국가지하수 관측망의 양수시험 자료를 이용한 국내 대수층 특성의 통계적 분석

전선금,구민호,김용제,강인옥,Jeon Seon-Keum,Koo Min-HO,Kim Yongje,Kang In-Oak 한국지하수토양환경학회 2005 지하수토양환경 Vol.10 No.6

국가지하수 관측망의 314개 관정에 대한 양수시험 자료를 분석하여 국내 암반 및 충적대수층이 나타내는 수리전도도 분포, 투수량계수와 비양수량과의 관계, 양수 및 회복시험 유형에 관한 통계 자료를 제시하였다. 충적대수층의 평균 수리전도도는 1.26m/day로 암반대수층(0.076 In/day)보다 약 17배 크게 나타났다. 암반대수층 수리전도도의 평균과 분산도는 국외의 결정질 균열 암반과 거의 일치하였으며, 암종별 평균값은 퇴적암, 화성암, 변성암 순으로 뚜렷한 차이를 보였다. 투수량계수 분석 결과 국가지하수 관측망의 지하수는 암반을 통하여 $32\%$, 충적층을 통하여 $68\%$ 정도가 흐르는 것으로 나타났다. 회귀분석을 통하여 국가지하수 관측망의 대수층이 나타내는 비양수량과 투수량계수의 관계식을 제시하였다 양수 및 회복시험의 수위강하 양상에 따라 대수층의 유형을 $4\~5$개로 분류하여 각 유형이 나타내는 대수층의 특성을 분석하였다 국가지하수 관측망 대수층의 대부분$(83.7\%)$은 함양경계형을 보였으며, 관측소 인근의 하천, 암반 및 충적대수층의 수리적 연결에 의한 두 대수층간의 수직적인 지하수의 흐름, 자유면대수층에서 중력배수에 의해 발생하는 지연산출 등 다양한 공급원에 의하여 함양경계형이 나타난 것으로 분석되었다. 314 pumping test data of the National Groundwater Monitoring Wells (NGMWs) are analyzed to present statistical properties of fractured-rock and alluvial aquifers of Korea such as distribution of hydraulic conductivity, empirical relations between transmissivity and specific capacity, and time-drawdown patterns of pumping and recovery test. The mean hydraulic conductivity of alluvial aquifers (1.26 m/day) is 17 times greater than that of fractured-rock aquifers (0.076 m/day). Hydraulic conductivity of fracture-rock aquifers ranges in value over 4 orders of magnitude which coincide with representative values of fractured crystalline rocks and shows distinctive differences among rock types with the lowest values for metamorphic rocks and the highest values for sedimentary rocks. In consideration of the estimated transmissivity with some simplifying assumptions, it Is likely that $32\%$ of groundwater flow for NGMWs would occur through fractured-rock aquifers and $68\%$ through alluvial aquifers. Based on 314 pairs of data, empirical relations between transmissivity and specific capacity are presented for both fractured-rock and alluvial aquifers. Depending on time-drawdown patterns during pumping and recovery test, NGMWs are classified into $4\~5$ types. Most of NCMWs $(83.7\%)$ exhibit the recharge boundary type, which call be attributed to sources of water supply such as streams adjacent to the pumping well, the vertical groundwater flux between fractured-rock and the alluvial aquifers, and the delayed yield associated with gravity drainage occurring in unconfined aquifers.

<Review> 대수층 함양관리 기술의 세계적인 동향

김용철(Yongcheol Kim),김용제(Yongje Kim) 대한지질학회 2010 지질학회지 Vol.46 No.5

해안대수층에서 지하수-지표수 상호작용에 의한 지하수위 변화

김구영,이철우,김용제,김태희,우남칠,Kim Kue-Young,Lee Cheol-Woo,Kim Yongje,Kim Taehee,Woo Nam-Chil 한국지하수토양환경학회 2004 지하수토양환경 Vol.9 No.4

조석의 효과가 대수층에 미치는 해안대수층에서 지하수-지표수 상호작용에 관한 모사를 위해 수치모델링을 이용하였다. 모사에 사용한 모델은 하천경계와 해안경계가 서로 직교하며 하천은 대수층을 부분관통하고 있다. 해안경계와 하천경계에 의한 영향을 각각 살펴보고 두 경계조건에 의한 동시효과를 함께 모사하였다. 모사기간동안 해안경계에 의한 영향은 일정한 범위까지만 나타났으나, 하천경계에 의한 영향은 시간의 증가에 따라 영향범위가 넓어졌다. 하천경계와 해안경계조건이 만나는 부근에서는 해안경계에 의한 지하수위의 반복적인 상승과 하강으로 인해 두 경계조건에 의한 지하수위가 상호 상승작용을 일으키기도 하고 상호 상쇄되어 지하수위의 변화가 없는 영역이 나타나기도 한다. 따라서 이러한 하천과 해안경계조건이 상호 교차하는 주변 대수층에서의 수위를 측정하여 해안대수층에서의 수리상수를 추정하면 수리확산계수를 과대 혹은 과소평가하는 오류를 범할 수 있으므로 주의를 요한다. 하천바닥의 컨덕턴스(conductance)와 하천의 폭이 주변 대수층에 미치는 영향을 살펴보기 위해 입력인자를 변화시키며 모사한 결과, 하천폭의 증가에 의한 주변 대수층에서의 지하수위 변화는 하천바닥의 면적이 증가함에 따라 하천바닥 전체에서 대수층으로 유동하는 유량이 증가하기 때문이다. Analysis of water-level fluctuation due to goundwater-surface water interaction in coastal aquifers is carried out by numerical modeling. The conceptual model used in this study has a stream boundary and a tidal boundary that forms a right angle and the stream partially penetrates the aquifer. We analyzed the effect of each boundary and the simultaneous effect of the two boundary conditions. The area of influence caused by the stream boundary increased during the simulation, while the influence zone of the coastal boundary was relatively constant. The groundwater level near the zone where two boundaries meet may rise by the action of combined effect of the two boundaries or may not change by cancelling the effect of each boundary. Thereafter, care must be taken when hydraulic parameters are estimated using sinusoidal oscillations of hydraulic head in coastal aquifers. Sensitivity analysis is employed to develop insight into the controls on groundwater level fluctuations. In this study our analyses focused on the effect of conductance and the stream width to the aquifer nearby.

주성분분석과 지구통계법을 이용한 제주도 지하수의 수리지화학 특성 연구

고경석(Kyung-Seok Ko),김용제(Yongje Kim),고동찬(Dong-Chan Koh),이광식,이승구,강철희(Cheol-Hee Kang),성현정(Hyun-Jeong Seong 1),박원배(Won-Bae Park) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.4

본 연구는 다변량 통계분석을 이용하여 수리지화학적 특성을 분석하고, 주성분 분석을 통해 얻어진 변수를 설명하는 수리지화학적 과정에 대한 해석, 그리고 각 성분과 주성분을 이용한 공간정보에 대하여 지구통계기법을 적용하여 연구지역 지하수의 유동 및 순환 과정을 해석하고자 하였다. 제주도 지하수의 수질에 가장 많이 영향을 미치는 성분은 Cl 과 NO 3 이었으며, 특히 농업활동에 의해 증가되는 NO 3 는 지하수 성분 중 가장 큰 변동을 보여주었다. 다변량 통계분석법인 주성분 분석(PCA)에 의한 수리지화학적 특성 분석 결과, 초기 3 개의 주성분은 전체 분산의 73.9% 를 설명하였다. 주성분 1 은 용존 이온의 증가를 나타내며, 주성분 2 는 탄산염 광물의 용해와 질산염 오염의 영향, 주성분 3 은 양이온 교환반응과 규산염광물의 용해과정을 지시한다. 실험적 반베리오그램 유형 분석 결과 지하수 성분은 크게두 그룹으로 분류되며 각각의 그룹에는 EC, Cl, Na, NO 3 와 HCO 3 , SiO 2 , Ca, Sr 이 속한다. 지하수 성분의 공간분포 특징을 조사한 결과, 전기전도도(EC), Cl, Na 는 해수의 영향을 받는 해안가로 갈수록 증가하는 경향을 보여주며, NO 3 는 농경지의 분포와 밀접한 상관관계를 가진다. 이들 성분은 또한 지형과도 상관성을 가지며 이는 지하수 함양과의 관련성을 나타낸다. 요인 크리깅 수행 결과 PC1 은 Cl, Na, EC 의 공간분포와는 다른 양상을 보여주는데 이는 pH, Ca, Sr, HCO 3 가 PC1 에 미치는 영향 때문인 것으로 분석되었다. 서부지역에서는 PC2 의 이상대가 길게 나타나며 이는 탄산염 광물의 용해와 관련이 있는 것으로 사료된다. 이상의 결과로부터 연구지역 지하수에 대한 다변량 통계분석및 지구통계 분석 기법의 적용은 수질에 대한 복합적 정보의 정량화와 공간 특성을 해석하는데 사용될 수 있다. The purpose of the study is to analyze the hydrogeochemical characteristics by multivariate statistical method, to interpret the hydrogeochemical processes for the new variables calculated from principal components analysis (PCA), and to infer the groundwater flow and circulation mechanism by applying the geostatistical methods for each element and principal component. Chloride and nitrate are the most influencing components for groundwater quality, and the contents of NO 3 increased by the input of agricultural activities show the largest variation. The results of PCA, a multivariate statistical method, show that the first three principal components explain 73.9% of the total variance. PC1 indicates the increase of dissolved ions, PC2 is related with the dissolution of carbonate minerals and nitrate contamination, and PC3 shows the effect of cation exchange process and silicate mineral dissolution. From the results of experimental semivariogram, the components of groundwater are divided into two groups: one group includes electrical conductivity (EC), Cl, Na, and NO 3 , and the other includes HCO 3 , SiO 2 , Ca, and Sr. The results for spatial distribution of groundwater components showed that EC, Cl, and Na increased with approaching the coastal line and nitrate has close relationship with the presence of agricultural land. These components are also correlated with the topographic features reflecting the groundwater recharge effect. The kriging analysis by using principal components shows that PC1 has the different spatial distribution of Cl, Na, and EC, possibly due to the influence of pH, Ca, Sr, and HCO 3 for PC1. It was considered that the linear anomaly zone of PC2 in western area was caused by the dissolution of carbonate mineral. Consequently, the application of multivariate and geostatistical methods for groundwater in the study area is very useful for determining the quantitative analysis of water quality data and the characteristics of spatial distribution.

Use of an infiltration model for analyzing temporal variation of precipitation recharge in the climatological environment of Korea

구민호(Min-Ho Koo),김용제(Yongje Kim) 대한지질학회 2003 지질학회지 Vol.39 No.2

Estimating thermal diffusitivity of soils in Korea using temperature time series data

구민호(Min-Ho Koo),김용제(Yongje Kim),서만철(Mancheol Suh),서명석(Myoung-Seok Suh) 대한지질학회 2003 지질학회지 Vol.39 No.3

Hydraulic analysis of fractured rock aquifer using a simplified model based on aquifer test

김구영(Kue-Young Kim),이철우(Cheol-Woo Lee),김용제(Yongje Kim),우남칠(Nam-Chil Woo) 대한지질학회 2003 지질학회지 Vol.39 No.3

균열암반에서의 양수시험자료 해석과 일반 방사상 유동모델의 적용성 연구

성현정(Hyeonjeong Seong),김용제(Yongje Kim),이철우(Chul-Woo Lee),김구영(Kue-Young Kim),우남칠(Nam-Chil Woo) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.2

이 연구는 양수시험 해석해(Theis, 1935; Cooper-Jacob, 1946; Papadopulos-Cooper, 1967; Hantush, 1962a,b; Moench, 1985; Hantush-Jacob, 1955) 및 일반 방사상 유동 모델을 이용하여 우리나라의 균열암반 대수층(화강암, 화산암, 변성암, 백악기퇴적암, 제3기 퇴적암에 굴착된 100 개 조사공)에서 수행되어진 양수시험으로부터 얻은 122 개의 양수시험자료(수위강하 자료)를 분석하여 종합한 것이다. AQTESOLV 전산프로그램을 이용한 양수시험자료 분석에 의하면, 122 개 자료중 86 개(71%)의 자료들이 이 연구에 사용된 해석해와 일치하며, 양수시험자료 해석해 중에 누수 (leaky) 및 경계조건(boundary condition) 을 고려한 해석해들이 53 개(43%)로 가장 많이 나타났다. 따라서, 양수시험자 료의 해석은 균열암반 대수층의 수리지질학적 특성에 적합한 개념모델의 설정이 중요하다. 일반 방사상 유동(GRF)모 델을 적용해보면, 122 개의 자료 중 77 개(63%)의 자료들이 Barker(1988) 의 표준곡선에 의한 차원(1.1차원-2.9차원)을 보여준다. 이중 44.2% 에 해당하는 39 개 자료가 1.1 차원과 1.9 차원 사이의 실수 유동차원을 보여주는 반면에 26 개 (6.5%) 만이 Theis 이론에 맞는 2 차원의 방사상 흐름을 보여주며, 38 개(49.3%)는 2.1 차원에서 2.9 차원에 속한다. 따라서 우리나라 균열암반 대수층에서 지하수 유동은 대부분 실수차원의 유동을 보여주는 것으로 평가된다. Data from 122 pumping tests were obtained from 100 boreholes in granites, volcanic rocks, metamorphic rocks, and Cretaceous and Tertiary sedimentary rocks, and then were analyzed using AQTESOLV. Results from 86 of the 122 tests (71%) have an analytical solution corresponding to Theis (1935), Cooper-Jacob (1946), Papadopulos-Cooper (1967), Hantush (1962), Moench (1985), or Hantush-Jacob (1955), whereas the remaining 36 results (29.5%) do not correspond to any of the analytical methods. Of the 86 results, only 17 match the Theis and Cooper-Jacob methods, indicating that the basic methods for pumping test analysis are useful for only 14% of the total data. This suggests that analytical solutions derived using leaky boundary conditions are appropriate for the analysis of pumping test data in fractured aquifers in this study. Furthermore, the results show the importance of carefully selecting an appropriate model for the analysis of pumping test data. Results from the 122 pumping tests were also analyzed using the GRF model. Using the Barker method, the results show that 77 of the 122 tests (63%) have dimensions ranging between 1.1-2.9. Of these 77 solutions, 39(44.2%) have a fractional dimension of 1.1-1.9, 26(6.5%) show 2-dimensional radial flow also applicable to the Theis method, and 38(49.3%) have dimensions of 2.1-2.9. The results show that groundwater flows according to a fractional flow dimension in fractured aquifers.

영남육괴 중부 무주 지역에 위치하는 선캠브리아기 화강편마암 및 앰피볼라이트 시추코아의 Sm-Nd 연대 및 지구화학적 특징

이승구(Seung-Gu Lee),김용제(Yongje Kim),김건한(Kun-Han Kim) 한국암석학회 2005 암석학회지 Vol.14 No.3

영남육괴의 중부의 무주군 적상연 삼유리 일대에는 선캠브리아기 원남층군에 해당되는 화강암질 편마암, 반상변정 화강암질 편마암과 우백질 편마암이 분포한다. 이 논문에서는 화강암질 편마암 지역에서 200m 심도 까지 굴착한 시추코아의 주성분, 미량성분, 희토류원소 그리고 Sm-Nd, Rb-Sr 동위원소 자료의 지구화학적 의의를 토의하고자 한다 시추코아의 암상은 심도에 따라 변하고, 주로 화강암질 편마암과 앵피볼라이트로 구성되어 있다. 주성분 및 미량성분의 화학조성 자료를 토대로 한 연구지역내 화강암질 편마암 및 앰피볼라 이트의 기원물질은 각각 TTG(Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite) 계열 및 솔레아이트 계열의 암석에 속한다. 희토류원소의 분포도를 보면 경희토류(La-Sm)와 중희토류(Gd-Lu)의 변화 및 Eu의 부(-)의 이상이 매우 다양하다. Sm-Nd 동위원소자료에 따른 등시선에 의하면 2,026±230(2б) Ma의 연대를 보여주며, 이때의 Nd 초기치는 0.50979±0.00028(2б)이다. 그리고 ε<SUB>Nd</SUB>(2.0 Ga)값은 -4.4로 연구지역 변성암류의 기원물질이 고기의 지각물질임을 지시해준다. 이 값은 북중국지괴 시생대 기반암의 진화영역에 속하며, 특히 Lee et al.(2005)이 제안한 영남육괴내 Nd 동위원소 초기치의 진화와 일치하는 상관성을 갖는다. 그리고 앰피볼라이트의 희토류원소 분포도와 Nd 초기치는 앰피볼라이트의 기원물질이 결핍된 맨틀과 지각을 형성하기 시작한 초기마그마와 매우 유사함을 지시해준다. The Samyuri area of Jeoksang-myeon, Muju-gun at the Middle Yeongnam Massif consists of granitic gneiss, porphyroblastic gneiss and leucocratic gneiss, which correspond to Precambrian Wonnam Series. Here we discuss a geochemical implication of the data based on major element composition, trace element, rare earth element (REE), Sm-Nd and Rb-Sr isotope systematics of the boring cores in the granite gneiss area. The boring cores are granitic gneiss (including biotite gneiss) and amphibolite. The major and trace element compositions of granitic gneiss and amphibolite suggest that the proto lith belongs to TTG (Tonalite- Trondhjemite-Granodiorite) and tholeiitic series, respectively. Chondrte-nonnalized REE patterns vary in LREE, HREE and Eu anomalies. The granitic gneiss and amphibolite have Sm-Nd whole rock age of 2,026±230 (2б) Ma with an initial Nd isotopic ratio of 0.50979 ± 0.00028 (initial εNd=-4.4), which suggests that the source material was derived from old crustal material. Particularly, this initial e Nd value belongs to the range of the geochemical evolution of Archean basement in North-China Craton, and also corresponds to the initial Nd isotope evolution line by Lee et al. (2005). In addition, chondrite-normalized REE pattern and initial Nd value of amphibolite are very similar to those of juvenile magma in crustal formation process.

A preliminary hydrograph separation study in a small forested watershed using natural tracers

이광식(Kwang-Sik Lee),박영윤(Youngyun Park),김용제(Yongje Kim),정재훈(Jae-Hoon Jeong),박승기(Seoung-Ki Park),신형선(Hyung-Sun Shin),봉연식(Yeon-Sik Bong) 대한지질학회 2006 지질학회지 Vol.42 No.3