• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권2호
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• pp.20-27
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• 2005

밀집된 축사의 영향으로 충적층 지하수가 질산성 질소로 심하게 오염되어 있는 소유역을 흐르는 화봉천 수질의 계절 변화를 연구하였다. 이 하천에서 축산폐수의 직접 유입이 확인되었으며, 오염된 지하수 유입으로 인한 수질 변화가 나타났다. 건기에는 축산폐수의 직접 유입이 하천수질에 큰 영향을 미치고 있다. 우기에는 강수에 의한 희석효과에도 불구하고 지표수의 질산성 질소 농도가 오히려 증가하였으며, 질산성 질소로 오염된 지하수 유입량 증가가 큰 영향을 미친 것으로 판단된다. 지하수의 하천 유출은 산소, 수소 동위원소 조성을 이용하여 증명하였다. 질산성 질소 농도는 화봉천이 청미천보다 상대적으로 높으므로, 화봉천 유업에 의해 청미천의 질산성 질소 농도가 증가되고 있으며, 하천수의 질산성 질소 농도가 높아지는 우기에 이러한 수질 영향이 더욱 커졌다.

• 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권6호
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• pp.509-515
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• 2004

본 연구에서는 국내에서 독자적으로 개발한 완전 연동형 SWAT-MODFLOW결합모형을 평가하였다. 결합모형은 함양량의 시공간적 변동성을 반영할 수 있어 기존 지하수 모델링에 있어서 함양량을 현실적으로 고려하지 못했던 부분이 크게 개선될 것으로 판단된다. 또한 SWAT의 지하수 모형성분은 집중형이므로 분포형 매개변수의 입력이 어렵고 지하수위의 변화 등을 고려하지 못하나 결합모형은 지하수부분에 MODFLOW모형을 탑재시킴으로써 완벽한 시간단계별 지하수위 분포를 재생해 낼 수 있었다. 마지막으로 하천네트워크-대수층간의 상호작용에 있어서 SWAT은 일방향만을 고려하나 결합모형은 양방향 상호작용을 모두 고려할 수 있어 실제적인 하천-대수층간의 경계유량을 고려할 수 있어 유역내 기저 유출량 및 총 유출량의 신뢰성이 크게 증대될 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제34권3호
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• pp.255-269
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• 2001

여수 북동부 화산암지역에서 다중패커 시스템(Multi-packer system)을 이용하여 구간별로 시료 채취를 수행하고, 시추공 지하수에 대한 지화학 특성 연구를 수행하였다. MP system에 의해 구간별로 격리된 지하수의 pH(up to 9.6)는 기존 시료채취방법에 의해 측정된 pH(7.0~7.9)보다도 매우 높은 값을 보여준다. 시추공 지하수의 수리화학자료는 구간별로 특징적인 화학조성을 나타낸다. 이는 지하수의 지화학적 특성이 단열체계특성에 의해 지배를 받는 지하수 유동로를 따라 진행되는 물-암석 반응에 의해 진화되었음을 지시한다. 특징적으로 시추공 K1 하부구간(심도138~175m)의 지하수는 높은 Ca 함량(up to 160mg/L)과 Cl 함량(up to 293mg/L)을 보이는 Ca-Cl$_2$유형을 보여주며, Na 함량(up to 67mg/L) 과 SO$_4$함량(105mg/L) 역시 기타 구간에 비해 높은 값을 보여준다. 이러한 지하수의 지화학적 특성은 해수혼합, 양이온교환반응 및 황철석의 산화반응 등에 의해 진화된 것으로 해석할 수 있다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.481-488
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• 2006

본 연구는 준분포형 장기유출모형인 SWAT과 3차원 분포형 지하수 모형인 MODFLOW를 통합한 새로운 시도에 관한 것이다. SWAT모형은 준분포형 특성상 지하수 성분중에서 투수계수나 저류계수등의 분포형 매개변수를 고려할 수 없으며 지하수 함양량, 수두와 양수량 분포 등을 고려하는데에도 어려움이 있다. 이와같은 문제점을 극복하기 위해 SWAT의 수문반응단위인 HRU와 MODFLOW의 기본단위인 셀간의 특성치들을 주고받을 수 있는 완전연동형 기법을 제시하였다. 이러한 결합은 하천망과 대수층간의 상호작용을 경계흐름으로 고려함으로써 완성되었다. SWAT-MODFLOW 결합모형을 우리나라 경안천 수위관측소 유역에 시험적으로 적용한 결과, 포화대와 하천지류간의 상호작용이 경안천 유역의 유출량 산정에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 이와 함께 결합모형은 지하수두 및 함양량의 시공간적 변동성을 재현하는 등 광범위한 적용가능성을 보여주었다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제5권4호
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• pp.192-202
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• 1998

영천 도수터널 내 화강암 지역의 단열대를 따라 유출되는 지하수에 대하여 지화학 및 환경동위원소 연구를 수행하였다. Ca-HCO$_3$유형에 속하는 유출수의 화학 조성은 화강암을 구성하는 규산염 광물 및 열극 충진 방해석의 지화학적 용해 반응에 의해 설명되며, 그 수문지화학적 진화는 부분적 개방계에서 진행되었음을 보여준다. 환경동위원소 연구 결과, 유출수는 모두 강수 기원으로서 적어도 1953년 이전에 함양된(즉 체류 시간이 최소 45년 이상인) 지하수임을 지시해주며, 나아가 지표로부터의 거리와 단열대의 발달 상태에 따라 부분적으로 지표수의 혼입이 진행되고 있음을 지시한다. 지화학 반응 경로 모델인 CHILLER를 이용하여 본 지역 화강암 지하수의 수문지화학적 진화를 모델링 하였다. 그 결과, $Ca^{2＋}$, $Na^{＋}$, HCO$_3$$^{-}$ 및 pH는 규산염 광물 및 방해석의 용해 작용과 더불어 점차 증가되는 반면, $Mg^{2＋}$ 및 $K^{＋}$는 각각 몬트모릴로나이트와 백운모의 2차 생성과 더불어 감소됨을 보여준다. 2차 광물의 생성 순서는 적철석, 깁사이트, 카올리나이트, 몬트모릴로나이트, 백운모, 장석의 순이다. 모델링 결과는 유출수의 물리화학적 분석값과 2차 광물의 동정 결과와도 잘 일치한다. 따라서, 이러한 물-암석 상호 반응 모델링을 비교적 복잡한 암반 지하수의 수문지화학적 진화 해석에 타당성 있게 적용할 수 있음을 보여준다.

• 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.

• 자원환경지질
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• 제44권6호
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• pp.525-532
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• 2011

지속가능한 지하수 자원의 개발과 관리능력의 수단으로서의 지하댐의 이용과 그 효율성에 관한 분석을 수행하기 위해 완전연동형 지표수-지하수 통합해석 모형인 SWAT-MODFLOW를 쌍천유역에 적용하여 지하댐 건설에 따른 영향평가를 수행하였다. 지하댐 건설 후에는 댐 상류의 지하수위 상승이 일어나며 하류부는 지하수가 감소하는 현상이 나타난다. 이에 따라 지표수-지하수의 상호교환량은 상류에서 더 커지는 것으로 나타났다. 지하댐 건설에 따라 상류부 대수층의 저류량이 증가함으로써 가용한 지하수의 개발량은 그만큼 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 지하댐의 기능이 대수층의 가용 저류량을 증대시키는 매우 유용한 시설임을 확인할 수 있었고, 통합 수문해석 방법론은 지하댐 건설에 따른 영향 뿐 아니라 설계와 운영을 평가하기 위한 적절한 기법으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.