USGS 지하수 연구정책 소개

염병우,Yum, Byoung-Woo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.6

이 현장보고에서는 앞으로 10년간 수행될 USGS 연구정책의 방향과 USGS 수자원국의 지하수 분야의 테마, 생물국의 전략, 그리고 지하수 연구자들의 모델링 분야 보고서 표준화 노력에 대하여 다운사이징의 방법으로 소개하였다. USGS는 생태계와 생태계 변화에 중점을 둔 연구를 최우선 주제로 제시하였으며, 지하수 분야는 특히 이 정책 주제의 중심에 있다고 할 수 있다. 이 소개를 통하여 우리 연구자들의 현재를 돌아보고 앞으로의 계획에 도움을 줄 수 있기를 기대 하는 바이다. This report is providing recent USGS policy on various ground-water research themes, which bears on i) USGS future policy within next decade, ii) recent ground-water science research topics, and iii) publication policy on ground-water modeling publication. USGS, an outstanding leading organization in the world geological sciences, has been taking higher priority on ecosystems and its changes than any other themes. This report will be helpful for us to compare our present status and to prepare future plan.

고남산(古南山) 함(含)티탄자철광상(磁鐵鑛床)의 모암(母岩)인 알카리반려암질암의 암석화학적(岩石化學的) 연구(硏究)

장호완,염병우,박노영,Chang, Ho Wan,Yum, Byoung Woo,Park, No Young 대한자원환경지질학회 1987 자원환경지질 Vol.20 No.2

The host rocks of titaniferous magnetite deposits in Gonamsan are alkaline gabbros, which are typical of undersaturated alkaline rocks in terms of the lack of normative quartz. According to field occurrences and petrographic features, these alkaline gabbros are divided into 3 rock types: coarse-grained and pegmatitic rock, medium-grained rock with equigranular texture, and layered cumulate rock. All these rocks mainly contain clinopyroxene(salite), plagioclase(An 43-66), pargasite, and ilmenite. The accessory minerals are apatite, sphene, quartz, and sometimes titaniferous magnetite. Pargasite, sphene, and quartz are considered to be secondary minerals formed by the reaction among clinopyroxene, plagioclase and Fe-Ti oxide at deuteric stage. Fe-Ti oxides generally occur as ilmenite in the alkaline rocks, and titaniferous magnetite in the ore deposits. Layered cumulate rocks are characterized by a recurrence of discontinuous thin mesolayer of clinopyroxene-pargasite within leucolayer mainly composed of plagioclase. Clinopyroxene is cumulus mineral whereas plagioclase, ilmenite and apatite occur as intercumulus minerals. According to the variation diagrams of oxide and trace element contents against the differentiation index, incompatible elements, such as Na, Ba and Sr, show positive correlations whereas compatible elements, such as Mg and Cr, show negative correlations. However some compatible elements, such as Co, Ni and V show irregular variations, reflecting relative cumulate status of cumulus and intercumulus minerals. On the de la Roche multicationic diagram, these alkaline gabbros are distributed along the differentiation curve of undersaturated alkaline series from alkaline basaltic composition through basanitic composition to tephritic composition. Layered cumulate rocks, which are distributed between basanitic composition and tephritic composition, reflect their cumulate character, slightly scattering away from the curve. The medium-grained rock shows higher contents in Ba, Sr and light rare earch elements than the coarse-grained and pegmatitic rock. The former shows two times higher contents of total rare earth elements than the latter, $while(La/Lu)_{cn}$ ratios maintain fairly constant values of 5.08~5.06 in these two rocks. This means that coarse-grained and pegmatitic rock, as compared with the medium-grained rock, was formed by the earlier differentiated magma but rare-earth element distribution pattern remained almost parallel during differentiation. From the data the above mentioned, these alkaline gabbros are considered to be comagmatic and to be formed by intrusions of differentiated magmas in its reservoir.

국가지하수관측소 충적관측정의 수위 변동 유형 분류 및 특성 비교

김규범,염병우,Kim, Gyoo-Bum,Yum, Byoung-Woo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.5

현재 운영중인 국가지하수관측소의 지하수위 변동 특성을 파악하고자, 2003년부터 2005년까지의 156주 동안의 202개 암반관측정과 112개 충적관측정을 대상으로 주성분분석을 실시하였다. 암반 및 충적관측정의 지하수위에 대하여 80% 정도 설명 가능한 8개 주성분을 각각 추출하였으며 이중 충적관측정에 대해서는 주성분 인자적재값을 이용하여 군집분석을 실시한 결과 강우에 대한 지하수위의 반응(군집 1: 4.6일, 군집 2: 24.1일, 군집 3: 1.4일), 수위 변동추세(군집 1: $2.05{\times}10^{-4}$ m/day, 군집 2: $-7.85{\times}10^{-4}$ m/day, 군집 3: $-3.51{\times}10^{-5}$ m/day), 수위 변동 폭(군집 1 < 군집 2 < 군집3) 등에 의하여 설명되는 3개의 군집으로 분류되었으며, 각 군집은 유의수준 0.05에서 인근 하천과의 거리(군집 3 < 군집 2 < 군집 1), 지하수 함양율(군집 3 < 군집 2 < 군집 1) 및 지형 경사 특성(군집 3이 평야지대, 군집 1은 급경사 지역) 등에 차이를 보이는 것으로 나타났다. The principal component analysis was performed to identify the general characteristics of groundwater level changes from 202 deep and 112 shallow wells monitoring data, respectively, which came from the National Groundwater Monitoring Stations operated by KWATER with time spans of 156 continuous weeks from 2003 to 2005. Eight principal components, which accounted for 80% of the variability of the original time series, were extracted for water levels of shallow and deep monitoring wells. As a result of cluster analysis using the loading value of three principal components for shallow wells, shallow monitoring wells were divided into 3 groups which were characterized with a response time to rainfall (Group 1: 4.6 days, Group 2: 24.1 days, Group 3: 1.4 days), average long-term trend of water level (Group 1: $2.05{\times}10^{-4}$ m/day, Group 2: $-7.85{\times}10^{-4}$ m/day, Group 3: $-3.51{\times}10^{-5}$ m/day) and water level difference (Group 1 < Group 2 < Group 3). Additionally, they showed significant differences according to a distance to the nearest stream from well (Group 3 < Group 2 < Group 1), topographic slope of well site (Group 3: plain region, Group 1: mountainous region) and groundwater recharge rate (Group 3 < Group 2 < Group 1) with a p-value of 0.05.

해수 침투에 대한 층상 불균질성 및 지하수 양수 방식의 영향 삼차원 수치 모의

박화석,김중휘,염병우,김준모,Park, Hwa-Seok,Kihm, Jung-Hwi,Yum, Byoung-Woo,Kim, Jun-Mo 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.4

지질 매체의 층상 불균질성과 지하수 양수 방식이 해안 대수층 내에서의 지하수 유동과 염분 이동에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위하여 수리동역학적 분산 수치 모델을 이용한 일련의 삼차원 수치 모델링이 수행되었다. 해수 침투에 대한 층상 불균질성의 영향을 평가하기 위하여 하부 사토층(대수층)과 상부 점토층(준대수층)으로 구성된 층상 불균질 해안 대수층과 이에 상응하는 등가의 물질로 구성된 균질 해안 대수층을 수치 모델링하였다. 또한 해수 침투에 대한 지하수 양수 방식의 영향을 평가하기 위하여 전체 수치 모델링 기간 동안에 동일한 양의 지하수를 양수하는 연속적인 지하수 양수 방식과 두 개의 주기적인 지하수 양수 방식을 상기한 두 해안 대수층에 적용하였다. 수치 모델링 결과는 주기적인 지하수 양수 방식이 층상 대수층의 하부 사토층뿐만 아니라 상부 점토층에서의 지하수 유동과 염분 이동에 보다 중대한 악영향을 끼치며, 주기적인 지하수 양수 시에 양수 강도가 클수록 지하수 염수화가 공간적 및 시간적으로 더욱 심화됨을 보여준다. 이는 해수 침투에 의한 지하수 염수화를 최소화하기 위해서는 지속적인 지하수 양수 방식이 보다 더 적합할 수 있음을 의미한다. 또한 수치 모델링 결과는 주기적인 지하수 양수시에 상부 점토층에서의 지하수 염수화 양상이 하부 사토층에서의 그것에 비해 매우 다르게 발생함을 보여준다. 이러한 두 지층 사이의 지하수 염수화 양상의 차이는 층상 해안 대수층의 층상 불균질성에 기인하는 것으로 해석된다. A series of three-dimensional numerical simulations using a hydrodynamic dispersion numerical model is performed to analyze quantitatively impacts of layered heterogeneity of geologic media and groundwater pumping schemes on groundwater flow and salt transport in coastal aquifer systems. A two-layer heterogeneous coastal aquifer system composed of a lower sand layer (aquifer) and an upper clay layer (aquitard) and a corresponding single-layer homogeneous coastal aquifer system composed of an equivalent lumped material are simulated to evaluate impacts of layered heterogeneity on seawater intrusion. In addition, a continuous groundwater pumping scheme and two different periodical groundwater pumping schemes, which withdraw the same amount of groundwater during the total simulation time, are applied to the above two coastal aquifer systems to evaluate impacts of groundwater pumping schemes on seawater intrusion. The results of the numerical simulations show that the periodical groundwater pumping schemes have more significant adverse influences on groundwater flow and salt transport not only in the lower sand layer but also in the upper clay layer, and groundwater salinization becomes more intensified spatially and temporally as the pumping intensity is higher under the periodical groundwater pumping schemes. These imply that the continuous groundwater pumping scheme may be more suitable to minimize groundwater salinization due to seawater intrusion. The results of the numerical simulations also show that groundwater salinization in the upper clay layer occurs significantly different from that in the lower sand layer under the periodical groundwater pumping schemes. Such differences in groundwater salinization between the two adjacent layers may result from layered heterogeneity of the layered coastal aquifer system.

레거시 정보 기반의 도심지 지반함몰 위험도 평가 체계

류동우(Ryu, Dong Woo),염병우(Yum, Byung Woo),이인환(Lee, In Hwan),서장원(Suh, Jang Won),최요순(Choi, Yo Soon) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

도심지 지반함몰 발생기구 확인을 위한 실규모 인공함몰 모사실험

류동우(Dong-Woo Ryu),염병우(Byoung-Woo Yum),이홍진(Hong-Jin Lee),정승원(Sueng Won Jeong),정병주(Byeongju Jung) 대한토목학회 2017 대한토목학회지 Vol.65 No.9

지하수 리질리언스의 정량적 평가 방안

유순영,김호림,윤성택,류동우,염병우,Yu, Soonyoung,Kim, Ho-Rim,Yun, Seong-Taek,Ryu, Dong-Woo,Yum, Byoung-Woo 한국지하수토양환경학회 2021 지하수토양환경 Vol.26 No.5

The concept of resilience seems applicable for sustainable groundwater management. The resilience is broadly defined as the ability of a system to resist changes by external forces (EFs), and has been used for disaster management and climate change adaptation, including the groundwater resilience to climate change in countries where groundwater is a major water resource, whereas not yet in the geological society of South Korea. The resilience is qualitatively assessed using the absorptive, adaptive, and restorative capacity representing the internal robustness, self-organization, and external recovery resources, respectively, while quantitatively using the system impact (SI) and recovery effort (RE). When the groundwater is considered a complicated system where physicochemical, biological, and geological components interact, the groundwater resilience can be defined as the ability of groundwater to maintain the targeted quality and quantity at any EFs. For the quantitative assessment, however, the resilience should be specified to an EF and measurable parameters should be available for SI and RE. This study focused on groundwater resilience to two EFs in urban areas, i.e., pollution due to land use change and groundwater withdrawal for underground structures. The resilience to each EF was assessed using qualitative components, while measurements for SI and RE were discussed.

입상 활성탄을 이용한 형광물질 추적자시험 적용성 연구

이진용,황현태,이명재,김용철,염병우,Lee, Jin-Yong,Hwang, Hyoun-Tae,Yi, Myeong-Jae,Kim, Yong-Cheol,Yum, Byoung-Woo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.4

최근에 형광물질을 이용한 추적자 시험이 빈번해지고 있다. 본 연구에서는 형광물질 추적자 시험시 농도측정 방법으로서 입상 활성탄을 이용하는 방법의 적용가능성을 실내 및 현장실험을 통해 평가하였다. 실내실험 결과 로다민 WT 및 우라닌 개별용액의 경우 활성탄 흡착 농도는 실제 표준농도와는 일부 차이가 있지만 각 표준농도와 선형성은 매우 뛰어난 것으로 나타났다. 또한 $10{\mu}g/L$ 이상의 형광물질 농도에서는 활성탄의 적용성이 뛰어났다. 한편 두 형광물질을 혼합한 경우에는 간섭의 영향으로 활성탄 적용성이 떨어졌다. 실제 현장에서 활성탄을 이용하여 추적자 시험을 한 결과, 통상적으로 수행하는 직접적인 물시료 채취분석법과 비교하였을 때 활성탄을 이용한 흡착방법도 충분히 현장 적용성이 있으며 저농도에서는 습식 그리고 고농도에서는 건식으로 분석한다면 보다 정확한 형광물질 농도측정이 되는 것으로 나타났다. 특히 오염물질 확산 평가 등이 목적이 아니라 추적자 물질의 도달확인(즉 수리적 연결성 진단)이 주요 목적이고 추적자시험의 예상 소요기간이 길다면 활성탄을 활용한 방법은 매우 비용경제적일 것으로 사료된다. In recent tests using tracer have been frequently conducted by fluorescent tracers. In this study, granular activated charcoal (GAC) as a detector for the fluorescent tracers (rhodamine WT and uranine) was investigated through laboratory and field tests. In the laboratory tests, tracer concentrations of rhodamine WT and uranine determined by the GAC were slightly different from those of standard solutions but they were excellent in linearity. Results show that GAC is excellent as tracer detector when concentration of the fluorescent tracers is greater than 10 & micro; g/L whileas no obvious differences in mixed solutions of the two tracers due to interferences. Compared to conventional methods of water sampling, field results shows a high potential of GAC as a tracer in the field. Our results also show that wet analysis is better for the lower concentrations of tracers whileas dry analysis is good for high concentrations of tracers. This study demonstrates that fluorescent tracer detection using the GAC is very useful and economical for a hydraulic connection between target areas and very longer period of the tracer test.

시계열 분석을 이용한 하천수위에 따른 다심도 관정의 지하수위 변동해석

하규철,고경석,고동찬,염병우,이강근,Ha Kyoo-Chul,Ko Kyung-Seok,Koh Dong-Chan,Yum Byoung-Woo,Lee Kang-Kun 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.3

지하수위와 하천수위와의 상호반응과 수리적으로 다른 특성을 가지는 각 층별(실트질 모래층, 자갈모래층, 풍화대층) 반응관계를 알아보기 위하여 시계열 분석에서 많이 사용되어 온 방법인 자기상관분석과 교차상관분석방법을 이용하였다. 만경강 하천부지에 각 층을 대표하는 깊이에서 지하수위를 관측한 결과, 지하수위가 강수량보다는 하천수위변동에 민감하게 반응하고 있었다. 연구지역의 하천수위변동은 만경강 제수문의 조절과 조석의 영향을 받아 주기적인 수위변동이 우세하기 때문에 강수량과의 상관성은 낮다. 다심도 관정에서 각층별 하천수위에 대한 지하수위 반응은 시간지연 없이 서로 같이 변동하는 것으로 나타났으며, 반응시간은 하천과 가까운 관정에서 30-60분 이내로 빠르며 하천에서 거리가 멀어지면서 반응시간은 대체로 늦게 나타났다. 그러나 하천과 멀리 떨어져 있는 관정이더라도 하천수위에 대하여 빠른 반응을 보이는 관정이 있으며, 이는 하천과 대수층과의 높은 수리적 연결성을 나타낸다. 지하수위의 하천에 대한 반응양상이 다르게 나타나는 것은 대수층의 수리적 불균질성에 의한 것으로 사료된다. 연구지역의 하천은 대체로 지하수위가 하천수위보다 높게 관측되고 있기 때문에 지하수가 하천으로 유출되는 이득하천의 성격을 가지고 있다고 판단되나, 하천의 급격한 수위상승에 따라 역으로 하천의 물이 지하수로 공급되는 손실하천의 성격도 보여주었다. 하천수위와 대수층이 연결된 시스템에서 시계열분석으로서의 자기 및 교차상관분석은 수리적 상호관계를 파악하기 위한 유용한 도구로 활용될 수 있다. Aquifer responses to the river stage fluctuations were analyzed between the groundwater level and the river stage in an alluvial aquifer. The auto-correlation and cross-correlation as a time series analysis were applied. Study site is a floodplain in the Mangyeong river. Groundwater levels in each depth representing the silt and sand(SS), gravel and sand(GS), and weathered zone(WZ) layer were monitored. The groundwater levels were more sensitive to the river stage fluctuations than rainfall. Since the river stages are influenced by the gate operations downstream and tide, show periodic patterns, and the correlation coefficients with rainfall is low. Cross-correlation function between groundwater level in each depth do not show any delay time, then response time is very short to each depth. Cross-correlation analysis were performed to estimate the response time of groundwater levels to river stage fluctuations. Groundwater levels respond to the river stage within 30 minutes to 1 hour in wells near the stream. Short time lag between groundwater level and river stage indicates the quick response. A different response time imply the hydraulic inhomogeneity of the site, and a probable high permeability zone between river and aquifer can be inferred. Mangyeong-river in study site is a gaining stream normally, and river stage rising by gate operation or floods makes river water flow into groundwater. The auto-correlation and cross-correlation functions as a time series analysis can be a good tool to interpret the aquifer responses to stream stage fluctuation

Current status of CO₂ injection system for geologic sequestration in foreign countries

김태희(Taehee Kim),김정찬(Jeong-Chan Kim),염병우(Byung-Woo Yum) 대한지질학회 2009 지질학회지 Vol.45 No.5