지하수 변동자료와 모델링을 이용한 직리터널의 지하수 유출량 평가

이정환,함세영,정재열,정재형,김남훈,김기석,전항탁,Lee, Jeong-Hwan,Hamm, Se-Yeong,Cheong, Jae-Yeol,Jeong, Jae-Hyeong,Kim, Nam-Hoon,Kim, Ki-Seok,Jeon, Hang-Tak 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.5

일반적으로 균열 암반 내 지하수 흐름을 이해하는 것은 터널 굴착과 지하 동굴 건설시 중요한 사안이다. 이런 경우에 굴착이전부터 굴착완료까지의 시추공 자료는 균열암반 내 지하수 유동 변화를 고찰하는데 있어서 유용하다. 그러나 충분한 시추공 자료가 여의치 않은 경우가 많다. 본 연구는 경기도 광주시 직리터널 지역에 대해 수리상수, 터널 굴착 후기의 지하수 모니터링 자료, 국가지하수관측망 자료, 전기비저항탐사 자료를 이용하여 직리터널 건설로 인한 지하수 유출량을 평가하였다. 해석학적 방법에 의해 계산된 지하수 유출량은 $7.12{\sim}74.4\;m^3/day/m$이었으며, 수치 모델링을 이용하여 산출된 지하수 유출량은 $64.8\;m^3/day/m$이다. 두가지 모델을 비교할 때, 수치 모델링에서는 공간적인 수리상수 변화를 고려할 수 있는 반면에 해석학적 방법으로는 이것이 불가능하기 때문에 수치 모델링에 의한 지하수 유출량이 더 합리적인 것으로 판단된다. 한편, 수치 모델링에 의하면 터널 건설이 완료되고 약 1년 후에는 하강되었던 지하수위가 터널 굴착이전으로 회복되는 것으로 모사되었다. In general, understanding groundwater flow in fractured bedrock is critical during tunnel and underground cavern construction. In that case, borehole data may be useful to examine groundwater flow properties of the fractured bedrock from pre-excavation until completion stages, yet sufficient borehole data is not often available to acquire. This study evaluated groundwater discharge rate into Jikri tunnel in Gyeonggi province using hydraulic parameters, groundwater level data in the later stage of tunneling, national groundwater monitoring network data, and electrical resistivity survey data. Groundwater flow rate into the tunnel by means of analytical method was estimated $7.12-74.4\;m^3/day/m$ while the groundwater flow rate was determined as $64.8\;m^3/day/m$ by means of numerical modeling. The estimated values provided by the numerical modeling may be more logical than those of the analytical method because the numerical modeling could take into account spatial variation of hydraulic parameters that was not possible by using the analytical method. Transient modeling for a period of one year from the tunnel completion resulted in the recovery of pre-excavation groundwater level.

풍기 지역 지하수의 수리지구화학 및 환경동위원소 특성 연구

윤성택,채기탁,고용권,김상렬,최병영,이병호,김성용 한국지하수토양환경학회 1998 지하수환경 Vol.5 No.4

For various kinds of waters including surface water, shallow groundwater (<70 m deep) and deep groundwater (500∼810 m deep) from the Pungki area, an integrated study based on hydrochemical, multivariate statistical, thermodynamic, environmental isotopic (tritium, oxygen-hydrogen, carbon and sulfur), and mass-balance approaches was attempted to elucidate the hydrogeochemical and hydrologic characteristics of the groundwater system in the gneiss area. Shallow groundwaters are typified as the 'Ca-HCO$_3$'type with higher concentrations of Ca, Mg, SO$_4$and NO$_3$, whereas deep groundwaters are the 'Na-HCO$_3$'type with elevated concentrations of Na, Ba, Li, H$_2$S, F and Cl and are supersaturated with respect to calcite. The waters in the area are largely classified into two groups: 1) surface waters and most of shallow groundwaters, and 2) deep groundwaters and one sample of shallow groundwater. Seasonal compositional variations are recognized for the former. Multivariate statistical analysis indicates that three factors may explain about 86% of the compositional variations observed in deep groundwaters. These are: 1) plagioclase dissolution and calcite precipitation, 2) sulfate reduction, and 3) acid hydrolysis of hydroxyl-bearing minerals(mainly mica). By combining with results of thermodynamic calculation, four appropriate models of water/ rock interaction, each showing the dissolution of plagioclase, kaolinite and micas and the precipitation of calcite, illite, laumontite, chlorite and smectite, are proposed by mass balance modelling in order to explain the water quality of deep groundwaters. Oxygen-hydrogen isotope data indicate that deep groundwaters were originated from a local meteoric water recharged from distant, topograpically high mountainous region and underwent larger degrees of water/rock interaction during the regional deep circulation, whereas the shallow groundwaters were recharged from nearby, topograpically low region. Tritium data show that the recharge time was the pre-thermonuclear age for deep groundwaters (<0.2 TU) but the post-thermonuclear age for shallow groundwaters (5.66∼7.79 TU). The $\delta$$\^$34/S values of dissolved sulfate indicate that high amounts of dissolved H$_2$S (up to 3.9 mg/1), a characteristic of deep groundwaters in this area, might be derived from the reduction of sulfate. The $\delta$$\^$13/C values of dissolved carbonates are controlled by not only the dissolution of carbonate minerals by dissolved soil CO$_2$(for shallow groundwaters) but also the reprecipitation of calcite (for deep groundwaters). An integrated model of the origin, flow and chemical evolution for the groundwaters in this area is proposed in this study. 경북 풍기읍 일대의 선캠브리아기 편마암 지역에 부존하는 지하수계의 수리지구화학.수리지질학적 특성을 규명하기 위하여, 지표수, 천층 지하수(심도<70 m) 및 심층 지하수(심도 500~810 m)를 대상으로 수리화학, 다변량 통계, 열역학, 환경 동위원소(삼중수소, 산소-수소, 탄소, 황) 및 질량 보존 모델링을 포함한 종합적인 연구를 수행하였다. 천층 지하수의 수질은 Ca, Mg, SO$_4$및 NO$_3$의 함량이 높은 'Ca-HCO$_3$' 유형으로 특징되는 반면, 심층 지하수는 Na, Ba, Li, H$_2$S, F 및 Cl의 함량이 높고 방해석에 대해 포화 상태를 보이는 'Na-HCO$_3$' 유형으로 특징된다. 본 지역 자연수의 수질은 크게 두 유형, 즉 1) 지표수 및 천층 지하수와 2) 심층 지하수 및 일부천층 지하수로 대분되며, 앞의 유형은 계절적인 조성 변화를 나타낸다. 다변량 통계 분석 결과, 심층 지하수의 수질을 지배하는 세 개의 요인이 도출되었다. 이들 요인은 총 86%의 설명력을 가지는데, 1) 사장석의 용해와 방해석의 침전, 2) 황산염의 환원, 3) 수산화 광물(특히 운모류)의 산성 가수 분해 반응으로 요약될 수 있다. 열역학적 해석 결과와 결합한 질량 보존 모델링을 통하여, 심층 지하수의 수질 특성을 지배하는 수/암 반응을 적절히 설명해 주는 네 개의 모델을 제시하였다. 각 모델은 사장석, 고령토 및 운모류 용해와 방해석, 일라이트, 로몬타이트, 녹니석 및 스멕타이트의 침전을 보여준다. 산소 및 수소 동위원소 연구 결과, 심층 지하수의 경우는 먼 거리의 고지대(소백산 일대)에서 충진된 강우로부터 기원한 후 광역적인 심층 순환을 하면서 상당한 정도의 수/암 반응을 수반한 반면, 천층 지하수는 근처의 저지대에서 충진되었음을 알 수 있다. 삼중수소 자료에 따르면, 심층 지하수(0.2 TU)의 충진 연령은 핵실험 이전인 반면, 천층 지하수(5.66~7.79 TU)는 핵실험 이후였다. 용존 황산염의 황동위원소 조성 분석을 통하여, 본 지역의 심층 지하수에서 특징적으로 높은 함량을 보이는 황화수소(최대 3.9mg/l) 는 황산염의 환원에 기인함을 밝혔다. 또한, 용존 탄산염의 탄소 동위원소비는 토양 이산화탄소에 의한 탄산염 광물의 용해(천층 지하수의 경우), 또는 방해석의 재침전(심층 지하수의 경우)에 의해 조절되고 있음을 확인하였다. 본 지역에 부존하는 지하수의 기원과 유동 및 화학적 진화를 종합적으로 보여주는 모델을 제시한다.

제주도 지하수 관리수위 설정에 관한 연구

김지욱,고기원,원종호,한찬,Kim Ji-Wook,Koh Gi-Won,Won Jong-Ho,Han Chan 한국지하수토양환경학회 2005 지하수토양환경 Vol.10 No.2

제주도는 우리나라 최다우지역에 속하지만 강우량의 편차가 심하여 이에 따른 년간 지히수 함양량과 적정개발량이 큰 차이를 보이고 있다. 이에 제주도에서는 이상 가뭄이 지속시 해수침투, 지하수위 강하 등의 장해를 예방하기 위하여 대표적인 지하수 관측정의 수위를 기준으로 수위 강하에 따른 적절한 조치를 취할 수 있도록 지하수 관리제도를 도입하였다. 본 연구에서는 이상 가뭄이 지속시 지하수 자원의 적절한 관리를 위해 강우량과 지하수위 관측자료의 분석을 통해 지하수위 강하에 따른 단계별 제한 조치를 취할 수 있는 지하수 관리수위를 제시하였다 우선, 제준 도의 30년간 강우자료를 대상으로 99% 신뢰구간의 하한값을 각 유역별 기준 강우량으로 설정하였으며, 기준 강우량 이하의 강우가 3개월 이상 지속된 기간의 지하수위 관측자료를 추출하였다. 이와 같이 추출된 지하수위 관측자료의 99% 신뢰구간의 하한값을 기준 지하수위로 설정하고, 기준 지하수위의 일정비율을 단계별 지하수 관리수위로 제시하였다. Jeju island is one of the highest rainfall areas in the Korean peninsular. However, variation in rainfall amount is much great with years, which resulted in substantial variation in annual groundwater recharge and sustainable yield. Therefore, to cope with groundwater hazard including sea water intrusion and water level decline in accordance with successive extreme drought, Jeju province established a stepwise action system, in which management of representative monitoring wells and corresponding actions to water level conditions was enforced. In this study, rainfall and groundwater monitoring data were analyzed to determine management groundwater level on Jeju island. First, rainfall data for last 30 years were analyzed, which yielded a lower limit of rainfall at a confidence level of 99% as a basis rainfall. Only when the rainfall less than the basis rainfall was sustained over 3 months, the water levels were targeted for the analysis. For the water level data selected using the above criteria, the lower limit of 99% confidence interval was determined as a reference groundwater level. Finally, some ratios of reference groundwater level was determined as stepwise management groundwater level on Jeju island.

지리정보시스템을 이용한 지하수 오염 평가

전효택,안홍일 한국지하수토양환경학회 1998 지하수환경 Vol.5 No.3

이 연구는 오염원이 산재해 있는 농촌지역으로 아산지역을, 그리고 공업단지와 주거지역이 위치한 공단지역으로 구로구지역을 연구대상지역으로 선정하여 공단지역과 농촌지역 지하수의 물리.화학적 특성과 오염 양상을 조사하였다. 또한 지하수의 효율적인 이용과 적절한 관리를 위해 지리정보시스템을 구축하고 이를 이용하여 지하수오염과 잠재점오염원의 공간적인 관련성을 규명하였다. 아산지역 지하수는 Ca-HCO$_3$유형의 지하수이며 SiO$_2$와 HCO$_3$함량비가 높은 특징을 보여 물-암석 반응이 지하수 성분을 지배하는 가장 큰 요인임을 보여준다. 구로구지역 지하수는 Ca-HCO$_3$유형의 지하수이며 Cl, NO$_3$및 SO$_4$등 오염물질이 부화되고 SiO$_2$에 비해 Ca 함량비가 더 높게 나타나는 등 다양한 오염원에 의한 영향을 반영하고있다. 아산지역에서는 37.5%(총 40개 중 15개)의 지하수 시료에서 NO$_3$,SO$_4$및 Zn의 함량이 먹는 물 수질 기준을 초과하는 오염현상이 조사되었으며, 대부분이 NO$_3$의 오염이었다. 축산농가 및 공장에 대해 오염영향범위를 조사하기 위해 버퍼링 분석을 실시한 결과 l00 m 거리에 걸쳐 오염의 영향이 미치고 있어 공장 및 축산농가가 지하수 오염의 직접적인 원인임을 확인하였다. 구로구지역에서는 64.7%(총 51개 중 33개)의 지하수 시료에서 NO$_3$, Cl, SO$_4$, Fe 및 Zn의 함량이 음용수 수질기준을 초과하는 오염현상이 확인되었다. NO$_3$오염은 50 m 이상의 심부지하수에서도 관찰되어 이미 심각한 오염현상이 진행되었음을 보여주었다. Cl 오염은 구로동 지역의 50 m 이하 천부지하수에서 관찰되었으나 구로동의 구로공단지역에서는 먹는 물 수질기준 이하의 낮은 함량을 보였다. 구로동지역은 70%, 고척동지역은 42%, 궁동지역은 14%의 지하수 시료에서 오염물질이 먹는 물 수질기준을 초과하는 오염현상이 조사되었다. In this study two sites were selected to investigate groundwater contamination and spatial relationship between pollution level and its source. One is the Asan area, agricultural district where pollution sources are scattered. The other is the Gurogu area of Seoul city, industrial district where industrial complex and residential areas are located. Groundwater samples collected from these districts were analysis for chemical constituents. The attribute value files of the chemical constituents of groundwater and the spatial layers have been constructed and the pollution properties have been investigated to find out spatial relationships between the groundwater constituents and pollution sources using CIS. Relatively high contents of Si and HCO$_3$ in groundwater from the Asan area reflect the effect of water-rock interaction, whereas high contents of Cl, NO$_3$, SO$_4$and Ca in groundwater from the Gurogu area are due to the pollution of various sources. Pollution over the critical level of Korean Dinking Water Standard has been investigated from 15 sampling sites out of 40 in the Asan area, and 33 sampling sites out of 51 in the Gurogu area. There is pollution of NO$_3$, Cl, Fe, Mn, SO$_4$and Zn in groundwater from the Gurogu area, and that of NO$_3$, SO$_4$and Zn in groundwater from the Asan area. Principal pollution in both areas is NO$_3$contamination. Deep groundwater from the Asan area is not contaminated with NO$_3$except for one site and most of shallow groundwater near the potential point sources such as factory and stock farm is contaminated seriously. Groundwater from the Gurogu area has been already polluted seriously considering the fact of contamination of deep groundwater. This study reports a spatial relationship between the pollution level and pollution source using GIS.

유역 유출과정과 지하수위 변동을 고려한 분포형 지하수 함양량 산정방안

정일문,김남원,이정우,Chung, Il-Moon,Kim, Nam-Won,Lee, Jeong-Woo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.5

우리나라에서 대표적으로 사용되어 온 지하수 함양량 산정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법, 유역내의 집중형 개념모형에 의한 물수지 분석, 그리고 지하수위 변동곡선법으로 대별된다. 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용 그리고 수문지질학적 불균질성에 따르는 시공간적인 변동성을 나타내므로 전술한 방법들은 이같은 특성을 다루기에는 많은 제약을 가진다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형인 SWAT-MODFLOW로부터 얻어진 물수지 성분을 기초로 한 새로운 함양량 추정방법을 제시하고자 한다. 하천변에 위치한 지하수위는 하천흐름과 유사한 동적변화를 나타내는 반면 보다 상류부에 위치한 지하수위는 강수에 대하여 일정한 지체현상을 나타낸다. 이와 같은 지하수위 변동의 특징은 함양의 물리적 특성과 관련되므로 이 같은 현상을 설명하기 위해서는 토양층을 통과한 물이 대수층 함양에 도달하는데 걸리는 시간적 지체를 설명하는 것이 필요하다. SWAT 모형에서는 주어진 날에 대해 물이 토양층을 통과하여 대수층으로 함양되는 과정을 설명하기 위해 지수형태의 감쇠가중함수를 가진 단일 저수지 저류 모듈을 사용한다. 그런데 이 모듈은 지체시간이 긴 경우나 추정된 함양의 시계열이 지하수위 시계열과 잘 맞지 않는 제한 사항을 가지므로, 본 연구에서는 비포화대를 통과하는 시간 지체를 보다 현실적으로 반영할 수 있는 다단 저수지 저류 추적 모듈을 개발하여 SWAT모형에 탑재하였으며, 이 모듈내의 시간지체와 관련된 매개변수는 관측지하수위와 모의 함양량의 상관관계를 검토함으로써 최적화가 이루어지도록 하였다. 본 연구방법의 최종 단계는 모의 지하수위와 관측 지하수위, 그리고 관측 유역유출량과 모의 유출량을 검증함으로써 종결된다. 새롭게 제안된 방법을 우리나라 미호천 유역에 적용하여 지하수 함양량의 시공간적 분포를 추정하였는데 제시된 방법이 유역 모형의 효율성과 지하수위 변동법의 정확성이라는 장점을 모두 가진 방법이어서 추정된 일 함양량은 수리지질학적 불균질성, 기후조건, 토지이용과 토양층과 대수층의 거동까지 반영한 매우 개선된 값으로 판단된다. In Korea, there have been various methods of estimating groundwater recharge which generally can be subdivided into three types: baseflow separation method by means of groundwater recession curve, water budget analysis based on lumped conceptual model in watershed, and water table fluctuation method (WTF) by using the data from groundwater monitoring wells. However, groundwater recharge rate shows the spatial-temporal variability due to climatic condition, land use and hydrogeological heterogeneity, so these methods have various limits to deal with these characteristics. To overcome these limitations, we present a new method of estimating recharge based on water balance components from the SWAT-MODFLOW which is an integrated surface-ground water model. Groundwater levels in the interest area close to the stream have dynamics similar to stream flow, whereas levels further upslope respond to precipitation with a delay. As these behaviours are related to the physical process of recharge, it is needed to account for the time delay in aquifer recharge once the water exits the soil profile to represent these features. In SWAT, a single linear reservoir storage module with an exponential decay weighting function is used to compute the recharge from soil to aquifer on a given day. However, this module has some limitations expressing recharge variation when the delay time is too long and transient recharge trend does not match to the groundwater table time series, the multi-reservoir storage routing module which represents more realistic time delay through vadose zone is newly suggested in this study. In this module, the parameter related to the delay time should be optimized by checking the correlation between simulated recharge and observed groundwater levels. The final step of this procedure is to compare simulated groundwater table with observed one as well as to compare simulated watershed runoff with observed one. This method is applied to Mihocheon watershed in Korea for the purpose of testing the procedure of proper estimation of spatio-temporal groundwater recharge distribution. As the newly suggested method of estimating recharge has the advantages of effectiveness of watershed model as well as the accuracy of WTF method, the estimated daily recharge rate would be an advanced quantity reflecting the heterogeneity of hydrogeology, climatic condition, land use as well as physical behaviour of water in soil layers and aquifers.

지하수 분류도 작성에 의한 서울시 지하수 보전지구 선정\ulcorner관리 방안 연구

김윤종,이석민,원종석,이성복 한국지하수토양환경학회 2001 지하수토양환경 Vol.6 No.4

The Section 12 of Groundwater Law stipulates that groundwater conservation zone should be regulated by the designation of conservation area and development restricted area, The most important policy for groundwater conservation and protection is to estimate and designate groundwater conservation zone. The groundwater classification map is utilized to determine the prime groundwater conservation areas, which delineate the first and the second ranked conservation areas of the map. According to the classification method of the Ministry of Construction and Transportation in 2000, groundwater quality for groundwater classification is classified with 4 levels based on the following conditions : (1) the present groundwater quality; (2) the potential usage as drinking water at present and in the future; (3) hydrogeological characteristics, and (4) the existence of pollution sources and activities. Throughout the initial analysis, the groundwater conservation areas are represented about 57.1$\textrm{km}^2$ in the groundwater classification map, which is 9.4% of Seoul Metropolitan Area. The management guidelines for groundwater conservation area are also developed referring to Cheju Province Groundwater Conservation Management Project and the guidelines by the Ministry of Construction and Transportation. But the specific administration and detailed technical survey should be prepared to efficiently manage the groundwater conservation area. 지하수의 보전 보호를 위한 정책 중 가장 중요한 것이 지역적으로 지하수 보전구역을 지정하여 관리하는 것이며, 지하수 보전구역은 지하수법(제12조)에 의하여 지하수 보전지구와 개발제한지구로 분류되어 관리하도록 규정되어 있다. 금번연구에서는 GIS(지리정보시스템)을 이용하여 서울시 지하수 분류도를 먼저 작성한 후 가장 수질이 양호한 1급 및 2급 지하수 대창지역(상류의 지하수 함양지역이나 유일 대수층지역 등)을 지하수 보전지구의 우선 대상지역으로 선정하였으며, 지하수분류는 건설교통부(2000)에서 제시한 지하수의 현재 수질상태, 음용수원으로서의 현재 및 장래 이용성, 기초 수리지질특성, 각종 지하수오염유발행위.시설 소재여부 등에 따라 4등급 분류방법을 기본으로 하였다. 작성된 지하수 분류도에서 1차 선정된 서울시 지하수 보전지구 우선 대상지는 약 57,1$\textrm{km}^2$(서울시 전체면적의 약 9.4%)로 나타났으며, 보전지구의 최종 지정을 위해서는 대상지역에 대한 지하수 정밀조사가 필요하다. 또한 지하수 보전지구의 관리방안도 제주도(2000)와 건설교통부(2000)의 지하수 보전관리계획을 참조하여 서울시에 적합한 안이 마련되었다.

수리지구화학적 인자와 환경 추적자의 주기적 관측에 의한 제주도 지하수의 수질과 함양 특성 분석

고동찬,전수현,박기화,Koh, Dong-Chan,Cheon, Su-Hyun,Park, Ki-Hwa 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.4

Groundwater from public wells was monitored during one year with two month interval for hydrogeochemical parameters and chlorofluorocarbons (CFCs) as environmental tracers in Jeju Island. Concentrations of major cations and $SiO_2$ show variation less than 10% whereas $NO_3$ and dissolved oxygen (DO) showed larger variation though DO variation did not change oxic or suboxic condition. $NO_3$ concentration has no consistent seasonal pattern with the largest variation of 35%. Groundwater ages determined by CFCs became temporarily younger by 5 years in October for groundwater with ages of 15 to 25 years, which can be attributed to infiltrating water in rainy season. Compared to air temperature, groundwater temperature has much smaller variation with no phase difference, which can be accounted for by a two-component model consisting of infiltrating water from surface and deeper groundwater with negligible temperature variation. The relatively small variation in groundwater age and temperature indicates that groundwater recharge through fast flow-paths is much smaller compared with basal groundwater in terms of aquifer storage. 제주도의 관정 지하수에 대해 2개월 간격으로 1년 동안 수행한 주기 조사에서 주요 양이온, $SiO_2$ 등은 10% 이내의 변동폭을 보여 계절적인 수질 변화가 크지 않음을 지시하였지만, $NO_3$, 용존 산소 (DO) 등은 비교적 큰 변동을 보였다. DO 변동 수준은 산화-환원 환경이 변화하는 수준은 아니었다. $NO_3$는 동일한 계절적인 변동 경향을 보여주지는 않지만 상당수 관정에서 10% 이상(최대 35%)의 변동폭을 보였다. CFCs를 이용하여 결정한 지하수 연령은 15-25년 내외의 연령을 가지는 지하수 관정들에서 10월에 일시적으로 5년 정도 감소하는 경향을 보이는데, 이는 여름 철 강수에 의해 함양되는 지하수가 기저 지하수에 지연되어 도달하여 기저 지하수의 연령을 감소시키기 때문인 것으로 보인다. 기온과 비교하여 변동폭은 월등히 작지만 위상차가 없는 지하수 온도 변동 특성은 강수에서 유래되는 유입수에 의해 온도 변화가 거의 없는 기저 지하수가 함양되는 모형으로 설명될 수 있다. 지하수의 CFC 연령과 지하수 온도의 비교적 작은 연간 변동폭은 대수층 저류량 면에서 빠른 경로를 통해 유입되는 지하수 함양이 기저 지하수에서 차지하는 비중이 작음을 지시한다.

지하수 분류도 작성에 의한 서울시 지하수 보전지구 선정·관리 방안 연구

김윤종,이석민,원종석,이성복 한국지하수토양환경학회 2001 지하수토양환경 Vol.6 No.4

지하수의 보전·보호를 위한 정책 중 가장 중요한 것이 지역적으로 지하수 보전구역을 지정하여 관리하는 것이며, 지하수 보전구역은 지하수법(제12조)에 의하여 지하수 보전지구와 개발제한지구로 분류되어 관리하도록 규정되어 있다. 금번 연구에서는 GIS(지리정보시스템)을 이용하여 서울시 지하수 분류도를 먼저 작성한 후 가장 수질이 양호한 1급 및 2급 지하수 대상지역(상류의 지하수 함양지역이나 유일 대수충지역 등)을 지하수 보전지구의 우선 대상지역으로 선정하였으며, 지하수 분류는 건설교통부(2000)에서 제시한 지하수의 현재 수질상태, 음용수원으로서의 현재 및 장래 이용성, 기초 수리지질특성, 각종 지하수오염유발행위·시설소재여유 등에 따라 4등급 분류방법을 기본으로 하였다. 작성된 지하수 분류도에서 1차 선정된 서울시 지하수 보전지구 우선 대상지는 약 57.1㎢(서울시 전체면적의 약 9.4%)로 나타났으며, 보전지구의 최종 지정을 위해서는 대상지역에 대한 지하수 정밀조사가 필요하다. 또한 지하수 보전지구의 관리방안도 제주도(2000)와 건설교통부(2000)의 지하수 보전관리계획을 참조하여 서울시에 적합한 안이 마련되었다. The Section 12 of Groundwater Law stipulates that groundwater conservation zone should be regulated by the designation of conservation area and development restricted area. The most important policy for groundwater conservation and protection is to estimate and designate groundwater conservation zone. The groundwater classification map is utilized to determine the prime groundwater conservation areas, which delineate the first and the second ranked conservation areas of the map. According to the classification method of the Ministry of Construction and Transportation in 2000, groundwater quality for groundwater classification is classified with 4 levels based on the following conditions ; (1) the present groundwater quality; (2) the potential usage as drinking water at present and in the future; (3) hydrogeological characteristics; and (4) the existence of pollution sources and activities. Throughout the initial analysis, the groundwater conservation areas are represented about 57.1㎢ in the groundwater classification map, which is 9.4% of Seoul Metropolitan Area. The management guidelines for groundwater conservation area are also developed referring to Cheju Province Groundwater Conservation Management Project and the guidelines by the Ministry of Construction and Transportation. But the specific administration and detailed technical survey should be prepared to efficiently manage the groundwater conservation area.

DRASTIC 모델 및 지하수 수치모사 연계 적용에 의한 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 평가

이현주,박은규,김강주,박기훈,Lee, Hyun-Ju,Park, Eun-Gyu,Kim, Kang-Joo,Park, Ki-Hoon 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.1

본 연구에서는 지하수 오염 취약성 평가 방법 중 가장 활용도가 높은 DRASTIC 기법 및 지하수 수치모사 기법을 병행하여 충청남도 부여군 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 변화를 평가하였다. 특히, DRASTIC 기법에서 사용되는 7가지 수리인자들 중 취약성에 대한 민감도가 상대적으로 높고 비교적 장기간 자료의 획득이 용이하지 않은 '지하수위(depth to water)' 인자에 대하여 수치모사 기법을 적용하여 시-자료에 대한 동적 보간을 실시하였으며, 이를 통하여 시간에 따른 지하수위 변화가 지하수 오염 취약성에 미치는 영향을 검토하였다. 연구의 대상 지역은 부여군 부여읍 일대로 충적 대수층을 대상으로 기 실시된 지하수 수위자료를 보정대상으로 하였으며 연구지역의 지하수위 분포양상을 모사하기 위하여 유한차분모델인 MODFLOW를 이용하였다. 지하수 수치모사에는 정류 및 부정류 모사가 모두 실시되었다. 그 결과 기존 지구통계기법을 통한 지하수위 보간에서 가장 큰 가중치를 갖는 지형적 요인뿐만 아니라 유역 암상이나 지질특성 등과 같은 제반 수리지질학적 요인까지 복합적으로 반영하는 지하수위 자료를 얻을 수 있었다. 기존 연구에서 수위자료를 보완할 때 주로 이용되는 기법인 크리깅은 수치모사와는 달리 강우나 계절적 영향, 암상이나 지질등과 같은 요인들은 반영하지 못한다. 또한 수치모사를 통하여 얻어진 수위자료는 부정류 모사가 가능함으로 인하여 풍수기와 갈수기 그리고 평수기의 지하수위 변화 등도 파악할 수 있다는 장점이 있다. 모사를 통하여 얻어진 지하수위 자료와 공동크리깅 방법을 통해 얻어진 지하수위 자료를 입력자료로 하여 연구지역에 지하수 오염 취약성을 비교 평가한 결과 평수기의 경우 유사한 경향의 지하수 오염 취약성을 보였다. 또한 공동크리깅을 통해 분석이 어려운 분기별 지하수 오염 취약성 평가 결과 강우량이 많은 여름철을 포함한 분기와 강우량이 가장 적은 겨울철을 포함한 분기가 뚜렷한 취약성 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제시하는 바와 같이 지하수 오염 취약성 평가에 있어 가장 큰 민감도를 갖는 수위자료의 수가 공간적 혹은 시간적으로 부족한 경우 수치모사 적용을 통해 자료의 한계성을 보완할 수 있으며 시간적인 보간이 이루어질 수 있어 유용할 수 있을 것이라 판단된다. In this study, we developed a technique of applying DRASTIC, which is the most widely used tool for estimation of groundwater vulnerability to the aqueous phase contaminant infiltrated from the surface, and a groundwater flow model jointly to assess groundwater contamination potential. The developed technique is then applied to Buyeo-eup area in Buyeo-gun, Chungcheongnam-do, Korea. The input thematic data of a depth to water required in DRASTIC model is known to be the most sensitive to the output while only a few observations at a few time schedules are generally available. To overcome this practical shortcoming, both steady-state and transient groundwater level distributions are simulated using a finite difference numerical model, MODFLOW. In the application for the assessment of groundwater vulnerability, it is found that the vulnerability results from the numerical simulation of a groundwater level is much more practical compared to cokriging methods. Those advantages are, first, the results from the simulation enable a practitioner to see the temporally comprehensive vulnerabilities. The second merit of the technique is that the method considers wide variety of engaging data such as field-observed hydrogeologic parameters as well as geographic relief. The depth to water generated through geostatistical methods in the conventional method is unable to incorporate temporally variable data, that is, the seasonal variation of a recharge rate. As a result, we found that the vulnerability out of both the geostatistical method and the steady-state groundwater flow simulation are in similar patterns. By applying the transient simulation results to DRASTIC model, we also found that the vulnerability shows sharp seasonal variation due to the change of groundwater recharge. The change of the vulnerability is found to be most peculiar during summer with the highest recharge rate and winter with the lowest. Our research indicates that numerical modeling can be a useful tool for temporal as well as spatial interpolation of the depth to water when the number of the observed data is inadequate for the vulnerability assessments through the conventional techniques.

환경동위원소를 이용한 여수지역 소유역에서의 지하수함양특성 고찰

고용권,배대석,김천수,김경수,정형재,김성용 한국지하수토양환경학회 2001 지하수토양환경 Vol.6 No.3

장기적인 강수량 및 지하수위 관측과 강수, 지표수 및 지하수에 대하여 동위원소모니터링을 수행함으로써, 여수지역 소규모 수계에서의 지표수와 지하수 상관관계 및 지하수의 함양특성을 고찰하였다. 지표수 및 지하수의 동위원소조성은 강우량과 강우의 동위원소조성에 직접적으로 영향을 받고 있음을 보여준다. 또한 강우량이 약 20mm이하일 경우는 강우가 지하수로 침투되지 못함을 나타낸다. 지하수의 동위원소조성은 2000년 6월과 9월사이 발생한 12번의 각 강우사건에 의해 변화된 후, 다시 지하수 저류체의 조정으로 변화되는 양상을 확인하였다. 이는 모니터링된 강우 초기에는 강우가 상층부로부터 지하수체계로 유입되고 있음을 보여준다. 혼합방정식을 이용하면 갈수기 이후 첫 번째 강우의 지하수에 침투비율은 16.5%로 산출된다. 지하수의 함양특성에 대하여 기존 방법과 결부시켜, 보완된 동위원소방법을 적용한다면, 지하수 함양율을 보다 정량적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. The processes and rates of groundwater recharge were studied by long-term monitoring of groundwater level and isotopic compositions of precipitation, surface water and groundwater in the Yeosu area. The isotopic compositions of surface water and groundwater were directly related to the precipitation event. It is also shown that the minimum amount of precipitation for infiltration to groundwater is about 20mm. The isotopic variations of groundwater shows that the Isotopic composition of groundwater changed by each precipitation event between June and Sep. 2000 is gradually changed without input of precipitation again. It indicates that the groundwater recharged from the upper part is mixed with the groundwater in reservoir. The infiltration rate of first precipitation event after a dry season is estimated to be 16.5% using isotopic mixing equations. It is expected that the groundwater recharge rate could be estimated more quantitavely, if the isotopic method is combined with the conservative methods.