• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 1999년도 정기총회 및 춘계 공동 학술발표회
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• pp.88-89
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• 1999

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.61-72
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• 2021

최근 기후변화로 인한 가뭄발생으로 국지적인 물부족 문제 해결을 위해 안정적인 지하수를 활용한 물공급 방안의 필요성이 증가하고 있으며 이에 대한 대안으로 지하수 인공함양 기술이 대두되고 있다. 본 연구에서는 기상조건 및 목표취수량, 함양정의 주입량, 주입기간 등을 고려한 함양 시나리오를 반영하여 수치모델링을 통해 인공함양-취수 시스템의 함양능력 평가와 최적 운영조건을 도출하여 가뭄발생에 대비한 농업용수의 효율적인 공급과 안정적인 용수확보를 위한 정량적인 평가기법을 도출하고자 하였다. 이에 함양정의 함양능력을 평가하기 위해 물수지 분석으로부터 도출된 목표취수량을 고려한 총 주입량 10,000 ton의 조건하에서 주입 시나리오별(Case 1~4)로 주입정 및 관측정별 지하수위 변화를 모사한 결과 주입 후 유역 내 지하수위는 약 25~42일간 유지되는 것으로 나타났다. 이 중 Case 3의 경우 지표하 1 m 미만으로 지하수위가 상승하여 적정 주입량은 50 m³/day가 적절한 것으로 모사되었으며 함양수 주입에 의한 지하수위 상승에 따른 영향범위는 113.5 m로 예측되었다. 또한 함양 시나리오에 따른 하류부 저투수성 벽체(LPB) 설치 전후의 유역내 함양능력 변화는 설치 전 대비 지하수 저류량은 약 6배가량 증가하였고 지하수 체류시간은 약 4배 정도 증가하는 것으로 모사되었다. 본 연구결과는 향후 가뭄대응을 위한 안정적인 농업용수 공급 및 지속적인 수자원 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.432-432
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• 2015

농업용 저수지의 하류유역은 저수지로부터 농업용수를 공급받는 관개지구와 산림지 등 관개를 실시하지 않는 비관개지구의 수문순환이 복합적으로 연계된다. 이러한 저수지 하류유역의 하천유량은 배후 유역에서 발생하는 유역 유출량, 관개지구의 농업용수 회귀수량, 저수지에서 방류되는 환경용수 방류량과 제한수위 및 만수위 방류량, 그리고 지하수 유출량 등으로 구성된다. 본 연구에서는 저수지 하류의 하천유량 구성 요소를 해석하는 하천망 모형을 구성하였고, 대상지구의 자료를 구축하였으며, 모형의 보정 및 검정을 수행하였다. 비관개지구의 유출량 모의는 수정 3단 Tank 모형을 이용하였다. 관개지구의 배수량은 논 포장 배수량과 용수로 배수량을 구분하여 모의하며, 논 포장 배수량은 논 물수지식을 기반으로 모의하였다. 저수지 방류량은 저수지 유입량과 저수지 운영방식을 고려하여 모의하도록 구성하였다. 하도 추적은 Muskingum 방법을 이용하였다. 연구 대상지로 이동저수지 유역을 선정하여 기상, 지형, 수문, 그리고 영농 자료를 수집하여 모형의 입력 자료를 구축하였다. 모형의 평가를 위한 통계적 지표는 Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), root mean square error-observations standard deviation ratio (RSR), 그리고 percent bias (PBIAS)를 이용하였다. 보정 및 검정 결과 구성된 모형의 모의 결과는 실측치의 경향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 우리나라 농촌유역 물순환에 대한 이해를 넓히며, 저수지 하류유역 유량 해석을 위한 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.56-56
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• 2017

홍수와 달리 가뭄은 장기적인 강수량 부족에 의해 발생하는 자연해로, 불확실성이 큰 장기(계절) 기상예보를 토대로 대비하기는 어려운 것이 현실이다. 가뭄에 대비하기 위해 가뭄의 진행상황을 관찰할 수 있는 다양한 가뭄지수가 활용되고 있다. 가뭄은 기상학적 가뭄, 농업적 가뭄, 수문학적 가뭄, 사회경제학적 가뭄으로 분류되고, 이를 정량적으로 평가하고 가뭄의 진행상황을 파악하기 위해 강수량, 유출량, 저수지의 저수량, 지하수, 토양수분 등 다양한 인자들이 사용된다. 일반적으로 널리 사용되고 있는 가뭄지수는 평균에 대한 부족한 정도를 지수화해서 나타낸다. 하지만 우리가 가용할 수 없는 많은 양의 강수량 및 유출량(또는 저수지 유입량)이 가뭄지수를 산정하는 기간 동안 지속적으로 영향을 주게 된다. 이는 짧은 기간 동안 매우 많은 강수 후 가뭄이 지속 되었을 경우, 이를 정상의 상태로 나타낼 수 있다는 것을 의미한다. 이와 같은 가뭄지수를 통해 가뭄에 대처하기 위한 기준을 수립하기에는 한계가 있음을 나타낸다. 우리나라의 경우 취수량의 대부분을 댐과 하천수에 의존한다. 하천수량이 댐의 방류량에 의한 의존도가 높은 현실에서 우리가 체감하는 가뭄은 댐의 용수확보와 공급에 가장 큰 영향을 받는다고 할 수 있다. 댐은 용량의 제한이 있으며, 계획된 용수공급량과 저수량 부족 시 용수공급을 조절하는 기준이 있다. 따라서 과거 관측된 유입량과 용수공급 계획량, 용수공급 조정 기준을 통해 저수지 운영을 모의하게 되면, 용수공급을 감축하는 시점을 확인 할 수 있다. 이를 활용하여 적절한 유입량의 상한계를 설정할 수 있으며, 이는 가뭄에 대비하는 댐 운영에 활용할 수 있는 가뭄지수로 활용할 수 있다. 이는 댐의 용수 공급과 직접적으로 연관되어 있으므로, 체감할 수 있는 가뭄전달 도구로 활용이 가능하다. 이와 같이 제시된 유입량 가뭄지수를 기존의 대표적인 가뭄지수와 비교하여 활용성을 평가하였다. 우리가 사용할 수 있는 물이 부족한 현상을 '물부족'으로 표현하고, 강수량의 부족을 '가뭄'으로 표현해야 한다는 주장이 있다. 하지만 강수량 부족에 기인한 물부족을 가뭄으로 표현하고 이를 정량적으로 나타내는 것이 가뭄에 대처해야하는 용수 관리자에게 유용할 뿐만 아니라, 일반 국민들에게 체감할 수 있는 가뭄정보를 제공하는데 도움이 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2017

지하수 인공함양은 수자원확보 및 비상시 용수를 목적으로 세계적으로 연구 및 프로젝트가 진행되고 있다. 인공함양의 방법에는 여러 가지의 방식이 있지만 본 연구는 관정을 통해 주입하는 ASTR(Aquifer Storage Transfer and Recovery)방법을 이용하여 연구하였다. ASTR이란 지표수를 인공적인 방법으로 대수층에 주입시키고, 일정기간 저장시키거나 유하시킨 후 양수하는 방법이다. 염수로 포화된 피압대수층에 담수를 주입하여 염수를 치환할 수 있는 주입-양수 시스템을 연구하였다. 염수로 포화된 대수층에서 인공함양기술을 성공시키기 위해서는 양수정으로 유입되는 염수비율이 0%을 만족하며, 주입으로 인한 수위상승량은 지반변형을 일으키지 않는 최소한의 값을 가지는 것이다. 본 연구는 앞서 언급한 인공함양기술을 성공시키기 위해 지하수 흐름모델과 최적화 모델을 결합한 최적전산모델을 이용하여 모의하였다. 지하수 흐름모델은 경계면모델을, 최적화 기법은 GA(Genetic Algorithm)을 이용하였다. 구축된 목적함수로는 양수정의 담수비율 최대화, 주입정에서의 수위상승량 최소화 그리고 양수개시시간 최소화로 구성하였다. 제약조건으로는 총 주입량 및 양수량 그리고 주입 및 양수정 개수이다. 서술한 목적함수와 제약조건을 만족하는 주입/양수정의 위치 및 유량을 최적전산모델로부터 얻을 수 있다. 기존 지하수 인공함양 및 개발은 사례별 연구 또는 전문가의 주관적 판단에 의존하는 경향이 있었다. 본 연구는 최적화 기법을 통해 복수의 관정에서 정량적인 산정이 가능하다. 현재 모델링에 의존한 연구로써 한계가 있지만, 추후 실제현장에 적용하여 모델 검정을 통해 신뢰도를 높이며 지하수 인공함양 개발에 많은 공헌을 할 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.2007-2010
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• 2010

제주도는 연평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최대의 다우지역이며, 투수성이 높은 화산성 지질의 특성으로 인해 상시 하천이나 강이 존재하지 않으며, 하천의 유출은 수백 mm이상의 호우 시에만 짧게 발생하며, 나머지 기간은 건천상태를 유지하고 있다. 이러한 제주의 수문지질 환경은 모든 용수를 지하수에 의존하게 했다. 본 연구에서는 제주도의 하천특성을 적절히 고려할 수 있고, 모든 물순환 성분이 물리적 기반하에서 해석되고 비교적 입력자료의 구축이 용이하며, 장기적인 모의가 가능한 SWAT 모형을 이용하여 제주도 서귀포 유역에 포함된 예레천, 궁산천, 보목천의 실제증발산량 및 직접유출량을 산정하고 이를 다시 물수지 방법을 이용하여 지하수 함양량을 추정하였다(2002~2008). 각 소유역별 평균 지하수 함양율은 예례천 유역은 40.75%, 궁산천 유역은 39.15%, 보목천 유역은 42.87%로 나타났다. 위의 결과는 제주도 수문지질 및 지하수자원 조사(III)를 이용하여 비교 검정하였으며, 비교 검정 결과, 서귀포 유역의 평균 함양량 및 평균 함양율과 비슷한 값을 보였다. 향후 정확한 자료의 확보와 다년간의 자료를 이용하여 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제4권3호
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• pp.297-309
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• 1994

전국 210개 시군을 대상으로 지역별 지하수 이용량을 예측하는 기법을 개발하였다. 우선 210개 대상지역은 각 지역 지하수 이용 특성에 따라 생활형, 공업형, 농업형 지역으로 대분하고, 이들로부터 각 지역별 특성을 잘 나타내는 표본(생활형 22개 : 공업형 8개 : 농업형 32개)지역을 선정하였다. 이 지역에서 지하수 이용에 연관 가능한 인자들로 1) 농지면적, 2) 공업부지 면적, 3) 행정단위 면적, 4) 인구, 5) 지하수원 상수도 시설용량, 6) 1인 1일 평균수량, 7) 농업용수 사용량, 8) 공업용수 사용량, 9) 생활용수 사용량, 10) 상수도 보급률 등을 선정하고 이들의 자료를 수집 분석하였다. 이들과 지역별 지하수 이용량과의 관계를 분석한 결과 얻어진 상관계수를 t-test 방법으로 신뢰도 95%와 99%에서 그 관계의 중요성을 검증하였고, 이로부터 영향인자를 도출하였다. 이와 같이 도출된 영향인자들을 사용하여, 다중 회기분석법으로 생공형 지역과 농업형 지역에서의 지하수 이용량을 추정하는 관계식을 두출하였고, 이 식으로부터 얻어진 예측치를 실제 이용량과 비교하여 그 오차의 RMS를 최소화하도록 보정하였다. 이 모델은 미래 자료에 의하여 타당성이 검증된 후, 지역별 지하수자원의 개발 계획 수립시 최대 수요량의 예측에 사용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2011

고성군의 상수도 보급률은 2008년 기준으로 61%이며, 인근지역인 통영시의 92%에 비하여 매우 낮은 실정이다. 고성군 용수공급 전망을 살펴보면 2014년 일 최대 $25,830m^3$/일의 수요가 예상되나 현재 광역상수도를 전량 수수하는 고성군의 배분량은 $20,500m^3$/일로 $5,330m^3$/일이 부족하여 용수 확보가 필요한 실정이라고 볼 수 있다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 고성군의 218개소 저수지중 주변의 오염요소가 적은 42개소 저수지 유역에 대해서 강우-유출모형을 모의 수행하였으며, 토양과 관련된 각종 자료와 이를 GIS기법을 이용하여 매개변수를 산정하여, 연속유출분석모형인(NWS-PC)를 통하여 42개 유역의 유입량을 모의 수행하였다. 이러한 산정된 매개변수를 통해 2006년~2009년 동안의 강우량을 토대로 유출모의를 수행하였으며, 2008년 강우량을 토대로 극한 가뭄시의 경우도 모의 수행하였다. 최악의 가뭄시 최저 강우량을 2008년으로 선정하였기에 고성군의 평균유입량은 2,866.8천$m^3$/년으로 나타났다. 1990년~2005년도 평균 농업용수 이용량은 5,879.4천$m^3$/년이며, 2006년~2007년의 평균 농업용수 이용량은 2,186.2천$m^3$/년으로 2005년 이전 농경지 면적이 50%이상 줄어듦에 따라 이용량도 줄었다. 고성군의 평균 식수량은 406.3천$m^3$/년으로 산정되었으며, 고성읍, 하이면, 마암면, 거류면에서 유입량과 농업용수 및 식수량 차이에서 부족한 현상이 나타났으나 고성군 전체 평균으로 봤을 때는 274.3천$m^3$/년의 양이 남는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 고성군 지역은 대부분의 농촌지역에서 생활용수를 마을상수도나 지하수에 의존하며 생활한다. 고성군 관내 농업용 저수지 중 식수겸용 저수지로 활용함으로써 인근 마을의 생활용수를 공급하게 되면 안정적인 마을상수원확보와 이상기후에 대비한 물 부족 대책을 수립할 수 있으며, 상습가뭄지역의 물 부족 문제가 해결하는데 기초자료로 활용할 수 있다고 판단된다.

• 지질공학
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• 제29권4호
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• pp.417-425
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• 2019

농업용 지하수 이용은 국내 지하수 이용량의 51.8%를 차지하고 있어 정확한 이용량 산정은 지하수의 효율적 정책 추진을 위하여 중요하다. 본 연구에서는 370개 관정의 이용량 실측 자료를 토대로 회귀나무 모형을 적용한 농업용(전작 및 답작용) 관정의 지하수 이용량의 산정 기법을 개발하고자 하였다. 모델의 입력 변수는 우물의 심도, 토출관 구경, 양수능력 등 3개가 유의한 것으로 평가되었으며, 모델에서의 각 변수의 중요도는 우물의 심도가 75%, 토출관 구경이 17%, 양수능력이 8%로 나타났다. 회귀나무 모형에 의한 농업용(전작 및 답작용) 관정의 일 이용량은 실측 이용량과 매우 유사한 것으로 평가되었으며, 기존의 국토교통부에서 제시한 추정식에 비하여 실측 이용량에 보다 근사한 것으로 나타났다. 향후 추가적인 실측 표본 자료를 확보하여 본 방법을 보완, 적용한다면 지하수 이용량 통계의 신뢰도가 크게 향상될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2023

최근 급격한 기후변화와 하천수 사용량의 증가로 수문학적 변동성이 증가하면서 지표수와 지하수의 통합 관리 필요성이 증대되고 있다. 이에 따라 SWAT-MODFLOW 모델은 지표수와 지하수 간의 수문학적 상호작용을 고려한 시공간적 지하수함양량의 분포와 하천과 대수층 간의 물 교환량, 장기 유출 및 수질 거동 해석 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 이 모델은 국내 농업 유역 내 담수 논에서의 영농활동을 고려한 시단위 유출 및 수질 예측과 지표수-지하수 통합 해석에 어려움이 있다. 우리나라의 경우 전국 농지 면적 중 논이 약 50%를 차지하고 있음에도 불구하고 아직까지 국내 담수 논 특성을 고려하여 지표수-지하수 통합 해석이 가능한 수문 모델이 개발 된 바 없다. 이에 본 연구에서는 고해상도 시강우량에 따른 담수 논에서의 증발, 침투, 관개, 배수 등 모의가 가능한 Hourly SWAT-PADDY 모듈을 개발하고, SWAT-MODFLOW 모델의 수문 프로세스와의 연계를 통해 지표수-지하수 통합 해석이 가능한 Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델을 개발하였다. Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델은 사용자가 구축한 담수 논의 입력자료(담수, 관개, 낙수 일정 등)를 기준으로 논의 담수 및 비담수 시기에 따른 시단위 물수지 해석과 이를 고려한 유출량, 수질, 지하수함양량, 하천과 대수층 간의 물 교환량 산정이 가능하다. 본 연구에서 개발 된 Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델은 국내 농업 유역에서의 지표수-지하수 통합 관리 대책 수립 방향을 제시하기 위한 도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 향후 논의 관개 용수 공급원 연계를 통한 모델의 고도화 방안과 최적의 논 영농 데이터베이스가 마련된다면 보다 정량적인 물수지 해석 기반의 지표수-지하수 통합 모델링이 가능할 것으로 보인다.