하천 인근에서 농경지 경작 및 생공용수 등의 이용을 위한 과도한 지하수의 취수는 하천수량 감소의 주요 원인으로 인식되고 있다. 따라서 수자원 관리에 있어서 하천 인근 지하수 관리는 매우 중요하며, 이를 위해서는 하천 인근 지하수 정보 파악이 우선되어야 한다. 본 연구에서는 하천으로부터의 이격거리에 따른 지하수 관정의 비율과 하천 인근에 포함된 관정의 분포 특성을 파악하기 위해 안성천 유역을 대상으로 지하수 취수계획량 현황을 조사하였다. 안성천 수계 전체 관정 중 하천 인근에 포함된 허가관정의 취수계획량 비율은 20.6%, 하천 인근에 포함된 신고관정의 경우는 31.3%로 나타났다. 하지만 하천 인근 관정의 전체 취수계획량 중 허가관정은 11.4%, 신고관정은 88.6%에 해당하는 것으로 나타나 하천인근에서 신고관정의 취수비율이 월등히 높은 것으로 분석되었다. 현재까지는 지하수법에 의해 하천 인근 지하수 개발시 단지 허가관정에 대해서만 의무적으로 지하수영향조사서를 작성하도록 되어있으나 하천 인근의 이용관정 중 신고관정의 양이 훨씬 많은 것을 감안하면 신고관정에 대한 적극적이면서도 신중한 관리가 필요할 것으로 판단된다.
오염지하수에 대한 복원시 필요한 주입관정, 지하수 인공함양을 위한 주입정 및 지열펌프에 사용되는 지하수 관정 등 지하수 관정을 이용하는 다양한 활동이 향후 국내에서 활발해질 것으로 사료된다. 그러나 이에 관한 법적 규정이 충분치 않아 일반 국민이나 담당 공무원에게 실무적으로 혼란이 있을 수 있다. 이에 미국 미주리주의 관련 규정 몇 가지를 간단히 소개함으로써 이에 관한 규정이 전문가들의 논의를 거쳐 국내에서도 속히 마련되기를 바란다.
이 글은 중화인민공화국의 도서관정보학회의 중진이며 현재 대련시 요령사범대학 도서정보학과 주임교수인 단행교수가「고교도서정보학간」1989년 3호에 기재한 글을 저자의 승인을 받아 다께우치교수(죽내철:도서관정보대학 부학장)가 번역하여「도서관계」(도서관계 Vol.43 No.4) 게재한 것을 김용원선생 (일본학술정보센타)의 협조로 저자, 번역자, 저작권 소유자인 일본도서관학연구회의 허가를 받아 번역한 것임.
이 연구는 지하수개발사업 타당성 분석을 지원하기 위한 Desk GIS에 기반한 지하수사업기초조사지원 시스템을 개발하는 것이 목적이다. 개발된 시스템을 이용하면, 신규 개발 예정관정에 대하여 GIS안에서 모의 양수실험을 할 수 있으며, 기설관정의 채수영향반 경과의 중첩여부, 오염원 등과 비교하여 지하수관정개발사업의 허가여부를 판단할 수 있다. 농업기반공사 등 지하수 관련 부서들이 전사적으로 지하수 관련자료를 공유할 수 있으며, 자료의 정확성, 신뢰성 그리고 최신정보를 공유할 수 있을 것이다.
천부대수층-심부대수층-하천-양수정 시스템에 대해 개발된 Ward & Lough 해석해와 국내 시험유역을 대상으로 개발된 양수량 대비 하천수 감소량 산정공식 (한강홍수통제소, 2018)을 광주천인근에 실제로 위치한 지하수 관정에 적용하여 지하수 취수로 인해 하천의 수량에 미치는 영향을 분석하였다. 분석 대상관정은 하천에서 약 67 m 떨어진 공업용수 공급을 위한 지하수개발 이용시설로서 착정심도 100 m, 착정구경 150 mm, 취수계획량 $200m^3$/일, 수중펌프 5 Hp 등의 시설제원을 가진다. 해석해 및 경험공식 적용을 위한 기본 입력자료로 투수량계수, 저류계수 등의 수리상수값은 해당 관정의 지하수개발 이용 영향조사서에서 발췌하였고, 측정되지 않은 일부 입력값은 문헌조사를 통해 적절한 값을 가정하여 사용하였다. 하천의 수량에 미치는 지하수 양수 영향을 예측한 결과 지하수 허가기간 5년동안 취수계획량의 약 80 %를 넘는 하천수 감소율이 발생하는 것으로 분석되었다. 연구 대상관정과 같이 하천에 매우 근접한 지역에서 지하수를 이용할 경우 하천수 취수에 준하는 영향을 보일 수 있기 때문에 수자원의 효율적인 이용을 위해서는 하천수와 하천 인근 지하수의 통합적 관리가 필요할 것이다.
지하수의 공공성, 민간부문의 지하수 개발의 추이와 지하수관리특별구역의 현황에 대하여 살펴보았다. 공공재의 특성과 사적비용과 사회적비용을 일치시키기 위해 피구세를 검토하였으며, 온실가스 배출권거래제의 이론적 근거를 살펴보았다. 지하수이용을 감소시키기 위한 방안을 살펴보고 감축방안을 세가지로 나누어 검토하였다. 전형적인 온실가스배출권 거래제와 같은 방법은 거래비용으로 인하여 적절하지 않을 것으로 보이나, 피구세로 보완하면 적용 가능할 것으로 보인다. 한정된 자원인 지하수를 적절히 이용하고 보전하는 방법은 사회적으로 합의되고 적절한 방법으로 이루어져야 한다. 지하수이용허가권을 조정하는 방법으로 지하수이용허가권을 일정비율로 감축하고 계속 사용하고자 하는 사용자에게는 부담금을 부과하며, 허가권을 반납하는 사용자에게 보상을 하는 방법이 적절할 것으로 보인다. 이 방법은 영세한 지하수이용자가 지하수허가량을 줄이면 부담금을 부과하지 않고, 폐공하는 경우에는 보상하도록 한다. 대규모 지하수 사용자가 지하수를 더 이용하기 위해서는 경제적 부담을 감수하면 가능하다. 과다한 소규모 관정을 폐공시키고 일정 규모이상의 지하수 관정을 이용하게 하는 효과도 있으리라 보인다.
제주도의 연평균 강수량은 지속적으로 증가하고 있으나 강우일수는 감소하는 추세로 기후변화에 의한 가뭄재해 피해가 우려되고 있다. 제주도는 전체 수자원의 대부분을 지하수로 사용되어 면적 대비 많은 지하수관정이 개발 이용되고 있으며, 용수이용에 따른 고갈 및 오염이 발생되지 않도록 분석 관리가 필요한 지역이다. 제주지역의 지하수위는 계절적 변동특성이 확연히 나타나지만 평시에는 큰 변동이 없는 지하수위 수준을 보이며, 실제 지하수 이용률은 허가량의 30%이하로 양수에 의한 지하수위변동은 크게 체감되지 못하고 있다. 그러나 극심한 가뭄재해 발생 시 기존 사용량을 초과 양수하는 문제가 발생하여 지하수위는 급격하게 하강되고, 제주 수자원관리에 문제가 발생될 것으로 지속적인 지하수 개발이 지하수위에 미치는 영향에 대하여 정량적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 지하수 유동 및 수위변동 분석이 가능한 수치해석 모형을 이용하여 제주도 성산유역을 대상으로 1993년부터 2013년까지 10년 주기 양수에 따른 지하수위 하강 특성을 분석하였다. 1993년 이전 개발된 지하수관정은 55개소, 2003년까지 개발된 지하수관정은 108개소로 지하수 개발은 약 1.9배 증가되었으나 양수능력을 적용하여 지하수위 변동을 분석한 결과 2.5배~3.1배 하강되는 것으로 확인되었다. 2003년부터 2013년까지 지하수 개발은 유역 상부에 집중되었으며 상류부 지하수 양수에 따라 해안지역의 지하수위까지 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 안성천 공도 수위표 상류유역에 대해 농업용 저수지와 지하수 이용이 하천유량에 미치는 영향을 SWAT-MODFLOW 모형을 이용하여 모의 분석하였다. 대상유역내에 위치한 고 삼, 금광 농업용 저수지 영향을 고려하기 위해서 관개기에는 저수지 방류량이 관개수로를 통해 수리답 지역으로 보내져 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 하고, 비관개기에는 저수지가 만수가 될 경우에만 하천으로 저수지 방류가 일어나도록 처리하였다. 지하수 이용량은 유역내 위치한 허가 및 신고 관정을 대상으로 하였으며, 농업용 관정인 경우는 저수지 관개와 마찬가지로 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 처리하였고, 생공용 관정인 경우는 유역내에서 전량 소모되는 것으로 간주하였다. 저수지 및 지하수 양수 유무에 따른 하천유량을 모의한 결과 고삼 및 금광 저수지 직하류부에서는 저수지 영향이 지배적으로 작용하여 갈수량이 각각 약 40% 및 85% 만큼 감소하는 것으로 나타났다. 반면에 저수지로부터 보다 하류쪽로 가면서 회귀수의 영향으로 감소 영향이 둔화되는 양상을 보였으며, 유역출구부에서는 저수지 및 지하수 이용 영향으로 자연상태 유량에 비해 갈수량이 약 19% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다.
지하수 관정의 위치에 따라 대수층과 인근 하천의 수리특성이 다양하여 하천수량에 미치는 지하수 양수의 영향이 공간적으로 다르게 발생하며, 그 영향을 지도(map)상에 표출한 것을 가칭 지하수 양수 영향구역도(국토교통부, 2014)라 한다. 본 연구에서는 황구지천 하류유역에 대해 하천주변 천부대수층 지하수 양수에 따른 하천수 감소량을 Hunt(1999, 2009)의 해석해로 산정하고 그 결과를 바탕으로 지하수 양수 영향구역도를 작성하였다. 지하수 양수 영향구역도 작성에 필요한 입력자료를 구축하기 위해서 현장에서 직접 양수시험을 수행하여 대수층 수리상수를 산정하고 기존 문헌값을 함께 이용하여 수리상수의 공간분포도를 작성하였다. 또한 양수시험공에 인접한 하천의 바닥에 피조미터 및 시피지미터를 설치하여 하상수리전도도를 측정하였다. 하천주변 및 하상의 수리상수값을 Hunt 해석해에 대입하여 지하수 양수량 대비 하천수 감소율을 30m 크기의 셀 단위로 산정하고 이를 구글어스상에 공간적으로 표출하였다. 하천구역에서 300m 이내 지역에서 지하수를 양수할 경우에는 양수기간 5년동안 평균적으로 양수량의 70%를 초과하는 하천수량의 감소가 일어나는 것으로 분석되었다. 지하수 양수 영향구역도를 활용하면 지하수 개발 이용자 및 허가 관련 행정기관이 지하수 관정의 공간적인 위치에 따른 하천수 감소 정도를 정량적으로 쉽게 파악할 수 있다.
이 연구는 지하수개발사업 기초설계에 앞서, 타당성분석을 지원하는 GIS 기반의 지하수 사업 기초설계지원 시스템을 개발함이 목적이다. 시스템 환경은 Server/Client 환경으로 구축함으로써 지하수관련 자료를 효율적이고, 과학적으로 관리·분석할 수 있도록 개발하였다. 이를 위하여 GIS S/W ArcView3.2, RDBMS ORACLE, Spatial DataBase Engine인 ArcSED 그리고, 지하수모의조작 프로그램으로는 WHPA와 AQTESOLV 등을 사용했으며, 그래픽 사용자 프로그램(GUI) 개발언어는 ArcView 전용언어인 Scripts를 이용하였다. 개발된 시스템을 이용하면, 신규개발 예정관정에 대하여 WHPA를 이용한 모의양수 결과물을 GIS로 가져오고, 기설관정 영향반경과의 중첩 여부, 오염원 등과 비교하여 지하수관정개발사업의 허가여부를 판단할 수 있다. 아울러, 신설관정의 적정 지하수취수량을 판단함으로써 지하수관정 개발사업 및 기초설계를 지원하는 기능을 갖도록 하였다. 이 시스템의 산출물을 이용하여 쉽고 빠르게 도면 및 보고서를 작성할 수 있도록 하였고, 인터/인트라넷을 이용하여 DB를 공유하는 2-Tier 시스템으로서 개발하였다. 이에 따라, 농림부와 농업기반공사 등 지하수 관련 부처들이 전사적으로 지하수관련 자료를 공유할 수 있으며, 정확성과 신뢰성 그리고 최신정보를 공유할 수 있게 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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