• Economic and Environmental Geology
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• v.51 no.6
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• pp.567-577
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• 2018

One of problems related with water curtain cultivation (WCC) in Korea includes severe declination of groundwater levels during the peak season, and it is likely that the problem can be resolved efficiently when the connection characteristics between groundwater and stream are well understood. This study examined temperature, and oxygen/hydrogen stable isotopic compositions of the flowing groundwater to understand the connection between stream and ground water, and the influence of stream water on the nearby aquifer. This study was performed in Wangjeon-ri (Kwangseok-myon, Nonsan City), the well-known strawberry town using WCC technique. The sampling was done during February 2010 through June 2011 for both groundwaters and nearby streams. Temperature distribution pattern indicates that stream widely affected groundwater in the right part of WCC ara. In the left part, the influence of stream seems to occur narrowly near the stream. The similar phenomenon is reflected in the oxygen and hydrogen isotopic data.

• 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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.6
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• pp.499-507
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• 2004

In this study, the fully coupled SWAT-MODFLOW model is developed by using the type of embedment MODFLOW in SWAT. Since SWAT model has semi distributed features, its groundwater component can't consider distributed parameters such as hydraulic conductivity, storage coefficient and spatially variable natures such as distribution of groundwater heads and pumping rate and so forth. The main purpose of this study is to overcome these limitations. This linkage is completed considering the interaction between stream network and aquifer to reflect boundary flow. To correspond HRU in SWAT to grid in MODFLOW, HRU-GRID conversion tool using DEM is newly suggested. As groundwater recharge of MODFLOW can be estimated accurately by SWAT model, the reliability of groundwater discharge and total runoff of watershed could be greatly enhanced.

• Economic and Environmental Geology
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• v.49 no.2
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• pp.105-120
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• 2016

Most of riverside in Korea, in case of application of water curtain cultivation (WCC) technique, has been inveterately suffering from the gradual drawdown of groundwater level and related shortage of water resources during the WCC peak time. We believe that the water resources issue in these riverside areas can be effectively solved when the interaction between groundwater and nearby surface water is well understood. To investigate the connection between stream and ground water, and the influence of stream water on the nearby aquifer, this study examined the water temperature and oxygen and hydrogen stable isotopic compositions. The study area is well-known strawberry field applying the WCC technique in Sangdae-ri, Gadeok-myon, Cheongju City, and the sampling was done from February 2012 through June 2014 for stream and ground water. Some groundwater wells near stream showed big temporal variations in water temperature, and their oxygen and hydrogen stable isotopes showed similar compositions to those of adjacent stream water. This indicates that the influence of stream water is highly reflected in the stable isotopic composition of groundwater. Four cross-sectional lines from stream to hillside were established in the study area to determine the spatial differences in water quality of wells. At the late stage of WCC in February to March, groundwater of wells in line with short cross-sectional length showed the narrow range of isotopic compositions; however, those in the long cross-sectional line showed a wide compositional range. It was shown that the influence of the stream water at the late WCC stage have reached to the distance of 160 to 165 m from stream line, which is equivalent to the whole length and one-third point in each short and long cross-sectional line, respectively. Therefore, the wide compositional range in the long cross-sectional lines was not only due to the influence of stream water, but apparently resulted from the change of relative impact of each groundwater supplying from two or more aquifers. In view of stable isotopic compositions, there seems to be three different aquifers in this study area, which is competing for dominance of water quality in wells at each period of WCC.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.21 no.1
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• pp.45-55
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• 2011

We examined the interactions between surface and groundwater through (1) flowmeter logging, (2) measurements of seasonal and vertical changes in temperature within a well, and (3) geochemical analyses of water samples from nine groundwater-monitoring wells. At two wells adjacent to a stream, subsurface water was found to flow from the stream to a surrounding alluvial fan, and the seasonal change in groundwater temperature is similar to those of surface water and air. Geochemical analyses at two wells indicated hydro-geochemical features affected by streamwater inflow, showing seasonal variations. Accordingly, these two wells are located in an area with active interaction between surface water and groundwater. The Thermochron I-button used in the present study is useful for this type of study of groundwater?surface water interaction because of its low cost and small size.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.11
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• pp.1079-1088
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• 2013

Groundwater pumping from a well has different impacts on streamflow depletion because hydraulic properties of the aquifer and the stream bed differ depending on its location. Therefore, quantitative assessment of streamflow depletion due to each groundwater pumping with different well locations is needed for the effective groundwater development and streamflow management. In this study, a watershed-based surface water and groundwater integrated model, SWAT-MODFLOW was used to assess the streamflow depletion near stream reach due to groundwater pumping from a well located within the Sinduncheon watershed. The arbitrary 50 wells among the currently used groundwater pumping wells were selected within the study area and the streamflow responses to each groundwater pumping were simulated at nearby and downstream reaches. In particular, the applicability of the Stream Depletion Factor (SDF) and Stream Bed Factor (SBF), which are widely used for evaluating the degree of streamflow depletion due to groundwater pumping, was evaluated. The simulated results demonstrated that the streamflow depletion rate divided by the pumping rate significantly differ depending on well locations and distance between well and stream, showing a wide range of values from below 20% to above 90%. From the simulated results, it was found out that the SDF or the SBF can be a partial referred value but not an absolute criterion in determining whether a pumping well has a great impact on streamflow depletion or not.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.485-485
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• 2017

현재까지 국내에서는 미래에 발생할 수 있는 물 부족을 전망하고 이를 해소할 수 있는 여러가지 방안을 제시하는 수자원계획을 수립하고 있다. 대표적인 예로 국가수자원장기종합계획을 들 수 있으며 목표연도에 대한 사회 경제적 요인의 변화를 전망함으로써 용도별 수요량을 산정하고 공급가능량을 함께 고려하여 물 수급 전망을 수행하고 있다. 이 때 주요공급원으로는 하천유출량과 함께 건설되어 운영 중이거나 계획 중인 댐과 광역 및 공업용수도를 고려하고 있으며 산정된 수요량과 공급량을 통해 물수지 분석을 수행한 후 지역공급원으로 지하수 및 농업용저수지를 추가로 고려하고 있는 실정이다. 다시 말해 지하수에 대한 고려는 최근 이용하였던 암반지하수량을 미래에도 동일하게 이용가능하다는 가정 하에 분석을 수행한다는 것이다. 하지만 기후변화, 물이용패턴, 하천수질변화 등으로 인해 지하수량의 변화가 예상되고 있어 현재와 동일하게 이용할 수 있다는 지하수 관련 가정은 현실성이 떨어진다고 할 수 있다. 따라서 미래에 대한 물 수급 전망에 있어 지하수를 중요한 공급원으로 고려하여 분석할 필요가 있으며 이를 평가하고 분석할 모형의 개발이 절실한 상황이다. 본 연구에서는 기존의 수자원평가계획 모형인 K-WEAP모형과 지하수 모의 모형인 MODFLOW를 연계하여 지표수-지하수를 통합적으로 분석할 수 있는 K-WEAPccia ver 2.0을 개발하였다. 이 모형에서는 지표수-지하수 상호작용을 모의하기 위해 4가지 옵션을 개발하였으며 하천 또는 하도구간에 대한 지하수 유입량과 유출량을 직접 입력하는 방법, 모형 자체적으로 직접분석할 수 방법(토양수분방법 또는 하천과 지하수간의 관계 규명 방법) 및 MODFLOW와의 연결을 통해 지하수를 모의할 수 있도록 하였다. 개발된 모형을 통해 향후 물 수급 전망에 있어 주요한 공급원인 지하수를 함께 모의할 수 있도록 함으로써 보다 현실적이고 합리적인 수자원계획을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.40 no.4
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• pp.383-391
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• 2020

In this study, Hunt's analytical solution and Ward & Lough's analytical solution for two-layered leaky aquifer system were used to estimate stream depletions due to shallow and deep groundwater pumping, and their differences were compared. Depending on the combination of the separation distance between the stream and the well, the transmissivity and the storage coefficient of the aquifer, and the leakage coefficient between the upper and lower layers, the stream depletion, which is the amount of stream water reduction compared to the amount of groundwater pumping, for each of 45,000 cases was calculated for both shallow and deep groundwater pumping, and the differences were analyzed quantitatively. When the leakage coefficient was very small, with a value of 10^-61/d, the difference in the average five-year stream depletion due to the pumping of shallow and deep groundwater showed a large deviation of up to 0.9 depending on the given hydraulic characteristics; this value exponentially decreased as the stream depletion factor (SDF) increased. This exponential relationship gradually weakened as the leakage coefficient increased due to interaction effects between layers, resulting in a small difference of up to 0.2 when the leakage coefficient reached 10^-31/d. Under the condition of greater interlayer hydraulic connectivity, there was little influence of the depth of groundwater pumping on the stream water reduction.