A Joint Application of DRASTIC and Numerical Groundwater Flow Model for The Assessment of Groundwater Vulnerability of Buyeo-Eup Area

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.

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

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.