• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.522-522
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• 2023

지하수 시스템의 방출은 저지대 강에서 건조기에 흐르는 하천 유지유량의 원천이 된다. 수자원 분야에서 분포형 모형이 도입되며 수문 분석의 고도화가 이루어지고 있는 오늘날에도, 아직 대수층 깊이 등 지하수관련 매개변수에 대한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구는 분포형 모형의 지하수 관련 매개변수 중 지형자료에 해당하는 대수층 깊이의 물리적인 분포형태를 예측하고, 지하수 모의결과를 검토하여 해당 기법의 적용성을 확인하였다. 본 연구에서는 북측의 미계측 유역을 포함한 소양강 유역을 연구대상 지역으로 설정하였고, 정밀한 분포형 모형인 GSSHA(Gridded Surface Hydrologic Analysis)를 활용하였다. 대수층 깊이 추정 방법은 크게 세가지 시나리오로 구분하여 모의를 진행하였다. 유역의 지하수 데이터를 통해 도출된 대수층깊이 등분포(시나리오1), 지표 고도와 대수층 깊이의 선형 반비례 관계를 가정한 선형 회귀식(시나리오2), 동일한 가정을 두고 Log차원에서 회귀식을 적용한 경우(시나리오 3). 위 3가지 시나리오를 통해 산정된 유출량과, 지하수 수위 등을 소양강댐 유입량 자료 및 유역 내 6개 지하수 관측소를 대상으로 결과를 비교하여 적용성을 확인하였다. 시나리오별 유출량 모의 오차평가 결과, 관측 첨두 유량을 가장 잘 반영하고 있는 기법은 일반적으로 선행 연구에서 많이 활용하고 있는 등분포형 기법으로 분석되었으며, 과소·과대 모의된 정도를 나타내는 지표와 모형의 효율성을 나타내는 지표는 선형 회귀분석 기법이 가장 우수한 결과로 분석되었다. 따라서, 대수층 깊이를 등분포하여 모의하던 기존 방식에 비해 지면고도-대수층깊이 간의 반비례 관계를 적용하는 방식이 지하수 모의에 있어서 보다 합리적일 것으로 판단된다. 향후 임의의 인자와 대수층 깊이간의 정밀한 회귀관계를 도출한다면 더욱 합리적이고 신뢰성 높은 결과를 얻을 수 있을것으로 기대된다. 또한 유역 단위의 지하수 모의가 정밀하게 이루어진다면 최근 많은 관심이 집중되는 하천 유지유량과 건기 유출 등의 연구 분야에도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.322-322
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• 2022

유역 모형은 강우가 유출에 이르는 과정을 수문학적으로 재현해낼 수 있는 도구이다. 초기의 모형은 간단한 수준에서 유출과정을 모의하는데 그쳤으나, 기술이 발전함에 따라 유역 모형에 적용되는 매개변수의 수가 점차 늘어나게 되며 이론적 신뢰성과 복잡성을 동시에 갖게 되었다. 유역 모형은 집중형 모형과 분포형 모형으로 대별할 수 있는데, 기존에는 저류 함수법을 근간으로 하는 개념 기반의 HEC-HMS HEC-RAS 등과 같은 집중형 모형을 널리 사용한 반면, 점차 격자 기반에서 물리적 계산을 통해 유출 과정을 모의할 수 있는 GSSHA, Vflo, SWAT과 같은 분포형 모형의 활용이 늘어나고 있는 추세이다. 집중형 모형은 관측자료를 통해 산정된 경험식에 의존하고 있는 반면, 분포형 모형의 경우 각 격자가 가지고 있는 시·공간적 매개변수를 통해 물리적으로 유출과정을 계산하여 신뢰성을 확보하기에 유리하며, 미계측 유역에서도 활용이 가능하다. 지하수는 유역 모형의 댜양한 매개변수들 중 지표면 유출량에 밀접한 영향을 미치는 인자이다. 그럼에도 아직까지 경험식에 의존한 집중형 모형이 주를 이루고 있는 국내에서는 분포형 모형에 적용가능한 매개변수 최적화에 대한 연구는 미진한 실정이다. 이에 본 연구에서는 분포형 유역 모형의 침투모의 과정에 관여하는 공간 매개변수 중 밀접한 연관을 띠고 있는 대수층 깊이에 대하여 분석하였다. 여러 공간매개변수 중 침투능과 관계가 깊은 대수층 깊이에 대해 가장 적합한 매개변수 값을 도출해 내는 것이 본 연구의 최종 목적이라고 할 수 있으며, 분석은 국내 자연하천 유역을 대상으로 분포형 유역 모형에 일반적인 수준으로 적용할수 있는 범위를 검토하였다. 본 연구를 통하여 분포형 유역 모형에서 하나의 매개변수인 대수층 깊이의 정량화에 기여되기를 바란다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 임시총회 및 추계학술발표회
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• pp.83-88
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• 2004

제주도 서부지역에 위치한 2개 관측정을 대상으로 대수층별 대수성시험을 실시하구 지하수 산출능력을 평가하였다. 연구대상 관측정은 대수층이 수직적으로 서로 연결되어 있지 않을 뿐만 아니라, 대체로 해수면 하 10～20m 사이 구간에 제1대수층이 발달하고 있으며, 지하수 산출능력은 절리 또는 용암류 경계의 대수층(용수2호공)보다는 유리쇄설성 각력암층(무릉1호공)에서가 상대적으로 양호한 것으로 평가되었다. 서귀포층을 포함한 제2대수층은 수위하가 l0m 이상 발생하는 것으로 미루어 보아 제1대수층보다는 지하수 산출능력이 떨어지는 것으로 판단된다. 그러나, 제1대수층은 지표로부터 얕은 깊이에 위치하고 있어 질산성질소 농도가 전반적으로 높고, 양수에 의한 영향권이 취수정 주변 l00m까지 발생하고 있어 서부지역에서 제1대수층 개발은 세심한 주의가 요구되고 있다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제6권3호
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• pp.152-157
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• 1999

지하 저장 유류 탱크로부터의 기름 유출이나 쓰레기 매립장으로부터의 침출수는 양질의 지하수 자원에 대한 오염원으로 널리 인지되고 있다. 지하 대수층에 유입된 오염물질의 이동성은 지하수 흐름에 의존하며 이에 관련된 수리상수의 결정은 중요한 과제가 된다. 본 연구의 목적은 사질토로 구성된 실내 자유면 대수층 모형을 구축하여 대수층의 수리상수를 기존의 방법들을 이용하여 결정, 비교함으로써 최적의 수리상수를 결정하는데 있다. 자유면 대수층의 저장율을 나타내는 비산출량( $S_{y}$)온 중력배수법을 적용하여 단위 수위 강하에 대한 단위 면적당 배출수의 용적을 대수층 깊이별로 측정하였다. 또한 수리전도도는 실내 모형이 가지는 제한성 즉 불 투수 경계에 의한 간섭효과를 배제하기 위하여 3가지의 다른 방법 (정수위법. Dupuit Approximation, Slug Test)을 이용하여 결정하였다. 실험결과 자유면 사질 대수층의 비산출율은 평균 0.20로서 이는 타 연구결과와 잘 일치하였으며 대수층 깊이에 따라 0.17 - 0.23 사이의 비교적 적은 편차를 보여 대수층의 균질성을 확인할 수 있었다. 반면에 정수위 측정법에 의한 수리전도도는 0.77 cm/min. Dupuit Approximation은 5.33 cm/min, Slug Test 중 Bouwer & Rice 방법은 5.85 cm/min 그리고 Hvorslev 제안식은 7.49 cm/min의 측정치를 나타내었다. 이로써 가장 낮은 관측치를 보인 정수위법을 제외한 다른 방법들은 비교적 근사한 수치를 나타내어 자유면 대수층의 수리전도도 측정 시 정상류 흐름하에 Dupuit Approximation에 의한 방법이나 Slug Test에 의한 방법들이 비교적 좋은 결과를 나타냄을 알 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제14권6호
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• pp.65-70
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• 2009

대수층으로부터 휘발성 유기오염물질을 제거하기 위하여 air sparging을 실시하는 과정에서, 지하수의 표면장력을 인위적으로 감소시킴으로써 지하 대수층의 물 포화율을 낮추어 오염물질제거효율을 높일 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 대수층의 구성 토양의 입경의 차이나 대수층의 두께의 차이가 이와 같은, 개량된 air sparging의 물 포화율 변화에 미치는 영향은 연구된 바 없다. 본 연구는 실험실 규모의 물리적인 model을 사용하여 air sparging공정 실시과정에서 서로 다른 토양입경과 깊이를 갖는 대수층 조건에서 표면장력과 물 포화율의 상관관계를 규명하였다. 표면 장력을 감소하기 위한 계면활성제로 sodium dodecylbenzene sulfonate를 사용하였고, 토양은 입경이 서로 다른 두 가지 모래를 사용하여 비교 실험을 수행하였다. 모래의 air-entry pressure는 각각 $15.0\;cmH_2O$, $36.3\;cmH_2O$로 측정되었다. 입경에 상관없이 표면장력과 물 포화율의 관계는 서로 비슷한 형태를 보였고, 표면장력이 감소함에 따라 물 포화율이 감소하다 일정 표면장력 이후에 물 포화율이 증가하는 형태로 나타났다. 본 연구에서는 표면장력이 42 dyne/cm일 때 두 가지 모래의 물 포화율이 48%로 최소치에 도달하였다. 대수층의 깊이는 41 cm, 81 cm, 160 cm의 세 가지 조건에서 실험하였으며, 본 실험조건에 해당하는 깊이 영역에서는 표면장력과 물 포화율의 상관관계가 대수층 깊이에 따른 특이한 상이점을 나타내지 않았다. 또한 2차원 모델을 이용한 실험에서 표면장력의 변화에 따른 폭기영역의 변화는 1차원 컬럼을 이용하여 측정된 물 포화율의 변화와 유사하였다. 본 연구결과는 SEAS(surfactant-enhanced air sparging)기술의 실제 적용에 있어서 다양한 현장조건에 따른 공정조건의 선정에 도움이 될 수 있을 것으로 전망된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.2-2
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• 2020

해안 지역은 종종 도시화, 인구 증가 및 환경 오염으로 인해 해안대수층의 지하수의 염도가 증가하는 현상인 해수침투가 발생한다. 본 연구는 국내 제주도 해안대수층을 대상으로 GIS 기법을 이용한 수리지질학적 변수의 지수화 방식으로 해안대수층의 해수침투 취약성 평가를 적용하였고 국내 해수침투 특성을 더욱 명확하게 반영할 수 있도록 취약성 평가 방식을 개선하고자 하였다. 취약성 평가를 수행하기 위해 대수층 특성, 수리전도도 특성, 지하수위, 해안으로부터의 거리, 염도분포, 대수층 깊이 등의 자료를 확보하여 취약성 평가의 주요 인자로 활용하였으며 특히 다년간에 걸친 국내 해수침투 관측망 관측 자료를 사용한 것을 특징으로 한다. 취약성 평가 인자 중 지하수위를 지수화 하는 과정에서 지하수위의 평가 구간 범위를 개선하였고, 염도 적용 방식을 해수침투 관측망 데이터 유형인 전기전도도를 이용한 새로운 평가 구간 범위를 설정하였다. 연구 결과 기존에 해수침투가 발생했던 지역에서의 취약성 지수가 높게 나타났으며 취약성 평가의 개선 작업 결과에 의해 지속적인 지하수위 하강이 발생하고 계절적 요인으로 해수침투가 발생하는 지역에서 취약 지수의 증가세를 더욱 선명하게 구분할 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제43권6호
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• pp.565-571
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• 2010

계면활성제를 이용하여 대수층의 특정층에 존재하는 휘발성 오염물질을 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 지하수 폭기기술을 개발하였다. 모래가 충진된 실험설 규모의 물리적 모델을 이용하여 이 폭기기술의 효율성을 검증하였다. 모델의 특정깊이(바닥으로부터 약 22 cm)에 일정한 두께로 존재하는 용해된 상태의 톨루엔 플룸을 제거하는 실험을 실시하였으며, 오염물질이 존재하는 영역의 표면장력을 저감하기 위하여 음이온계 계면활성제인 SDBS(Sodium dodecylbenzene sulfonate)를 주입하였다. 또한 비교를 위하여 동일한 조건에서 계면활성제가 주입되지 않은 실험도 실시하였다. 오염영역의 하부로부터 공기로서 폭기한 결과, 계면활성제에 의하여 저감된 표면장력의 효과에 의하여 오염영역에 대한 폭기영향권의 크기가 현저히 증가하였으며 그 결과 70%이상의 톨루엔이 제거되었다. 반면 계면활성제가 주입되지 않은 조건에서는 20%이하의 톨루엔만 제거되었다. 이는 계면활성제에 의하여 표면장력이 낮아져 폭기 과정에서 플룸에 대한 공기주입이 매우 효율적으로 이루어졌으며, 따라서 톨루엔을 포함하는 대수층의 지하수가 공기와의 접촉이 보다 용이해졌음을 의미한다. 이 새로운 방법은 휘발성 유기물질로 오염된 대수층을 복원하는데 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1173-1177
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• 2004

현재 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 지하투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)를 이용하여 지하수면 및 함수량을 추정하였다. 비피압대수층 내에서의 얕은 포화대(saturated zone) 깊이을 산정하는 연구(livari and Doolittle, 1994, van Overmeeren, 1994)와 포화대 상부 습윤대(wetting fronts)의 거동를 조사한 연구(Vellidis et al, 1990) 등에 활용된 바 있는 GPR 기숙을 바탕으로 비피압대수층의 통기대와 포화대 내의 함수량 및 지하수면 추정을 위한 기초 실험을 수행하였다. 지하수면 및 함수량의 현장 적용성을 검증하기 위해서는 시간과 경제적인 면에서 비효율적인 점을 고려하여 사질토로 구성된 실험용 토조를 제작하여 건조시 획득된 GPR 자료, 지하수면의 변화에 따른 GPR 이미지를 비교하여 그 적용성을 검토하고 시${\cdot}$공간적 지하수면의 정확한 추정을 위해서 삼차원으로 비교${\cdot}$검토할 수 있도록 하였으며, GPR 자료의 정확성을 검증하기 위해서 토조 하부에 액주계(piezometer)를 설치하였다. 본 연구에서 적용된 GPR 실험은 획득된 이미지의 해석에 다소 어려움이 있지만 토양을 교란시키지 않고 비교적 간편하게 함수랑 및 지하수면의 위치를 파악하는데 매우 효과적이며, 추가적으로 GPR을 이용한 다양한 실험이 수행된다면 GPR 기술은 향후 기존 방법에서 쉽게 판단하기 어려운 시${\cdot}$공간적인 함수량 및 지하수의 분포 특성을 효율적으로 파악하는데 매우 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 자원환경지질
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• 제39권3호
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• pp.269-284
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• 2006

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.

• 지질공학
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• 제13권1호
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• pp.17-27
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• 2003

본 연구에서는 해수침투에 관한 기존 이론을 검증하고 지하수 함양량과 양수량의 변화에 따른 담-염수 경계면 이동현상을 고찰하기 위하여 실내 모형규모의 자유면 대수층에서 시간 영역 광전자파 분석기 (Time Domain Reflectometry: TDR)를 이용하여 2차원 염수침투 현상을 관측하였다. 실험 결과 염수와 담수의 경계면에서는 분산 혹은 확산에 의한 혼합대 (mixing zone)가 두텁게 형성되었으며 Badon Ghyben과 Herzberg가 가정한 비혼합 경계면 (sharp interface)은 형성되지 않았다. 따라서 본 연구에서 획득한 기준 해수면에 대한 자유수면($H_{f}$)과 염수 경계면($H_{s}$)까지의 깊이의 비에 관한 실험치와 Ghyben-Herzberg 근사법의 이론치가 일치하지 않음을 알 수 있었다. 한편, 함양량과 양수량을 달리하면서 경계면의 변화를 관찰한 결과 주어진 함양량에 대하여 양수량이 증가함에 따라 경계면의 이동속도가 증가하였고, 본 모형조건하에서 경계면의 이동속도는 함양량에 대한 양수량의 비 ($Q_{p}/Q_{r}$)에 약 7배나 달하는 것으로 나타났으며 이는 해안선에 인접한 해수 침투 취약지역에서는 양수량이 아주 중요한 역할을 한다는 것을 지시한다.