충적층 지하수 관측지점의 강우량 대비 지하수위 변동 자료를 활용한 비산출율 추정

김규범(Kim Gyoobum) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.6

국가지하수관측소와 같은 관측 지점에서의 지하수 시계열 자료를 활용한다면 지하수위 변동법에 의한 지하수 함양율을 산정할 수 있으나, 비산출율 추정에 필요한 양수시험 자료와 토양시료 등의 부족으로 적용에 제약이 있어 왔다. 본 연구에서는 3개의 군집에 속하는 34개 국가지하수 관측망의 충적 관측정을 대상으로 갈수기의 강우 이벤트와 지하수위 상승량 관계를 이용한 비산출율 산정 기법을 적용해 보았다. 군집 1과 군집 2에 속하는 관측정은 강우에 대한 지하수위 반응이 뚜렷하지 않기 때문에 본 방법의 적용이 곤란하며, 군집 3에서 강우에 대한 지하수위 반응 시차가 2일 이내인 19개 관측정의 경우는 추정 비산출율이 0.06에서 0.27의 범위로써 평균 0.17로 분석되었는데 이는 토양 입자에 따른 비산출율 및 양수시험에 의한 비산출율과 유사한 것으로 나타났다. 본 방법은 주변 하천과의 관계, 배출 작용, 증발산 및 양수 등의 영향으로 일부 과다 산정의 우려가 있으나 현장조사를 통하여 주변 영향이 적은 국가지하수 관측정을 선정한다면 적용 가능하다. Specific yield is an essential parameter of the water table fluctuation method for recharge calculation. Specific yield is not easily estimated because of limited availability of aquifer test data and soil samples at National Groundwater Monitoring Stations in South Korea. The linear relationship between rainfall and water level rise was used to estimate the specific yields of aquifer for 34 shallow monitoring wells which were grouped into three clusters. In the case of Cluster-1 and Cluster-2, this method was not applicable because of low cross correlation between rainfall and water level rise and also a long lag time of water level rise to rainfall. However, the specific yields for 19 monitoring wells belonging to Cluster-3, which have relatively high cross correlation and short lag time, within 2 days after rainfall, range from 0.06 to 0.27 with mean value of 0.17. These values are within the general range for sand and gravel sediments and similar to those from aquifer test data. A detailed field survey is required to identify monitoring sites that are not greatly affected by pumping, stream flow, evapotranspiration, or delayed response of water levels to rainfall, because these factors may cause overestimation of specific yield estimates.

미계측 지역 지하수 함양량 추정을 위한 통계적 접근

김규범(Kim Gyoobum),김기영(Kim Kiyoung) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.7

우리나라에는 1995년부터 전국에 지하수 관측소를 설치하여 2005년에 320개소를 완료하였으며, 일 4회 지하수위 자료가 자동 측정되고 있다. 지하수 수위 강하곡선법으로 산정한 관측 지점에서의 지하수 함양율 자료의 평균값을 유역 평균 함양율로 사용하는 것은 대표성이 결여되어 있기 때문에 한계가 있다.따라서,본 연구에서는 지하수위 미계측 지역을 대상으로 지하수 함양율을 추정할 수 있도록 223개 관측 지점의 특성 인자와 지하수 함양율과의 관계를 통계적 기법을 활용하여 분석하고 이를 토대로 회귀모형을 구축하였다.본 연구에서는 군집분석을 통하여 분석대상 관측정을 선정하고,분산분석을 통하여 지하수 함양량 추정에 필요한4가지 인자(대상 지점 인근하천의 규모, 하천까지 거리, 지형 경사도, 암석 성인)를 추출하였으며, 이들 인자에 대한 각 관측지점의 특성 자료를 수집하여 회귀 모형에 적합시킨 결과 미계측 지역의 지하수 함양율 추정이 가능한 것으로 평가되었다. 320 national groundwater monitoring stations have been constructed since 1995 and groundwater levels are measured automatically 4 times a day at each well. It has a difficulty to estimate an average recharge rate of watershed using the recharge rate of the monitoring site because of the lack of its representative on converting a point recharge rate into a spatial one. In this study, the relations between site characteristics (topography, hydraulics, geology, facilities, etc.) and recharge rates of 223 monitoring sites, which were selected using cluster analysis, were analyzed using statistical methods, and finally, regression models were constructed for a recharge rate estimation of non-measured areas. The independent variables for these simple regression models, 1) width of adjacent stream, 2) distance to the nearest stream, 3) topographic slope, and 4) rock type, are proposed using analysis of variance. These models have lots of advantages such as an easy data collection from topographic and geologic maps, a few input variables, and also simplicity in use. Suitability analysis from the comparison between estimation values and original ones at monitoring sites shows that these models are useful for a groundwater recharge estimation.

국내 오염우려지역의 지하수 수질 추세 특성

김규범(Kim Gyoobum),최두형(Choi Doohoung),윤필선(Yoon Pilsun),김기영(Kim Kiyoung) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.3

국내 지하수 오염을 감시 관측하기 위하여 1990년대 초부터 2,000개 이상의 지하수수질측정망이 설치 운영중에 있으며, 지하수오염우려가 높은 지점에 설치된 781개소의 1996년부터 2007년까지 연 2회 분석 자료를 활용하여 오염우려지역에서의 지하수 수질 현황과 추세특성을 분석하였다. 건강상 유해물질이 검출된 경우의 평균 농도는 시안, 수은, 페놀, 6가 크롬, 트리클로로에틸렌, 데트라클로로에틸렌, 1.1.1-트리클로로에탄 등에서 생활용 지하수 수질기준을 초과하는 것으로 나타났고, 일반오염물질의 평균 농도는 기준 이하로 나타났으나 이는 상대적으로 비오염지역에 설치된 국가지하수관측정의 수질 보다 농도가 높은 것으로 나타났다. Sen의 방법을 이용하여 토지용도별로 일반오염물질(염소이온농도, 질산성질소, 수소이온농도)과 전기전도도의 추세를 평가한 결과, 도시지역과 공단지역 등에서 수질 악화 비율이 높은 것으로 나타났고, 2000년대 중반에도 수질 악화는 더욱 가속화되는 것으로 평가되었으며, 지역에 따라 수질이 개선되는 지역이 있는 반면 수질악화가 심화되는 등 추세의 편차가 증가되는 것으로 나타났다. 따라서, 계속되는 수질 악화를 방지하기 위해서는 본 연구에서 제시된 수질 악화 추세가 높은 지역에 대해서 보다 세밀한 감시관측을 수행하고 보다 정밀한 분석을 통하여 개선 대책을 수립, 시행하는 것이 필요된다. Groundwater quality monitoring wells, which is over 2,000 in South Korea, were managed to observe groundwater quality since the early 1990s. Groundwater was sampled and analyzed biannually from 781 monitoring wells located in the areas with a high possibility of pollution. The average concentrations of cyanide, mercury, phenols, hexavalent chromium, trichloroethylene, tetrachloroethylen, and 1.1.1-trichloroethane for 12 years’ data of detected cases were above the groundwater quality standard, but the average concentrations of the general quality items such as pH, electric conductivity, nitrate-nitrogen, and chloride, are below the standard. To compare a quality trend for each land-use type of the monitoring site, Sen’s method is used for four quality items; chloride, nitrate-nitrogen, pH, and electric conductivity. The upward trend for these items is remarkable in urbideareas and industrial complexes and this trend continues still strongly after 2001. The deviation in a trend slopes of monitoring wells becomes bigger in the mid-2000s. In conclusion, trend analysis using existing monitoring data cidebe effective to forecast the future water quality condition and the solid action to protect groundwater quality should be done in advance using a result of trend analysis.

낙동강 하중도 딴섬의 지하수위 변동 및 수질 특성

김규범(Kim Gyoobum),최두형(Choi Doohoung),신선호(Shin Seonho) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.2

낙동강 하류 딴섬 지역은 강변여과수 개발이 이루어지는 지역으로서 상부의 점토 및 실트질 퇴적층이 물의 상하 이동을 차단하여 하부 자갈층은 피압 대수층의 특성을 보이기도 한다. 총 13개소의 관측 지점에서 측정한 지하수위 조사 결과, 강우 요인과 농업활동에 의한 양수의 영향으로 계절에 따라 지하수위 유동 방향이 차이를 보인다. 7개 지점 9개의 장기 지하수위 관측 결과, 딴섬의 지하수위 변동은 주성분분석에 의하여 3개 유형으로 분류된다. 첫 번째 유형은 딴섬 중앙부에서 나타나며 하천의 영향이 적어 완만한 변동을 보이고, 두 번째 유형은 딴섬 외곽부에서 나타나며 강우 및 하천수위에 신속히 반응하는 뽀족한 형태의 그래프를 보여준다. 세 번째 유형은 하천수위 변동과 상관없이 일정한 주기를 갖는 경우로서 하천 본류와 떨어진 심부 자갈층에서 나타나는데, 심부 자갈층의 지하수위는 조석 영향에 의한 주기성을 보인다. 각 지점의 지화학 특성을 분석한 결과 딴섬 내부는 [Ca-HCO₃]인 천부 지하수 특성, 딴섬 외곽은 [Na-HCO₃], [Ca-SO₄(Cl)]로서 하천 영향을 받는 유형으로 나타나 수위 분류 유형과 관련성이 있다. Confined aquifer, which is separated with upper clayey or silty materials, is partially distributed at the depths of the sediments in Ddan-sum area on the lower Nakdong river. Measurements of groundwater levels at 13 sites explain that groundwater flow shows seasonally various due to seasonal rainfall and agricultural water use. From 9 long-term monitoring data of groundwater levels at 7 sites, 3 types of groundwater levels time series can be classified using principal component analysis. The first type is seen in the center of Ddan-sum and has a round-shape graph due to a weak response to stream water levels. The second type exists in the outer part of Ddan-sum and shows sharply peak-shape graph due to a rapid and strong response to stream water levels and rainfall. The last type, which is seen in a deep layer, has a periodicity by tital effect. From geochemical analysis at each monitoring sites, [Ca-HCO₃] type happens in the center of Ddan-sum far from Nakdong river, and [Na-HCO₃] and [Ca-SO₄(Cl)] types exist in the outer of Ddan-sum affected by river quality.

장기 및 단계 양수시험 시 강변여과 지하수의 수질변화 특성

김규범(Gyoobum Kim),신선호(Seonho Shin),김병우(Byungwoo Kim),박준형(Joonhyung Park) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.8

창녕군 낙동강변의 강변여과 예정 지점에서 양수시험 동안에 발생하는 지하수 내 철과 망간을 포함한 다양한 수질항목변화를 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 5단계의 단계양수시험(500㎥/day∼900㎥/day) 및 26시간의 장기 양수시험(800㎥/day) 동안에 양수정과 10개의 관측정에서 지하수 시료를 채취하였다. 장기 양수시험보다는 단계양수시험 기간 동안에 이온 농도의 변화가 뚜렷하였다. 특히, 단계양수시험 동안의 철과 망간 농도의 감소는 양수지점과 대수층의 연결성이 좋아 영향반경이 작은 방향을 따라 뚜렷하게 나타났다. 양수량의 급변에 따라 지하수 흐름에 교란이 발생하고 공기 접촉 등을 통하여 용존 철과 망간의 침전산화가 촉진되는 것으로 평가되었다. 향후 지하수 내 철과 망간 저감을 위한 효율적인 지중처리 기술 개발을 위해서는 양수정의 운영 방법, 대수층의 공간적 분포 등이 중요한 요인으로 고려되어야 한다. In-situ test to find the change of Fe<SUP>2+</SUP> and Mn<SUP>2+</SUP> concentrations and ion contents in groundwater was conducted during two pumping tests at the riverbank filtration site, where is the riverine area of the Nakdong River in Changnyeong-Gun. Groundwater was sampled at one pumping well and 10 monitoring wells during a 5 steps drawdown pumping test with the rates from 500㎥/day to 900㎥/day and a constant pumping test with 800㎥/day. The change in ion concentration of groundwater was more remarkable during a step drawdown pumping test than a constant pumping test. Especially, the decrease in Fe<SUP>2+</SUP> and Mn<SUP>2+</SUP> concentrations was distinct in a step drawdown pumping test and it happens predominantly along the direction that the radius of pumping influence was small due to a good aquifer connectivity to a pumping position. The precipitation and the oxidation of iron and manganese were caused by an air inflow and a disturbance in groundwater flow due to an abrupt change in pumping rate. The pumping rate and spatial distribution of an aquifer around a pumping well need to be considered as an important factor for the development of in-situ iron and manganese treatment technology.

갈수기와 홍수기의 김해 딴섬지역 지하수의 지구화학 특성

김규범(Kim, Gyoobum),전항탁(Jeon, Hangtak),신선호(Shin, Seonho),박준형(Park, Joonhyeong) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.9

김해 딴섬 지역 지하수는 갈수기와 홍수기의 계절에 따른 지구화학 특성의 변화를 보인다. 농번기인 4월의 이온의 공간적 분포를 보면 Fe²?, Fe(total), Mn²?, Ca²?, Mg²?, SiO₂, HCO₃? 및 NO₃?는 딴섬의 중앙부에서 높고 Na? 및 K?는 딴섬 중앙부가 낮은 값을 보이는데 높은 HCO₃? 및 NO₃?는 딸기 재배용 비료에 의한 오염을 지시한다. 4월에 비하여 8월의 이온 농도의 지역별 편차가 적고 비료 등에 의한 인위적인 영향이 적어 강우에 의한 계절적 요인이 나타난다. 지하수의 수질 유형을 보면, 딴섬 중앙부는 함양특성을 부분적으로 보이며 외곽부는 하천수와 상호 혼합되는 특성을 보여준다. Fe 및 Mn 이온 종에 대한 포화지수 계산결과, Fe의 광물종인 적철석, 침철석은 모두 과포화상태에 있어서 침전 가능한 상태이며, 능철석과 Fe(OH)₃ 일부는 불포화 상태로써 용존 이온상태로 존재할 가능성이 있다. Mn의 광물종인 능망간석은 불포화상태 및 과포화상태가 공존하며, 수망간석, 연망간석 및 수산화망 간석은 불포화상태로써 용존 이온 상태로 존재할 가능성이 크다. Seasonal changes in groundwater geochemistry exist in Ddan-sum island. In the farming season of April, the spatial distribution of ions explains that Fe²?, Fe(total), Mn²?, Ca²?, Mg²?, SiO₂, HCO₃?, and NO₃? are high in the center of the island, but Na? and K? are relatively low and these high anions indicates the effect of fertilizer used for strawberry cultivation. Spatial variation of ion concentration is smaller in August than April because of low agricultural activity and heavy rainfall. Geochemical type of groundwater shows that the center of island has the characteristics of recharge zone but the rim area corresponds to a mixing zone between groundwater and stream water. According to the analysis of saturation index for Fe and Mn ions, hematite, goethite, and rhodochrosite under supersaturation have a possibility of additional mineral deposition, and siderite, Fe(OH)₃, manganite, pyrolusite, and pyrochroite under unsaturation may exist as a type of dissolved ion.

지하댐 설치 시 섬진강 하류 염수침입 방지 효과의 모델기반 분석

김성윤(Kim Sungyun),김규범(Kim Gyoobum),박준형(Park Joonhyeong),신선호(Shin Seonho) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.8

섬진강 하류지역은 1978년 이후 지속적인 하상 세굴로 인하여 염수 침입이 확대된 지역으로서, 본 연구에서는 지하댐 설치 시의 염수침입 차단 효과를 수치모델로서 평가하였다. 현재 섬진강 하류 지표수의 염소이온농도는 상류로 가면서 지수함수적으로 감소하며, 지하수내 농도는 지표수의 1/10 이내로 나타난다. 하구로부터 4.6㎞ 지점에 암반 상부로부터 25m 높이의 지하댐을 설치하는 조건으로 FEM 모델인 FEFLOW를 수행한 결과, 지하댐 상류의 퇴적 작용으로 현재보다 충적층의 두께가 5m 정도 두꺼워진다면 하구로부터 25㎞ 지점에서의 염소이온농도(0.25psu)가 하류로 약 3㎞ 정도 이동하는 것으로 나타났다. 반면에, 지하댐 상류에 퇴적물이 쌓이지 않을 경우에는 지하댐 설치 효과가 미미한 것으로 해석되었다. Surface water at the lower part of the Seom-jin river has a high salinity because the erosion at river bottom has made sea water move upstream continuously since 1978. The effect of underground dam on the prevention of sea water intrusion was modelled in this study. Present chloride concentration in surface water decreases exponentially along a river and in groundwater is about one-tenth of surface water’s. The finite element method model, FEFLOW, was conducted on the assumption that the underground dam with a height of 25m over a bedrock is located under a water surface at the site of 4.6㎞ from an estuary. The result shows that the position with chloride concentration of 0.25psu moves downstream from the sites of 25㎞ to 22㎞, if an enough sedimentation with 5m thickness happens in the upper reservoir of underground dam. On the other side, the underground dam is little effective for the prevention of sea water intrusion in case of non-sedimentation.

매협리 지역 지하수 수온의 수직분포 및 공간적 분포 특성

신경희(Kyunghee Shin),김규범(Gyoobum Kim),이승현(Seunghyun Lee),김지욱(Jiwook Kim) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

천층 토양 내 지중온도 변동 특성과 수치모델 평가

정재훈(Jaehoon Jeong),김규범(Gyoobum Kim),박승기(Seoungki Park),김형수(Hyoungsoo Kim),김태형(Taehyung Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.5

본 연구는 충남 예산지역의 산림 토양에 대해 심도별 지중온도를 관측하고 기후 및 토양의 침투 특성에 따른 지중온도의 변화를 분석하였으며, 대기온도와 토양의 열물성치를 수치 해석적 모델에 적용하여 지중온도의 변화를 모사하였다. 심도별(20, 50, 100cm) 계측 자료를 분석한 결과 50cm 이내의 지중온도는 대기온도의 직접적인 영향을 받아 온도의 변동 폭이 크고 뚜렷하며, 100cm 심도에서는 완만하면서 작은 진동 폭을 갖는다. 연구 기간 동안의 지중온도 변화량은 지층의 수리전도도와 약한 정의 상관관계를 갖고 있어 물의 흐름이 대기온도의 전달을 용이하게 하는 것으로 파악된다. 수치모델에 의한 지중온도 예측 결과는 실측 자료와 약 0.99의 교차상관계수를 보이고 있어 매우 유사한 것으로 나타났다. 앞으로 불포화 토양의 수리전도도와 지하수 함양량을 추정하는데 수치모델을 이용한 대수층의 지중온도 예측 결과를 사용할 수 있을 것으로 기대된다. This is conducted to observe underground temperature and to analyze its change affected by climate condition and soil infiltration in the mountainous area, Yesan region, Chungcheong-namdo province. Additionally, underground temperature change is also simulated using air temperature and soil thermal properties with a numerical model. Soil temperature monitoring data acquired from each depth, 20 cm, 50 cm, and 100 cm, indicates that the data within 50 cm in depth shows peak-shaped big fluctuation directly affected by air temperature and it at 100 cm has open-shaped small fluctuation. Underground temperature variation, a difference between high and low values, during monitoring period is weakly proportional to hydraulic conductivity of the sediment and it is assumed that water plays a part in delivering air temperature in soil. The underground temperature estimated by a numerical model is very similar to the observed data with an average value of 0.99 cross-correlation coefficient. From the result of this study, the aquifer unsaturated hydraulic conductivity of the soil and the groundwater recharge is likely to be able to estimate with underground temperature profile calculated using a numerical model.

대규모 토취장 개발 예정 지역의 수치모델을 이용한 지하수위 변동 예측

류상훈(Ryu, Sanghun),박준형(Park, Joonhyeong),김규범(Kim, Gyoobum) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.10

본 연구에서는 산지 지형에서 토취장을 개발할 경우 상부의 지반 굴착으로 인한 지하수계의 변화를 현장 계측자료와 모델링을 활용하여 예측하고자 하였다. 9개소의 시추조사를 통하여 지층 분포와 수리상수를 구하고 현장 지하수위 조사를 실시하였으며, 물수지 분석에 의한 지하수 함양량을 추정한 후 Modflow 프로그램에 적용함으로써 지하수위 변화를 예측하였다. 토취장 개발로 40 El.m 이상 지역이 제거될 경우를 가정하여 부정류 모델링을 수행한 결과, 토취장 최인접 지역에서 최대 1m 정도의 지하수위 강하가 나타나는 것으로 예측되었다. 또한, 절토로 인한 상부 지형의 제거는 9.4% 및 7.0%의 지하수 함양량과 지표 유출량의 감소를 초래하는 것으로 예측되었는데, 이는 지하수위 변화를 야기하는 요인으로 평가되었다. 향후 토취장 개발이 시작되면 이와 같은 지하수위 변화를 지속적으로 파악하기 위하여 지하수 관측정을 설치 ? 운영할 필요가 있다. A numerical model and field monitoring data are used to estimate a change in groundwater level at a borrow site, which will be constructed at the mountainous area with a large ground excavation in the study area, Hwaseong city. Lithologic data and hydraulic coefficients are collected at 9 boreholes and also groundwater levels are measured at these boreholes and existing wells in the study area. Additionally, groundwater recharge rate for the type of land cover is estimated using water budget analysis; 133.34mm/year for a mountainous area, 157.68mm/year for a farming area, 71.08mm/year for an urbanized area, and 26.06mm/year for a bedrock exposure area. The change in groundwater level in and around a borrow site is simulated with Modflow using these data. The result of a transient model indicates that a removal of high ground (over 40El.m) by an excavation will produce a decrease in groundwater levels, up to 1 m, around a borrow site in 10 years. It also explains that this ground excavation will bring about the decreases of 9.4% and 7.0% for groundwater recharge and surface runoff, respectively, which are the factors causing groundwater level"s change. This study shows that it is required to construct the groundwater monitoring wells to observe the change of groundwater near a borrow site.