• 한국수자원학회논문집
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• 제45권12호
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• pp.1243-1258
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• 2012

본 연구에서는 지하수 양수에 따른 하천수 감소량을 예측할 수 있는 상관관계식을 지표수-지하수 통합모의 결과를 이용하여 유도하였다. 신둔천과 죽산천 두 개의 시험유역에 대해 지표수-지하수 통합모형 SWAT-MODFLOW을 적용하여 다양한 양수조건에 따른 하천수 감소량 자료를 모의 생성하였으며, 생성된 자료를 바탕으로 다중회귀분석을 실시하여 지하수 양수량, 하천과 양수정 이격거리, 대수층 및 하천바닥의 수리특성, 강수량 등의 함수인 하천수 감소량 산정 식을 유도, 제시하였다. 개발된 상관관계식은 하천인근 지하수 양수에 따른 하천수 영향을 평가하는데 간편하게 적용될 수 있으며, 지하수 양수량 중 하천수에 해당하는 부분인 하천수 기여도를 산정하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.10-10
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• 2023

본질적으로 복잡하고 다양한 특성을 가지는 우리나라(도시, 농어촌, 도서산간, 섬 등)의 물 공급 시스템은 생활수준의 향상, 기후변화 및 가뭄위기, 소비환경 중심의 요구와 한정된 수자원을 잘 활용하기 위한 운영 및 관리가 매우 복잡하다. 이로 인한 수자원 고갈과 가뭄위기 등에 관련한 대책 및 방안으로 대체수자원인 지하수 활용방안들이 제시되고 있다. 따라서, 물 관리 시스템과 관련한 디지털 기술은 오늘날 플랫폼과 디지털 트윈의 도입을 통해 네트워크와 가상현실 세계의 연결이 통합되어진 4차 산업혁명 사업이 현실화되고 있다. 물 관리 시스템에 사용된 새로운 디지털 기술 "BDA(Big Data Analytics), CPS(Cyber Physical System), IoT(Internet of Things), CC(Cloud Computing), AI(Artificial Intelligence)" 등의 성장이 증가함에 따라 가뭄대응 위기와 도시 지하수 물 순환 시스템 운영이 증가하는 소비자 중심의 수요를 충족시키기 위해서는 지속가능한 지하수 공급을 효과적으로 관리되어야 한다. 4차 산업혁명과 관련한 기술성장이 증가함으로 인한 물 부문은 시스템의 지속가능성을 향상시키기 위해 전체 디지털화 단계로 이동하고 있다. 이러한 디지털 전환의 핵심은 데이터에 관한 것이며, 이를 활용하여 가치 창출을 위해서 "Digital Groundwater Technology/Twin(DGT)"를 극대화하는 방식으로 제고해야 한다. 현재 당면하고 있는 기후위기에 따른 가뭄, 홍수, 녹조, 탁수, 대체수자원 등의 수자원 재해에 대한 다양한 대응 방안과 수자원 확보 기술이 논의되고 있다. 이에 따른 "물 순환 시스템"의 이해와 함께 문제해결 방안도출을 위하여 이번 "기획 세션"에서는 지하수 수량 및 수질, 정수, 모니터링, 모델링, 운영/관리 등의 수자원 데이터의 플랫폼 동시성 구축으로부터 역동적인 "DGT"을 통한 디지털 트윈화하여, 지표수-토양-지하수 분야의 특화된 연직 프로파일링 관측기술을 다각도로 모색하고자 한다. "Digital Groundwater(DG)"는 지하수의 물 순환, 수량 및 수질 관리, 지표수-지하수 순환 및 모니터링, 지하수 예측 모델링 통합연계를 위해 지하수 플랫폼 동시성, ChatGPT, CPS 및 DT 등의 복합 디지털화 단계로 나가고 있다. 복잡한 지하환경의 이해와 관리 및 보존을 위한 지하수 네트워크에서 수량과 수질 데이터를 수집하기 위한 스마트 지하수 관측기술 개발은 큰 도전이다. 스마트 지하수 관측기술은 BD분석, AI 및 클라우드 컴퓨팅 등의 디지털 기술에 필요한 획득된 데이터 분석에 사용되는 알고리즘의 복잡성과 데이터 품질에 따라 영향을 미칠 수 있기 때문이다. "DG"는 지하수의 정보화 및 네트워크 운영관리 자동화, 지능화 등을 위한 디지털 도구를 활용함으로써 지표수-토양층-지하수 네트워크 통합관리에 대한 비전을 만들 수 있다. 또한, DGT는 지하수 관측센서의 1차원 데이터 융합을 이용한 지하수 플랫폼 동시성과 디지털 트윈을 연계할 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.105-109
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• 2009

강우유출수의 기저유출(base flow)이 지표수 수질에 영향을 미치는 것은 잘 알려져 있다. 이 논문에서는 기저유출로 발생하는 질산성 질소가 수질에 미치는 영향을 USGS의 PULSE 소프트웨어를 사용하여 월별 지하수 유출량을 수문 분리하였다. 2005년도 금강유역의 갑천2 지점의 지표수 수질 및 유량자료를 사용하였으며, 지하수 수질자료는 정부기관 측정자료를 사용 하였다. 갑천2 지점의 상류는 농지 및 임야가 대부분이다. 수문분리 결과, 봄과 가을에는 하천유량의 85~95%가 기저유출 기여량이며 여름과 겨울에는 25~38%가 기저유출 기여량으로 나타났다. 갑천2 지점에서 질산성 질소의 월별 기저유출 부하량은 유역내 지하수의 평균 질산성질소 농도를 이용하여 산정하였다. 갑천2 지점에서 기저유출되는 질산성질소 부하량은 5.4 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$로 추정되었는데, 이는 갑천2 지점의 지표수 질산성 질소 부하량인 9.2 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$의 59%에 해당하는 값이다. 기저유출되는 질산성질소의 계절변화는 월별 질산성질소 부하량을 월별기저유출량으로 나누어 구하였는데, 우기시 질산성 질소의 기저유출농도가 높은 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 지하수 수질 모니터링이 지표수 수질 관리에 필요함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.540-540
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• 2012

강우 발생시 유역에 집수된 물이 하천에 이르는 경로에 따른 유출은 지표유출, 지표하유출, 지하수유출로 구분된다. 정확한 수문순환 과정의 해석을 위해서는 지표 흐름뿐만 아니라 지표하 및 지하수 흐름의 해석이 중요한 실정이나 일반적으로 실무에서 사용되는 강우-유출해석 모형은 지표유출을 해석하기 위한 모형이 대부분이며, 지표하 유출과 침투량을 산정하는데 어려움이 있다. 일반적인 강우-유출해석 모형은 Horton 방법, NRCS 방법, Green-Ampt 방법에 의해 유효우량을 분리하며, 이 과정은 침투량을 직접적으로 모형화 할 수 없으므로 지표 및 지표하, 지하수 흐름을 복합적으로 해석할 수 있는 모형이 질적이나 양적으로 부족한 실정이다. 이러한 지표하 흐름과 침투량을 산정하기 위하여 FE-FLOW, PM, MS-VMS, GMS, GW-VISTAS, ARGUS 및 MODFLOW와 같은 지하수 모형을 사용하고 있다. 본 연구에서는 지표하유출 산정을 위한 침투량의 비교분석을 위해 현재 가장 범용되는 지하수 유동 모델링 프로그램인 Visual Modlfow 모형과 GMS 모형을 이용하여 침투량 산정을 위한 수치 모의를 진행하였다. 각 모형의 입력자료는 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험시설 자료를 이용하여 동일한 조건을 부여하고, 두 모형의 비교를 위해 Visual Modflow에서는 MODFLOW의 기본 해석방법인 유한차분법(FDM)을 이용하고, GMS 모형에서는 3차원 유한요소해석이 가능한 GMS-FEMWATER를 이용하였다. 두 모형의 수치모의 조건으로 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험방법과 동일하게 공극률에 따른 투수성 보도블럭의 구분과 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr의 강우강도별 선행함수조건에 따른 수치모의를 진행하였으며, 수치모의된 침투량의 적정성을 판단하기 위하여 국립방재연구원의 침투실험 결과자료와 비교분석하였다. 침투실험 자료와 각각 수치모의된 침투량을 비교분석한 결과 서로 유사한 경향을 보이고 있으나 초기 침투시 상대오차가 비교적 크게 발생하였다. 이는 수치모형의 경우 수리실험과는 다르게 모의시작과 동시에 해당 강우강도의 침투가 시작되므로 초기 유입 유출량 발생시간의 차이가 종료시간까지 누적 침투량에 미치는 것으로 판단되며, 매개변수에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제9권4호
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• pp.32-41
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• 2004

조석의 효과가 대수층에 미치는 해안대수층에서 지하수-지표수 상호작용에 관한 모사를 위해 수치모델링을 이용하였다. 모사에 사용한 모델은 하천경계와 해안경계가 서로 직교하며 하천은 대수층을 부분관통하고 있다. 해안경계와 하천경계에 의한 영향을 각각 살펴보고 두 경계조건에 의한 동시효과를 함께 모사하였다. 모사기간동안 해안경계에 의한 영향은 일정한 범위까지만 나타났으나, 하천경계에 의한 영향은 시간의 증가에 따라 영향범위가 넓어졌다. 하천경계와 해안경계조건이 만나는 부근에서는 해안경계에 의한 지하수위의 반복적인 상승과 하강으로 인해 두 경계조건에 의한 지하수위가 상호 상승작용을 일으키기도 하고 상호 상쇄되어 지하수위의 변화가 없는 영역이 나타나기도 한다. 따라서 이러한 하천과 해안경계조건이 상호 교차하는 주변 대수층에서의 수위를 측정하여 해안대수층에서의 수리상수를 추정하면 수리확산계수를 과대 혹은 과소평가하는 오류를 범할 수 있으므로 주의를 요한다. 하천바닥의 컨덕턴스(conductance)와 하천의 폭이 주변 대수층에 미치는 영향을 살펴보기 위해 입력인자를 변화시키며 모사한 결과, 하천폭의 증가에 의한 주변 대수층에서의 지하수위 변화는 하천바닥의 면적이 증가함에 따라 하천바닥 전체에서 대수층으로 유동하는 유량이 증가하기 때문이다.

• 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.

• 지질공학
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• 제30권3호
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• pp.303-314
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• 2020

먹는샘물 제조업체의 경우 주기적인 환경영향조사, 일취수량 제한, 그리고 취수량 및 수위, 수질(pH, EC, 온도)을 1시간 간격으로 계측하여 매월 보고하고, 정기 수질검사 등을 통해 엄격히 관리하고 있어 과잉 취수로 인한 지하수위 강하와 같은 문제가 발생하는 사례가 적으나 제조업체 주변 지하수관련 민원의 원인 제공자로 각인되고 있는 실정이다. 그러므로 환경영향조사의 물수지 분석 시 수문분야 전문가들의 평가에 부합하고, 비전문가에게도 쉽게 접근할 수 있는 기법의 제시가 필요하다고 판단된다. 따라서 샘물 취수정이 위치한 소유역의 지표수 수위 및 유출량을 측정하고 상시하천의 월별 기저유출량을 분리하였다. 또한 동일 유역의 지하수(취수정), 지표수, 강수의 산소, 수소 동위원소를 분석하여 지하수와 지표수의 함양특성에 관하여 추정하였다.

• 한국습지학회지
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• 제15권1호
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• pp.43-50
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• 2013

미국 캘리포니아 주의 Searsville 호수와 인근 생태습지의 지하수-지표수의 상호작용을 3차원 지하수 수치 모형을 사용하여 모의하였다. 특히, 호수 수위의 급격한 저하가 호수를 둘러싸고 있는 생태습지의 지하 수위를 어떻게 변화시키는지에 대해 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 모의 결과, 모형에 적용된 다양한 대수층의 수문지질학적 매개변수에 상관 없이 습지의 생태에 큰 영향을 줄 정도로 지하수위의 변화가 크지 않다는 결론을 도출하였다. 이러한 연구 결과는, 댐 및 보의 수문 개방, 가뭄 등으로 인한 지표수위의 급격한 저하에 따른 주변 생태습지에서의 지하수위 및 이에 큰 영향을 받는 생태계의 변화에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

• 자원환경지질
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• 제44권5호
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• pp.433-442
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• 2011

우리나라의 지하수관리는 연간 지하수 함양량을 기반으로 수행되어 왔으나 지히수 함양량과 지표수-지하수 상호작용은 시공간적으로 변동하는 양이므로 지속적인 모니터링과 동적인 분석을 통해 지하수자원의 지속가능성이 평가되어야 할 것이다. 본 연구에서는 무심천 유역을 대상으로 지표수-지하수 통합해석 모형인 SWAT-MODFLOW를 이용하여 다양한 지하수 양수 시나리오(무양수 및 현 이용량의 1~3배)에 대한 수문성분 해석을 수행하였다. 현 이용량으로 양수하는 경우가 비교적 지속가능한 개발량으로 판단되었는데 이때 연간 기저유출량은 16%, 대수층 저류량은 27 mm 감소하는 것으로 나타났다. 지하수의 지속가능성을 평가하기 위해서는 지하수 이용에 따른 수문학적, 생태학적, 사회 경제적, 기술적 영향을 평가하는 총체적 접근법이 도입되어야 하며 이를 위해서는 물리적인 분석과 함께 지역사회의 합의 또한 중요한 의사결정 방식이라고 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.465-465
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• 2011

강우가 발생하거나 관개를 함에 따라 농경지의 토양침식물, 잔류 비료나 농약 등의 비점오염원은 지표 및 지하 유출과 함께 거동함으로써 지표수 뿐 아니라 지하수 수질에도 영향을 미칠 수 있다. 특히, 최근 고부가가치 농산물 수요의 증가로 전국적으로 시설재배 농업이 확대되고 있으나 시설재배 내에서의 비점오염원 유출특성에 관한 연구는 미흡하다. 따라서 시설재배 농업과 관행농업의 비점오염원의 거동 및 지하침투 오염부하를 비교 평가하고 비점오염원을 저감하기 위한 적절한 방안 마련이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 시설 및 관행재배 지역의 지하침투 오염부하량을 평가하기 위하여 주변 영향이 배제되어 시설재배와 관행재배의 비교 평가 가능한 포장 및 광역 단위 시험포장을 선정하고 모니터링 시스템을 구축하였다. 먼저 필지 단위와 광역 단위 단위에서의 모니터링 시스템을 설계하고, 수문 및 수질 분석 항목을 설정하였다. 이를 바탕으로 관행재배지에서의 물수지 모니터링을 위하여 기상 및 강우량, 지하수위, 토양수분, 관개 및 배수량을 측정하기 위한 장비를 설치하고, 토양수 및 지하수의 물질 수지 분석을 분석하기 위한 토양수, 지하수, 논담수 등의 수질 샘플망을 구축하였다. 또한 시설재배지에서의 물수지 모니터링을 위하여 기상, 지하수위, 토양수분 및 관개량을 측정하기 위한 장비를 설치하고, 토양수 및 지하수의 물질 수지 분석을 분석하기 위한 토양수, 지하수, 관개용수 등의 수질 샘플망을 구축하였다. 향후 본 시험 포장에 대한 지속적인 모니터링과 샘플링 실시하여 다양한 항목에 대한 조사 및 분석이 이루어진 다면 시설재배지 비점오염원 모니터링 및 정량화 기술개발을 통해 시설재배지에서의 비점오염에 대한 정량적 자료구축이 가능할 것으로 판단되며, 기초적인 자료를 제공함으로써 국내 농업비점오염총량 추정 기술에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.