴하고 있으며, IPCC (2007)는 미래 기후변화로 인한 인간 환경의 영향 중 가장 취약한 부문으로 기후시스템 변화로 인한 강수 패턴의 변화와 그로 인한 가용 수자원의 부족을 최우선으로 선정하고 있다. 수자원의 큰 축을 차지하는 지하수는 하천과 호소 같은 지표수 수자원과 직접적인 상호작용을 통해 기후변화와 관련성을 가지며, 강수의 함양 과정을 통해 간접적인 영향을 받는다. 따라서, 기후변화가 지하수 수자원에 미치는 영향을 정

전지구적으로 발생하는 기후변화는 강수, 함양 및 유출, 저장, 증발산으로 연결되는 물순환 평형의 균형을 파괴하고 있으며, IPCC (2007)는 미래 기후변화로 인한 인간 환경의 영향 중 가장 취약한 부문으로 기후시스템 변화로 인한 강수 패턴의 변화와 그로 인한 가용 수자원의 부족을 최우선으로 선정하고 있다. 수자원의 큰 축을 차지하는 지하수는 하천과 호소 같은 지표수 수자원과 직접적인 상호작용을 통해 기후변화와 관련성을 가지며, 강수의 함양 과정을 통해 간접적인 영향을 받는다. 따라서, 기후변화가 지하수 수자원에 미치는 영향을 정량화하기 위해서는 신뢰성이 충분한 주요 기후 변수 변화 예측뿐만 아니라 강수의 지하 함양에 대한 정확한 예측이 동시에 수반되어야 한다.
이에 본 연구에서는 한반도 기후변화 예측 결과를 연동한 강수의 지하 함양량 산정 기법을 개발하여, 기존 지하수 함양량 산정 기법과의 차이 및 미래 우리나라 기후 사상의 변화에 따른 지하수 함양 양상을 예측, 국내 중 · 장기적 지하수 수자원 이용 계획 및 정책에 반영할 수 있는 도구를 제시하고자, 선행연구 분석, 기후모델 연동 지하수 함양 및 이용가능량 산정 방법론 개발, Pilot Test Site 적용 및 결과 검증을 거쳐 다음과 같은 결과 및 결론을 도출하였다.
첫째, 기후변화 시나리오의 종류와 현황, IPCC에서 제공하고 있는 배출 시나리오의 특징 등을 종합적으로 분석하고, 기후변화 예측 결과와 지하수 함양량 및 이용량 산정을 함께 고려한 선진사례를 분석하여, 기후변화에 대응한 미 계측지역, 즉 광역 지역에 대한 지하수 함양량 산정기법의 개발 필요성을 도출하였다.
둘째, 기후변화 모델의 구동을 통한 국내 미래 기후변화 예측 결과를 바탕으로 하여, 이를 연동할 수 있는 지하수 함양 및 이용가능량 산정 방법론은 설정하였다. 기후변화 시나리오는 일관성, 타당성, 대표성 등의 사항을 고려하여 지역기후모델을 기반으로 한 SRES(Special Report on Emission Scenario)의 A1B 시나리오에 따른 한반도 기후변화 시나리오를 선택, 연구 지역에 최적화될 수 있도록 통계적 다운스케일링을 실시하여 미래 기후변화 예측을 실시하였으며, 지하수 함양량 산정을 위한 구동 모델은 오랜 검증을 통해 토양층 내를 강우의 침투기작을 물리적으로 잘 반영하고 있는 HELP3를 선정하였다. HELP3 모델을 근간으로 지리정보와 완전 연계가 가능하도록 모델의 요구에 맞게 기후, 토양특성, 토지피복, 유출곡선지수 등의 물리적 입력 DB를 공간화하여 구축하도록 방법론을 설정하였다.
셋째, 개발된 지하수 함양량 방법론을 실제로 적용하기 위해 칠곡, 구미, 대구의 일부 유역을 대상으로 pilot test를 실시하였다. 먼저, 연구지역의 기온 및 강수량은 1970년부터 2000년까지의 평균온도 11.69℃, 누적강수 1,018.04mm, 2001년부터 2030년까지 평균온도 12.59℃, 누적강수 981.04mm, 2031년부터 2050까지 평균온도 13.79℃, 누적강수 1,222.49mm, 2051에서 2100년까지 평균온도 15.51℃, 누적강수 1,192.03mm로 추정되었다. 지하수 함양량 모델링 결과, 기후변화에 따른 연구대상 지역의 지하수 함양률의 시간적 변화는 1970-2000년은 26.19%, 2001-2030년은 25.87%, 2031-2050년은 27.33%, 2051-2100년은 25.45%로 산정되었다. 본 수치는 국가지 하수 관측망 계측치로 추정된 최대 지하수 함양률보다 4~5% 가량 높은 값으로, 연구 지역의 토지 피복 양태와 침투율이 매우 높은 고투수성 토양 분포가 주된 원인으로 판단된다. 전반적으로 지하수 함양률은 강수량의 변화에 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며, 유출곡선지수의 변동에 의한 영향은 크지 않은 것으로 판단되나, 지수값의 증가에 따라 함양률이 점차적으로 감소하다가 시가화 지역에 가까운 불투수 지역에서는 함양률이 급격히 감소하는 양상을 나타내었다. 연구 지역의 토지이용 형태와 종류, 식생분포, 토양의 수리학적 특성을 모두 결합한 공간지리정보 조합도를 작성, 기후변화에 따른 연구지역 지하수 함양률 변화의 공간분포를 살펴본 결과, 유출곡선지수가 큰 시가화 지역에서의 지하수 함양은 강수량 변화에 상관없이 매우 낮으며, 기후 사상이 변화하는 2031년 이후에는 함양률이 저하되는 면적이 현재에 비해 다소 증가되는 양상을 나타내었다.
본 연구는 주로 기후변화 예측치를 연동한 지하수 함양량 산정 방법론 및 모델 개발에 중점을 두었으며, 모델을 적용한 시범 지역 역시 유역 전체를 대표할 수 없기 때문에, 국내 지하수 수자원 관리에 관한 구체적인 방안을 수립하기는 어려우나, 지하수 함양량 정보를 지역에 상관없이 시-공간적으로 제공할 수 있는 근간을 마련하였기 때문에, 본 연구결과를 토대로 국내 전 유역의 지하수 이용 및 개발 가능량에 대한 근미래 및 장기적 목표설정이 용이할 것으로 판단된다. 차년도의 지속적인 연구를 통해 소규모 행정구역 단위에 있어서도 지하수 개발·사용량 목표 설정 및 제한, 가뭄 등 용수 부족 발생시 적정 지하수 개발 위치 선정 등 지하수 수자원 이용과 관리에 대한 행정 목표를 자체적으로 수립할 수 있는 기본적 도구를 제공할 수 있으며 지하수 수문 미계측 유역에서 대규모 개발사업에 따른 지하수 이용 가능량 예측에 필수적인 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

(출처 : 국문 요약 5p)

Abstract ▼

Global climate change is destroying the water circulation balance by changing rates of precipitation, recharge and discharge, and evapotranspiration. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC 2007) makes “changes in rainfall pattern due to climate system changes and consequent shortage of

Global climate change is destroying the water circulation balance by changing rates of precipitation, recharge and discharge, and evapotranspiration. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC 2007) makes “changes in rainfall pattern due to climate system changes and consequent shortage of available water resource” a high priority as the weakest part among the effects of human environment caused by future climate changes. Groundwater, which occupies a considerable portion of the world's water resources, is related to climate change via surface water such as rivers, lakes, and marshes, and “direct” interactions, being indirectly affected through recharge. Therefore, in order to quantify the effects of climate change on groundwater resources, it is necessary to not only predict the main variables of climate change but to also accurately predict the underground rainfall recharge quantity.
In this study, the authors selected a relevant climate change scenario, In this context, the authors selected A1B from the Special Report on Emission Scenario (SRES) which is distributed at Korea Meteorological Administration. Weather data for rainfall and temperature with the period between 1971 and 2100 was used in this study. Actual observation data from the Korea Meteorological Administration from 1970 to 2000 was used and the weather data obtained from the SRES A1B scenario was used for the data between 2001 and 2100. The 30-year observation and prediction averages were used in order to promote efficiency in processing the enormous amount data. and extracted future temperature and rainfall changes. By using data on temperature, rainfall, soil, and land use, the groundwater recharge rate for the research area was estimated by period and embodied as geographic information system (GIS).
With regard to the study area, average temperature and accumulated rainfall were calculated as 11.69℃ and 1,018.04mm between 1970 and 2000, 12.59℃ and 981.04mm between 2001 and 2030, 13.79℃ and 1,222.49mm, between 2031 and 2050, and 15.51 1℃ and 1,192.03mm between 2051 and 2100, respectively.
With regard to the groundwater recharge quantity, the climate data obtained from the above-mentioned process was used as input data, and the soil map organized for calculation of CN values was used, and the data provided by USGS and EPA was used for the material properties of the soil. In order to calculate the groundwater recharge quantity, Visual HELP3 was used as main model for groundwater recharge, and the physical properties of weather, temperature, and soil layers were used as main input data.
The temporal variation of the groundwater recharge quantity of the study area between 1971 and 2100 was calculated to correspond with the data for climate change at percentage : 26.19% between 1971 and 2000, 25.87% between 2001 and 2030, 27.33% between 2031 and 2050, and 25.45% between 2051 and 2100, respectively. Also, the spatial variation of the groundwater recharge showed that in the period between 2051 and 2100, the quantitative differences between high and low recharge region are more severe than the period between 1971 and 2000.
General changes to water circulation due to climate change have already been predicted. In order to systematically solve problems associated with how the groundwater resource circulation system should be reflected in future policies pertaining to groundwater resources, it may be urgent to recalculate the groundwater recharge quantity and consequent quantity for using via prediction of climate change in Korea in the future and then reflection of the results.
The space-time calculation of changes to the groundwater recharge quantity in the study area may serve as a foundation to present additional measures for the improved management of domestic groundwater resources.

(출처 : Abstract 151p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 3
• 국문요약 ... 5
• 목차 ... 9
• 표목차 ... 11
• 그림목차 ... 13
• 제1장 서 론 ... 17
• 1. 연구의 배경과 목적 ... 18
• 2. 연구의 배경 및 필요성 ... 18
• 3. 연구의 내용 및 방법 ... 20
• 제2장 선행 연구 분석 ... 23
• 1. IPCC 기후변화 시나리오 모델 변천 ... 24
• 가. 기후변화 시나리오 개요 ... 24
• 나. IPCC 기후변화 시나리오 변천 ... 32
• 2. 기후변화 고려 지하수 함양량 산정 관련 국외 연구동향 ... 45
• 3. 기후변화 고려 지하수 함양량 산정 관련 국내 연구동향 ... 47
• 제3장 기후모델 연동 지하수 함양 및 이용가능량 산정방법론 개발 ... 49
• 1. 적정 기후모델의 선정 및 검증 ... 50
• 가. 과거 기상통계, GCM 및 RCM의 종류에 따른 시나리오 추출 ... 50
• 나. 기후변화 시나리오에 따른 예측결과의 신뢰수준 ... 66
• 다. 기후변화 대응 지하수 함양 및 이용 가능량 산정을 위한 적정 기후모델의 선정 ... 69
• 2. 적정 지하수 수문 모델의 선정 ... 70
• 가. 지하수 함양 영향 요소 ... 70
• 나. 기존 수문 모델의 총괄적 장단점 및 입력인자 비교 ... 73
• 다. 지하수 유동 모델링과 GIS 연계 방법론 ... 84
• 라. 지리정보 연계성 검토 ... 85
• 마. 모델 우선순위 선정 ... 87
• 3. 연동 방법론 개발 ... 90
• 가. 물리적 입력자료 구축 ... 90
• 나. 산정기법 개발 ... 95
• 다. 모델 흐름도 작성 ... 97
• 제4장 Pilot Test Site 적용 및 결과 검증 ... 99
• 1. Pilot test 시범지역 적용 ... 100
• 가. 소유역 선정 및 공간지리정보 확보 ... 100
• 나. 관측자료 및 공간지리정보 구축 ... 114
• 2. 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 ... 119
• 가. 장래 물수지 분석 ... 119
• 나. 기후변화에 따른 물수지 변화예측 ... 121
• 다. Combination Map 구성을 통한 유출곡선지수(Curve Number) 분류 ... 126
• 라. 지하수 함양률 변화분석 ... 130
• 마. 실제 계측치와의 비교 ... 134
• 제5장 결론 및 제언 ... 137
• 1. 요약 및 결론 ... 138
• 가. 지하수 함양률 산정 ... 138
• 나. 모델 한계점 ... 139
• 다. 정책적 적용 방향 ... 140
• 2. 차년도 연구계획 ... 142
• 가. 개발 방법론 및 모델 튜닝 ... 142
• 나. 연구지역 확장 및 공간지리정보의 충분한 확보 및 분석 ... 143
• 다. 연구지역 확대에 따른 및 지하수 함양량 재산정 ... 143
• 참고 문헌 ... 145
• Abstract ... 151
• 끝페이지 ... 158