• 한국수자원학회논문집
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• 제53권5호
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• pp.337-345
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• 2020

지하수자원의 적절한 관리를 위한 정보제공을 위해서는 강수량과 지하수 취수가 지하수위에 미치는 영향분석이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 남동쪽 표선유역 중 산간지역 9개 지하수위 관측정 지점을 대상으로 정규화된 표준편차에 의해 변환된 시계열자료와 교차상관계수를 이용하여 강수량-지하수위 및 지하수취수량-지하수위 간의 상관성을 비교분석하였다. 먼저 일단위 원시 시계열자료를 이용하여 강수량-지하수위의 교차상관계수를 산정한 결과 최대 0.3의 낮은 교차상관계수를 가졌으나 정규화된 표준편차를 이용한 결과는 최대 0.8의 교차상관계수를 얻음으로써 더욱 명확한 상관성을 확인할 수 있었다. 또한 강수량의 변동성과 지하수위의 변동성은 대부분 양의 교차상관계수를 가졌으나, 취수량의 변동성과 지하수위의 변동성은 대부분 음의 교차상관계수를 가짐으로써 본 연구 대상지역의 지하수위는 취수량의 영향은 거의 받지 않고 강수량의 영향을 크게 받음을 확인하였다. 마지막으로 성판악과 교래 강우관측소가 관측정 지하수위에 미치는 상대적인 영향을 비교분석한 결과 상대적으로 하류쪽에 위치한 교래 강우관측소의 강수량이 더 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 사용한 지하수위 변동분석 방법은 향후 다른 지역의 강수량과 지하수 취수량이 지하수위 변동성에 미치는 영향분석에 간편하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.449-449
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• 2022

제주도는 용수의 대부분을 지하수에 의존하므로 지하수위의 예측 및 관리는 매우 중요한 사항이다. 제주도의 지층은 화산활동에 의한 현무암이 겹겹이 쌓여있는 형태를 나타내며 육지의 지층구조와 매우 다른 복잡한 형태를 나타낸다. 이에 따라 제주도 지하수위의 예측은 매우 난해하며, 최근에는 딥러닝 인공지능 모델을 활용하여 지하수위를 예측하는 연구사례가 증가하고 있다. 기존의 연구들은 인공지능 모델들이 지하수위를 적절히 예측한다고 보고하고 있으나 예측의 적절성에 대한 판단기준을 제시하지 못하였으므로 이에 대한 명확한 제시가 필요하다. 본 연구의 목표는 인공지능을 활용한 지하수위 예측오차가 허용 가능한지 판단할 수 있는 기준을 제시함에 있다. 이를 위해 전 세계의 과거 20년 동안 관련 연구결과들을 수집 및 분석하였으며, 분석 결과 인공지능 모델의 지하수위 예측오차는 지하수위 변동성이 큰 지역일수록 증가하는 것을 확인하였다. 이것은 지하수위의 변동형태가 크고 복잡할수록 인공지능 모델의 지하수위 예측성능은 낮아진다는 것을 의미한다. 이 관계를 명확하게 나타내기 위해 지하수위 최대변동폭과 평균제곱근오차 및 최대오차와의 관계를 선형회귀식으로 도출하여 허용가능한 예측오차 기준을 제시하였다. 그리고 기존 연구들에서 제시한 Nash-Sutcliffe 효율성지수와 결정계수를 분석하여 선형회귀식에 의한 기준을 보완할 수 있는 추가적인 기준을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 인공지능 모델에 의한 지하수위 예측결과의 적절성 판단기준은 향후 지속적으로 증가하는 인공지능 예측연구에 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.702-706
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• 2007

본 연구에서는 실측 강수 자료를 적용하여 장기 지하수위의 변동을 수치모의하고, 그 결과를 관측정으로부터 측정된 실측 지하수위와 비교하였다. 모형의 구축은 제주도 한라산 중산간으로부터 해안까지 이르는 유역 면적 $310km^2$의 천미천 유역을 대상으로 하였으며, 2001년 11월 부터 2002년 10월까지 12개월간의 강우에 따른 지하수위의 변동을 평형상태로 해석하였다. 미국 지질조사국 (USGS) 에서 개발한 3차원 유한차분 해석 프로그램인 MODFLOW 모형을 선정하여 적용한 결과를 유역 내의 12개 관측정 측정수위와 비교하였으며, 대상지역에서 14.7m의 평균 오차와 21% 정규 실효치를 나타내었다. 향후 모형 구축 및 모의 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해 격자수와 크기의 조절 및 공간적 분포에 따른 대수층의 투수계수와 저류계수의 민감도 분석을 수행하여야 할 것으로 판단되며, 계속 연구 수행 중에 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2006년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.350-354
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• 2006

본 연구에서는 장기간의 강우자료, 지하수위 변동자료 및 토지이용 상태 등을 이용하여 소유역내 지하수 함양량을 산정하였다. 적용된 기법은 지하수위 변동곡선법, SCS-CN법, 통계자료 분석기법 및 손실량 분석기법을 이용하여 소유역내에서 일평균 지하수 함양량을 각기 산정하였다. 지하수위 자료를 적용해 산정된 지하수 함양율은 SCS-CN법의 평균 지하수 함양율 14.24%보다 높은 18.9%로 나타났으며, 이는 우리나라 지하수 함량율인 18% 내외임을 감안할 때 소유역에서의 지하수 함양량은 일평균 약 $800m^3$ 이상 지하수로 환원되고 있음을 의미한다.

• 지질공학
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• 제20권1호
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• pp.61-70
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• 2010

지하수위 변동법을 이용하여 지하수 함양량을 추정할 경우 매질의 비산출율은 결과에 대한 오차에 직접 영향을 미치게 되나 비산출율의 추정 방법에 대한 고찰은 거의 이루어지지 않았다. 장기 지하수위 관측이 이루어지는 연구지점에서 강우 발생 후 지하수위의 상승량의 상관관계로부터 비산출율을 추정한 결과 타 방법과 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 그러나, 지하수위 변동이 강우에 의해서만 나타나는 것은 아니므로 인위적인 지하수위 변동, 식생에 의한 증발산 및 지하수위의 급상승 등이 배제된 자료를 활용하여야 하며, 갈수기의 12시간 내지 24시간 단위의 평균 강우 및 지하수위 자료를 사용하는 것이 합리적인 비산출율 산정에 바람직한 것으로 나타났다.

• 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.

• 대한지질공학회:학술대회논문집
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• 대한지질공학회 2002년도 정기총회 및 학술발표회
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• pp.137-146
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• 2002

수락산 터널구간 기반암의 평균투수계수는 $2.64{\times}10^{-6}cm/sec$, 평균RQD는 78%, 평균공극율 은 0.51% 이다. 지하수위와 표고간의 상관성분석을 이용하여 수락산 정상부에서 지하수위를 추정한 결과, 터널구간의 전체 평균수리경사는 0.267로서 산출되었다. 수리분석에 의한 수락산 터널구간에서의 지하수 유출량은 약 $66,378~121,574\textrm{m}^3/yr$, 함양량은 $863,500\textrm{m}^3/yr$로 산정 되었다. 3차원 지하수유동모델링 소프트웨어 MODFLOW를 이용하여 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석한 결과, 1년 후에는 터널 중심부에서의 지하수위 강하가 각각 40~45m로 나타났으며 터널구간의 지하수위는 3년 후에, 그리고 모델 영역 전체 지하수위는 4,5년 후에 완전하게 정류상태로 회복되었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 추계학술발표논문집 2부
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• pp.1029-1032
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• 2010

제주도의 강수량과 지하수위 상승의 관계와 비강수 때의 지하수위의 하강속도를 분석한 결과 제주도 동쪽 지역은 강우가 왔을 때 지하수위의 상승이 높지 않은데 비해 하강속도는 느리며 서쪽 지역은 강우에 의해 지하수위가 많이 상승하나 비가 오지 않으면 수위가 빨리 하강하였다. 제주도의 최대 함양 부피는 강수량이 가장 많았던 2007년 태풍 나리 때 $1.67{\times}10^{10}m^3$로 나타났다. 만약 현재 추산되고 있는 제주도의 함양률 46.1%를 적용한다면 이 때의 함양량은 $0.34{\times}10^9m^2$이며 공극률은 약 5% 정도가 될 것으로 추정된다. 지하수위의 변동은 강수량에 의해 좌우 되는데 2001-2009년간의 평균 변동폭은 5.53m이다. 변동 폭이 많이 오른 때는 대부분 태풍이 지나간 후이며 가장 높은 변동폭은 2007년 9월에 태풍 나리 후의 14.74m이다. 최저의 평균 상승폭이 1m도 되지 않은 경우가 있으며 이럴 경우 심각한 물부족 현상이 나타날 수 있을 것으로 보인다. 강수량과 지하수위 관계를 분석한 결과 지하수를 대규모로 사용할 필요가 있을 때는 동쪽보다 서쪽지역이 유리한 조건을 가지고 있으며, 지하수위 상승폭이 작고 지하수위가 급격하게 낮아질 경우 지하수 사용량을 제한할 필요가 있을 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.31-31
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• 2020

가뭄 발생 시 국내 농어촌 지자체 대부분은 추가 수원공 확보를 위한 긴급 대책으로 신규 관정을 개발하거나, 저수지와 하천을 준설하여 가뭄 수요에 대응하는 편이다. 이러한 방법은 즉시 대응에는 효과가 있지만, 고가의 비용이 소요되고, 무엇보다도 국지적으로 가뭄이 빈번하게 발생하는 지역에는 적용에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 최근 기설 관정을 연계 이용하여 지하수 공급 극대화를 도모하는 기술이 제안되었다. 그런데 기설 관정 연계 이용 시 가장 중요한 사항은 모든 관정에서 최대 양수량을 유지하며 지하수를 공급할 수 있도록 관리해야 하는 점이며, 특히 암반관정의 과잉양수로 인한 간섭현상으로 충적관정이 고갈되어 공급가능한 지하수 수량이 오히려 감소되는 것을 사전에 방지하여야 한다. 이 연구에서는 가뭄 발생 시 암반관정(양수정)에서 최대로 양수했을 때에도 주변 충적관정의 양수능이 유지되는 최소 지하수위를 「지하수위 저하 한계치」로 지정하여 관정 연계 이용의 최적화를 도모하였다. 지하수위 저하 한계치 산정을 위하여, Theis의 자유면 대수층 정상류 우물수리 방정식과 지하수영향반겅 설정에 관한 경험식(Schultz, Weber, Kozeny 및 Jacob 경험식)을 이용하였다. 그런데 지정된 지하수위 저하 한계치는 충적관정의 지하수위이므로, 암반관측공만 소재하는 지역에 대해서는 충적층 지하수위 변동과 암반층 지하수위 변동 간의 상관분석을 통해 암반 관측공의 지하수위 저하 한계치를 추정하였다. 이후, 양수시험 자료(양수정과 주변 관측공의 수위변동 자료)를 이용하여 지하수 대수층의 이방성을 확인하였고, 이를 통해 암반관정의 양수에 따른 간섭을 크게 받는 충적관정과 그렇치 않은 충적관정을 구분하여 이방성에 따른 지하수위 저하 한계치를 수정하고, 상습가뭄 발생지역의 암반관정과 충적관정의 최적 지하수 양수를 도모하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권7호
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• pp.485-493
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• 2021

지하수는 지표수와 함께 용수로 사용가능한 중요한 수자원이며 특히 섬 지역의 경우 전체 수자원 중 지하수의 이용 비율이 상대적으로 높기 때문에 안정적인 이용을 위해 지하수위 변동성에 대한 연구는 필수적이다. 지하수위 변동성의 예측 및 분석을 위해 인공지능 모델을 활용한 연구들이 지속적으로 증가하고 있으나 지하수위 예측결과의 적절성을 판단할 수 있는 평가기준을 제시한 연구는 충분하지 않다. 본 연구에서는 허용가능한 지하수위 예측오차의 범위를 제시하기 위해 과거 20년 동안 전 세계 다양한 지역을 대상으로 인공지능 모델을 활용하여 지하수위를 예측한 연구결과들을 종합적으로 분석하였다. 그 결과 관측지하수위의 변동성이 커질수록 인공지능 모델에 의한 지하수위 예측오차는 증가하였다. 따라서 관측지하수위 최대변동폭과 예측오차 간의 상관성과 기존 연구들에서 제시한 평가지수들을 고려하여 평가기준을 산정하였으며, 인공지능 모델에 의한 지하수위 예측결과의 적절한 평가기준은 도출된 선형회귀식에 의한 평균제곱근오차 또는 최대오차 이하이거나, NSE ≥ 0.849 또는 R² ≥ 0.880 이다. 이 허용가능한 오차범위는 인공지능 모델을 활용한 지하수위 예측결과의 적절성 판단을 위한 참고자료로 사용할 수 있다.