In the coastal areas of Jeju Island, composed of volcanic rocks, saltwater intrusion occurs due to excessive pumping and geological characteristics. Groundwater level and electrical conductivity (EC) in multi-depth monitoring wells in coastal areas were characterized from 2005 to 2019. During the period of the lowest monthly precipitation, from November 2017 until February 2018, groundwater level decreased by 0.32-0.91 m. During the period of the highest monthly precipitation, from September 2019 until October 2019, groundwater level increased by 0.46-2.95 m. Groundwater level fluctuation between the dry and wet seasons ranged from 0.79 to 3.73 m (average 1.82 m) in the eastern area, from 0.47 to 6.57 m (average 2.55 m) in the western area, from 0.77 to 8.59 m (average 3.53 m) in the southern area, and from 1.06 to 12.36 m (average 5.92 m) in the northern area. In 2013, when the area experienced decreased annual precipitation, at some monitoring wells in the western area, the groundwater level decreased due to excessive groundwater pumping and saltwater intrusion. Based on EC values of 10,000 μS/cm or more, saltwater intrusion from the coastline was 10.2 km in the eastern area, 4.1 km in the western area, 5.8 km in the southern area, and 5.7 km in the northern area. Autocorrelation analysis of groundwater level revealed that the arithmetic mean of delay time was 0.43 months in the eastern area, 0.87 months in the northern area, 10.93 months in the southern area, and 17.02 months in the western area. Although a few monitoring wells were strongly influenced by nearby pumping wells, the cross-correlation function of the groundwater level was the highest with precipitation in most wells. The seasonal autoregressive integrated moving average model indicated that the groundwater level will decrease in most wells in the western area and decrease or increase in different wells in the eastern area.

본 연구는 낙동강 하구역의 사주섬 중 최서측에 위치하는 진우도를 대상으로 실험구를 구축한 후 해안선의 법선 방향으로 정점 5곳을 선정하여 2012년 3월부터 2013년 1월까지 약 11개월간 관측된 수온, 전기전도도, 압력값을 이용하여 지하수위 변동해석을 하였다. 1) 지하수의 수온, 염분, 수위변동과 조위, 파랑, 강수량 등의 외력조건과의 시계열 분석 및 상관분석을 통하여, 조간대정점에서는 파랑 및 조위의 영향, 식생 및 모래지반 정점에서는..

제주도는 현무암과 조면암으로부터 기원한 투수성 높은 토양으로 인하여 지표수 유입에 따른 상시하천 발달이 어려워, 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 이에 따른 무분별한 지하수 개발은 지하수위 강하로 이어져, 제주도내 많은 지역에서 지하수 오염과 해수침투 현상이 나타나고 있다. 제주특별자치도는 제주도의 항구적인 지하수자원 보전을 위하여 1994년 이래 일부 지역을 지하수 보전구역으로 지정하였으며, 이 지역내의 모든 지하수 개발은 허가를 받도록 지정한 바 있다. 또한 지하수 수문과 관련된 수리지질 정보 획득을 위하여, 2001년 이래로 제주도 내 해안지역 및 저지대 전체를 대상으로 지하수 관측망을 설치 운영 중이다. 본 연구에서 이러한 지하수 관측망으로부터 얻어진 지하수위, 수온, 전기전도도 등 장기 관측자료를 분석한 결과, 북부 해안지역의 경우 지하수위가 지속적으로 하강하는 것으로 나타났다. 또한 동부 해안지역의 경우는 최근 취수량의 급격한 증가에 따른 해수침투의 영향으로, 대부분의 관측정에서 전기전도도가 높게 나타나며 지속적으로 증가하고 있는 추세로 분석되었다. 이러한 문제점들은 지하수 개발과 관련하여 제주특별자치도의 강력한 통제로 인하여 최근들어 감소하는 추세이지만, 본 연구 결과에 의하면 해안지역의 경우에는 지하수위 하강 및 전기전도도 상승 현상이 지속될 것으로 판단된다.

울산시 정족산 산정상 부근에 위치하고 있는 무제치늪의 수문학적 특성을 구명하고자 유역 환경과 몇 가지 기초 수문조사를 실시하여 늪의 강우유출 특성과 지하수위 변동 특성을 파악하였다. 늪 지역의 평균 유출률은 0.58로 일반 산지유역과 비슷하였다. 단기유출 수문곡선에서 유량상승부가 완만하게 증가하여 첨두유량이 출현할 때까지 많은 시간이 걸리며, 그 이후에도 유량의 감소형태가 일반 산지유역에 비해 천천히 감소하였다. 늪지역의 유출 성분 구성은 기저유출량이 풍부하고, 무강우 기간에도 유출량이 크게 감소하지 않고 지속적으로 유출하였다. 지하수위는 강우 직후에 피크에 도달하고 그 후 강우가 멈추면 다음 강우기간까지 지하수위의 감소가 아주 완만하게 일어나고 있었다. 강우강도가 클수록 지하수위의 감수곡선 기울기가 완만하였으며 지속시간이 길수록 피크부분이 오래 지속되었다. 장기 지하수위의 변화 경향은 강우와 유출 수위의 변화 경향과 거의 일치하였다. 향후의 늪지역의 물환경은 항상 일정한 지하수위를 유지할 것으로 평가되었다.

Moving average precipitation provides periodic precipitation patterns by solving precipitation irregularities. However, due to uncertain moving average periods, excessive data smoothing occurs, which limit the possibility to analyze groundwater levels in the short term. Nonetheless, groundwater level fluctuation can compensate these limitations as it can calculate appropriately for unit time and verify the effect of precipitation penetrated into groundwater in a short time period. In this study, the characteristics of groundwater level were evaluated using groundwater level fluctuation to compensate for limitations of groundwater level analysis using moving average precipitation. In addition, the groundwater quality was investigated using the electrical conductivity fluctuation. The study site was Hyogyo-ri, Yesan-si, Chungcheongnam-do. Four observation wells and an automated weather system were used. The correlation between groundwater level fluctuation and precipitation (Case 1) and the correlation between groundwater level and moving average precipitation (Case 3) were compared. In the analysis for 1 hour data, the correlation coefficient of Case 1 was higher than that of Case 3, and in the analysis for 1 day data, the correlation coefficient of Case 3 was higher than that of Case 1.

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.

본 연구에서는 금강유역(9,645.5 km²)을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5 기후변화 시나리오에 따른 미래 기간(2020s: 2010~2039, 2050s: 2040~2069 ,2080s: 2070~2099 )의 지하수위 변화를 평가하였다. 이를 위해 SWAT 모형의 검․ 보정은 11년(2005~2015)동안의 유역내 2개 댐지점(대청댐, 용담댐)의 일별 유입량 및 저수량, 5개 관정지점(JSJS, OCCS, BEMR, CASS, BYBY)의 일단위 지하수위 관측자료, 3년 5개월(2012년 8월~2015년 12월) 동안의 3개 보지점(세종보, 공주보, 백제보)의 일별 유입량 및 저수량 자료를 이용하였다. 2개 댐의 유입량 및 저수량 검보정 결과, Nash-Sutcliffe 모델효율(NSE)은 각각 0.57~0.67, 0.87~0.94, 결정계수(R2)는 각각 0.69~0.73, 0.63~0.73의 범위를 보였으며, 3개 보의 유입량 및 저수량의 NSE는 각각 0.68~0.70, 0.94~0.99, R2는 각각 0.83~0.86, 0.48~0.61로 검보정 되었다. 5개 지점의 지하수위에 대한 R2는 0.53~0.61이었다. 유역 전체의 미래 기온은 기준년도(1976~2005)대비 2080s RCP 8.5 시나리오에서 최고 4.3°C 상승하고 강수량은 6.9% 증가하였으며, 미래 지하수위는 5개 지하수위 관측지점 중 금강 상류 3개 지점(JSJS, OCCS, BEMR)에서 각각 –13.0 cm, -5.0 cm, -9.0 cm 감소하였고, 금강 하류 2개 지점(CASS, BYBY)에서는 각각 +3.0 cm, +1.0 증가하였다. 미래 지하수위는 유역 내 강수량의 계절별 공간적 편차에 따른 지하수 충전량의 차이에 기인한 것으로 판단된다.

TOPSIS (Techniques for Order Performance by Similarity to Ideal Solution)를 이용하여 낙동강 유역의 21개 시 ․ 군을 대상으로 지하수위 관리 취약성을 평가하였다. 낙동강 유역 21개 시 ․ 군을 대상으로 자연, 인문, 사회적 자료를 수집하여 10개의 지표를 선정하였다. 선정된 지표를 스케일 재조정법을 이용하여 표준화 하고, 전문가 집단의 설문을 반영하여 각 지표에 가중치를 부여하였다. 가중치 산정 설문 결과 연평균 지하수 위 지표가 0.157으로 가장 큰 가중치를 받았으며, 연평균 강수량 지표가 0.154, 연도별 지하수함양량 지표가 0.152로 얻어졌다. 가장 적은 가중치를 얻은 지표는 인구 밀도로 0.043 의 가중치를 얻었다. 최종적으로 지하수위 관리 취약성 평가 결과, 상주가 연평균 강수량, 연평균 지하수 함양 량, 연평균 지하수 이용량 지표에서 높은 순위의 취약성을 보여 낙동강 유역 21개 시 ․ 군 단위 행정구역 중 가장 취약한 것으로 결과가 나타났다. 그 뒤로 예천군, 함안군의 순으로 취약성이 높게 나타났다. 향후 한국의 5대강 유역 지하수위 관리 취약성 평가는 전국 지하수위 관리 정책 수립에 필수적이라고 판단된다.

At riverbank filtration sites, groundwater levels of alluvial aquifers near rivers are sensitive to variation in river discharge and pumping quantities. In this study, the groundwater level fluctuation, pumping quantity, and streamflow rate at the site of a riverbank filtration plant, which produces drinking water, in the lower Nakdong River basin, South Korea were interrelated. The relationship between drawdown ratio and river discharge was very strong with a correlation coefficient of 0.96, showing a greater drawdown ratio in the wet season than in the dry season. Autocorrelation and cross-correlation were carried out to characterize groundwater level fluctuation. Autoregressive model analysis of groundwater water level fluctuation led to efficient estimation and prediction of pumping for riverbank filtration in relation to river discharge rates, using simple inputs of river discharge and pumping data, without the need for numerical models that require data regarding several aquifer properties and hydrologic parameters.

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.

This study analyzed fluctuations of ground water level of ground water wells developed in Seongsan watershed of Jeju Island until 2013 using MODFLOW, a numerical analysis model. Ground water level shows greater fluctuations from increase of pump capacity compared to the number of ground water wells. The development of ground water at the top of watershed was found to have direct influence on ground water level. Ground water wells developed until 2013 were used to continue pumping for 50 days, and ground water level of coastal region was reduced below 50% compared to the standard water level. In addition, the range of fluctuation of water level was large in the east coast region, which represents the direction of flow of ground water.

지반구조물의 동적특성은 미소변형률 수준에서의 변형계수나 이를 결정하기 위한 전단파속도나 압축파속도와 같은 물리적 의미의 체적파속도로 대표되며, 지진과 같은 동적 조건뿐만 아니라 공용상태의 정적 조건의 상태 또는 안정성 평가 과정에서의 중요한 변수이다. 특히, 이러한 체적파속도는 대상 지반 또는 지반구조물에서의 시추공 탄성파시험 수행을 통해 보다 신뢰성 높게 획득할 수 있다. 본 연구에서는 필댐 안정성 평가의 정량적 지표인 댐체 및 기초부의 동적 특성을 결정하기 위한 기법으로 현장 다운홀 탄성파 시험을 수행하고자 하였다. 댐 대상의 다운홀 시험은 추가적인 시추를 통해 시험공을 형성하여 실시하고, 일반적으로 시험 종류 후 시험공을 폐공한다. 이에 기존 댐 대상의 다운홀 시험 과정에 비해 경제적일 뿐만 아니라 댐에 대한 지속적이고 정기적인 동적 특성 평가가 가능한 기법으로서, 지하수위 관측공에 적합한 수진기를 활용한 다운홀 시험을 중심코어형 사력댐을 대상으로 실시하여 댐체와 기초 지반의 전단파속도를 평가하였다. 현장에서의 다운홀 시험은 지하수위 관측공의 초기 설치시 관측공과 지반의 접촉 불량 및 유지 관리 부실로 인해 일부 지하수위 관측공에서는 시험이 성공하지 못하였지만, 관측공 상태가 양호한 경우 깊이별 전단파속도 분포를 용이하게 결정할 수 있었다. 따라서 지하수위 관측공의 설치 및 유지 관리가 적절할 경우 다운홀 탄성파시험을 통해 필댐에 대한 지속적인 동적 특성 결정이 가능하고, 이로부터 중장기적인 안정성 평가와 관련 대책을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

Due to tidal force, it is very difficult to estimate the hydraulic parameters of high permeable aquifer near coastal area in Jeju Island. Therefore, to eliminate the impact of tidal force from groundwater level and estimate the hydraulic properties, tidal response technique has been mainly studied. In this study we have extracted 38 tidal constituents from groundwater level and harmonic constants including frequency, amplitude, and phase of each constituent using T_TIDE subroutine which is used to estimate oceanic tidal constituents, and then we have estimated hydraulic diffusivity associated with amplitude attenuation factor(that is the ratio of groundwater level amplitude to sea level amplitude for each tidal constituent) and phase lag(that is phase difference between groundwater level and sea level for each constituent). Also using harmonic constants for each constituent, we made the sinusoidal wave and then we constructed the synthesized wave which linearly combined sinusoidal wave. Finally, we could get residuals(net groundwater level) which was excluded most of tidal influences by eliminating synthesized wave from raw groundwater level. As a result of comparing statistics for synthesized level and net groundwater level, we found that the statistics for net groundwater level was more insignificant than those of synthesized wave. Moreover, in case of coastal aquifer which the impact of tidal force is even more than those of other environmental factors such as rainfall and groundwater yield, it is possible to predict groundwater level using synthesized wave and regression analysis of residuals.

Quantitative assessment of groundwater level change under extreme event is important since groundwater system is directly affected by drought. Substantially, groundwater level fluctuation reveals to be delayed from several hours to few months after raining according to the aquifer characteristics. Groundwater system in Jeju Island would be also affected by drought and almost all regions were suffered from a severe drought during summer season (July to September) in 2013. To estimate the effect of precipitation to groundwater system, monthly mean groundwater levels in 2013 compared to those in the past from 48 monitoring wells belong to be largely affected by rainfall(Dr) over Jeju Island were analyzed. Mean groundwater levels during summer season recorded 100 mm lowered of precipitation compared to the past 30 years became decreased to range from 2.63 m to 5.42 m in southern region compared to the past and continued to December. These decreasing trends are also found in western(from –1.21 m to –4.06 m), eastern(-0.91 m to –3.24 m), and northern region(from 0.58 m to –4.02 m), respectively. Moreover, the response of groundwater level from drought turned out to be –3.80 m in August after delaying about one month. Therefore, severe drought in 2013 played an important role on groundwater system in Jeju Island and the effect of drought for groundwater level fluctuation was higher in southern region than other ones according to the regional difference of precipitation decrease.

The groundwater level varies according to the characteristics and composite materials of aquifer. In this study, specific yield and reaction factor which are the major two hydrogeological parameters in the WTF(Water Table Fluctuation) method were estimated and analyzed spatial characteristics. 8 groundwater level stations which have enough measuring period and high correlation with rainfall in the Hancheon watershed were used. The results showed that specific yield was randomly distributed and reaction factor showed inverse trend with altitude. If the enough data were collected, reaction factor according to altitude in ungauged points could be estimated by using these parameter characteristics.

Fluctuation patterns of groundwater level as a factor that reflects the characteristics of groundwater system can be categorized as the various types of aquifer with the time-series data. Time-series data on groundwater level obtained from 115 monitoring wells in Jeju Island were classified according to variation types, which were largely affected by rainfall(Dr), rainfall and pumping(Drp), and unknown cause(De). Analysis results indicate that 106 wells belong to Dr and Drp and the ratio of the wells with the wide range of fluctuation in the western and northern regions was higher than that in the eastern and southern regions. From the results that Drp is relatively higher than Dr in the western region which has the largest agricultural areas, groundwater level fluctuations may be affected significantly due to the intensive agricultural use. Non-parametric trend analysis results for 115 monitoring wells show that the increasing and decreasing trends as the ratio of groundwater levels were 14.8% and 22.6%, respectively, and groundwater levels revealed to be increased in the western, southern and northern regions excluding eastern region. Results of correlation analysis that cross-correlation coefficients and the time lags in the eastern and western regions are relatively high and short, respectively, indicate that the rainfall recharge effect in these regions is relatively larger due to the gentle slope of topography compared to that in the southern and northern regions.

The variation of groundwater level in Jeju Island is analyzed with the data of precipitation observed from 48 monitoring post and groundwater level observed from 84 monitoring wells during 2001 to 2009. The groundwater level rises in summer and falls in winter. The rise of groundwater level by precipitation is fast and small in the eastern region and slow and large in the western region. However, the speed of fall during the period of no rain is slower in the eastern region than in the western region. It tells that permeability is greater in the eastern region than in the western region. In this paper, we set up the base level of groundwater and calculate recharge volume between the base level and groundwater surface. During the period, the average recharge volume was 9.83 ×109㎥ and the maximum recharge volume was 2.667 ×1010㎥ after the typhoon Nari. With these volume and the recharge masses obtained by applying the recharge ratio of 46.1%, estimated by Jeju Province (2003), the porous ratio over the whole Jeju Island is 16.8% in average and 4.6% in the case of maximum recharge volume just after typhoon Nari. A large difference in the two ratios is because that it takes time for groundwater permeated through the ground just after rain fall to fill up the empty porous part. Although the porous ratios over the whole Jeju Island obtained in this way has a large error, they give us the advantage to roughly estimate the amount of recharged groundwater mass directly from observing the groundwater level.

쌍천 유역의 강수량과 지하수위의 관계를 분석한 결과 융설 효과를 확인하였고 갈수기에 지하수위가 현저히 저하됨을 확인하였다. 지하댐 운영을 위해 개발된 Groundwater dam Operation Index(GOI)는 이동평균값을 사용하여 상용 로그값을 취한 것으로 지하수위와의 상관관계를 분석하여 비교적 높은 상관관계가 있을 시 지하댐 운영지표로 사용하는데 목적을 두고 개발되었다. 그러나 유역별, 자료별로 이동평균기간이 다를 수 있기 때문에 여러 이동평