• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국습지학회지
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• 제11권3호
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• pp.1-8
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• 2009

자연 하천과 연계된 지하수 종속 생태환경은 지하수와 지표수의 화학적, 수리적 구배차이에 의해 혼합이 활발히 일어나는 지역이다. 지표수와 지하수 사이의 상호작용은 지하수 종속 생태 환경에서의 생지화학 과정에 중요한 역할뿐만 아니라 이 지역을 수리생태학적 열점으로 만든다. 이 연구의 목적은 질산성 질소로 오염된 자연하천과 연계된 지하수 종속 생태환경의 특성을 수리지질학적, 화학적, 생물학적 방법을 이용하여 특성을 평가하는 것이다. 지하수 종속 생태환경에서 일어나는 지표수와 지하수 사이의 수직교환률은 현장에 다양한 깊이로 설치한 소형관정에서 측정한 수두구배를 근거하여 계산하였다. 본 연구에서는 생물학적 자연저감 퍼텐셜을 조사하기 위해 연쇄중합반응 및 클로닝 방법이 수행되었다. 연구 결과, 지하수 종속 생태환경의 혼합수 유동률은 다소 미생물의 활동, 그리고 질산성 질소의 농도에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 또한 지표수-지하수 혼합구간의 토양에서 분리된 탈질미생물은 특정조건하에서 지하수 종속 생태환경에서의 생분해능력을 고무할 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제49권3호
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• pp.167-179
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• 2016

이 연구에서는 강원도 도계지역의 오십천과 주변의 지류를 대상으로 하천수의 수리지화학적 특성을 규명하여 지표 수질에 대한 지하수의 영향을 정량적으로 밝히고, 이를 근거로 체계적인 수자원 관리를 위한 기본정보를 제공하고자 하였다. 오십천 하천수의 수질모니터링 결과, 산화환원전위, 용존 이온성분의 분포와 성분간의 상관성, 산소-수소 동위원소비, 오염물질의 분포와 발생 등은 오십천의 가장 중요한 공급원이 지하수임을 지시한다. 하천수의 수질유형은 기반암의 지질학적 특성에 따른 지하수의 물-암석 반응에 의해 결정되며, 조선누층군의 탄산염 기반암에 기원하는 $Ca-HCO_3$ 유형, 평안누층군 내 탄층에 수반되는 황화광물의 용해와 연관된 (Ca, Mg)-$SO_4$ 유형, 그리고 이 두 유형이 복합적으로 나타나는 (Ca, Mg)-($HCO_3$, $SO_4$) 유형 등의 3가지 유형이 나타난다. 수질 오염현상은 광산배수와 유사한 높은 $SO_4$ 함량과, 지표 토지이용에 따른 질산염의 국지적 발생이 확인된다. 여름철 집중강수는 하천수질의 전반적인 유형에는 영향을 미치지 않으나, 지표기원의 오염물질인 질산염과 염소 등의 유입이 증가되는 현상을 초래한다. 그럼에도 불구하고, 증가된 하천유출량으로 인해 용존이온의 농도 희석효과가 발생한다. 본 연구결과는 지표수 수질관리의 시발점이 주 공급원이 되는 지하수질의 특성화로부터 시작되어야 함을 지시한다.

• 한국환경생태학회지
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• 제15권2호
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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.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.481-488
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• 2006

본 연구는 준분포형 장기유출모형인 SWAT과 3차원 분포형 지하수 모형인 MODFLOW를 통합한 새로운 시도에 관한 것이다. SWAT모형은 준분포형 특성상 지하수 성분중에서 투수계수나 저류계수등의 분포형 매개변수를 고려할 수 없으며 지하수 함양량, 수두와 양수량 분포 등을 고려하는데에도 어려움이 있다. 이와같은 문제점을 극복하기 위해 SWAT의 수문반응단위인 HRU와 MODFLOW의 기본단위인 셀간의 특성치들을 주고받을 수 있는 완전연동형 기법을 제시하였다. 이러한 결합은 하천망과 대수층간의 상호작용을 경계흐름으로 고려함으로써 완성되었다. SWAT-MODFLOW 결합모형을 우리나라 경안천 수위관측소 유역에 시험적으로 적용한 결과, 포화대와 하천지류간의 상호작용이 경안천 유역의 유출량 산정에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 이와 함께 결합모형은 지하수두 및 함양량의 시공간적 변동성을 재현하는 등 광범위한 적용가능성을 보여주었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권1호
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• pp.23-36
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• 2006

이번 연구는 광미시료를 대상으로 반응시간(1, 2, 4, 7, 14, 21 및 30일)과 반응용액의 pH(1, 3 및 5)를 달리하여 실내 용출실험을 실시하였다. pH 5와 pH 3의 반응용액과의 용출실험에서는 반응 2일 후 최종 pH가 4.6-6.1 혹은 2.8-3.5로 안정화되었으며, 반응시간이 지남에 따라 점진적으로 낮아졌다. 황산염 농도와 산도는 7일 이후 증가하는 것이 관찰되었는데, 이는 황화광물의 산화작용때문인 것으로 판단된다 pH 5와 pH 3에서 용출된 Pb 함량은 반응기 간(1-30일) 동안 뚜렷한 변화가 보이지 않은 반면에 Zn, Cd 및 Cu는 시간이 지남에 따라 용출함량이 증가하는 경향을 보였다. 반응용액 pH 1에서의 용출특성은 Zn 형태(Zn, Cd, 및 Cu)와 Pb 형태(Pb)로 구분되었다. Zn 형태는 시간에 따라 용출함량이 증가되었고, 이는 지속적인 용해작용에 의한 것이다. Pb 형태는 시간에 따라 용출농도가 감소하였으며, 이는 황산염의 용출함량이 높아짐에 따라 용해된 Pb가 앵글레사이트(anglesit)로 침전됨을 지시한다. 높은 황산염 농도는 Fe, Zn, 및 Cd의 높은 용출함량과 밀접한 관련이 있다. 이들 용출실험 결과 Zn과 Cd의 용출과 산도는 광산주변 환경의 지표수와 지하수 수질에 악영향을 주는 요인이 될 수 있다. 용출반응에서 kinetics 문제는 광미가 빗물과 반응하여 유출수에서의 중금속 농도를 증가시킬 수 있는 중요한 요인이 된다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제7권1호
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• pp.32-46
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• 2000

유성 지역의 지열수를 포함한 자연수에 대한 용존이온의 분포 및 거동과 같은 지구화학적 특성을 밝히고 지열수의 지화학적 진화과정, 심부온도 및 물-암석 상호반응특성을 규명하기 위해 유성 지역 내에 부존하는 유형별 자연수 (지열수, 심부 및 천부지하수, 지표수)에 대한 수문지구화학 및 동위원소 ($\delta$$^{18}$ O, $\delta$D, $^3$H, $\delta$$^{13}$C, $\delta$$^{34}$ S, $^{87}$ Sr/$^{86}$Sr) 연구를 수행하였다. 유성 지역 지열수는 순환수 기원의 지하수가 심부 열원에 의해 온도가 상승하였고, 방해석 침전이 수반된 규산염 광물의 가수분해 반응을 거치면서 천부 기원 지하수와 혼합되어 Na-HCO$_3$유형의 지열수로 진화되었다. 인위적 오염의 지시원소인 NO$_3$함량이 일부 지열수 및 심부지하수 시료에서 높은 값을 보이는 것으로 보아 오염에 노출된 지표수가 지하수로 유입되었으며 또한 일부 온천공으로도 유입되었을 것이다. 연구 지역의 $\delta$$^{18}$ 와 $\delta$D의 분포는 지구순환 수선상 주변에 도시되며 유형별로는 뚜렷한 차이를 보이지 않는다. 삼중수소 함량은 유형별로 뚜렷이 구분되나 대부분 지열수의 경우 지표수 및 천부지하수의 혼입활동이 수반된 특징을 보여준다. 탄소 동위원소비에 있어서도 대부분 토양내 유기물 기원의 값에 가까울 정도로 낮은 값을 보이는 것으로 보아 (평균 -16.3$\textperthousand$)전체적인 지하수 순환체계에 걸쳐 지표 토양 환경의 이산화탄소 공급이 이루어지고 있음을 지시하고 있다. 황 동위원소비 역시 지열수와 천부지하수와의 혼합 특성을 보이며, 스트론튬 동위원소비에 의하면 지열수의 Ca기원은 사장석의 용해인 것으로 판단된다. 다성분계 평형상태의 계산은 심부저장지 지열수가 100~1$25^{\circ}C$에서 평형상태에 있었음을 지시한다. 따라서 연구 지역의 지하수는 지하 순환과정 중 심부에서 열원을 만나게 되어 온도가 상승하였고, 물-암석 반응을 거치면서 상승하게 되었고, 이 과정중 천부지하수의 혼합과정이 수반되면서 진화된 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제7권1호
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• pp.49-61
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• 1994

결정질암반중의 지하수 이동로인 열극은 모암과는 다른 이차광물로 구성되는 수가 많다. 그래서 방사성폐기물 처분장 모암중의 열극광물은 그들의 높은 표면 반응성 때문에 관심의 대상이 되고 있다. 본 논문에서는 선캠브리아기 편마암류로 구성되어 있는 충남 유구지역수리치 시추공 코아의 열극표면에서 발견된 점토광물의 생성과정을 고찰하였고, 그들과 현재 지표수 및 지하수와의 평형관계를 알아보았다. 편마암 열극에서 물-암석 상호반응은 깁사이트, 캐올리나이트, 스멕타이드, 일라이트 등을 생성시켰다. 열극점토광물은 두가지 다른 과정을 통해 생성된 것으로 판단된다. : (1) 열극주변 모암 확산대에서 장석의 Incongruent Dissolution에 의한 스멕타이트 또는 일라이트의 생성, (2) 열극틈 사이에는 깁사아트, 캐올리나이트, 스멕타이트 (또는 일라이트)가 지하수의 용존이온으로부터 침전. 열극충전광물은 깁사이트${\leftrightarrow}$캐올리나이트${\leftrightarrow}$스멕타이트 (또는 일라이트) 순으로의 광물생성순서를 보인다. 광물생성순서를 규제한 요인은 지하수의 pH 상승, 충전물에 의한 열극틈의 투수계수 감소, 그리고 알카리 및 알카리토 원소의 Immobility에 의한 것으로 보인다. 수리치 시추공 지하수의 pH는 8.6-9.2 범위이며, 화학성분상 $Na-HCO_{3}$ 형이며, Na와 $HCO_{3}$는 Albite와 Calcite의 용해작용으로부터 공급된 것으로 보인다. WATEQ4/F 프로그램에 의한 지하수의 포화지수는 pH 상승에 따라 깁사이트와 캐올리나이트는 침전반응을 거쳐 평형상태로, 스멕타이트와 일라이트 평형상태를 거쳐 재용해성 환경으로의 변화를 지시한다. $Na_{2}O-Al_{2}O_{3}-SiO_{2}-H_{2}O$계의 상안정도상에 지표수와 지하수 모두 캐올리나이트 안정영역에 속한다.