• 지질공학
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• 제29권1호
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• pp.51-68
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• 2019

국내에서는 바닷가 주변의 상가나 수협 등의 활어 위판장 등에 많은 양의 해수가 사용되고 있다. 이러한 해수는 기상악화나 태풍 등에 의해 관련시설이 수시로 파손되고 조기 폐색되어 시간적, 경제적 비용이 많이 소요되고 있는 실정이다. 또한 오염된 해수가 그대로 유입되는 경우가 많아 환경적인 문제를 야기하기도 한다. 본 연구는 직접적인 해수취수의 대안으로 이중필터취수정을 적용한 해변여과 방식의 해수취수 적용성을 평가하고자 수행하였다. 본 연구에서는 토층으로 이루어진 해변의 자유면대수층에서 필터조건을 달리하여 실규모의 이중필터취수정과 단일필터취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 단계 및 연속대수성시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 투수특성 및 적정양수량을 평가하였다. 단계대수성시험 분석결과 이중필터 취수정에서 우물 개량의 정도가 양호하여 단일필터 대비 110.3%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 동일 양수량 대비 이중필터의 투수계수가 높게 나타나며, 이는 이중필터가 단일필터에 비해 투수성이 개선된 영향으로 판단된다. 연속대수성시험 분석결과 관측정 및 양수정을 이용한 투수계수 분석에서 이중필터취수정(SD1200)이 단일필터취수정(SS800)에 비해 높은 투수특성을 나타내는 것으로 평가되었으며, 이중필터가 단일필터 대비 평균 110.7%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 수위강하량 분석을 통한 양수량 평가결과, 수위강하 2.0 m일 때 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 122.8% 양수량이 증대되는 것으로 분석되었으며, 비수위강하량을 이용하여 적정양수량을 산정한 결과 이중필터취수정이 단일필터취수정에 비해 136.0% 높은 양수량을 보이는 것으로 분석되었다. 또한 변곡점을 이용한 양수량 평가결과 이중필터가 단일필터에 비해 160.0% 높은 적정양수량을 보이는 것으로 분석되었다. 적정양수량의 경우 분석방법에 따라 단일필터 대비 122.8~160.0%의 개선효과가 있는 것으로 평가되었으며, 이를 평균한 단일필터 대비 이중필터의 양수량 개선율은 139.6%이다. 즉, 이중필터 설치만으로 일반적인 우물 대비 취수효율이 40% 정도 개선될 수 있음을 확인하였다. 변곡점을 이용한 이중필터취수정의 적정양수량은 2843.3 L/min로써 이중필터취수정 단일공의 일 해수취수량은 약 $4,100m^3/day$ (${\fallingdotseq}4094.3m^3/day$)에 달하는 것으로 평가되었다. 이와 같이 공당 다량의 취수가 가능하기 때문에 해수취수의 적용성이 높을 것으로 기대된다. 또한 이중필터취수정을 이용하여 해수취수를 수행하는 경우 기존에 문제시되었던 기상악화나 태풍 등에 의한 파손우려를 해소할 수 있으며, 해변의 모래층이 필터재 역할을 하여 오염정도를 개선하는 효과가 있을 것으로 기대된다. 따라서, 기존 해수취수기술에 대한 환경적인 문제 해결의 대안이 될 수 있고, 설치비용 및 파손등과 관련된 장기적인 유지관리비용 면에서도 유리하여 경제적 측면에서 그 적용성이 매우 높을 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 추후 수행예정인 이중필터취수정의 강변여과수 적용을 위한 현장실증시험의 기초자료로 활용될 예정이며, 그 결과를 종합하여 강변여과 및 해변여과기술과 관련된 우물의 설계 및 시공에 대한 표준화된 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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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.

• 대한환경공학회지
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• 제27권9호
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• pp.995-1005
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• 2005

지하수 과도 개발에 따라 연안 대수층에 발생하는 해수침투를 효과적으로 방지하기 위한 대책으로서 인공 하수처리수의 대수층 함양수로의 가능성을 평가하고자 sand box를 이용한 연구를 수행하였다. 또한 인공 하수처리수의 함양에 의한 해수침투 경계면의 이동 억제 및 회복능을 조사하였다. 이를 위하여, 인공 대수층 내에서 양수, 저장, 인공 하수 처리수 주입의 변화에 따른 해수/담수 경계면의 수리학적 거동 특성을 평가하였다. 주어진 실험 조건에 따른 해수/담수 경계면의 변화는 Surfer 8(Golden Software, USA)에 의하여 도시화 되었다. 해수와 담수의 경계면은 양수량의 변화에 의하여 민감하게 영향을 받았으며 양수량을 감소시키더라도 경계면의 담수대 이동 속도는 더욱 증가하였다. 그러나 함양량이 감소할 경우 오히려 경계면이 담수대로 이동하는 속도는 감소하였다. 염수의 침투는 함양과 양수가 동시에 이루어질 때보다 양수를 하지 않으면서 함양이 이루어진 경우 더욱 저지되었으며 염수의 염도는 인공 함양수에 의해 희석되어 저하되었다. 결론적으로 인공함양을 효과적으로 이용할 경우 지하 대수층의 담수 자원을 안정하게 이용하는 동시에 해수침투를 수리학적으로 방지할 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권8호
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• pp.665-675
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• 2007

해안 지역 지하수 최적 관리의 기본계획 수립 단계에 사용될 수 있는 간편한 개발가능량 산정식이 제안되었다. 산정식은 대수층 특성, 해수침투허용 거리, 지하수 해안유출량 그리고 양수정의 위치 등 주요 영향 변수들의 함수이므로 합리적이며, 보편적으로 사용되는 해석 해들과 Ghyben-Herzberg 법칙을 이용하여 유도되었다. 산정식은 관련 변수들의 양 함수로 표현될 수 있으므로 그 적용이 매우 간편하다. 또한 주로 주관적 경험에 의하여 그 값이 결정되어 온 양수정의 영향반경을 대수층의 수리특성과 양수량 등의 함수로 산정할 수 있는 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.

• 지질공학
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• 제19권2호
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• pp.131-138
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• 2009

해안지역에서 과잉 양수정 보호를 위한 최적 해수쐐기 제어 전산모델을 개발하였다. 최적화 목적함수는 세 가지 종류의 관정에 대하여 유도되었다: 담수 양수, 담수 주입 그리고 해수 양수. 지하수 개발과 쐐기 제어로 인하여 지하수 체에 미치는 영향을 고려하기 위하여 환경인자를 도입하였다. 가상 연직단면에 대한 적용 예에서 담수 인공 주입을 통하여 해수침투로부터 과잉 양수정을 보호할 수 있음을 보였다. 연직 단면 수치실험에서는 주입량 조건이 만족되면 여러 주입 위치에서 동일하게 과잉 양수정을 보호할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 지하수 환경인자를 고려하면 최적 주입위치가 고유하게 결정된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.270-270
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• 2022

기후변화로 인해 전 세계적으로 평균해수면이 상승하고 있으며, 우리나라에서도 전반적으로 평균해수면이 상승하는 추세를 보이고 있다(Yoon and Kim, 2012; Jung, 2014, Yang et al., 2022). 해수면의 상승은 연안저지대 범람, 내수배제 불량 등의 피해를 증가시킬 수 있으므로, 해수면 상승에 대한 분석과 장래 해수면변화에 대한 정확한 예측은 매우 중요한 사항이라 할 수 있다. 이러한 평균해수면의 변화는 전 지구적 평균해수면의 변화와는 별개로 지역적으로 변동특성이 크게 다르게 나타날 수 있는데(Yang and Hwang, 2021), 해수면의 시간적/공간적 변화가 중첩되는 경우 단기간에 해수면 상승이 가속화 될 수 있으며 이로 인한 취약지역이 발생할 가능성이 매우 크기 때문에(Arnoldo et al, 2017), 평균해수면의 시간적/공간적 변화양상을 파악하는 것은 매우 중요한 사항이라 하겠다. 이에 본 연구에서는 서해안에 분포한 조위관측소의 조위 관측자료를 이용하여 평균해수면의 시간적/공간적 변화에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과, 서해안의 북부보다 남부로 갈수록 평균해수면의 변화량이 더 큰 것으로 나타났으며, 과거의 변화량보다 최근의 평균해수면 변화가 더 큰 양상을 보이는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2019

기후 변화에 따른 해수면 상승은 해안 지하수의 해수침투를 야기해 해안 지하수의 염도를 증가시킨다. 또한 해수면 상승은 토양 염류화를 심화시켜 농작물에 피해가 발생하며, 지하수위를 증가시켜 불포화대의 토양두께가 감소한다. 이처럼 지하수 해수침투가 발생하는 포화대와 토양 염류화가 발생하는 불포화대는 서로 연관되어 있지만, 대부분 포화대와 불포화대 연구는 별도로 진행되어왔다. 본 연구에서는 해안 간척지의 해수면 상승에 따른 포화대의 해수침투 및 불포화대의 토양염류화 영향을 연계하여 모의하였다. 포화대 모의는 미국지질조사국(United States Geological Survey, USGS)에서 개발한 3차원 이송확산 모델인 SUTRA, 불포화대 모의는 미국환경청(United States Environmental Protection Agency, USEPA)에서 개발한 1차원 이송확산모델인 VADOFT를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오는 IPCC에서 공표한 바와 같이 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 사용하였고, 미래 2100년까지 자료를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오에 따라 해수침투 및 토양염류화 면적 그리고 지하수위 및 불포화대 토양두께를 정량적으로 산정하였다. 한반도 91개 간척지에 대해서 모의를 수행하였고, 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 지하수 해수침투 면적이 $82.19km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $83.71km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 또한 토양 염류화 면적은 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 $22.25km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $24.86km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 담수호 또는 저수지가 있는 대상 지역에서는 해안선으로부터 거리 및 관리 수위가 해수 침투를 야기시키는 중요한 요인으로 나타났으며, 해수침투 저감을 위해서는 해안선 인근 저수지 수위의 적절한 유지관리가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 해수면상승에 따른 해안선의 위치변화와, 기존 관정에서의 양수량, 강수량 변화를 고려하는 것에 한계가 있기 때문에, 향후 위의 세 가지 사항을 복합적으로 고려한 추가 연구가 필요하다고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1929-1933
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• 2008

조석에 의한 지하수위변동이 발생하는 해안가 암반대수층에서 고조(high tide)과 저조(low tide) 조건에서의 차이를 규명하기 위한 양수시험이 수행되었다. 본 연구에서 양수시험이 수행된 시험대 수층은 암반층으로서 시험공들은 해안가에서 약 180 m 이격되어 있으며, 양수정(MW1공)과 관측정(MW2공)의 이격거리는 8.05 m 이다. 양수정과 관측정 모두 공 내경은 0.205 m 이며, 케이싱심도는 지표면하 19 m 정도이다. 그리고, 양수정과 관측정의 지하수위는 지표면하 5 m 정도에 형성 되어 있으며, 시험대수층의 두께는 약 40 m 정도이다. 양수시험은 총 3회 수행되었으며, 모든 시험에서 수중모터 설치심도는 지표면하 30 m 이고 양수율은 $75\;m^3/day$로서 동일하였다. 그러나, 양수시작 시간의 차이를 두어 고조 후 1회(1차 시험), 저조 후 2회(2차 및 3차 시험) 수행되었다. 양수정과 관측정에서 자동수위측정기(Model 3001, Solinst)를 설치하여 관측된 지하수위변동 자료에 의하면, 조석현상 발생 후 시험공 내 지하수위변동 경과시간은 고조(high tide) 후 2시간, 저조 (low tide) 후 1시간 정도인 것으로 나타났다. 따라서, 양수시험 시 1차 시험은 고조 후 2시간 경과한 시점에서, 2차 및 3차 시험은 저조 후 1시간 경과한 시점에서 양수가 시작되었다. 양수시험에 의한 경과시간에 따른 수위강하량 그래프에서는 고조조건이 저조조건에 비해 수위강하량이 더 적은 것으로 나타났다. 이러한 원인은 저조에 비해 고조 조건에서는 해수에 의한 지하수위가 상승하여, 동일한 양수조건에서 수위강하량이 적게 나타난 것이다. 양수시험 자료가 AQTESOLV 3.5 프로그램을 이용하여 해석되었다. Theis method에 의해 산정된 수리전도도는 고조 조건의 양수시험에서는 $4.159{\times}10^{-6}\;m/sec$, 저조 후에서는 각각 $3.818{\times}10^{-6}\;m/sec$와 $3.926{\times}10^{-6}\;m/sec$ 이었다. 저조 후에 비해 고조 후의 수리전도도가 5% 이상 높은 것으로 산정되었다. 이상의 연구 결과들에 의해, 해안가 암반대수층에서는 양수시험 시 조석효과에 의한 수리적인 변동을 고려한 설계와 해석이 수행되어야함을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.271-271
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• 2022

해수면의 변화를 분석하는 대표적인 방법 중 하나는 관측된 조위자료를 평균하여 평균해수면을 산정하고, 이를 이용하여 해수면의 상승 혹은 하강 추세를 파악하는 것이다. 평균해수면의 산정시 별도의 분석없이 단순한 산술평균만으로 평균해수면을 산정할 수 있어 해수면의 변화를 간편하게 추정할 수 있는 장점이 있으나, 관측된 조위자료는 천문조, 기상조 및 기후변화 등에 의한 변화가 모두 반영된 자료이기 때문에 장래의 해수면 변화를 정확하게 추정하기에는 어려움이 있다. 인위적인 개발이 없는 상태에서의 장기적인 해수면 변화는 주로 기후변화에 기인하기 때문에 미래의 변화를 정확하게 추정하기 위해서는 기후변화에 의한 해수면 변화, 즉 장주기 성분만을 고려한 분석이 수행되어야 정확한 미래 해수면 변화 산정이 가능하다(Kang et al., 2008; Pugh, 2004; Yang et al., 2002). 이에 본 연구에서는 관측된 조위자료에 저역통과필터(Low-pass filter)를 이용하여 천문조, 기상조 등의 단주기적 변동성을 제외하고, 장주기적 성분만을 고려한 평균해수면 변화 분석이 수행되었다. 분석결과, 산술평균으로 산정된 평균해수면의 상승경향에 비해 장주기적 성분만을 고려한 평균해수면 상승량이 더 큰 것으로 나타났다.