We used numerical models to reliably analyze the groundwater flow and hydraulic conductivity on Jeju Island. To increase reliability, improvements were made to model application factors such as hydraulic watershed classification, groundwater recharge calculation by precipitation, hydraulic conduction calculation using the pilot point method, and expansion of the observed groundwater level. Analysis of groundwater flow showed that the model-calculated water level was similar to the observed value. However, the Seogwi and West Jeju watersheds showed large differences in groundwater level. These areas need to be analyzed by segmenting the distribution of the hydraulic conductivity. Analyzing the groundwater flow in a sub watershed showed that groundwater flow was similar to values from equipotential lines; therefore, the reliability of the analysis results could be improved. Estimation of hydraulic conductivity distribution according to the results of the groundwater flow simulation for all areas of Jeju Island showed hydraulic conductivity > 100 m/d in the coastal area and 1 45 m/d in the upstream area. Notably, hydraulic conductivity was 500 m/d or above in the lowlands of the eastern area, and it was relatively high in some northern and southern areas. Such characteristics were found to be related to distribution of the equipotential lines and type of groundwater occurrence.

원자력이용시설에서 유출된 방사성 오염물질은 지표수나 지하수의 유동에 따라 이동할 수 있다. 이 중에 지표수에 의해 이동하는 오염물질은 비교적 감시가 용이하지만, 지하수를 따라 이동하는 오염물질은 대상 매질에서의 지하수흐름에 대한 정보를 알아야 하므로 감시가 매우 어렵다. 그러므로 지하수에 의한 오염물질의 이동을 규명하기 위해서 지질환경의 특성화가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 연구부지에 건설된 가상의 원자력이용시설에 대한 감시공의 위치를 결정하고, 감시공에서의 심도별 감시 구간을 선정하는 방법론을 제안하였다. 감시공의 위치를 결정하기 위해 지하수유동 모델링을 수행하였고, 그 결과 지하수 흐름의 하류 지역에 감시공의 위치를 선정하였으며, 감시공에서 수행한 현장조사 결과를 바탕으로 비교적 지하수의 흐름이 빠른 구간을 대상으로 감시 구간을 선정하였다. 본 연구를 통해 개발된 모니터링 방법론은 국내 원자력 발전소를 포함한 원자력이용시설 뿐만 아니라, 유류비축시설의 오염물질, 농업 관련 지하수 오염의 감시 등 다양한 분야에서 잠재적으로 지하수에 유입될 수 있는 오염물질을 조기 감시하는 데에 활용할 수 있을 것이다.

This study was carried out to identify the problems of the underground watersheds on Jeju Island, and to establish the hydraulic groundwater basin to be used as basis for the analysis of the groundwater model. In order to evaluate the adequacy of the groundwater basin on Jeju Island, a correlation analysis between elevation and groundwater level was conducted using data from 125 observation wells. The analysis, conducted with an elevation step of 100 m, exhibited values of R2 in the range 0.1653-0.8011. No clear correlation was observed between elevation and groundwater level. In particular, the eastern and western areas showed an inverse proportionality between elevation and groundwater level. The Kriging technique was used to analyze the underground water level data and to define the equipotential lines for all areas of Jeju Island. Eight groundwater watersheds were delineated by considering the direction of groundwater flow, the positions of the observation wells, and the long and short axes of the watersheds.

본 연구에서는 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였다. 강수의 지하수위에 대한 영향을 고려하기 위하여 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 통해 지하수위와의 상관계수를 산정하였다. 취약 시기 평가 기준을 개발하고 평가 기준에 대한 가중치를 엔트로피 방법을 이용하여 산정하였다. 강수와의 상관계수와 산정된 가중치를 이용한 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였으며, 개발한 방법을 통하여 소규모 행정구역을 대상으로 취약시기를 평가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 지역적일뿐만 아니라 계절적인 지하수자원의 효율적 관리 대책 수립의 근거가 될 수 있을 것이다.

The groundwater quality through livestock excreta survey based on “Act of the management and use of livestock excreta” was investigated by selecting sampling sites within 1 km of the farmland without considering hydrogeological units. However, these sites can be affected by various pollution sources such as chemical fertilizers and livestock excretions. Additionally, the effects of pollution sources on groundwater quality in the sites cannot be clearly distinguished from naturally occurring backgrounds. In this study, a method was developed to select the sampling sites for groundwater quality through livestock excreta survey in order to understand the effects of pollution sources especially livestock excreta. First, the concentrations of nitrate within the radius of 200 m, 300 m, 500 m and 750 m, respectively, from the farms regarded as pollution sources in hydrogeological units were compared in 2016-2017. All the nitrate concentrations at 200 - 500 m from the farms exceeded a background concentration, 13.3 mg/L. Those at 750 m and the background concentrations measured by the Ministry of Environment were comparable. Therefore, the appropriate radius was suggested as 500 m for livestock excretions survey. In this study, the areas within 500 m from the farms could be considered under the influence of livestock excretions, while those beyond 500 from the pollution sources as background in hydrogeological units. The developed method was validated by applying it to the sites selected based on both administrative divisions and watersheds for livestock excretion survey. The average densities for the developed method were 0.82 and 0.39 points/km2, respectively, which were considered as appropriate levels according to those of the European Environmental Agency.

본 연구에서는 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였다. 강수의 지하수위에 대한 영향을 고려하기 위하여 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 통해 지하수위와의 상관계수를 산정하였다. 취약 시기 평가 기준을 개발하고 평가 기준에 대한 가중치를 엔트로피 방법을 이용하여 산정하였다. 강수와의 상관계수와 산정된 가중치를 이용한 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였으며, 개발한 방법을 통하여 소규모 행정구역을 대상으로 취약시기를 평가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 지역적일뿐만 아니라 계절적인 지하수자원의 효율적 관리 대책 수립의 근거가 될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 미급수지역의 주요 수원인 지하수의 수위 변동 상황을 기반으로 한 미급수지역 가뭄 예보 기법 개발을 목적으로 하였다. 이를 위해 지역화된 표준지하수지수(SGI)와 표준강수지수들(SPIs)의 상관관계를 분석하였다. 관측 지하수위로부터 산정된 SGI의 자기회귀 특성 및 지속기간별 SPI와 SGI의 상관관계를 동시에 고려할 수 있는 NARX (nonlinear autoregressive exogenous model) 인공신경망 모형을 이용하여 지역별 예측모형을 구축하였다. 학습기간 동안 관측 SGI와 모델 출력 SGI의 상관계수는 0.7 이상인 곳이 전체 167개 지역별 모형 중 146개(87%)로 상관성이 높은 것으로 분석되었다. 적용기간에 대해서는 평균제곱근오차와 상관계수로 모형을 평가하였다. 본 연구를 통해 기상청에서 제공하는 59 개 관측소별 강수량 전망 값으로부터 산정된 지속기간별 SPI와 관측된 지하수위를 이용한 지역별 SGI 전망이 가능하도록 하였으며, 미급수지역의 가뭄 예‧경보를 위한 기초자료로 활용이 가능토록 하였다.

본 연구에서는 미급수지역의 주요 수원인 지하수위 현황을 이용한 가뭄 모니터링 기법을 개발하기 위해 256개의 국가지하수관측망 관측 자료를 이용하여 관측소별, 월별 수위분포를 핵밀도함수로 추정하였다. 추정된 누적분포함수를 이용하여 월별 지하수위의 분위수를 구하고, 분위수를 정규화 하여 표준지하수지수(SGI)를 산정하였다. 관측소별로 산정된 SGI는 티센망을 이용하여 167개 시군별 SGI로 변환하였다. SGI의 범위에 따른 가뭄등급을 설정하여 시군별 지하수 가뭄 정도를 모니터링 할 수 있는 기법을 제시하였다. 이를 통해 계측이 이루어지지 않는 미급수지역의 지하수 가뭄상황을 국가지하수관측망을 활용해 간접적으로 판단할 수 있도록 하였다.

기후변화와 기후변화 외적인 요인으로 인해 지하수자원은 고갈되어가고 있다. 지하수자원의 효율적인 관리를 위해 유역 단위의 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였다. 유역 단위의 취약시기 평가는 취약 지역 평가와 소유역에 대한 취약시기 평가를 독립적으로 진행하여 각각의 지수를 산정하였다. 취약 지역 평가 지수를 표준화하여 독립적으로 진행한 취약시기 평가 지수에 적용하여 유역 단위의 취약시기 평가 방법을 개발하였으며, 개발한 방법을 낙동강 상류 지역인 봉화군, 안동시, 예천군, 문경시, 상주시에 적용하였다. 그 결과 상주의 8월이 0.278로 가장 취약한 것으로 나타났으며, 안동시는 1년 중 8개월간 5개 지역 중 지하수자원 관리에 취약한 것으로 나타났다. 개발된 방법을 이용하여 지하수자원의 시공간을 고려한 효율적인 관리방안을 모색할 수 있을 것이다.

The hydrochemistry of groundwater from 47 wells in the Chungwon area, Korea was analyzed to examine the occurrence of natural radionuclides like uranium and radon. The range of Electrical Conductivity (EC) value in the study area was 67∼1,404 μS/cm. In addition to the high EC value, the content of cations and anions also tends to increase. Uranium concentrations ranged from ND～178 μg/L (median value, 0.8 μg/L) and radon concentrations ranged from 80～12,900 pCi/L (median value, 1,250 pCi/L). Uranium concentrations in one well, that is 2.8% of the samples, exceeded 30 μg/L, which is the Maximum Contaminant Level (MCL) proposed by the US Environmental Protection Agency (EPA), based on the chemical toxicity of uranium. Radon concentrations in three wells, that is 6% of the samples, and one well, that is 2.8% of the samples, exceeded 4,000 pCi/L (AMCL of the US EPA) and 8,100 pCi/L (Finland’s guideline level), respectively. Concentrations of uranium and radon related to geology of the study area show the highest values in the groundwater of the granite area. The uranium and radon contents in the groundwater were found to be low compared to those of other countries with similar geological settings. It is likely that the measured value was lower than the actual content due to the inflow of shallow groundwater by the lack of casing and grouting.

A Cultivation method to minimize the damage caused by high temperatures was studied by investigating the effects of groundwater cooling treatment on the growth, yield, and quality of strawberries. In the groundwater cooling treatment, the daily average temperature of the rhizosphere was reduced from 26.9°C to 24.9°C . The root length increased by 0.3–9.2 cm, depending on the cultivar and growth period. The leaf number, leaf area, leaf length, leaf diameter, and plant height also increased, especially in the cultivars ‘Seolhyang’ and ‘Maehyang’, resulting in higher fresh and dry weights. The number of fruit per plant increased from 7.7 to 12.5 in ‘Seolhyang’, and the fruit weight increased by 0.3 g in ‘Seolhyang’ and 1.3 g in ‘Maehyang’. The fruit hardness increased, but no significant difference in fruit coloration was observed. The sugar content of the fruit was improved by 0.2–0.3 °Brix. Therefore, groundwater cooling of the rhizosphere was effective in improving the growth and productivity of strawberries under abnormally high temperature conditions and can be considered a cost-efficient cooling system.

Protected horticultural complexes would increase crop productivity but would adversely affect the groundwater recharge function in the area because the impervious area would increase. Further, they would limit the movement of living beings, affecting biodiversity. Therefore, this study evaluated the groundwater ecosystem services provided by protected horticultural complexes in terms of consistent utilization of water. The estimated amounts of groundwater loss obtained through quantitative assessment of groundwater infiltration showed that a higher impervious area results in higher losses. We, therefore, predict a much higher loss if similar changes in land use are realized on a nationwide scale. A plan to promote groundwater recharge in impervious areas is actively being discussed for urban areas; however, this plan is not yet applicable to farming areas. We consider it is essential to develop groundwater infiltration facilities for horticultural complexes, infiltration trenches, permeable pavements, surface water storage facilities, water purification facilities, etc. Further research and development of groundwater infiltration facilities is important for consistent utilization of water and the improvement of ecosystem services.

본 연구에서는 하폭, 하상수리전도도 등의 하천수리특성을 고려할 수 있는 Baalousha (2012)의 해석해를 이용하여 안성천 상류구간 인근에 위치한 관정 17개에 대해 지하수 양수로 인한 하천수 감소량을 산정하고 그 특성을 고찰하였다. 해석해 적용을 위해서 양수시험과 시피지시험을 통해 측정한 대수층과 하상의 수리특성값을 이용하였다. 양수기간 5년 동안 양수량 대비 하천수 감소량은 약 0.23에서 0.89로 관정 위치별로 차이가 크게 나타났으며, 하천고갈인자(Stream Depletion Factor, SDF) 값이 1,000일보다 큰 경우 0.4 미만으로 양수의 영향이 작은 것으로 분석되었다. Baalousha (2012) 해석해 적용 결과를 미소하폭에 대한 Hunt (1999) 해석해 적용 결과와 비교한 결과 연구대상 지역은 상대적으로 간단한 Hunt (1999) 해석해로 지하수 양수 영향을 파악하는데 충분한 것으로 분석되었다. 또한 투수량계수, 저류계수, 하상수리전도도, 하폭, 하천-관정 이격거리, 하폭 등의 수리특성치 조합에 따른 총 3,000가지 조건에 대해 각각의 해석해로 5년 평균 하천수 감소비를 구하여 비교한 결과 하천-관정 이격거리가 하폭 보다 길어야 두 해석해의 차이가 작아 하폭의 영향이 감소하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 무심천 유역을 대상으로 지표수-지하수 통합해석 모형인 SWAT-MODFLOW를 이용하여 수량이 부족한 하천으로 지하수를 이용한 물공급 방안을 모색하였다. 2011년부터 2015년까지 다양한 모의실험을 수행한 결과 극한가뭄이 도래했던 2015년에 지하수 공급에 의한 월 유출량의 변화는 현 양수시 23%, 최대 양수시에는 68.3%의 증가를 나타냈다. 이를 연간 지하수 함양량으로 산정할 경우 현 이용량을 적용하면 연평균 강수량의 6.2%인 75 mm, 최대 이용량 적용시 연평균 강수량의 24%인 290 mm에 해당하여 연간 안정적인 공급이 가능한 것으로 나타 났다. 본 연구는 가뭄에 취약한 지표수자원과 달리 지하수는 하천수 부족시 물공급의 효과적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

The tunnel structure is a structure supported by the ground rigidity around the tunnel excavation. Therefore, when tunnel excavation occurs, various problems arise in the tunnel when the ground stiffness is weak. These characteristics should be considered because the ground conditions in the design of tunnels are often different from the construction conditions investigated during tunnel construction

기후변화에 따른 해수면 상승으로 인하여 해안지역의 지하수계에 해수침투가 가중된다. 지하수의 염분농도가 증가하면 지하수면 상부의 불포화 토양에서도 염분 농도가 증가할 수 있으며, 이는 농경지에서 작물피해를 일으킬 수 있다. 해수면이 상승함에 따라 내륙의 지하수위도 함께 상승한다. 이는 불포화 토양층의 두께를 감소시켜 해안 저지대의 경작에 피해를 끼칠 수 있다. 본 연구에서 지하수 해수침투는 3차원 모델, 토양 염류화 평가는 연직 1차원 모델을 합성 적용하여 해안 농경지에 대한 해수면 상승 피해를 평가하는 방법을 개발하였다. 3차원 해수침투 모델에서 지하수면의 수위 와 농도분포를 계산하고 최상부 절점 중에서 염분 농도가 기준 값 이상인 절점에서 지하수면과 지표면 사이의 토양층에서 연직 1차원 모델링으로 토양층의 염분 농도와 불포화대 두께를 계산하였다. 농경지의 토양 염류화는 작물의 뿌리 심도에서 보통 작물의 생육한계 염분농도를 기준으로 판 단하였다. 개발된 모델링 방법을 가상의 간척농경지에 적용하였다. 해수면 상승자료로 IPCC의 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 사용하였다. 평가 결과 는 2050년과 2100년에 대하여 제시하였다. 연구결과 대상지역에서 기후변화 시나리오 RCP 8.5에서 2100년에는 지하수 염류화 피해 면적은 간 척지 육지면적 대비 7.8%, 염류화 토양 면적은 6.0%, 불포화층의 두께가 뿌리심도보다 적은 지역의 면적은 1.6% 증가하는 것으로 분석되었다.

KURT(KAERI Underground Research Tunnel) 지하수에 존재하는 천연 유기물질과 6가 우라늄(U(VI))화학종의 상호작용을 레이저 분광학 기술을 이용하여 조사하였다. 지하수 시료에 266 nm 파장의 레이저 빛을 입사시켜 자외선 및 파란색 파장 영 역에서 방출되는 천연 유기물질의 발광 스펙트럼을 관측하였다. 0.034-0.788 mg·L-1 농도 범위의 우라늄이 함유된 지하수에 서는 녹색 파장 영역에서 방출되는 U(VI) 화학종의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 지하수에 함유된 U(VI) 화학종의 발광 특 성(피크 파장 및 발광 수명)이 실험실에서 제조한 표준용액에 함유된 Ca2UO2(CO3)3(aq)의 발광 특성과 매우 유사하다는 것 을 확인하였다. 지하수에 존재하는 U(VI) 화학종의 발광 세기는 표준용액에 함유된 같은 농도의 Ca2UO2(CO3)3(aq)의 발광 세기에 비해 약하다. 표준용액의 Ca2UO2(CO3)3(aq)를 천연 유기물질이 함유된 지하수에 섞었을 때에도 Ca2UO2(CO3)3(aq)의 발광 세기가 감소한다. 이러한 현상의 원인을 지하수의 천연 유기물질과 Ca-U(VI)-탄산염 화학종의 상호작용으로 인해 비 발광성 U(VI) 착물이 형성되기 때문인 것으로 설명하였다.

In this study, groundwater flow was analyzed targeting Dae-jeong watershed, which exhibited the largest variations of groundwater levels at the identical elevation points among the 16 watersheds of Jeju Island. The issues of the methods applied in practice were identified and improvement plans were suggested. This groundwater-flow estimates derived by applying hydraulic conductivity values onto zones of equal topographic ground level were found to be quite different from actual measured groundwater flow. Conversely, groundwater-flow estimates that utilized hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level equipotential lines indicated relatively lesser divergences from actual measured groundwater flow. The reliabilities of the two approaches were assessed for 60 randomly selected points on DEM (digital elevation model) maps, The method using hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level contours turned out to be the more reliable approach for the Dae-jeong watershed in Jeju Island.

가상의 심층처분 부지의 지하수 유동 모의 결과를 통해 처분 심도에 위치하는 처분공 지점에서의 지하수 유동량 및 해당 지 점에서 지표 환경까지 지하수가 유동하는 경로의 거리와 경로를 통과하는데 걸리는 시간에 대한 수량적, 공간적 분포를 분 석하여 그 결과를 처분공의 위치 결정에 이용할 수 있는 방안을 제시하였다. 지하수 유동량은 처분공 위치에서 계산된 지하 수위를, 유동 거리와 경과 시간은 입자 추적 기법(particle tracking)을 이용하여 계산하였다. 지하수 유동량 및 유동 거리와 경과 시간의 공간적 분포를 이용하여 처분시설의 성능을 유지하는데 상대적으로 유리한 위치를 선별하고 특정한 제한 조건 이 주어진 경우 제외되어야 하는 처분공 위치를 결정하여 처분공 배치에 이용할 수 있은 방안을 제시하였다. 또한 세 가지 정보를 함께 고려하여, 추가적인 처분공의 위치를 선정할 필요가 있을 경우 보다 유리한 확장 방향을 제시할 수 있는 방안도 논의되었다. 처분 심도에서의 지하수 유동 정보를 활용하여 처분공의 배치 방안을 결정하는 것은 처분시설의 성능 및 안전 성 확보를 위해 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

The aim of this study was to evaluate the occurrence of vanadium in Jeju Island groundwater, focusing on the spatio-temporal patterns and geochemical controlling factors of vanadium. For this, we collected two sets of groundwater data: 1) concentrations of major constituents of 2,595 groundwater samples between 2008 and 2014 and 2) 258 groundwater samples between December 2006 and June 2008. The concentrations of groundwater vanadium were in the range of 0.2 71.0 μg/L (average, 12.0 μg/L) and showed local enrichments without temporal/seasonal variation. This indicated that vanadium distribution was controlled by 1) the geochemical/mineralogical composition and dissolution processes of original materials (i.e., volcanic rock) and 2) the flow and chemical properties of groundwater. Vanadium concentration was significantly positively correlated with that of major ions (Cl-, Na+, and K+) and trace metals (As, Cr, and Al), and with pH, but was negatively correlated with NO3-N concentration. The high concentrations of vanadium (>15 μg/L) occurred in typically alkaline groundwater with high pH ( 8.0), indicating that a higher degree of water-rock interaction resulted in vanadium enrichment. Thus, higher concentrations of vanadium occurred in groundwater of Na-Ca-HCO3, Na-Mg-HCO3 and Na-HCO3 types and were remarkably lower in groundwater of Na-Ca-NO3(Cl) type that represented the influences from anthropogenic pollution.