초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
기후변화에 따른 가뭄, 국지성 호우, 태풍, 장마 현상의 빈도 증가와 이에 따른 지하수 용수량 확보의 어려움을 이해하고 해결 방안을 도출하고자 한다. 해당 연구는 대용량 양수가 빈번하고, 댐/보가 설치된 지표수의 영향권 아래에서 시/공간적으로 복잡한 지하수 순환을 보이는 강변 지하수를 대상으로 한다. 기후변화에 따른 강변 지하수 용수량 변화를 평가하고 궁극적으로는 ‘기후변화 대응 수자원 관리방안’을 도출할 것이다. 더 나아가, 지하수-지표수 상호작용 규명을 통해 강변 지하수 내 영양염

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
기후변화에 따른 가뭄, 국지성 호우, 태풍, 장마 현상의 빈도 증가와 이에 따른 지하수 용수량 확보의 어려움을 이해하고 해결 방안을 도출하고자 한다. 해당 연구는 대용량 양수가 빈번하고, 댐/보가 설치된 지표수의 영향권 아래에서 시/공간적으로 복잡한 지하수 순환을 보이는 강변 지하수를 대상으로 한다. 기후변화에 따른 강변 지하수 용수량 변화를 평가하고 궁극적으로는 ‘기후변화 대응 수자원 관리방안’을 도출할 것이다. 더 나아가, 지하수-지표수 상호작용 규명을 통해 강변 지하수 내 영양염 순환을 정의하고, 녹조와 같은 지표수 부영양화 현상을 관리하는데 필요한 과학적 결론을 추가 제시할 것이다.

◼ 전체 내용
강변 지하수는 지하수-지표수 상호작용이 발생하는 지역으로 복잡한 지하수 혼합 및 순환을 보인다. 이 지역은 농업(주로 수막재배)을 위한 대용량 용수 사용이 잦은 지역으로 용수량 확보 및 관리가 필수적이지만 다양한 시공간적 변동 원인(기후변화, 댐/보 운영, 대용량 지하수 사용, 지하수-지표수 상호작용)으로 인해 정량적 평가가 쉽지 않다. 본 연구에서는 이 문제를 인식하고, 적절한 추적자 발굴 및 데이터 확보를 통해 강변 지하수 순환 평가를 성공적으로 이끌고자 한다. 최근 한국에서 강변 지하수 용수량 평가 및 관리를 목적으로 비교적 얻기 쉬운 수위-시계열 자료를 이용한 인공지능학습 연구가 진행되었다. 하지만 지하수 수위 변화는 지하수-지표수 상호작용의 간접적인 지표일 뿐, 실제 강변 지하수의 함양 및 용수량 변화를 정량하기 위해서는 보다 직접적인 추적자를 발굴해야 한다. 최근 국제 학술지에서는, 환경 추적자들을 이용해 국내 강변 지하수의 함양에 관한 연구를 발표한 바있다. 하지만, 강변 지하수 함양을 평가하기 위해 사용하는 기존 환경 추적자들의 경우 고비용 저효율의 방식으로 오직 특정 시점의 데이터만을 제공한다. 이 경우, 시공간적으로 복잡한 순환을 보이는 강변 지하수의 특징을 이해하기가 쉽지 않다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 저비용 고효율의 휴대용 질량분석기를 이용해 희귀가스(방사성 헬륨)의 빅데이터를 생산할 것이다. 이 기술로부터 얻은 시계열 자료를 바탕으로, 단∙장기간에 걸쳐 변동하는 강변 지하수의 용수량을 밀도 있게 평가할 수 있을 것이다. 궁극적으로는, 인공지능 및 통계 분석을 통해 용수량 변동 원인(기후변화, 댐/보 운영, 대용량 지하수 사용, 지하수-지표수 상호작용)을 정량적으로 규명함으로써 기후변화 대응 새로운 강변 지하수 관리방안을 도출할 수 있게 된다. 더 나아가, 지하수 순환 파악을 통해 지표수로 유출되는 영양염의 양을 정량하여 부영양화 현상 개선을 위한 지표수 관리방안을 마련할 수도 있다.

◼ 1단계
❏ 연구 목표
1단계에는 연구부지 특성화, 지하수 용수량 변동 요인과 시간에 따른 변동 요인에 대한 정성/정량적 해석 및 연령추적자를 포함한 다양한 환경추적자 샘플링을 진행하여 2단계 연구를 준비한다.
❏ 연구 내용
1차 년도에는 선행연구 및 개방된 보고서를 조회하여 기후변화 발생 기록을 추적하고 연구후보부지를 선정하였다. 더 나아가, 연구 지역들의 지하수 수위변화를 추적하여 전반적인 지하수 용수량 변화를 이해할 수 있다. 해당년도 연구를 토대로 연구 부지의 수리지질학적 특징을 이해할 수 있고, 이는 본격적인 샘플링이 시작되는 다음 차년도의 계획을 세우는데 배경지식을 제공할 것이다.
2차 년도에는 기후변화 발생 기록을 추적하여 선정한 연구후보부지에서 Mann-Kendall 추세분석 기법을 바탕으로 강변지하수의 용수량 변화를 정량하였다. 이를 통해 연구 지역들의 지하수 수위변화를 추적하여 지하수 용수량 변화를 정량적으로 평가하였다. 해당년도 연구를 토대로 인간의 기후변화 대응 전략에 따른 강변지하수 용수량 변화 패턴을 이해 할 수 있었다.
3차 년도에는 현장수질인자 측정값을 바탕으로 강변지하수 용수량 변동지점을 파악하고 환경추적자 샘플링을 진행하였다. 현장수질인자들을 포함하여 다양한 연령추적자의 정보를 수집하였다. 현장수질 인자들 중 수위자료는 지표수-지하수 상호작용 지점 및 농업활동의 강도를 알 수 있는 중요한 지표로 활용 되었으며, EC의 경우 심도별 지하수 유동체계를 파악할 수 있는 주요 수단이 되었다. DO는 수변대수층에서 영양염의 자연저감이 발생하는 지점을 파악할 수 있는 주요 단서를 제공하였다.

◼ 2단계
❏ 연구 목표
2단계에는 본격적으로 강변 지하수 순환 과정 및 지화학적 진화 과정을 규명하고, 영양염의 기저유출을 평가하게 된다. 최종 기후변화 및 보/댐 운영에 따른 지하수 용수량 변화를 규명하는 것을 목표로 한다.
❏ 연구 내용
4차 년도에는 연령추적자를 활용하여 지하수 체류시간을 산정하고, 특히 천부/심부를 구별해 연령추적자의 분포를 해석할 것이다. 염양염이 순환을 이해하기 위해 먼저 산소/수소 동위원소를 활용하여 지하수의 순환체계를 설명하고 질소/산소 동위원소를 활용하여 물질의 순환체계를 설명한다. 가스 추적자를 활용하여 질소 가스의 순환을 규명하는 한편, 대수층 내 다상 물질의 흐름을 규명한다. 또한 불활성기체 추적자를 활용하여 지하수의 함양 과정 및 순환체계를 설명한다.
5차 년도에는 지하수-지표수 상호작용 지점에서 가스 추적자의 빅데이터를 생성한다. 특히, 기후변화 현상(집중호우, 태풍, 장마, 가뭄) 전/후 데이터를 얻는 것을 목표로 한다. 기후변화 현상에 대한 대응으로 보/댐 운영하는 지역에서 용수량 및 영양염의 분포가 어떻게 달라지는 알아본다.

□ 연구성과
[1단계]
*1차년도
-정성적: 부지 차별화, 수리조사
-정량적: 기후변화 발생 기록 조사, 기후변화 전후 전국 강변 지하수 수위 변화 추적, 유역 단위 수리시험 결과 공간 분포 추적, 다이버 및 추적자 활용 수리시험 진행
*2차년도
-정성적: 현장 지하수 용수량 변동 요인 사전 조사, 현장 부지 시계열 자료 수집 준비
-정량적: 강변 지하수 수위 변화 요인(기후/농업/시설물 설치 등) 파악, 일별/계절별 자연 변동 추적, 기후변화 현상과 수위 변동, 기후변화 대응 활동(보/댐 운영)과 수위변동, 시계열 자료 생성 장비 현장 설치 및 로깅
*3차년도
-정성정: 공간 분포 조사, 시계열 자료 조사, 지하수-지표수 상호작용 지점 및 그 상류 지점 조사
-정량적: 지하수-지표수 상호작용 지점 및 용수량 변동 지점 규명, 연령추적자/동위원소(산소, 수소, 질소)/양음이온 데이터 생성
[2단계]
*4차년도
-정성정: 환경추적자(연령추적자, 동위원소, 양음이온, 가스 추적자)를 이용한 지하수 및 영양염 순환 조사
-정량적: 강변 지하수 순환 과정 및 지화학적 진화 과정 규명, 영양염의 기저유출 평가(녹조 등 부영양화 현상 규명), 강변 지하수 용수량 변동 평가를 위한 가스 추적자의 end-member 산정
*5차년도
-정성정: 강변지하수 용수량 규명, 시공간적 용수량 변화 규명
-정량적: 지하수-지표수 혼합률 산정 및 강변 지하수 용수량 변동 평가, 기후변화 및 보/댐 운영에 따른 지하수 용수량 변화 규명

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
본 연구에서는 단∙장기간에 걸쳐 변동하는 강변 지하수의 용수량을 밀도있게 평가하고, 복잡한 지하수 순환 체계 속에서 지표수로 유출되는 영양염의 양을 정량한다. 궁극적으로 부영양화 현상 개선을 위한 지표수 관리방안을 제안할 수 있다. 본 연구에서는 질량분석기술을 바탕으로 기후변화 대응 강변 지하수 관리방안을 도출해 내고자 한다. 지하수 내 영양염의 순환을 살펴봄으로써, 국내 지표수 부영양화 및 녹조현상의 이해를 도울 수 있다. 다중 환경 추적자를 이용해 지하수 저장고 내 영양염의 정량한 후, 이를 바탕으로 영양염의 기저유출 속도를 설명할 것이다. 해당 연구는 지표수 관리(보, 댐)를 계획하고 실행하는데 필요한 과학적 자료를 제공할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
• 1) 연구수행 결과 ... 6
• 2) 목표 달성 수준 ... 13
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 14
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 14
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 14
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 14
• 2) 연구 추진전략 ... 14
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 14
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 15
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 15
• 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 25