• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.18-18
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• 2011

Climate change is impacting and will increasingly impact both the quantity and quality of the world's water resources in a variety of ways. In some areas warming climate results in increased rainfall, surface runoff, and groundwater recharge while in others there may be declines in all of these. Water quality is described by a number of variables. Some are directly impacted by climate change. Temperature is an obvious example. Notably, increased atmospheric concentrations of $CO_2$ triggering climate change increase the $CO_2$ dissolving into water. This has manifold consequences including decreased pH and increased alkalinity, with resultant increases in dissolved concentrations of the minerals in geologic materials contacted by such water. Climate change is also expected to increase the number and intensity of extreme climate events, with related hydrologic changes. A simple framework has been developed in New Zealand for assessing and predicting climate change impacts on water resources. Assessment is largely based on trend analysis of historic data using the non-parametric Mann-Kendall method. Trend analysis requires long-term, regular monitoring data for both climate and hydrologic variables. Data quality is of primary importance and data gaps must be avoided. Quantitative prediction of climate change impacts on the quantity of water resources can be accomplished by computer modelling. This requires the serial coupling of various models. For example, regional downscaling of results from a world-wide general circulation model (GCM) can be used to forecast temperatures and precipitation for various emissions scenarios in specific catchments. Mechanistic or artificial intelligence modelling can then be used with these inputs to simulate climate change impacts over time, such as changes in streamflow, groundwater-surface water interactions, and changes in groundwater levels. The Waimea Plains catchment in New Zealand was selected for a test application of these assessment and prediction methods. This catchment is predicted to undergo relatively minor impacts due to climate change. All available climate and hydrologic databases were obtained and analyzed. These included climate (temperature, precipitation, solar radiation and sunshine hours, evapotranspiration, humidity, and cloud cover) and hydrologic (streamflow and quality and groundwater levels and quality) records. Results varied but there were indications of atmospheric temperature increasing, rainfall decreasing, streamflow decreasing, and groundwater level decreasing trends. Artificial intelligence modelling was applied to predict water usage, rainfall recharge of groundwater, and upstream flow for two regionally downscaled climate change scenarios (A1B and A2). The AI methods used were multi-layer perceptron (MLP) with extended Kalman filtering (EKF), genetic programming (GP), and a dynamic neuro-fuzzy local modelling system (DNFLMS), respectively. These were then used as inputs to a mechanistic groundwater flow-surface water interaction model (MODFLOW). A DNFLMS was also used to simulate downstream flow and groundwater levels for comparison with MODFLOW outputs. MODFLOW and DNFLMS outputs were consistent. They indicated declines in streamflow on the order of 21 to 23% for MODFLOW and DNFLMS (A1B scenario), respectively, and 27% in both cases for the A2 scenario under severe drought conditions by 2058-2059, with little if any change in groundwater levels.

• 지질공학
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• 제14권1호
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• pp.81-91
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• 2004

본 연구는 마창대교 진입 터널 건설에 따른 지하수-지표수 연계 시스템에 대한 사례 분석을 그 주요 목적으로 하였다. 터널 노선의 약 300m에 이르는 구간은 본 연구지역을 흐르는 가포천의 직하부를 통과하고 있어 이에 대한 사전 영향 검토가 요구되었다. 하지만, 이와 유사한 사례는 국내외적으로 거의 존재하지 않으며, 다만 국내의 경우 터널 굴착에 따른 지하수계에 대한 영향 검토는 부분적인 조사 자료에 근거한 case modeling 연구가 수행된 사례는 빈번히 존재한다. 하지만 본 연구에서는 불확실성이 높은 자료에 근거한 모델링 연구를 지양하고, 자연적인 상태에서의 고도별 지표수 유량 변화를 관측하여 이를 통해 지하수-지표수 상호 작용을 해석하고자 하였다. 또, 이러한 해석 결과에 근거하여 터널 굴착 시 발생 가능한 문제점을 제시하고, 그에 따른 설계상의 보완점 제시를 그 주요 목적으로 하였다. 본 연구를 위해 터널 예정 노선 직상부를 흐르는 가포천에 대해 총 5개 지점에서 하천 유량 모니터링을 실시하였고, 이를 통해 하천 유량 중 지하수 기저 유출에 의한 기여 정도를 분석하였다. 분석결과 본 연구 지역에서 하천 유랑 중 평균 39%는 지하수의 기저 유출에 의한 것으로 추정되었으며, 터 널 굴착 시 최소 지하수 기저유출에 의한 하천 유출량(39%)이 감소할 개연성을 확인하였다. 이상의 연구 결과를 근거로 본 지역에서 터널 굴착에 따른 하천 유량에 대한 영향을 최소화 할 수 있는 방안으로 개수로 공사에 의한 터널 인접 구간에서의 지하수-지표수 상호 작용의 차단, 터널로의 지하수 유입량의 가포천으로의 환원 등 그 영향을 최소화 할 수 있는 방안을 설계 대안으로 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권6호
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• pp.431-446
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• 2007

지하수 유동 모델에 반영되는 유역의 수리지질학적, 수문학적 특징들은 지하수 유동 특성에 주요한 영향을 미칠 수 있는 현장 특성들이다. 상기 특징들을 최대한 반영하기 위하여 438개의 관정자료를 토대로 갑천 유역(유역 면적$648.3km^2$)의 대수층 구조 특성을 분석하고, 24개의 하천 자료를 이용하여 지하수 유동 모델을 구축하였다. 그리고 검 보정된 준분포형 유출모형(SWAT)의 소유역별 지하수 함양량 결과를 3차원 지하수 유동 모델(MODFLOW)과 연계하여 갑천 유역의 광역 지하수 유동 특성을 평가하였다. 모의된 지하수위와 86개 지하수 관측정의 지하수위 비교에서 결정계수는 0.99, 유역 전체의 물교환량의 상대오차율이 약 0.57%로 갑천 유역의 지하수 유동 특성을 잘 반영하였다. 갑천 유역의 지하수는 지형 및 대수층 특성과 하천의 영향에 의하여 전반적으로 유역 남쪽에서 북쪽으로 유동하는데 산지 지역에 존재하는 하천들은 손실과 이득 하천의 형태를 반복하는 반면, 갑천 중 하류 부분과 갑천-유등천 합류 부근은 이득하천의 형태를 보이고 있다. 그리고 소유역별 지하수 물교환량 분석한 결과, 상기 지역을 포함하는 소유역의 하천 공급원이 해당 유역의 지하수 함양량보다 지하수 유동 체계에 따라 인근 소유역에서 공급되는 지하수 유입량 비율이 훨씬 높은 것으로 분석되었다. 반면 유등천 중 상류 지역의 소유역을 제외한 산지 지역의 경우는 하천 공급원이 지하수 유동 체계에 의한 유입량보다 해당 유역 내에서 공급되는 지하수 함양량 비율이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 지표수와 지하수의 상호작용 및 하천 유출에 지하수 유동 특성이 주요한 영향을 미치는 것으로 평가되었다.

• 한국습지학회지
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• 제14권4호
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• pp.489-502
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• 2012

생물 활동이 활발한 지하수-지표수 혼합구간에서 일어나는 생지화학 기작에 대한 관심은 지대하다. 지표수로부터 기인한 오염물질은 지하수-지표수 혼합구간을 통과할 때 이 구간의 특수한 환경 아래에서 생지화학 기작을 통해 오염물질이 제거되거나 자연저감 되기 때문이다. 본 연구의 목적은 혼합구간의 수직교환 흐름 유동률이 생지화학 과정에 미치는 영향의 상관성을 분석하는 것이다. 이를 위해 깊이별로 설치한 소형 관정을 통해 수직 수두구배를 측정하여 혼합구간의 수직 이동수의 방향을 조사하였으며, 연구지 토양시료에서 서식하는 미생물의 확인을 위해 중합효소연쇄반응 및 클로닝 방법이 수행되었다. 편상관 분석을 통해 수직 교환 흐름 유동률, 질산성 질소의 농도 그리고 미생물의 활성이 서로 영향을 주고 있음을 확인하고자 하였다. 그 결과 수직 흐름 교환 유동률이 질산성 질소의 농도 그리고 미생물의 활성 및 생지화학 기작에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 본 연구를 통해 수직 흐름 교환 유동률, 오염물의 농도 그리고 미생물의 활성을 통해 지하수-지표수 혼합구간의 생지화학 기작을 예상할 수 있음을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.517-526
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• 2018

지하수 함양은 기후조건, 토지이용, 수리지질학적 비균질성에 의해 시공간적인 변동성을 나타내므로 통합수문해석에 의한 지하수 함양량의 추정이 필요하다. 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 연계모형을 활용하여 장성지역의 물리적 기반의 일단위 지하수 함양량을 산정하였다. 수문분석은 하천에서의 관측유량과 계산유량의 검보정에 이어 부정류 지하수위의 계산값과 관측값의 비교를 통해 모형의 정확도를 평가하였다. 추정된 수문성분은 상호간에 서로 관련이 깊고, 유역내의 비균질한 인자들인 소유역 경사, 토지이용, 토양종류에 따라 지하수 함양량의 공간적 변동이 크게 나타났다. 통합수문모형은 지표수 및 지하수 수문성분 프로세스의 시공간적 변화를 잘 모의하고 있는 것으로 평가되었다. 추정된 함양량의 평균은 약 20.8%로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권1호
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• pp.9-19
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• 2009

본 연구는 지하수위의 시간적인 변화가 지표수 유출, 증발산, 토양 수분 등 다른 수문성분에 미치는 개별적 영향을 평가한 것이다. 이를 위하여 기 개발된 완전연동형 지표수-지하수 통합모형인 SWAT-MODFLOW 모형에서 토양층의 수분과 얕은 대수층의 지하수의 결합과정을 새롭게 개선하여 토양수분과 지하수간의 보다 현실적인 상호작용이 가능하도록 가변 토양층 구조 기법(The variable soil layer construction technique, VSLT)을 개발, SWAT-MODFLOW에 탑재시켰다. 이 기법에서는 모의된 지하수위가 토양 영역내로 상승하면, 토양층 아래의 지하수위를 얕은 대수층의 일부로 간주함으로써 해당하는 토양층들이 초기에 정의된 토양 영역에서 배제되어 MODFLOW모형의 지배를 받게 된다. 무심천 유역에 대한 시험 적용을 통해 본 연구에서 VSLT를 고려하여 개선한 SWAT-MODFLOW 모형은 토양층내 지하수위의 변동 영향을 보다 현실적으로 고려할 수 있을 뿐 아니라 지하수위 변동에 따른 지표면 유출, 토양수분, 증발산 등 수문성분의 공간분포에 미치는 영향의 정량적 평가에도 활용이 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제26권6호
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• pp.130-143
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• 2021

Wetlands are one of the most representative groundwater dependent ecosystems(GDEs) that require access to groundwater on a permanent or intermittent basis to maintain their biological communities and ecological processes. In this study, the seasonal characteristics of the GDEs in Baekseok Reservoir Wetland were evaluated through the monitoring of the temporal and spatial community of benthic macroinvertebrates in the wetland. The appearance of benthic macroinvertebrates appearance was changed seasonally depending on environmental factors such temperature, precipitation and water level for their habitat and it also showed the clear spatial difference in the wetland. The scores of Diversity index(H'), Richness Index (R1) and the Ecological score of benthic macroinvertebrates (TESB/AESB) were relatively high at St.3 and 4(i.e., north area) where groundwater inflows into wetland(i.e., high ²²²Rn conc.). The statistical analysis (ANOVA test and PCA) investigated the correlation among the benthic macroinvertebrates' community, groundwater level, wetland water level and water quality. The results showed that the community of benthic macroinvertebrates at St. 3 and 4 in Baekseok Reservoir Wetlands was spatially dependent on groundwater level and groundwater inflow. The characterization and assessment of GDEs requires understanding the hydrological, biogeochemical and biological process and this study will provide information for characterization and assessment of GDEs.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제25권2_spc호
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• pp.28-54
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• 2020

Even though a systematic sampling approach is very crucial in both the general and detailed investigation phases to produce the best conceptual site model for contaminated sites, the concept is not yet established in South Korea. The U.S. Environmental Protection Agency (EPA) issued the 'Strategic Sampling Approaches Technical guide' in 2018 to help environmental professionals choose which sampling approaches may be needed and most effective for given site conditions. The EPA guide broadly defines strategic sampling as the application of focused data collection across targeted areas of the conceptual site model (CSM) to provide the appropriate amount and type of information needed for decision-making. These strategic sampling approaches can prevent the essential data from missing, minimize the uncertainty of projects and secure the data which are necessary for the important site-decisions. Furthermore, these provide collaborative data sets through the life cycle phases of projects, which can generate more positive proofs on the site-decisions. The strategic sampling approaches can be divided by site conditions. This technical guide categorized it into eight conditions; High-resolution site characterization in unconsolidated environments, High-resolution site characterization in fractured sedimentary rock environments, Incremental sampling, Contaminant source definition, Passive groundwater sampling, Passive sampling for surface water and sediment, Groundwater to surface water interaction, and Vapor intrusion. This commentary paper introduces specific sampling methods based on site conditions when the strategic sampling approaches are applied.

• 자원환경지질
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• 제51권6호
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• pp.567-577
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• 2018

우리나라에서 수막재배가 주로 이루어지는 수변지역에서는 수막재배 성수기 말기에 지하수위 하강이 심하게 나타나는 문제점이 있으며, 이러한 지하수위 하강과 지하수 자원 고갈의 문제는 인근 하천수와의 연계 특성을 고려할 때 효율적으로 해결할 수 있을 것이다. 이 연구에서는 수막재배지에서의 지하수와 하천수와의 연계성 및 지하수 대수층에 미치는 하천수의 영향 범위를 논의하기 위해, 지하수의 토출온도, 지하수와 하천수의 산소 수소 안정동위원소 조성 변화 특성을 검토하였다. 연구지역은 딸기 수막재배지로 잘 알려진 논산시 광석면 왕전리 지역이며, 지하수와 하천수의 시료 채취는 2010년 2월부터 2011년 6월까지 실시되었다. 지하수의 수온 분포 패턴에 의하면, 하천수의 영향은 주로 수막재배지의 우측 부분에서 넓은 범위에 걸쳐 나타났으며, 좌측 부분은 하천 인근에서만 좁은 범위의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 수막재배지 내에서 산출되는 지하수의 산소 수소 안정동위원소 조성에서도 유사한 양상으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.5-16
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• 2002

사면 내의 지하수 유동과 사면의 안정성에 대한 강수의 영향을 평가하기 위하여 수리지질역학적 수치 모델이 제시되었다. 이 수치 모델은 변형성 지질매체 내에서의 포화-불포화 지하수 유동을 설명하는 완전 연동된 간극탄성론적 지배 방정식들과 Galerkin 유한요소법에 근거하여 개발되었다. 이렇게 개발된 완전 연동된 수리지질역학적 수치 모델은 다양한 강수량 조건 하에 있는 불포화 사면에 대한 일련의 수치모의실험에 적용되었다. 이러한 수치모의실험 결과들은 강수량이 증가할수록 사면의 전반적인 수리역학적 안정성이 저하되며 잠재적인 파괴가 사면 전단부에서부터 시작되어 사면 정상부 쪽으로 팽창됨을 보여주고 있다. 강수량이 증가함에 따라 수리지질학적으로는 압력수두와 전체 수리수두가 증가한다. 그 결과 지하수면이 상승하고 불포화대가 감소하며 삼출면이 사면 전단부로부터 사면 정상부쪽으로 팽창하고 이러한 삼출면에서의 지하수 유동 속도도 증가하게 된다. 한편 강수량이 증가함에 따라 지질역학적으로는 사면 전단부를 향해 수평 변위는 증가하지만 수직 변위는 감소하게 된다. 이는 강수량 증가에 따른 지하수면의 상승에 수반하는 부력에 기인하는 것으로 해석된다. 그 결과 사면의 전반적인 변형이 사면 전단부를 향해 심화되고 전단파괴 안전율이 1 이하인 불안전한 지역이 사면 전단부에서 두꺼워지면서 사면 전단부에서부터 사면 정상부 쪽으로 팽창하게 된다. 또한 수치모의실험 결과들은 이러한 잠재적인 전단파괴면과 지표면 사이의 지반에서는 잠재적인 인장파괴가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.