Estimation of the Spatial Distribution of Groundwater Recharge by Grid-based Soil Water Balance Method

격자기반의 토양물수지방법에 의한 지하수함양의 공간분포 추정

  • An Jung-Gi (Team of Environmental Geology, KRC Jeju Province Office) ;
  • Lee Yong-Doo (Division of Ocean Science, Jeju University) ;
  • Hwang Jong-Hwan (Team of Environmental Geology, KRC Jeju Province Office)
  • 안중기 (한국농촌공사 제주도본부) ;
  • 이용두 (제주대학교 해양과학대학 해양과학부) ;
  • 황종환 (한국농촌공사 제주도본부)
  • Published : 2006.02.01

Abstract

This paper outlines the methodology of grid-based water balance for estimating the spatial distribution of recharge, which is applied to Woedo catchment in the northern area of the Jeju Island. The catchment is divided into grids and a daily water balance in each grid is computed for the period of 5 years. Daily rainfall data in each grid is interpolated from the data of 10 rainfall gauging stations. The spatial distributions of parameters such as SCS curve number, soil water retention capacity and crop coefficients are derived from GIS analyses of soil and land use characteristics. The SCS curve number is obtained by calibrating simulated runoffs with respect to the observed runoffs. The results show that the average annual rainfall increases from 1,665 mm/year to 3,382 mm/year in accordance with the topographic elevation, and the average annual recharge varies from 372 mm/year to 2,576 mm/year according to the average annual rainfall increases. Spatial variability of recharge is the highest among the water balance components such as rainfall, direct runoff, evaprotranspiration and recharge because the rate of runoff and evapotranspiration in the area with relatively low rainfall is higher than the other area.

본 논문은 지하수함양의 공간분포를 분석할 수 있는 격자기반의 토양물수지방법을 제시하고, 제주도의 외도천유역에 적용하였다. 유역을 격자로 분할하고, 각 격자의 5년 동안의 물수지를 일단위로 계산하였으며, 격자의 일별 강수량은 10개 지점의 강수량자료로 보간법에 의해 산정하였다. SCS유출곡선지수, 토양수분보유능, 작물계수 등 매개변수의 분포는 토양과 토지이용특성에 대한 GIS분석으로 부터 구하였다. 유출곡선지수는 하천유출량 관측자료로 보정하였다. 사례유역에 대한 분석결과 강수량은 표고가 증가함에 따라 1,665 mm/년부터 3,382 mm/년까지 증가하며 지하수함양량은 강수량이 증가함에 따라 372 mm/년부터 2,576 mm/년까지 증가한다. 강수량이 상대적으로 적은 지역에서 유출율과 증발산율이 다른 지역보다 더 크기 때문에 지하수함양이 강수, 직접유출, 증발산, 지하수함양과 같은 물수지 성분 중에서 공간적인 변이가 가장 큰 것으로 나타나고 있다.

Keywords

References

  1. 국토개발연구원, 1997a, 중산간지역 보전 및 이용계획수립 종합 조사, 제주도, p. 164-167
  2. 국토개발연구원, 1997b, 중산간지역 보전 및 이용계획수립 종합 조사 자료집, 제주도, p. 434-437
  3. 김남원, 정일권, 원유승, 2005, 시공간적 변동성을 고려한 지하수 함양량의 추정 방안, 한국수자원학회논문집, 38(7), 517-526 https://doi.org/10.3741/JKWRA.2005.38.7.517
  4. 김성준, 채효석, 2000, 격자기반의 토양수분추적에 의한 지하수 함양량 추정기법 개발, 한국수자원학회논문집, 33(1), 61-72
  5. 김영화, 서인국, 박지성, 임한철, 문경환, 송창길, 강봉균, 박정식, 2002, 제주도 밭관개 용수량 산정법 정립에 관한 연구(I), 농업기반공사 농어촌연구원, p. 128-130
  6. 농업기반공사, 2000, 제주도 지하수보전관리계획 보고서, 제주도 . 한국수자원공사, p. 167-186
  7. 농업기반공사, 2003, 옹포지구 농촌용수개발사업 기본계획, 농림부 . 농업기반공사, p. 477-479
  8. 농촌진흥청 농업과학기술연구원, 1976, 정밀토양도, 제주도 농촌진흥청 . 농업과학기술연구원
  9. 문덕철, 2004, 제주도 주요하천의 기저 유출량 산정에 관한 연구, 제주대학교 석사학위논문
  10. 박원배, 김태윤, 이대하, 이승구, 김용제, 고동찬, 2001, 지하수 순환시스템조사, 제주도수문지질 및 지하수자원종합조사(I), 제주도, p. 4-74
  11. 산업기지개발공사, 1981, 제주도 수자원개발종합조사 보고서, p. 140-150
  12. 이영일, 김현수, 김영하, 송창길, 강봉균, 박정식, 임한철, 문경환, 2004, 제주도 밭관개 용수량 산정법정립에 관한 연구(III), 농업 기반공사 농어촌연구원, p. 68-72
  13. 임한철, 문경환, 좌재호, 한승갑, 2003, 제주도 밭작물 작물계수 측정 : 제주도 밭관개 용수량 산정법정립에 관한 연구의 부분과제, 농촌진흥청 제주농업시험장, p. 53
  14. 정정화, 장승표, 김호일, 정연태, 허기술, 박호, 1995, 유출량율 추정을 위한 토양수문군의 분류, 한국농공학회지, 37(6), 12-33
  15. 한국수자원공사, 1993, 제주도 수자원 종합개발계획 수립보고서. 한국수지원공사 건교부, p. VIII 3-24
  16. 한국수자원공사, 2003, 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III), 제주도 한국수자원공사, p. 65-140
  17. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M., 1998. Crop Evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56, p. 58-60
  18. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M., 1998. Crop Evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56, p. 171
  19. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M., 1998. Crop Evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56, p. 313-314
  20. Arnold, J.G., Allen, P.M., and Bernhardt, G., 1993, A compre-hensive surface-groundwater flow model, J. of Hydrology, 142, 47-69 https://doi.org/10.1016/0022-1694(93)90004-S
  21. Hevesi, J.A., Flint, A.L., and Flint, L.E., 2003, Simulation of Net Infiltration and Potential Recharge Using a DistributedParameter Watershed Model of the Death Valley Region, Nevada and California, U.S. Geological Survey, Water-Resources Investigations Report 03-4090, Sacramento, California, p. 161
  22. Khan, M.A. and Liang, T., 1989, An information system for implementing groundwater recharge model, In: M.L. Sharma (ed), Groundwater recharge, A.A. Balkema, Rotterdam/Brook-field, p. 155-170
  23. Lerner, D.N, Issar, A.S., and Simmers, I., 1990, Groundwater Recharge: A guide to understanding and Estimating of Natural Recharge, Verlag Heinz Heise Hannover, p. 112, p. 119-120
  24. Oki, D.S., 2002, Reassessment of Ground-Water Recharge and Simulated Ground-Water Availability for the Hawi Area of North Kohala, Hawaii, U.S. Geological Survey, Water-Resources Investigations Report 02-4006, Honolulu, Hawaii, p. 62
  25. Stephens, D.B., Johnson, P., and Havlena, J., 1996, Esimation of infiltration and recharge for environmental site assessment. Arnerican Petroleum Institute publication 4643, p. 3-5
  26. USDA, Natural Resource Conservation Service, 1986, Urban Hydrology for Small Watersheds, Technical Release 55
  27. Williams, J.R., Nicks, A.D., and Arnold, J.G., 1985, Simulator for water resources in rural resources in rural basins, J. of Hydraulic Engineering, 111(6), 970-986 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1985)111:6(970)