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과거 시계열 특성을 활용한 인공신경망 기반의 지하수 관측지점 선정 방안
황찬익(Chan-Ik Hwang),최명락(Myoung-Rak Choi),황윤희(Yun-Hee Hwang),김규범(Gyoo-Bum Kim),손영철(Young-Chul Son) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
우리나라에서는 국내 배경지하수위와 배경지하수질의 변동을 감시하고 관측하기 위하여 1995년부터 지하수 함양 및 배출 지역의 지질과 유역을 고려하여 국가지하수관리측정망을 설치하였으며, 현재 전국에 661개소의 측정망을 설치운영 중에 있다. 국가지하수관리측정망의 위치는 1996년 지하수 관리기본계획에서 제시한 설치 원칙에 기반하여 전국의 균등 분포를 목표로 선정되었으나, 설치 부지의 제약으로 인하여 계곡부, 하천주변, 구릉지 등에 많이 위치하고 있으며, 국내 지하수의 특성을 대변하기 위해서는 경사지, 고지대 등에도 추가적인 측정망 설치가 필요해 보인다. 전국 국가지하수관리측정망 661개소 중 5년이상 수위 및 수질(Cl, NO₃N) 관측자료를 보유한 측정망의 시계열 데이터(수위, Cl, NO₃N)의 추세분석 결과와 각 측정망의 지형, 지질, 토양, 하천 등의 지점 특성을 사용하여 MLP 모델을 구축하였다. 전국 1 km 간격마다(전국 98,676개 포인트) 지하수 수위 및 수질 추세성을 MLP 모델로 예측하였으며, 유역내에서 지하수위 하강 및 비하강 경향을 골고루 관측할 수 있도록 개수를 배정하여 측정망 설치 우선 순위를 도출하였다. 최종적으로 총 1,475개의 지하수 관측지점(기존 국가지하수관리측정망 661개소 포함)을 제시하였으며, 전국 표준유역 850개소에 최소 2개의 지하수 측정망이 설치됨으로써 향후에는 보다 대표적인 지하수 수위와 수질 특성 관측이 가능해질 것이다.
농업용(전작 및 답작용) 지하수 이용량 추정을 위한 회귀나무 모형의 적용
김규범,황찬익 대한지질공학회 2019 지질공학 Vol.29 No.4
Agricultural groundwater use accounts for 51.8% of total groundwater use, so accurate estimation of groundwater use is important for efficient groundwater management. The purpose of this study is to develop a method for estimating the groundwater use of agricultural (rice farming and dry-field farming) wells using regression tree model based on the measured data of 370 wells. Three input variables of the model were evaluated as being significant: well depth, pipe diameter, and pump capacity, and the importance of each variable was 75% for well depth, 17% for pipe diameter, and 8% for pumping capacity. The daily usage of agricultural (rice farming and dry-field farming) wells by the regression tree model was estimated to be very similar to the actual usage, compared to the previous estimation method proposed by the Ministry of Construction and Transportation. In the future, it is expected that the reliability of the usage statistics will be improved if additional observed data is secured and this classification method is modified. 농업용 지하수 이용은 국내 지하수 이용량의 51.8%를 차지하고 있어 정확한 이용량 산정은 지하수의 효율적 정책 추진을 위하여 중요하다. 본 연구에서는 370개 관정의 이용량 실측 자료를 토대로 회귀나무모형을 적용한 농업용(전작 및 답작용) 관정의 지하수 이용량의 산정 기법을 개발하고자 하였다. 모델의입력 변수는 우물의 심도, 토출관 구경, 양수능력 등 3개가 유의한 것으로 평가되었으며, 모델에서의 각변수의 중요도는 우물의 심도가 75%, 토출관 구경이 17%, 양수능력이 8%로 나타났다. 회귀나무 모형에 의한 농업용(전작 및 답작용) 관정의 일 이용량은 실측 이용량과 매우 유사한 것으로 평가되었으며, 기존의 국토교통부에서 제시한 추정식에 비하여 실측 이용량에 보다 근사한 것으로 나타났다. 향후 추가적인 실측 표본 자료를 확보하여 본 방법을 보완, 적용한다면 지하수 이용량 통계의 신뢰도가 크게 향상될 것으로 기대된다.
지표수-지하수 연계 기반의 통합수자원 관리를 위한 단위유역 제안
김규범,황찬익 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.S-1
In South Korea, 850 standard watersheds and 7,807 KRF catchment areas have been used as basic maps for water resources policy establishment, however it becomes necessary to set up new standard maps with a more appropriate scale for the integrated managements of surface water-groundwater as well as water quantity-quality in the era of integrated water management. Since groundwater has a slow flow velocity and also has 3-D flow properties compared to surface water, the sub-catchment size is more effective than the regional watershed for the evaluation of surface water-groundwater interaction. The KRF catchment area, which has averagely a smaller area than the standard watershed, is similar to the sub-catchment area that generally includes the first-order or second-order tributaries. Some KRF catchment areas, which are based on the surface reach, are too small or large in a wide plain or high mountain area. Therefore, it is necessary to revise the existing KRF area if being used as a unit area for integrated management of surface-water and groundwater. A unit watershed with a KRF area of about 5 to 15 km2 can be effective as a basic unit for water management of local government considering a tributary composition and the location of groundwater wells, and as well it can be used as a basic tool for water demand-supply evaluation, hydrological observation system establishment, judgment of groundwater permission through a total quantity management system, pollution assessment, and prioritizing water policy, and etc. 현재 우리나라는 수자원단위지도의 표준유역(850개) 및 KRF의 집수구역(7,807개) 등의 기준 도면이 수자원 정책 수립의 기본 도면으로 활용되고 있으나, 물관리 일원화 시점에 맞추어 지표수-지하수의 연계 관리 및 수량-수질 통합관리를 위해서는 보다 적절한 규모의 표준 도면 설정이 필요해 보인다. 지표수에 비하여 지하수는 느린 이동 속도를 보이고 3차원 흐름 특성을 갖고 있으므로 지표수-지하수 연계 평가를 위해서는 광역적 규모의 유역 보다는 준 유역 규모가 보다 효과적인데, 표준유역보다 평균 면적이 작은 KRF 집수구역은 1차 또는 2차 지류를 포함하는 준 유역 규모에 해당한다. 그러나, KRF는 지표수 수계를 기준으로 구역을 구분하였기 때문에 넓은 평지 또는 높은 산악지역에서는 지나치게 작거나 큰 면적을 갖고 있다. 따라서, 지표수-지하수 연계 통합 관리에 적합한 단위 유역은 기존 KRF 집수구역을 수정하여 설정하는 것이 필요하다. 이로부터 설정될 개소 당 약 5 ~ 15 km2 면적의 단위 유역은 지류의 구성과 관정의 위치를 고려할 때 지방자치단체의 수자원 관리의 기본 단위가 될 수 있으며, 물 수요-공급 평가, 수문 계측 시스템의 배치, 지하수 허가 총량 기준, 오염의 평가, 정책의 우선 순위 결정 등 실질적인 수자원 통합관리의 기본 수단으로 활용 가능할 것이다.