• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.16-16
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• 2023

기후변화로 인한 가뭄, 홍수, 녹조 등 이상기후 현상들이 본격화함에 따라 안정적인 수자원 관리의 필요성이 증가하고 있다. 특히 급변하는 환경조건 속에서도 안정적인 수자원 확보를 가능하게 하는 지하수 자원의 적극적인 활용은 기후변화대응에 있어 핵심적인 요소이다. 지하수는 하천, 호수 연안지역 등 다양한 지표의 수문환경과 연결되어 천층지권의 수문생태적 특성을 결정하기 때문에, 지속가능한 수자원 활용을 위해서는 지하수와 지표수의 상호작용에 대한 통합적인 검토가 이루어져야 한다. 하지만 긴밀하게 연계된 특성에도 불구하고 지하수와 지표수에 대한 연구는 오랜기간 개별수문환경에 대해 독립적으로 수행되어왔다. 이러한 연구경향은 저류시간이 크게 다른 지하수와 지표수의 수문적 특성뿐 아니라 개별수문환경에서 나타나는 작용들을 통합적으로 다룰 수 있는 모델의 부제에도 기인한다. 최근 비약적인 연산능력의 향상과 함께 지하수-지표수 환경을 연계한 통합수문모델(Integrated Hydrology Model)의 개발 및 활용이 이루어짐에 따라 기후변화 및 수자원 활용에 따른 수문환경변화 대한 통합적인 연구 시도가 이루어지고 있다. 본 발표에서는 최근의 통합수문모델과 다중요소 반응성 운송 모형(Multicomponent Reactive Transport Model)의 연계를 통한 물질순환 연구의 최신 동향을 소개하고(농도-유량 상관관계, 지표수계의 화학적 풍화와 이산화탄소 저감, 녹조 등), 데이터 기반 모형을 통한 통합수문모델의 연산 효율 및 정확성 향상을 위한 방법에 대해 모색하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.824-828
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• 2006

SWAT-MODFLOW 모형은 물리적 기반의 준 분포형 모형인 SWAT모형의 지하수 모듈을 분포형 모형인 MODFLOW로 대체하여 하천과 대수층간의 수위차이에 따른 물교환량으로 지하수 유출량을 결정하는 완전 연동형 지표수-지하수 통합모형이다. 이 모형을 구동하기 위해서는 유역자료, 기상자료, 하천특성자료, 토지 이용자료, 토양자료, 작물자료, 지하수자료 등 다양한 입력 자료를 필요로 한다. 이러한 입력 자료의 변동양상에 따라 모형의 결과가 크게 다르게 나타나므로 모형의 입력 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 분석하여야 한다. 본 연구에서는 지하수유출해석을 담당하는 MODFLOW 모형의 수리지질학적 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 검토하였다. SWAT-MODFLOW 모형을 경안천 유역에 적용하여 투수계수, 저류계수, 하상수리전도도 등의 주요 수리지질학적 매개변수가 지하수 유출현상에 미치는 증감과 변화율 등을 정량적으로 분석하였다. 유역출구점에서의 연평균 지하수유출량의 변화, 하천과 대수층의 상호작용에 따른 지하수 유출량 시계열의 변화 등을 분석하여 그 결과를 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.283-283
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• 2021

혼합대는 지표수와 지하수의 수리적 교환이 일어나는 경계부로써 1) 수문학적 관점에서는 하도와 하상간의 물교환이 이루어지는 공간으로 다양한 물리적·화학적 작용이 발생, 2) 생지화학적인 관점에서는 하상 간극수 흐름에 의한 전이대(ecotone)를 형성하여 용존산소·영양물질·용존유기탄소의 이동뿐만이 아니라 지하수로부터 열에너지·무기염류의 공급을 유도하면서 높은 생지화학적 활동과 변환을 야기하는 산화·환원 반응구역, 3) 생태적인 관점에서는 저서생물과 지하 유기체종을 특징으로 하는 서식지이나 잠재적인 레퓨지움(refugium) 등의 관점에서 해석될 수 있다. 국내 하천환경의 생태학적 지속가능성을 위한 지표수-지하수 혼합대 관리에 대한 중요성이 점차 증대되고 있지만 우리나라는 여전히 지하수의 이용 및 보전과 지하수의 안정적인 수량·수질 확보를 목표로 관리를 추진하고 있다. 따라서, 실질적인 지표수-지하수 혼합대에서 발생하는 다양한 현상의 이해나 관리방안에 관한 연구는 아직 미비한 상황이다. 지표수-지하수 혼합대에 관한 보고서, 논문 등을 종합하여 혼합대의 영향인자를 살펴보면 1) 수리수문 특성에는 수리전도도·하천 수위·하천 유속·하천수 수온, 2) 수질 특성에는 유기오염물질·영양염류, 3) 수생태 특성에는 대형무척추동물 등으로 분류할 수 있다. 지금까지 단일 연구분야의 접근방법으로 다양한 현장측정기법 및 모델링을 통한 혼합대 연구가 수행되고 있지만, 혼합대가 가지는 환경적 중요성에 대한 이해와 인식이 부족하고, 혼합대 내부에서 발생하는 복합적인 프로세스로 인해 전문가들조차 연구에 어려움을 가질 것이다. 지표수-지하수 혼합대의 효율적인 관리를 위해서는 수리수문·수질·수생태 등 다양한 시각에서 접근하여 학제간 융합연구를 통해 기초 데이터를 상호교환하고, 기존의 혼합대 조사에 부족한 부분을 해결할 필요가 있다. 향후 하천 기저유출 및 혼합대 기초자료 구축, 혼합대 흐름 정량화, 하천복원사업에 의한 혼합대 영향 규명 등의 연구를 수행함으로써 혼합대를 체계적으로 관리할 수 있는 기술 방안을 제시할 필요가 있다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.11 no.3
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• pp.1-8
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• 2009

The groundwater dependent ecosystem associated with a natural stream is the area where mixing and exchange of surface water and groundwater occurs due to large chemical and hydraulic gradients. Surface-groundwater interactions play an important role in biogeochemical processes in groundwater dependent ecosystems and make this area a hydro-ecological hot spot. The objective of this study is to characterize the groundwater dependent ecosystem in a natural stream where nitrate contamination of stream water is observed by means of hydrogeological, chemical, and biological methods. In this study, vertical flow exchange(hyporheic flow) rates between stream and groundwater were estimated based on vertical hydraulic gradients measured at mini-piezometers of various depths. To investigate the biological natural attenuation potential, biological analyses using polymerase chain reaction(PCR)-cloning methods were performed in this study. Results show that the veritical hyporheic water fluxes affect nitrate concentrations and bacterial densities in groundwater dependent ecosystems to some degree. Also, denitrifying bacteria were identified in hyporheic soils, which may support the biodegradation potential of the groundwater dependent ecosystems under certain conditions.

• Economic and Environmental Geology
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• v.49 no.3
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• pp.167-179
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• 2016

Water quality of Oseepchun, Dogye area, was investigated quantitatively for its origin and hydrogeochemistry in relation to the influence of groundwater. Groundwater appears to be the principal source of Oseepchun from the water-quality monitoring data including redox potentials, composition of dissolved ions and their correlations, hydrogen and oxygen stable isotopic ratios, and the distribution and occurrence of contaminants. Water-quality type of the surface water was grouped by the water-rock interactions as $Ca-HCO_3$ type originated from carbonated bed-rocks in the Joseon Supergroup, (Ca, Mg)-$SO_4$ type related with dissolution of surfide minerals in coal beds of Pyeongan Supergroup, and (Ca, Mg)-($HCO_3$, $SO_4$) type of the mixed one. Locally water pollution occurs by high $SO_4$ from mine drainage and $NO_3$ from waste-treatment facility. Intensive precipitation in summer has no effect on the water type of Oseepchun, but increases the inflow of nitrate and chloride originated from land surface. Results of this study direct that groundwater-surface water interaction is intimate, and thus surface-water resource management should begin with groundwater characterization.

• Korean Journal of Environment and Ecology
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• v.15 no.2
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• pp.139-152
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• 2001

충남 서부 활석광산 주변의 수계에 대한 원소 함량특성에 대해 알아보고자 대흥 및 광천광산에 대해 수질 및 하상 퇴적물 시료와 함께 광산 주변 토양 및 모암 시료를 채취, 비교하였다. 대흥지역 퇴적물은 대부분 원소에서 SP가 GN에 비해 높았는데 이는 퇴적물 내 유색 및 무색광물 함량 차이로 판단된다. 절대 함량 비교에서 광물 결정구조 내 쉽게 Mg와 치환하는 원소는 낮은비율을, Fe와 치환하는 원소는 높은 비율을 보였는데 이는 퇴적물 내 주 구성광물내 원소 치환특성을 반영하기 때문으로 판단된다. 절대 함량의 감소 순서와 타원소들과 높은 상관관계(>0.85)의 빈도를 보이는 원소들 사이의 차이는 퇴적물 화학조성에 이차광물과 비정질 광물등의 조성도 반영되었음을 암시한다. 대흥지역 지표수는 대부분 원소에서 MSP가 SP와 GN의 중간값을, MSG는 LGN과 MSP의 중간값을 조여 수계의 혼합특성을반영하는 것으로 판단된다. 절대 함량관계에서는 SP는 GW1과 유사했고, GN은 LGN과 유사했으며, 절대함량은(Mg, Fe), (As, Sc), (Mo, V, Se) 순서로 낮아졌다. 광천지역은 갱내수가 천부 지하수에 비해 대부분 원소에서 높은 함량을 보였는데, 이는 갱내수가 더욱더 많은 물-암석반응을 거친 때문으로 판단된다. 절대 함량은 Mg, Br, Fe, (Sc, Cr), (An, Ni, V)순서로 감소하였다. 갱냉수의 지역간 원소 함량 차이는 사문암화가 우세한 광천지역과 활석화가 우세한 대흥지역 모암들 사이의물-암석 상화반응의 차이를 보여주는 것으로 판단된다 두 지역의 상부 토양 및 모암 조성에서 SP가 GN에 비해 높은 Mg 비, Ni, Cr, Co 등 함량을 보였는데, 이는 사문암 지역 내 Mg, Ni, Cr 등이 풍부한 광물들 탓으로 판단된다. 퇴적물과 수질 사이에서는 함량 경향을 뚜렷하지 않았고 원소에 따라 서로 다른 힘량 차이를 보였는데, 이는 퇴적물 원소 함량이 수계 조성을 반영하는 것이 아님을 나타낸다. 상부-토양-암석-수계의 조성관계에서 대흥지역 지표수 중 SP 조성이, 광천지역은 갱냉수가 지하수의 조성에 가까웠다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.481-488
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• 2006

This paper suggests a novel approach of integrating the quasi-distributed watershed model SWAT with the fully-distributed groundwater model MODFLOW. Since the SWAT model has semi distributed features, its groundwater components hardly considers distributed parameters such as hydraulic conductivity and storage coefficient. Generating a detailed representation of groundwater recharge, head distribution and pumping rate is equally difficult. To solve these problems, the method of exchanging the characteristics of the hydrologic response units (HRUs) in SWAT with cells in MODFLOW by fully combined manner is proposed. The linkage is completed by considering the interaction between the stream network and the aquifer to reflect boundary flow. This approach is provisionally applied to Gyungancheon basin in Korea. The application demonstrates a combined model which enables an interaction between saturated zones and channel reaches. This interaction plays an essential role in the runoff generation in the Gyungancheon basin. The comprehensive results show a wide applicability of the model which represents the temporal-spatial groundwater head distribution and recharge.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.11 no.1
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• pp.23-36
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• 2006

Experimental leaching of tailings was performed as a function of times (1, 2, 4, 7, 14, 21 and 30 days) in the laboratory using reaction solutions equilibrated to three different pH set-points (pHs 1,3 and 5). The initial pHs of 5 and 3 stabilized at either 4.6-6.1 or 2.8-3.5 in 2 days and decrease gradually with time afterwards. The results of the leaching tests indicate that the significant increase in the sulfate concentrations and in acidity after 7 days of leaching results from the oxidation of sulfide minerals. There were no significant variations in the extractable Pb found in the leach solutions of pH 5 and 3 within the reaction time (1-30 days), while Zn, Cd and Cu concentrations tend to significantly increase with time. In tailings leaching at an initial pH=1, two trends were observed: i) The 'Zn-type' (Zn, Cd and Cu), with increasing concentrations between days 1 and 30, corresponding to the expected trend when continuous dissolution is the dominant process, ii) the 'Pb-type' (Pb), with decreasing concentrations over time, suggesting rapid dissolution of a Pb source followed by the precipitation of 'anglesite' in relation to the large increase in dissolved sulfates. The high sulfate concentrations were coupled with high concentrations of released Fe, Zn and Cd. Release of Zn and Cd and acidity from these leaching experiments can potentially pose adverse impact to surface and groundwater qualities in the surrounding environment. The kinetic problems could be the important factor which leads to increasing concentrations of trace metals in the runoff water.

• Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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• v.7 no.1
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• pp.32-46
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• 2000

Hydrogeochemical and isotope ($\delta$$^{18}$ O, $\delta$D, $^3$H, $\delta$$^{13}$ C, $\delta$$^{34}$ S, $^{87}$ Sr/$^{86}$ Sr) studies of various kinds of waters (thermal groundwater, deep groundwater, shallow groundwater, and surface water) from the Yusung area were carried out in order to elucidate their geochemical characteristics such as distribution and behaviour of major/minor elements, geochemical evolution, reservoir temperature, and water-rock interaction of the thermal groundwater. Thermal groundwater of the Yusung area is formed by heating at depth during deep circlulation of groundwater and is evolved into Na-HCO$_3$type water by hydrolysis of silicate minerals with calcite precipitation and mixing of shallow groundwater. High NO$_3$contents of many thermal and deep groundwater samples indicate that the thermal or deep groundwaters were mixed with contaminated shallow groundwater and/or surface water. $\delta$$^{18}$ O and $\delta$D are plotted around the global meteoric water line and there are no differences between the various types of water. Tritium contents of shallow groundwater, deep groundwater and thermal groundwater are quite different, but show that the thermal groundwater was mixed with surface water and/or shallow groundwater during uprising to surface after being heated at depths. $\delta$$^{13}$ C values of all water samples are very low (average -16.3$\textperthousand$%o). Such low $\delta$$^{13}$ C values indicate that the source of carbon is organic material and all waters from the Yusung area were affected by $CO_2$ gas originated from near surface environment. $\delta$$^{34}$ S values show mixing properties of thermal groundwater and shallow groundwater. Based on $^{87}$ Sr/$^{86}$ Sr values, Ca is thought to be originated from the dissolution of plagioclase. Reservoir temperature at depth is estimated to be 100~1$25^{\circ}C$ by calculation of equilibrium method of multiphase system. Therefore, the thermal groundwaters from the Yusung area were formed by heating at depths and evolved by water-rock interaction and mixing with shallow groundwater.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
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• v.7 no.1
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• pp.49-61
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• 1994

As the groundwater flows along the fractures of crystalline rocks, it will be in contact with the fracture walls mostly coated by secondary minerals which are quite different form those of host rocks. The presence of fracture-filling minerals in crystalline rocks is important on the view point of radioactive waste disposal because of their great surface reactivity. The Surichi drill hole of 200 m in depth in the Yugu area composed mainly of Precambrian gneiss was selected to study the formation process of clay minerals on the fracture wall of gneiss, and their relation with present groundwater. The water-rock interaction in fractures resulted in the formation of gibbsite and clay minerals. They are formed by two different processes : (1) Incongruent dissolution of feldspar by groundwater diffused from a fracture path into rock matrix produced smectite and illite in situ, (2) on the wall of fracture, gibbsite, kaolinite, smectite and illite are formed by precipitation of dissolved species in groundwater. They show the paragenetic sequence such as gibbsite${\leftrightarrow}$kaolinite${\leftrightarrow}$smectite or illite. The paragenetic sequence of fracture-filling minerals was controlled by increase of pH of groundwater, decrease of fracture permeability by precipitation of fillings, and immobility of alkali or alkaline earths in groundwater. The groundwater from the Surichi borehole is a $Na-HCO_{3}$ type with pH range of 8.6-9.2. The sodium and bicarbonate in groundwater would be supplied by the dissolution of albite and calcite, respectively. The saturation index of groundwater and surface water calculated by WATEQ4F indicates that gibbsite and kaolinite are under precipitation to equilibrium state, and that smectite and illite are under equilibrium to redissolution environment. The stability relation of clay minerals in the $Na_{2}O-Al_{2}O_{3}-SiO_{2}-H_{2}O$ system shows that kaolinite is stable for all waters.