Groundwater recharge rate can be estimated from groundwater head rebound due to rainfall. Groundwater level changes are monitored for 10 months at Yugu area. Difference between two recharge rates calculated by rainfall and by effective rainfall is 1.1%~1.6%. Since this method ignores soil water percolation during groundwater level regression, the actual recharge rate may be higher than estimated one by cumulative rainfall and groundwater level change.
Groundwater level hydrographs from observation wells in Jeju island clearly illustrate distinctive features of recharge showing the time-delaying and dispersive process, mainly affected by the thickness and hydrogeologic properties of the unsaturated zone. Most groundwater flow models have limitations on delineating temporal variation of recharge, although it is a major component of the groundwater flow system. Recently, a convolution model was suggested as a mathematical technique to generate time series of recharge that incorporated the time-delaying and dispersive process. A groundwater flow model was developed to simulate transient groundwater level fluctuations in Pyoseon area of Jeju island. The model used the convolution technique to simulate temporal variations of groundwater levels. By making a series of trial-and-error adjustments, transient model calibration was conducted for various input parameters of both the groundwater flow model and the convolution model. The calibrated model could simulate water level fluctuations closely coinciding with measurements from 8 observation wells in the model area. Consequently, it is expected that, in transient groundwater flow models, the convolution technique can be effectively used to generate a time series of recharge.
In this work, the delay time for groundwater recharge was estimated by comparing simulated recharges by means of SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model and WTF(Water Table Fluctuation) method. The delay time for groundwater recharge means that the time when the water from rainfall travelled through vadose zone just after getting out of soil zone bottom. As measuring this delay time is almost impossible, we used to compare the estimated values from modeling(SWAT) and analytic method(WTF). The test site is Hancheon watershed which has 8 groundwater measurement stations. The results show that the altitude has a linear relationship with the estimated delay time values. To validate these results, we conducted corelation analysis between transformed groundwater levels and observed ones. The results showed that computed groundwater levels have good corelation($R^2$=0.97, 0.87, respectively). The estimated delay time would be used for the groundwater behaviour characteristics in vadose zone. As recharge rates vary according to the height, the delay time is thought to be an import variable for the proper groundwater recharge estimation.
본 연구에서는 분포형 수문모형 SWAT-K를 사용한 함양률을 산정하고 이를 뒷받침하기 위해 유역 내에서 실제로 관측한 수문곡선 자료를 기반으로 기저유출 분리법을 이용하여 함양량 산정의 타당성을 평가하였다. 통상 지하수 개발가능량 산정 시 10년 빈도 갈수 시 강수량에 평균함양률을 곱하여 실무에 활용하고 있으나, 실제로 함양률은 강수량이 작을수록 작아지는 경향을 보이기 때문에 평균 함양률을 사용하게 되면 개발가능량이 과다 산정될 가능성이 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 강수량 규모를 고려한 함양량으로 함양률을 재산정하여 개발가능량을 산정하였다. 이 방법을 의왕·과천·성남시에 적용한 결과 소유역별 개발가능량은 기존 방법 대비 55.5~77.6%로 감소하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 Kim et al. (2013)이 개발한 부정류상태에서의 지하수위 변동 해석모델을 이용하여 단위시간별 함양량을 산정하였다. 지하수위 변동 해석모델은 지하수의 흐름과 관련된 반응계수와 함양에 관련된 비산출율을 매개변수로 이용한다. 해석모델의 적용을 위해 제주도 한천지역의 관측정 중 강우에 대한 반응이 양호한 JW 공항과 JD 용담1지점에 대한 5년(2006-2010)간의 지하수위 관측자료를 이용하였다. 지하수위 해석모델은 국지적인 규모에서의 단위시간별(일별) 함양량 산정이 가능하며 지하수위 자료와 비교한 결과, 함양량과 매개변수가 지하수위를 잘 반영하고 있었다. 함양량 산정결과 JD 용담1 지점은 520.4~904.0mm (32.7~61.8%), JW 공항지점은 447.4~633.4mm (24.0~45.1%)로 나타났다. 개발된 해석모델은 지하수위 자료를 이용하여 매개변수를 추정과 단위시간별 함양량을 산정하는 방안으로 활용되기를 기대된다.
This study is to present the method for estimating groundwater recharge with temporal-spatial variability using the SWAT model which can represent the heterogeneity of the watershed. The SWAT model can simulate daily surface runoff, evapotranspiration, soil storage, recharge, and groundwater flow within the watershed. The model was applied to Musimcheon watershed located in the upstream of Mihocheon watershed. Hydrological components were determined for the period 2001 - 2004, and the validity of the results was tested by comparing the estimated runoff with the observed runoff data at the outlet of the catchment. The results of temporal and spatial variations of recharge were presented, This study suggests that variations in recharge can be significantly affected by subbasin slope as well as land use changes.
In recent years, mary studies for efact estimation of groudwater recharge has been performed. They can be categorized into three groups : analytical method by means of groundwater recession curve, water budget analysis based on watershed, and the method using groundwater model. Since groundwater recharge rate shows the spatial-temporal variability due to hydrogeological heterogeneity, existing studies have various limits to deal with these characteristics. The method of estimating daily recharge rate with spatial-temporal variation based on rainfall-runoff model is suggested in this study for this purpose. This method is expected to enhance existing indirect method by means of reflecting climatic conditions, land use and hydrogeological heterogeneity.
Based on the transient finite difference solution of Richards' equation, an infiltration model is developed to analyze temporal variation of precipitation recharge in the region of monsoon climates. Simulation results obtained by using time series data of 20-year daily precipitation and pan evaporation indicate that a linear relationship between the annual precipitation and the annual recharge holds for the soils under the monsoon climates with varying degrees of the correlation coefficient depending on the soil types. A sensitivity analysis reveals that the water table depth has little effects on the recharge for the sandy soil, whereas, for the loamy and silty soils, rise of the water table at shallow depths causes increase of evaporation by approximately 100㎜/yr and a corresponding decrease in recharge. A series of simulations for two-layered soils illustrate that the amount of recharge is dominantly determined by the soil properties of the upper layer, although the temporal variation of recharge is affected by both layers.
This study applied a hydrogeological field survey and isotope investigation to identify source locations and delineate pathways of groundwater contamination by nitrogen compounds. The infiltration and recharge processes were analyzed with groundwater-level fluctuation data and oxygen-hydrogen stable isotope data. The groundwater flow pattern was investigated through groundwater flow modeling and spatial and temporal variation of oxygen isotope data. Based on the flow analysis and nitrogen isotope data, source types of nitrate contamination in groundwater are identified. Groundwater recharge largely occurs in spring and summer due to precipitation or irrigation water in rice fields. Based on oxygen isotope data and cross-correlation between precipitation and groundwater level changes, groundwater recharge was found to be mainly caused by irrigation in spring and by precipitation at other times. The groundwater flow velocity calculated by a time series of spatial correlations, 231 m/yr, is in good accordance with the linear velocity estimated from hydrogeologic data. Nitrate contamination sources are natural and fertilized soils as non-point sources, and septic and animal wastes as point sources. Seasonal loading and spatial distribution of nitrate sources are estimated by using oxygen and nitrogen isotopic data.
The water-table fluctuation (WTF) method has been often used for estimating groundwater recharge by analysis of waterlevel measurements in observation wells. An important assumption inherent in the method is that the water level rise is solely caused by precipitation recharge. For the observation wells located near a stream, however, the water-level can be highly affected by the stream level fluctuations as well as precipitation recharge. Therefore, in applying the WTF method, there should be consideration regarding the effect of stream-aquifer interactions. Analysis of water-level hydrographs from the National Groundwater Monitoring Wells of Korea showed that they could be classified into three different types depending on their responses to either precipitation recharge or stream level fluctuations. A simple groundwater flow model was used to analyze the errors of the WTF method, which were associated with stream-aquifer interactions. Not surprisingly, the model showed that the WTF method could greatly overestimate recharge, when it was used for the observation wells of which the water-level was affected by streams. Therefore, in Korea, where most groundwater hydrographs are acquired from wells nearby a stream, more caution is demanded in applying the WTF method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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