• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.2001-2006
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• 2010

본 연구에서는 수리모형실험을 통해 해안지역 대수층에서 해수침투가 일어나지 않는 지하수의 최적 양수량을 산정하였다. 해안 대수층 및 양수정을 구현하기 위해 가로 140 cm, 세로 70 cm, 두께 10 cm 의 직사각형 Sandtank 모형과 5 mm 원형관을 이용하여 수행하였다. 해수의 염도, 해안가의 지표경사 등을 기준으로 설정하였으며, 다공질 매체의 입자크기에 따른 수리전도도 2가지를 경계조건으로 하여 각각의 양수정 위치에 따라 최대 담수량을 모의하였으며, 이 때, 하나의 과잉 담수량에 따른 최적 염수량을 산정하여 염수침투 제어 효과를 검증하였다. 다공질매체의 수리전도도가 높을수록 최대 담수량이 증가되며 이에 따라 염수 침투 제어를 위한 최적염수량이 증가하였다. 또한 양수정의 위치가 염수조에 가까울수록 최대담수량 및 최적염수량이 감소되었다. 이러한 모의를 통하여 설정된 각각의 양수정 위치에서 최적의 염수량으로 염수침투를 제어함으로써 지속시간 이용가능한 최대담수량을 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1189-1193
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• 2005

해안지역 지하수 개발에 있어 이익을 최대화하는 동시에 개발로 인한 부정적 영향을 최소화하는 4단계 확보방안이 제시되었다(박남식 등, 2004). 4단계 확보 방안 중 처음 3단계 방안에 대한 의사 결정 지원 도구역할을 할 수 있는 해안지하수 최적개발 모델이 개발되었다(박남식 등, 2003, 홍성훈, 2004). 개발된 모델은 대상 관정의 양수량과 위치에 대한 최적해 뿐만이 아니라 해수침투를 방지 및 제어에 대하여서도 최적화가 가능하다. 본 연구에서는 개발된 모델의 민감도 분석 결과를 다루고 있다. 민감도 분석의 목적은 불확실성을 내포하고 있는 대수층의 주요 매개변수, 경계조건 등에 의해 야기될 수 있는 모델의 불확실성을 정량화하는 것이다(Anderson 등, 1992). 따라서 민감도 분석은 모델의 특성에 대한 이해뿐만이 아니라 모델에 있어 매개변수들의 영향 및 거동을 고찰하는데 중요한 연구이다. 구축된 최적개발 모델을 이용하여 수리전도도, 함양율, 대수층 두께와 같은 주요 매개변수들이 최적양수량 그리고 관정의 최적위치에 미치는 영향을 고찰하였다. 그 결과 회수율은 함양율 증가에 따라 증가하는데, 높은 수리전도도에서는 함양율과 선형관계를, 낮은 수리전도도에서는 비선형관계를 보였다. 관정의 최적위치는 수리전도도에 가장 민감하였으며, 함양율 증가에 따라 해안으로 이동하였다. 마지막으로 최적개발량과 최적위치를 동시에 고려할 경우 최적개발량만을 고려한 경우보다 회수율이 향상되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.246-250
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• 2004

국내 수자원의 지역적 불균형으로 가뭄 시 해안 지역은 제한급수지역의 대부분을 차지하였다(건교부, 2001). 또한 해안지역의 평균 상수도 보급률은 $40\%$대로서 전국 평균 $87.1\%$(환경부, 2001)의 절반 정도이다. 실제로 해안지역의 지하수 이용량은 전국 지하수 이용량 약 31억$m^3$/년(수자원공사, 2002)의 약 $21\%$를 차지하고 있지만, 1인당 지하수 이용량은 전국 평균 $65m^3$의 4배에 달하는 것으로 조사된 바가 있다(홍성훈, 2003). 즉, 용수공급원의 부족으로 해안지역에서는 지하수에 대한 의존도가 높으며, 이로 인해 해안 지역에서 무분별한 지하수 개발과 그로 인한 해수침입 등의 환경 장애와 더불어 폐공 발생수가 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 이런 문제점들과 해안지역을 고려한 지하수의 지속적 확보가 절실히 필요하다. 국외 인구동향을 보면 밀도류나 해수침투와 같은 해안지역 특성을 고려한 지하수 최적개발 모델이 개랄 또는 적용되어지고 있다. 하지만 해안지역 지하수 개랄 및 관리에서 요구하는 다양한 충족조건 내신 하나의 목적함수(예를 들어 최적 양수량, 최적 비용 등)만을 고려하고 있다. 그렇지만 실제적인 문제에서는 어느 위치에서 얼마만큼 개발되어야 하는지를 고려해야만 한다. 따라서 본 연구에서는 관정의 최적 개발량과 치적 위치라는 두개의 최적해를 고려할 수 있는 최적 양수모델을 제시하고, 실험실 수리모형에서의 검증을 소개하고자 한다. 또한 해안 지하수의 지속적 확보를 위한 방안을 제시하고자 한다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.20 no.2
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• pp.127-136
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• 2010

Optimal pumping rate, well efficiency and radius of influence were estimated using field step-drawdown tests. According to the analysis results, optimal pumping rates were estimated as 9.37, 16.20 $m^3/day$ for KDPW 1 and 8.11, 14.10 $m^3/day$ for KDPW 2. The well efficiency was calculated as 72.02~90.73% for KDPW 1 while it was 70.62~88.52% for KDPW 2. In the meanwhile, the steady-state analysis yielded the radius of influence (ROI) of 3.50~31.92 m in case of pumping at KDPW 1 and the ROI of 0.14~37.43 m in case of pumping at KDPW 2. In addition, the transient analysis produced the ROI of 0.02~8.34 m for KDPW 1 pumping and the ROI of 0.24~9.68 m for KDPW 2 pumping. The methodology used in this study can be usefully applied in the pump and treat remediation design for contaminated groundwater.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.208-208
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• 2015

다수의 양수정이 연결된 군정은 복수 개의 펌프와 상당한 길이의 관수로 구성된다. 이 때 펌프-관망 시스템의 생애주기 비용의 최소화를 위하여 재료비, 시공비 등이 고려된 초기비용과 양수정 가동을 위한 에너지비용으로 구성되는 운영비용을 최소화하기 위한 기법을 연구하였다. 이 두 가지 비용은 서로 반비례 하는 형상을 띄고 있다. 따라서 관망의 각 요소와 펌프의 종류 및 소요 동력을 감안하여 설계해야 한다. 가령, 직경이 커질수록 펌프가 제공해야 하는 양정이 줄어들어 소요 동력 비용은 줄어들지만 초기 설치비가 증가하므로 이들의 상관관계를 알아내어 적절한 균형을 찾아내야 할 것이다. 본 연구에서 고려한 최적화 결정변수는 관경과 펌프 사양이다. 펌프-관망 시스템 최적화의 제약 조건에는 별도의 지하수 관정 최적설계 기술로 도출된 관정들의 위치, 양수량 분포, 그리고 각 양수정의 수위이다. 최적화 기법으로는 유전자 방법을 사용하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.380-385
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• 2006

해안 지역의 지하수 최적 개발 또는 관리 이전 단계에 수행될 수 있는 수자원 기본계획을 위한 지하수 개발가능량 산정식이 제안되었다. 산정식은 대수층 특성, 해수침투허용 거리, 지하수 해안유출량 그리고 관정의 위치 등 주요 영향 인자들의 함수이므로 매우 포괄적이며, 잘 알려진 해석 해들을 이용하였으므로 그 근거가 타당하다. 산정식은 관련 변수들의 양 함수로 표현될 수 있으므로 그 적용이 매우 간편하다. 또한 근거없이 임의의 값들이 사용되던 관정의 영향반경을 대수층의 수리특성과 양수량 등의 함수로 표현한 합리적인 식이 제안되었다. 가상 유역에 대한 적용과 수치 해와의 비교분석을 통하여 제안된 식들이 보수적인 결과를 산출한다는 것을 보였다. 제안된 식들을 기존 관정들이 존재하는 유역에 적용하면 추가 개발가능량을 평가할 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.8
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• pp.665-675
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• 2007

An equation is developed to estimate potential groundwater resources available for development. This equation is useful for preliminary planning stages prior to detailed design stages. The equation is a function of major factors such as aquifer characteristics, saltwater intrusion length, coastal groundwater discharge and potential locations of pumping wells. Thus, most important factors are taken into account. The equations are derived using well-known analytical solutions. Thus, the basis is scientifically sound. Use of the equation is quite simple since it is an explicit function of variables. A logical method is proposed to assess a radius of influence of a pumping well considering aquifer characteristics and the pumping rate. Applications to a hypothetical problem and comparison with results from a more rigorous numerical simulation model indicate that results obtained from the proposed equation are conservative.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.5
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• pp.415-424
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• 2009

Artificial injection of surplus surface water during wet seasons and recovery is one of possible solutions for conjunctive uses of surface water and groundwater. The methodology is especially attractive for regions of monsoon type weather. In this work a simulation-optimization model is developed to identify an optimal injection system to sustain an over-exploiting freshwater pumping well. The injection well is to be operated during wet seasons only while the pumping well is to be operated throughout an entire year. The objective function is the minimization of injected volume of freshwater. Saltwater intrusion and dry wells are considered as constraints. An example application is made on a small hypothetical island with poor hydrogeologic conditions. The optimization model is successful in determining optimal injection locations and rates for various cases.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.83-83
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• 2015

최근 수자원 이용량의 증가 및 수자원 공급의 부족에 따라 대안으로 제시되고 있는 지하수 이용은 매년 크게 증가하고 있다. 내륙 지역의 지하수 개발 시와 비교할 때 해안 지역의 지하수 개발에는 해수침투 현상에 대하여 추가적 고려가 필요하다. 알려진 바와 같이 해안 지역의 과잉 양수와 해수면 상승 으로 해수침투가 더욱 깊이 침투하고 있는 실정이다. 이에 대해 정략적인 해수 침투길이 산정과 더불어 해수침투를 허용가능한 범위 내로 제한 시키는 지하수 개발이 필요하다. 해수침투 저감 공법에는 저투수차수벽 설치, 담수주입공법, 해수양수공법으로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 저투수차수벽의 해수침투 저감 효율은 크지만 비용이 비싸다는 단점으로 본 연구에서 제외시켰다. 담수주입공법은 대수층에 담수를 주입하여 해수침투를 저감시키는 공법으로 인근에 양질의 수원을 필요로 하는 단점이 있다. 해수양수는 해안가에 양수정을 설치하여 해수침투를 저감시키지만 양수정에서의 담수가 혼합되어 담수낭비가 생기는 단점이 있다. 본 연구에서는 해안지하수의 해수침투를 저감시키기 위한 방법중 담수주입과 해수양수공법의 효율을 검증하고 각각 공법의 장단점을 비교하였다. 지하수 경계면 모델을 이용하여 각각의 수리수문 변수들이 미치는 영향과 해수침투 정도를 사례별로 연구하였다. 담수주입공법의 경우 담수주입량 많을수록 해수침투가 저감되는 경향이 있지만 최적의 담수주입량을 찾는데 목적이 있다. 해수양수공법에는 해수양수량이 증가하고 해수양수정의 위치가 해안선에 접할수록 해수침투 저감 효과가 있었다. 담수주입공법과 해수양수공법을 해수침투 저감을 위해 해안가에 적용할 경우 해당 지역의 특성을 면밀히 분석하여 적용해야 효과를 볼 수 있다.