A Study on Delineation of Groundwater Recharge Rate Using Water-Table Fluctuation and Unsaturate Zone Soil Water Content Model

지하수위 변동 예측 및 비포화대 함수모델을 이용한 지하수 함양율 산정 연구

  • Published : 2008.02.29

Abstract

In this study, a combined model of a water-table fluctuation and a soil moisture content model is proposed for the estimation of groundwater recharge rate at a given location. To evaluate the model, groundwater level data from 4 monitoring wells (Pohang Yeonil, Pohang Kibuk, Suncheon Oeseo, Hongcheon Hongcheon) of National Groundwater Monitoring Network from 1996 to 2005 and precipitation data of corresponding years are used. From the proposed methodology, the groundwater recharge rates are estimated to be from 0.5 to 61.4% for Hongcheon Hongcheon, from 1.1 to 27.4% for Pohang Yeonil, from 5.1 to 41.4% for Pohang Kibuk, and from 1.1 to 8.3% for Suncheon Oeseo. The magnitude of variation of the estimated recharge rate depends on the soil type observed near the stations. The groundwater fluctuation model used in this study includes precipitation as a unique source of water-table perturbation and there may exist corollary limitations. To improve the applicability of the proposed method, a capillary-water content constitutive model for unsaturated fractured rock media may be considered. The proposed recharge rate delineation method is physically based and uses minimum numbers of assumptions. The method may be used as a better substitute for the previous tools for delineating recharge rate of a location using water-table fluctuation method and contribute to national groundwater management plan. Further research on the spatial interpolation of the method is under progress.

본 연구에서는 지하수위 변동모델과 비포화대 함수모델을 적용한 지하수 함양율 산정 기법을 제안하였다. 기법의 적용성을 살펴보기 위하여 연구지역인 국내 4개 국가지하수 관측소를 선정하였으며 1996년부터 2005년에 이르는 국가 지하수 관측망(포항 연일, 기북, 순천 외서, 홍천 홍천) 수위자료와 포항, 순천, 홍천의 기상청 강우자료가 이용되었다. 각 관측소 주변 토양형에 따른 지하수 함양율은 홍천 관측소가 최소 0.5%에서 최대 61.4%, 포항 연일 관측소는 1.1%에서 27.4%, 포항 기북 관측소는 5.1%에서 41.4%, 및 순천 외서 관측소는 1.1%에서 8.3%의 분포를 보였다. 본 연구에서 이용된 지하수위 변동예측 모델은 지하수위 변동이 강우에 의해서만 발생하는 것으로 가정하였으며 향후 보다 정확한 지하수위 예측을 위해서 지하수 채수나 증발산의 영향을 추가 고려할 필요가 있을 것이라 판단된다. 또한 제안된 기법의 보다 넓은 범위의 적용을 위해서는 비포화 암반의 함수 모델을 도입할 필요가 있을 것이라 판단된다. 현재 본 연구를 공간적으로 확장하여 지역화 하기 위한 연구가 진행 중이다. 본 연구에서 제안하는 지하수 함양율 산정 기법은 가정을 최소화함으로써 방법론적으로 합리적이며 실제 지하수 시스템을 잘 반영하는 과학적인 모델로 기존 지하수 함양율 산정 기법을 충분히 대체할 수 있을 것이라 판단된다.

Keywords

References

  1. 국가지하수정보센터, 1996-2005, 포항 연일관측소 관측연보, http://www.gims.go.kr/
  2. 국가지하수정보센터, 2002-2003, 2005, 포항 기북관측소 관측연보, http://www.gims.go.kr/
  3. 국가지하수정보센터, 1998-2005, 순천 외서관측소 관측연보, http://www.gims.go.kr/
  4. 국가지하수정보센터, 2000-2005, 홍천 홍천관측소 관측연보, http://www.gims.go.kr/
  5. 기상청, 1996-2005, 포항 기상연보, http://www.kma.go.kr/
  6. 기상청, 1998-2005, 순천 기상연보, http://www.kma.go.kr/
  7. 기상청, 2000-2005, 홍천 기상연보, http://www.kma.go.kr/
  8. 건설교통부, 2002, 국가지하수 관리 기본계획, 86p
  9. 농업과학기술원, 1964-1967, 전국개략토양도, http://www.niast.go.kr/
  10. 구민호, 이대하, 2002, 지하수위 변동법에 의한 지하수 함양량 산정의 수치해석적 분석, 대한지질학회, 38(3), 407-420
  11. 김태희, 김용제, 이강근, 2006, 지하수 함양량 추정시 공간상에서의 자료 Sampling 방법에 따른 Minumum Entropy Deconvolution의 적용성에 관한 검토, 지하수토양환경, 11(3), 52-58
  12. 문상기, 우남칠, 2001, 누적강수량과 지하수위 곡선을 이용한 지하수 함양율 추정기법, 지하수토양환경, 6(1), 33-43
  13. 박은규, 2007, 강우에 의한 지하수위 변동 예측모델의 개발 및 적용, 지하수토양환경, 12(4), 51-56
  14. 박창근, 1996, 우리나라 지하수 개발 가능량 추정: 1, 개념정립과 기법의 개발, 지하수환경, 3(1), 15-20
  15. 최병수, 안중기, 1998, 지역단위 지하수 자연함양율 산정방법 연구, 지하수환경, 5(2), 57-65
  16. 한정상, 1994, 제주도 지하수 자원의 보호전략에 관한 연구, 대한지질학회, 30(3), 325-340
  17. Anderson, M.P. and Woessner, W.W., 1992, Applied Groundwater Modeling: Simulation of Flow and Advective Transport, Academic Press, San Diego, CA, p. 381
  18. Carsel, R.F. and Parrish, R.S., 1998, Developing joint probability distributions of soil water retention characteristics, Water Resour Res., 24(5), 755-769 https://doi.org/10.1029/WR024i005p00755
  19. Doherty, J., 2002, PEST : Model independent parameter estimation, Watermark Numerical Computing, p. 336
  20. Healy, R.W. and Cook, P.G., 2002, Using groundwater levels to estimate recharge, Hydrogelolgy J., 10, 91-109 https://doi.org/10.1007/s10040-001-0178-0
  21. Schaap, M.G. and van Genuchten, M.T., 2005, A Modified Mualem-van Genuchten formulation for improved description of the hydraulic conductivity near saturation, Vadose Zone J., 5, 27-34 https://doi.org/10.2136/vzj2005.0005
  22. Sophocleous, M., 1991, Combining the soil water balance and water level fluctuation method to estimate natural groundwater recharge: Practical aspects, J. Hydrol., 124, 229-241 https://doi.org/10.1016/0022-1694(91)90016-B
  23. van Genuchten, M.T., 1980, A Closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils, Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892-898 https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x
  24. Vogel, T., van Genuchten, M.T., and Cislerova, M., 2001, Effect of the shape of the soil hydraulic functions near saturation on variably-saturated flow predictions, Advances in Water Res., 24, 133-144
  25. Yates, S.R., van Genuchten, M.T., and Leij, F.J., 1989, Analysis of predicted hydraulic conductmties using RETC, Proceedings of the International Workshop on Indirect Methods For Estimating The Hydraulic Properties of Unsaturated Soils, U. S. Salinity Laboratory, Riverside, California, p. 273-283