• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2021

최근 급격한 기후변화로 인한 기온, 강수량 등의 시·공간적 변화는 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 특히 한강수계 주요 하천에서는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 물 수요의 증가와 기후변화로 인한 강수량 감소 그리고 하천변 시설에서의 과다한 지하수 이용으로 인해 지하수위 변동이 발생하고 있다. 2017년 국가 지하수관측연보 및 지하수조사연보에 따르면 한강수계에 위치한 전체 569개 관정 중 암반층 관정과 충적층 관정의 최근 5년간 지하수위 평균 변동폭은 각각 3.91 m, 2.73 m로 조사되었으며, 10년 이상 장기관측 자료를 보유한 430개소 관정 중 228개소 관정에서 지하수위 하강 추세를 보이는 것으로 조사된 바 있다. 이처럼 강우나 하천수위 등 자연적인 원인과 양수, 유출 등 인위적인 원인에 의해 발생하는 지하수위의 하강은 지반 침하의 주요 원인이 되며, 하천 기저유출의 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 기저유출은 하천으로 단기 유출되는 지하수로 평수기 및 갈수기 하천 유량의 대부분을 차지하고 있기 때문에 건기시 하천 수질과 수생태계 관리에 있어 매우 중요한 요소에 해당된다. 따라서, 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 현재 활용되는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran) 수문모형의 경우 지표유출 모의에 있어서 다양하게 활용되고 있으나 기저유량의 특성을 고려하기 위해서는 지표하 수문거동 모의가 어렵다는 한계가 있다. 또한 지표하 수문거동 모의가 가능한 MODFLOW의 경우 지표유출을 모의하기 어려운 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 SWAT-MODFLOW 모형이 개발되었으며, 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하여 신둔천 유역을 대상으로 유량 및 지하수위 모의결과를 검보정하여 기저유량을 산정하고 변동특성을 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권3B호
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• pp.265-276
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• 2011

한반도와 제주를 포함한 전국의 강우 자료와 국가지하수위 관측소에 관측된 지하수위 관측 자료를 수집하였다. 강우와 지하수위의 관계를 분석한 후 강우자료를 이용하여 이동평균을 취한 후 지하수위와의 상관관계를 분석하였다. 또한 유역평균 일최대침투량인 한계침투량을 고려한 후, 강우이동평균과 지하수위간의 상관계수를 산정하였다. 한계침투량 고려시 상관계수가 0.6 이상인 곳을 최종적으로 선정하였고, 선정된 지역의 공통점과 지역 특성에 따른 차이점 등을 비교 분석하였다. 총 26개 지역이 선정되었고 행정구역별로 경기도가 4개소, 강원도가 4개소, 충청도가 5개소, 전라도가 3개소, 경상도가 9개소, 제주도가 1개소이다. 상관계수가 높을수록 강우사상 발생에 따른 지하수위 변동은 뚜렷하게 나타났으며, 강우와 상관없는 요인에 의한 지하수위의 변동이 거의 없는 것으로 나타났다. 본 연구를 토대로 강우 예측 시나리오를 활용한다면 상관계수가 높은 지역에서 지하수위 또한 예측이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권1호
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• pp.43-51
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• 2008

광릉 수문연구부지 내 원두부 소유역에서 천부 관측정 G1, G4를 대상으로 2006년 2월부터 10월까지 5분 간격으로 관측한 지하수위 변동자료에 대한 주기적 변동원인과 그 영향을 분석하였다. 지하수위는 일주기의 반복성을 보이며, 겨울에서 여름으로 갈수록 변동폭이 증가하였다. 지하수위 관측 자료의 파워스펙트럼 분석 결과, 24.38시간의 일주기 성분과 12.19시간의 반일주기 성분이 나타나며, 이는 각각 지구 조석 성분 중 $P_1$ 분조와 $L_2$ 분조에 근접하다. 일주기 성분은 겨울에 비해 여름에 더 큰 power를 나타내어 지하수위가 조석 뿐 아니라 증발산에 의한 영향까지 함께 받고 있음을 보여준다. 또한 강우 직후의 지하수위 자료에서는 일주기 성분이 감소하는 현상 역시 일주기 성분에 증발산이 큰 영향을 미치고 있음을 지시한다. 조석과 증발산에 의한 지하수위 변동은 일주기 성분이 $0.4{\sim}4.2$ cm, 반일주기 성분은 $0.2{\sim}0.7$ cm 정도의 영향을 미친다.

• 자원환경지질
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• 제43권2호
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• pp.149-162
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• 2010

K-1 유류비축기지는 인위적 지하 공동을 이용하기 때문에 주변 지하수계의 안정이 중요하다. 기지 주변의 지하수계 특성을 이해하기 위해 광역적 지하수 유동특성, 기지내 공간적 지하수위 분포 양상을 파악하였으며, 지하수 유동에 영향을 미치는 지질 요소를 검토하였다. 연구지역에서 지히수 유동에 크게 영향을 미칠 수 있는 지질구조적 특성은 2가지로서, 편마암-화강암 관입경계를 따라 재활성된 부분과 산성 암맥을 따라 발달한 단열 및 단층이다. 기지 내 4개 관측공들의 수위변동 양상을 검토한 결과, 대부분 강우와 지표수 유입 혹은 공동내 주입수에 의해 지하수위 변동이 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 이 연구에서는 기지 남쪽에 위치한 관정으로부터의 양수가 기지의 지하수위 변동에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 산성 암맥을 따라 기지로부터 1.2km 남쪽에 위치한 지점에서의 양수작업은 관측 당시에 기지내 지하수위 변동에 영향을 미치지 않았으나, 모델링 결과에 의하면 $250\;m^3$/day 이상의 양수량으로 지속적인 양수작업이 진행되는 경우 지하수 시스템 안정을 위해 주의가 요구된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.186-186
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• 2022

강수 및 침투 등으로 발생하는 지하수위의 변동을 예측하는 것은 지하수 자원의 활용 및 관리에 필수적이다. 지하수위의 변동은 지하수 자원의 활용 및 관리뿐만이 아닌 홍수 발생과 지반의 응력상태 등에 직접적인 영향을 미치기 때문에 정확한 예측이 필요하다. 본 연구는 인공신경망 중 다층퍼셉트론(Multi Layer Perceptron, MLP)을 이용한 지하수위 예측성능 향상을 위해 MLP의 구조 중 Optimizer를 개량하였다. MLP는 입력자료와 출력자료간 최적의 상관관계(가중치 및 편향)를 찾는 Optimizer와 출력되는 값을 결정하는 활성화 함수의 연산을 반복하여 학습한다. 특히 Optimizer는 신경망의 출력값과 관측값의 오차가 최소가 되는 상관관계를 찾는 연산자로써 MLP의 학습 및 예측성능에 직접적인 영향을 미친다. 기존의 Optimizer는 경사하강법(Gradient Descent, GD)을 기반으로 하는 Optimizer를 사용했다. 하지만 기존의 Optimizer는 미분을 이용하여 상관관계를 찾기 때문에 지역탐색 위주로 진행되며 기존에 생성된 상관관계를 저장하는 구조가 없어 지역 최적해로 수렴할 가능성이 있다는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 Optimizer의 단점을 개선하기 위해 지역탐색과 전역탐색을 동시에 고려할 수 있으며 기존의 해를 저장하는 구조가 있는 메타휴리스틱 최적화 알고리즘을 이용하였다. 메타휴리스틱 최적화 알고리즘 중 구조가 간단한 화음탐색법(Harmony Search, HS)과 GD의 결합모형(HS-GD)을 MLP의 Optimizer로 사용하여 기존 Optimizer의 단점을 개선하였다. HS-GD를 이용한 MLP의 성능검토를 위해 이천시 지하수위 예측을 실시하였으며 예측 결과를 기존의 Optimizer를 이용한 MLP 및 HS를 이용한 MLP의 예측결과와 비교하였다.

• 지질공학
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• 제7권2호
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• pp.139-149
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• 1997

전기비저항 모니터링을 이용하여 충적층 지하수위의 변동을 감지 할 수 있는지의 여부가 연구되었다. 연구는 유한요소법을 이용한 전기비저항 수치 모델링 시험과 20일간의 장기 양수 시험이 수행된 금강 정동리 지역의 현장 자료를 이용하여 수행되었다. 수치 모델링 시험 및 현장 자료 획득은 전극 기본 간격이 4m인 21개의 고정전극을 이용하였으며, 전극배열은 "변형 웨너 배열"과 쌍극자 배열을 이용하였다. 현장 장기 양수 시험에서 관측된 수위 변화를 단순화하여 지하 2차원 비저항 모델로 사용한 사용한 결과, 겉보기 전기비저항의 변화 양상은 수위 변화보다 둔감한 변화 양상을 보여 주며, 수위 변화가 있는 부분뿐만 아니라하부 결정질 기반암의 경계 부위에 해당하는 심도에서도 겉보기 비저항 장치가 변화하는 현상이 관측되었다. 이러한 수치 결과와 부합되는 결과가 실제 현장에서 획득된 겉보기 전기 비저항 단면에서도 나타났다. 수치 계산결과 및 현장 자료는 전기 비저한 모니터링이 지하수위 변동을 유무 감지하는데 유용하게 사용될 수 있음을 보여주었다. 그러나 겉보기 전기비저항 단면이 수위 변동량을 정량적으로 규명할 만큼의 뚜렷한 변화를 보여주지는 못하기 때문에 전기비저항 방법만으로 정략적인 수위변동을 감지하는데 한계가 있는 것으로 판단되었다. 이러한 지하 수위 변동량 등을 명확히 규명하기 위해서는 고해상도 탄성파 또는 지하레이다 탐사처럼 지하의 모습을 영상화 할 수 있는 지구물리 탐사법이 병행되는 것이 바람직하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.451-451
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• 2022

최근 기후변화로 인하여 발생하는 강우 사상의 변화와 산업화 및 지표면 개발로 인한 인위적인 유역 특성의 변화는 유역 내 지표수 유출 및 지하수 함양에 영향을 미치게 되고, 이는 유역 내 하천 수생태계의 변화를 야기 할 수 있다. 또한 수문순환 요소 간의 상호 영향으로 인하여 유역 내 수문순환 요소의 변화는 타 수문순환 요소의 변화에 영향을 미칠 수 있기 때문에 유역 내 생태수문순환의 변화를 분석하기 위해서는 수문순환 요소 간의 상관관계와 수문순환 요소와 생태요소 간 상관관계의 규명이 매우 중요하다. 이번 연구는 하천 수생태계 건강성 및 지하수위 모니터링 자료 간 상관관계를 분석함으로써 지하수위의 변화가 하천 수생태계 건강성에 미칠 수 있는 영향을 분석하였다. 연구 지역을 선정하기 위하여 국내 전국 시·군 단위 행정구역 별 하천 수생태계 건강성 및 강수, 하천수위, 지하수위 등 수문순환 요소의 모니터링 자료를 수집하고, 유역 내 유출 특성을 대표할 수 있는 지표를 선정하여 국내 전국 행정구역 별 생태수문순환 건전성 악화 예상 지역을 평가하였다. 대표 연구 대상 행정구역을 선정하고, 행정구역 내 대표 하천 별 수생태계 건강성 모니터링 자료와 국가지하수위 관측망 및 농촌지하수관측망 지하수위 모니터링 자료의 상관관계 분석을 통하여 수생태계 건강성과 지하수위 변동 간 상관관계 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 비교적 연중 흐름이 일정하게 유지되며 하천의 흐름을 유지하는데 기여할 수 있는 지하수위의 수생태계 건강성 관리 및 확보 측면에 대한 중요성을 정량적으로 제시할 수 있다. 추후 연구에서는 데이터 분석 결과를 바탕으로 강우-유출, 지하수 흐름 해석 모형의 결합을 통해 관리 방안 적용에 따른 효과를 제시하고자 한다.

• 지질공학
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• 제32권2호
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• pp.257-270
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• 2022

본 연구에서는 제주도 전역에 대해 발생하고 있는 지하수위 저하 현상의 원인을 평가하기 위한 분석이 실시되었다. 이를 위해 지하수위, 강수, 지하수 이용량 시계열 자료 및 토지 이용에 대한 정보를 취득하고 이들 간의 상관성을 분석하여 지하수위 저하 원인을 파악하고자 하였다. 반응표면 분석법 및 민감도 분석법을 이용하여 지역별 강수 및 지하수 이용량 변화가 지하수위 변동에 미치는 영향력을 정량화하였으며, 획득된 영향력 지도 및 다양한 공간통계 자료를 비교 분석함으로써 지하수위 하강 원인을 분석하고, 이를 통해 지역별 지하수량 관리를 위한 방안을 고찰하였다. 분석 결과, 서부지역의 지하수위 하강률이 동부지역에 비하여 큰 것으로 나타났으며, 특히, 서부지역은 지하수 이용량이 지하수위 변동에 큰 영향력을 가지는 것으로 나타났다. 반면, 동부지역의 경우, 지하수위 변동에 대한 강수의 영향력이 크게 나타났으며, 지하수위 저하율은 상대적으로 작게 나타나고 있다. 하지만, 강수량 대비 지하수 이용량의 증가율이 서부지역에 비하여 빠르게 발생하고 있고, 동부지역의 넓은 기저 지하수대 형성 양상 및 해수 침투가 지속적으로 보고되고 있는 점에서 미루어 보았을 때, 지하수 이용량이 증가함에 따라 지하수의 절대량은 줄어들었음에도 염수압으로 인하여 지하수위 저하가 크지 않은 것처럼 나타났을 가능성이 있는 것으로 평가되었다. 이를 종합하였을 때, 서부지역에 대한 지하수량 관리를 위해서는 강수 및 지하수 이용량에 대한 정보가 필수적으로 고려되어야 할 것으로 판단되며, 동부지역은 이 외 광역적인 수리학적 스트레스를 가할 수 있는 요소(해수면 변동, 염수-담수 경계 위치, 등)에 대한 면밀한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 동부 및 서부지역의 지하수위의 변동 특징이 비교적 뚜렷하게 구분됨에 따라 보다 효율적 지하수량 관리를 위해 각 지역에 최적화된 관리 방안이 제시 및 적용되어야 할 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.393-403
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• 2008

한국의 남부지방인 경상남도와 전라남도에서 강수량과 지하수위의 관계를 분석해보고 강수량 이동평균과 지하수위의 상관관계를 분석하였다. 한국 남부지방의 여러 관측소에서 지하수위를 분석한 결과 지역적으로 다소 다른 지하수위의 계절적인 변동을 보여주었다. 지하수위는 강수량이 적은 봄철에 떨어지고 여름철 풍수기에 상승하는 경향을 보이나 그 변동 폭은 지역별로 다른 양상을 보인다. 지하수위와 강우이동평균의 상관관계를 여러 관측소의 자료로 분석한 결과 20일에서 130일 범위의 이동평균값에서 가장 높은 상관관계를 보여주었다. 그리고 유역평균 일최대침투량인 한계침투량은 한국 남부지방에서는 10 mm에서 90 mm 범위의 값을 가지는 것으로 분석되었다. 한계침투량을 고려해서 수정된 강수자료를 이용하여 이동평균을 구하여 지하수위와의 상관관계를 구해본 결과 이동평균일의 범위는 10일에서 150일 이었고, 한계침투량을 고려했을 때 더 큰 상관계수를 가지는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제13권4호
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• pp.457-474
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• 2003

본 연구에서는 창원시 대산면 강변여과수 취수장 부지의 지하수위 변동 특성을 분석하였다. 지하수위 및 하천수위 변동과 하천-대수층간의 상호작용은 장기적으로 취수정의 적정양수량을 평가하는데 중요하다. 2003년 2월부터 2003년 10월까지의 지하수위 분포를 보면 지하수위는 대체로 배후지쪽에서 낙동강 쪽으로 갈수록 낮아지는 경향성을 보이고 있으며, 수두경사는 0.008 정도를 나타낸다. 그러나, 취수정의 양수와 강수량에 의한 낙동강 수위 상승에 의해 일시적으로 유동방향이 역전되기도 한다. 낙동강 수위는 강수량 변화에 따라 해수면 기준으로 0 ∼ 10m를 보인다. 6개 지하수 관측공(DS1, DS2. DS3, DS4, DS6, DS7)에 대해서 자기상관분석을 실시한 결과, 세 개의 그룹으로 분류되었다. 1그룹(DS1호공과 DS3호공)은 강한 선형성과 기억효과를 보여주고, 2그룹(DS2호공과 DS6호공)은 중간정도의 선형성과 기억효과를 나타내며. 3그룹(DS4호공과 DS7호공)은 가장 약한 선형성과 기억효과를 보였다. 1그룹은 낙동강 수위변화의 영향을 상대적으로 많이 받고, 2그룹은 낙동강수위와 취수량의 영향을 동시에 받으며. 3그룹은 취수량의 영향을 가장 많이 받는 것으로 분석되었다.