Research Article

Journal of Korea Water Resources Association. 31 December 2018. 1237-1245
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2018.51.12.1237

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구방법

  •   2.1 한계 침투량(Critical Infiltration)

  •   2.2 엔트로피 방법

  •   2.3 표준화 방법

  •   2.4 다기준 의사 결정 방법

  • 3. 연구지역

  • 4. 연구결과

  •   4.1 관측소 간 상관계수 분석 결과

  •   4.2 지하수자원 관리 취약 시기 평가 기준 개발 및 기준 별 가중치 산정 결과

  •   4.3 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기 평가 결과

  • 5. 결 론

1. 서 론

최근 전 세계적으로 사회가 발전함에 따라 도시화, 산업화, 인구증가 등의 이유로 물 수요량이 증가하고 있으며 지속가능한 물 이용에 대한 관심이 높아지고 있다. 전 세계적인 기후변화 현상을 피할 수 없는 현 상황에서(IPCC, 2013), 기후변화로 인한 강수패턴의 변화 등은 지하수에 영향을 미칠 수 있다(Yang, 2005). OECD 환경전망 2050 (OECD, 2012)에 따르면 기후변화를 완화하는 새로운 정책이 실행되지 않는 상황을 가정하였을 때 2050년 까지 전 세계의 물 수요는 현재보다 55% 증가하여 세계 인구의 40% 이상이 심각한 물 부족 지역에 거주할 것이라고 분석하였으며, 특히 OECD 지역에서 1980년대 이후 총 지표수 추출량이 변하지 않았으나 물 이용량이 지속적으로 증가하고 있다는 것을 보았을 때 이는 지하수자원의 이용이 증가하고 있음을 알 수 있다. 국토교통부(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, MOLIT)에서 조사한 수자원 현황을 살펴보면, 수자원장기종합계획(MOLIT, 2016)은 우리나라의 이용 가능한 수자원 총량은 약 760억m3이고, 실제 이용되는 총 이용량은 약 372억m3이라고 조사하였다. 실제 이용된 수자원 량 중 지하수 이용량은 2016년 기준 약 41억m3으로 전체 이용가능한 수자원 양의 약 11%에 해당하며 점차 증가하는 추세에 있다(MOLIT, 2017).

IPCC (2007)는 취약성을 유역 단위에서 발생하는 자연재해에 대한 잠재적인 피해량 또는 대응할 수 있는 능력이라고 정의하였다. 취약성의 개념을 이용하여 수자원 중 지표수자원의 취약성 평가 기법 개발 관련 연구가 활발히 진행되고 있다(Chung et al., 2011; Jose et al., 2012; Kang et al., 2013; Park et al., 2016; Li et al., 2017). 최근 중국에서 2003~2013년 기간 동안의 자연적, 인문·사회학적 자료를 이용한 지하수자원 관리 취약성 지표를 개발하여 지역별 지하수자원 관리 취약성 평가를 실시하였다(Cai et al., 2017). 지하수자원 관리에 대한 중요성이 높아짐에 따라 지하수자원 관리 취약성 평가에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 낙동강 유역의 지하수위 자료의 경향성 분석과 Delphi 기법을 이용한 가뭄 취약성 지수 개발 연구가 진행되었다(Yang et al., 2012). 낙동강 본류 유역의 행정구역 별 지하수위 관측 자료와 인문·사회학적 지표를 포함한 지하수위 취약성을 평가하는 연구가 진행되었다(Yang et al., 2017). 지하수자원의 수질 측면에 대한 취약성을 평가하는 연구는 기후변화에 따른 해수면 상승이 지하수 대수층에 미치는 영향을 수치모델을 통하여 취약성을 평가하는 연구가 진행되었다(Abd-Elhamid et al., 2016; Yang et al., 2018). 수량적인 측면에 대한 취약성을 평가하는 연구는 지하수위, 대수층 매질 특성, 투수계수, 함양량 등을 인자로 선정하여 해당 지역의 지하수자원 취약성을 평가하는 연구가 진행되었다(Luoma and Okkonen, 2014; Seeboonruang, 2016). 기존에 진행된 지하수자원 관리 취약성을 평가하는 연구는 대부분 해당 지역의 지하수위 또는 지하수자원을 대표할 수 있는 지표를 선정하여 같은 연구 내에서 평가하는 다른 지역과의 상대적인 차이를 이용하였다. 기존의 연구 동향에서 알 수 있듯이 행정구역, 유역에 대한 공간적인 지하수자원 관리 취약성 평가가 주로 수행되었으나 연구지역의 시간의 변화에 따른 지하수자원의 취약성을 평가하는 연구가 전무하였다. 지하수자원 관리에 대한 시공간적 분석이 중요해짐에 따라 Kim et al. (2018)은 낙동강 유역의 지역적 지하수자원 관리 취약성 평가를 실시한 후 월별 지하수자원 관리 취약성 지수를 산정함으로써 지하수자원 관리 취약 기간을 평가하는 방법을 개발하였다.

우리나라의 국가지하수관측망은 1995년부터 설치를 시작하여 2016년 기준 전국 총 412개 관측소가 지하수위를 관측하고 있으며, 영산·섬진강 권역은 총 72개 관측소가 지하수위를 관측하고 있다(MOLIT, 2017). 전국의 국가지하수관측망 지하수위 관측소는 설치 시작일에 따라 1996년부터 2016년까지로 각 관측소 별로 자료 길이가 상이하고, 영산·섬진강 권역의 경우 행정구역 별로 1~5개의 관측소가 위치하고 있다. 이는 시·군 행정구역 내 읍·면 단위로 1개소의 관측소 분포를 갖고 있음을 의미하고, 동·리 단위의 작은 행정구역 단위의 관측시설은 지방자치단체에서 별도로 운영하고 있어 신뢰도가 확보 된 자료의 수집이 어렵기 때문에 미 계측 지역의 지하수자원 관리가 어려운 실정이다. 이러한 상황에서 지속가능한 지하수자원 이용과 지하수자원 고갈 방지를 위하여 지하수자원 이용에 따른 공간적 취약성 평가뿐만 아니라 강우량과 침투가능량을 고려한 시간적 취약성 평가 방법 개발을 통한 지속가능하고 효율적인 지하수자원 이용에 대한 전략적 접근이 필요하다. 그에 따라 본 연구는 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 기법을 개발하여 지하수자원 관리에 보다 구체적인 기간 선정으로 정책 수립을 위한 근거 자료를 제공에 목적을 두고자 한다. 취약 시기에 대한 평가는 지하수위와 강수량의 주 단위 자료를 활용하였으며, 선정 유역의 각 관측소 간의 상관성을 검토하고 산정된 상관계수와 자료의 추세를 이용하여 각 주에 따라 가장 취약한 시기를 평가하였다.

2. 연구방법

물 순환의 측면에서 바라보았을 때, 강수는 지하수 흐름에 주요한 영향을 미치는 인자이다. 지하수위 관측 자료만 이용한 지하수자원 관리 취약성 지수 평가는 지수의 신뢰도를 확보하기가 어렵다. 지하수위 관측소가 부재한 지역에 대한 지하수자원 관리를 위하여 본 연구는 비교적 자료가 양호한 강수량 자료와 인근 지역의 국가 지하수 관측망 지하수위 관측 자료를 이용하여 연구지역의 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하였다. 연구지역의 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하기 위하여 먼저 연구지역을 선정하고, 선정된 관측소 간 지하수위-강수량 관측 자료의 상관계수를 통하여 지하수위-강수량의 상관관계를 규명하였다. 강수가 지하수위에 영향을 줄 수 있는 시간과 관측 지역의 기하학적 지형분포, 지층 구조, 토지이용현황 등의 변수 조건을 나타내기 위하여 토양의 침투 가능량을 초과하는 강우량을 배제하여 분석하는 한계 침투량 개념을 적용한 강우이동평균 방법을 통하여 상관계수를 산정하였다. 강수의 영향은 해당 지역의 증발산양에 따라 달라질 수 있다. 증발산 또한 물 순환에서 중요한 요소이나 강수, 지하수위 등과 같이 지역적인 정량적인 관측이 어렵기 때문에 본 연구에서는 강수와 지하수위 자료를 이용한 지하수자원 관리 취약 시기 평가를 실시하였다. 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기 평가를 위한 평가 기준을 개발하고 지하수위와 기상 관측 자료는 직관적으로 추세를 산정할 수 있는 선형회귀분석 방법을 주 단위 관측 자료에 적용하여 표준화 하고 자료의 편차로 가중치를 산정하는 엔트로피 방법을 이용하여 평가 기준 별 가중치를 산정하였다. 최종 가중치는 앞서 산정된 관측소 간 상관계수와 엔트로피 방법으로 산정된 평가 기준 별 가중치를 적용하여 결정하였다. 각 기준의 값을 표준화 한 뒤 결정된 가중치를 적용하고 다기준 의사결정 기법 중 단순가중치 방법(Simple Additive Weighting Method, SAW) 방법을 적용하여 주 별 최종 취약성 지수를 산정하여 선정된 연구지역의 지하수자원 취약 시기를 평가하였다.

위의 Fig. 1은 본 연구의 전체 순서도이다.

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Fig. 1.

Study procedure

2.1 한계 침투량(Critical Infiltration)

지하수자원 취약성을 평가하는데 있어 지하수위 관측 자료의 신뢰도를 높이고 물 순환 내에서의 물리적 타당성을 확보하기 위하여 강수의 영향을 확인 하는 것이 필수적이다. 선정된 연구지역의 기하학적 조건, 토양피복상태 등을 고려하기 위하여 Yang (2005)이 제시한 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 적용하였다. 여기서 한계 침투량이란 강수사상이 발생하여 지하수위에 영향을 주는 침투량은 총 강수량에서 지표면 흐름인 직접유출을 제외한 기저유출에 기여하는 요소이다(Yang, 2005). 기존의 연구에서 Yang (2006)은 연구지역의 한계 침투량 산정을 위해 해당 지역의 한계 침투량을 0 mm부터 일 최대 관측 강수량까지 10 mm씩 증분한 강우이동평균 방법을 적용하고, 일 평균 지하수위와의 상관계수가 가장 크게 산정된 강수량을 한계 침투량으로 결정하였다.

본 연구는 주 단위 지하수자원 관리 취약성 평가를 위하여 주 단위 한계 침투량을 산정하였다. 먼저 기상 관측소의 2005~ 2016년의 일 강수량자료를 수집한 후 각 연도에 대한 주 합계 강수량을 확인하였다. 0 mm를 초과하는 주 합계 강수량의 크기에 대하여 통계적인 분위에 따라 강우이동평균 방법의 케이스로 적용하였다. 각 케이스 별로 강우이동평균을 실시하고 주 평균 지하수위 자료와의 상관계수를 산정하였다. 산정된 상관계수가 가장 큰 케이스의 주 합계 강수량이 해당 지역의 주 단위 한계 침투량으로 결정되었다. 아래의 Fig. 2는 한계 침투량 산정 순서도 이다.

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Fig. 2.

Procedure of critical infiltration estimation

2.2 엔트로피 방법

본 연구에서 다기준 의사결정 방법을 이용하여 주 단위 지하수자원 관리 취약성 지수를 산정하여 연구지역의 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하였다. 다기준 의사결정 방법을 이용한 대안 간의 평가를 위해서는 각각의 기준에 대한 가중치를 결정해야 한다. 본 연구는 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기 평가 기법을 개발하고자 하나 각각의 주에 대한 가중치를 모두 분석하고 판단을 하여 기존의 주관적 가중치 결정 방법을 이용하는 것이 불가능에 가깝기 때문에 객관적 가중치 결정 방법인 엔트로피 방법을 이용하였다. 주어진 자료 간의 차이를 이용하여 가중치를 산정하는 엔트로피 방법은 아래 Fig. 3와 같이 수행되었다(Shannon and Weaver, 1949).

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Fig. 3.

Procedure of entropy weight decision method

2.3 표준화 방법

지하수자원 관리 취약 시기를 평가함에 있어 각각의 기준에 적용되는 자료의 종류에 따라 단위와 자료 특성이 다르기 때문에 표준화를 실시하였다. 다기준 의사 결정 방법에 따라 표준화 방법이 다양한데 본 연구에서는 지표의 범위를 기반으로 하는 범위 표준화 방법을 이용하였다. 범위 표준화 방법은 아래와 같다(Nardo et al., 2005).

$$r_{ij}=\frac{x_{ij}-min_i(x_{ij})}{max_i(x_{ij})-min_i(x_{ij})},\;i=1,\;2,\;\cdots,\;n,\;j\in Ideal$$ (1)
$$r_{ij}=\frac{max_i(x_{ij})-x_{ij}}{max_i(x_{ij})-min_i(x_{ij})},\;i=1,\;2,\;\cdots,\;n,\;j\in Worst$$ (2)

여기서, i는 지하수자원 취약 시기를 평가하는 각각의 대안이고, j는 평가 대상이며, 본 연구에서는 Eq. (1)은 각 평가 대상 값이 작을수록 취약성을 나타낼 때, Eq. (2)는 각 대안의 값이 평가 대상 값이 클수록 취약성을 나타낼 때 이용하였다.

2.4 다기준 의사 결정 방법

다기준 의사결정 방법은 평가 대상이 하나의 기준만을 이용하여 평가하기 어려울 경우 다양한 기준을 이용하여 대상을 평가하는 방법으로 공학 분야뿐만 아니라 여러 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 단순가중치 방법을 이용하여 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하였다. 단순가중치 방법은 아래 Eq. (3)과 같이 지하수자원 관리 취약 시기를 평가할 수 있다.

$$F_j=\sum_{i=1}^nw_ir_{ij},\;i=1,\;2,\;\cdots,\;n$$ (3)

여기서, i는 지하수자원 취약 시기를 평가하는 각각의 대안이고, j는 평가 대상이며, riji, j에 대한 표준화된 값을 의미한다.

3. 연구지역

본 연구에서 선정된 연구지역은 영산·섬진강 권역 중 인근에 국가지하수관측망 지하수위 관측소가 있는 순창군 동계면, 적성면과 남원시 대산면 일대로 선정하였다. 본 연구는 강수량과의 상관성을 이용하여 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하기 위하여 국가지하수관측망 지하수위 관측소 중 충적층 지하수위 관측소 1-3번 지하수위 관측소를 선정하였고, 주변 지역의 지하수위를 포괄적으로 반영하기 위하여 4-7번의 충적층 지하수위 관측소를 선정하여 자료를 수집하였다. 강수량 자료는 국토교통부에서 운영하는 3개 관측소의 관측자료를 수집하였다. Fig. 4는 본 연구에서 수집한 지하수위, 강수량 관측소의 위치를 나타내고 있고, 1~3번 지하수위 관측소 중간 지역은 본 연구를 통하여 주단위 지하수자원 취약성 평가 실시 지역이다. 아래의 Table 1은 본 연구에서 선정된 지하수위와 강수량 관측소 목록이다.

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Fig. 4.

Study area

Table 1. List of observation stations used for this study

No. Precipitation observation stationData length (year)Reference
1Deokchi2005~2016Korea Annual Hydrological Report
2Sunchang 2
3Namwon
No. Groundwater level observation stationData length (year)Reference
1Imsil Deokchi2006~2016National Groundwater Monitoring Network in Korea Annual Report
2Sunchang Sunchang
3Namwon Dotong
4Sunchang Ssangchi
5Gokseong Ipmyeon
6Gokseong Godal
7Jangsu Sanseo

4. 연구결과

4.1 관측소 간 상관계수 분석 결과

본 연구에서는 취약 시기 평가와 함께 강수와 지하수위의 상관성을 규명하기 위하여 연구지역 인근의 임실덕치, 남원도통, 순창순창 지하수위 관측소를 기준으로 지하수위 관측소 인근의 기상관측소와 충적층 지하수위 관측소와의 상관계수를 산정하였다. 장수산서, 순창쌍치, 곡성입면, 곡성고달 관측소는 본 연구에서 기준으로 하여 분석한 임실덕치, 남원도통, 순창순창 관측소의 지하수위에 영향을 미칠 수 있고, 선정한 연구지역과의 거리가 멀어 직접적인 영향이 미비할 것으로 판단하여 임실덕치, 남원도통, 순창순창 관측소 각각에 대한 상관관계를 분석하였고, 각 관측소 간의 상관관계는 본 연구에서는 제외하였다. 상관계수 산정 과정에서 강수의 지하수위에 대한 영향과 지체시간을 고려하여 단순 강우이동 방법과 한계침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 적용하여 상관계수를 산정하였다. Table 2는 인근 지하수위 관측소 간의 상관계수를 나타내고 있고, Table 3는 단순강우이동 방법과 한계침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 이용한 상관계수, 한계 침투량, 지체시간의 결과를 나타내고 있다. Table 3의 GWL OS는 지하수위 관측소(Groundwater Level Observation Station), CI-PMA는 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법(Precipitation Moving Average Applying Critical Infiltration), PM 은 단순강우이동 방법(Precipitation Moving), CC는 상관계수(Correlation Coefficient), LT는 지체시간(Lag time), CI는 한계침투량(Critical Infiltration)을 의미한다.

Table 2. Results of correlation coefficient between observation stations

Correlation CoefficientImsil DeokchiNamwon DotongSunchang SunchangJangsu SanseoSunchang SsangchiGokseong IpmyeonGokseong Godal
Imsil Deokchi10.0720.4060.5620.3130.6190.024
Namwon Dotong0.07210.5860.3910.6090.1270.733
Sunchang Sunchang0.4060.58610.6660.4830.3100.658

Table 3. Results of correlation coefficients, lag-time applying CI-PMA, PM

GWL OSCI-PMADeokchiSunchang2NamwonPMDeokchiSunchang2Namwon
Imsil DeokchiCC0.3780.3100.285CC0.2640.2540.229
LT3 W2 W3 W
LT1 W0 W0 W
CI12.0 mm87.0 mm15.0 mm
Sunchang SunchangCC0.6580.6390.625CC0.5410.5270.482
LT3 W3 W3 W
LT0 W0 W0 W
CI82.0 mm87.0 mm73.5 mm
Namwon DotongCC0.8000.8010.829CC0.5820.5770.590
LT6 W6W7 W
LT1 W1 W1 W
CI80.0 mm48.2 mm47.0 mm

4.2 지하수자원 관리 취약 시기 평가 기준 개발 및 기준 별 가중치 산정 결과

주 단위 취약 시기를 평가하기 위한 기준은 주 합계 강수량과 주 평균 지하수위를 이용하여 각 관측소 별로 최근 11년(2006~2016년, T) 추세, 최근 5년(2012~2016년, R5) 추세, 최근 5년(2012~2016년) 추세와 과거 6년(2006~2011년, P6) 추세의 차이, 최근 3년(2014~2016년, R3) 추세와 과거 8년(2006~2013년, P8) 추세의 차이를 평가 기준으로 선정하였고, 엔트로피 방법을 이용하여 관측소 별 각 기준에 대한 가중치를 산정하였다. 아래의 Table 4는 주 단위 지하수자원 취약시기 평가를 위한 평가 기준에 대한 설명과 각 관측소 별 가중치 산정 결과이다.

Table 4. Descriptions and weight results of criteria (a) Weekly average groundwater level trend

(a) Weekly average groundwater level trend
CriteriaDescriptionWeight
Imsil DeokchiNamwon DotongSunchang SunchangJangsu SanseoSunchang SsangchiGokseong IpmyeonGokseong Godal
T11years Trend (2006~2016)0.2250.2530.1810.2170.2670.2020.267
R5Recent 5years Trend (2012~2016)0.2670.2220.2820.2560.2240.2720.236
R5 vs P6Recent 5years Trend (2012~2016) vs. Past 6years Trend (2012~2016)0.2470.2600.2830.2700.2600.2750.244
R3 vs P8Recent 5years Trend (2014~2016) vs. Past 6years Trend (2006~2013)0.2610.2650.2540.2560.2480.2510.253
(b) Weekly precipitation summation trend
CriteriaDescriptionWeight
DeokchiNamwonSunchang 2
T11years Trend (2006~2016)0.2420.2610.237
R5Recent 5years Trend (2012~2016)0.2510.2340.253
R5 vs P6Recent 5years Trend (2012~2016) vs. Past 6years Trend (2012~2016)0.2380.2420.248
R3 vs P8Recent 5years Trend (2014~2016) vs. Past 6years Trend (2006~2013)0.2690.2640.262

4.3 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기 평가 결과

최종적으로 주 단위 지하수자원 관리 취약 시기를 평가 하였다. 선정된 충적층 지하수위 관측소 중 임실덕치, 남원도통, 순창순창 관측소를 기준으로 연구 지역 인근의 지하수위 관측소와 기상관측소 사이의 상관계수를 산정하고 앞서 산정된 취약 시기 평가 기준 별 가중치를 적용하여 주 별 취약성 지수를 계산하여 취약 시기를 평가하였다. 산정된 취약성 지수 결과는 각 주 별로 값이 산정되기 때문에 1주 단위의 단순강우이동 방법을 적용한 지수(PM_1W)와 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 적용한 지수(CI-MA_1W)가 산정되었다. 또한 연속적인 기간 동안의 취약 시기를 평가하기 위하여 연속 3주의 취약성 지수 합계(PM_3W, CI-MA_3W)를 비교하여 연구지역의 지하수자원 관리 취약 시기를 평가하였다.

연속된 3주 동안의 취약 시기를 평가하였을 때 임실덕치 관측소 일대는 28~30주차, 남원도통 관측소 일대는 34~36주차, 순창순창 관측소 일대는 28~30주차가 가장 취약한 시기로 평가되었다. 순창순창 관측소에서 분석 기간 3주의 경우 단순강우이동 방법과 한계 침투량을 적용한 강우이동평균 방법의 가장 취약한 시기 평가 결과가 6주 차이가 나는데 이는 여름철에 해당하는 주의 취약성 지수 편차가 크지 않기 때문인 것으로 보인다. 임실덕치, 남원도통 관측소의 취약성 지수가 가장 크게 나타난 시기는 해당 관측소의 지하수위 하강과 관련된 지수가 각각 임실덕치 관측소에서 최종 취약성 지수 3.064 중 2.307, 남원도통 관측소에서 최종 취약성 지수 4.275 중 2.890 로 최종 취약성 지수에 가장 큰 기여를 했다. 실제로 두 관측소의 2006~2016년 지하수위는 임실덕치 관측소에서 –41.052 cm/yr, 남원도통 관측소에서 –1.273 cm/yr의 비율로 하강하였다. 순창순창 관측소의 경우 타 관측소와 달리 가장 취약한 시기로 평가 된 주의 강수 지표의 합이 타 관측소에 비하여 강수의 영향이 크게 나타났다. 아래의 Table 5는 임실덕치, 남원도통, 순창순창 관측소에 대해서 케이스별로 산정된 1, 2, 3 순위의 주 단위 지하수자원 취약성 지수(Weekly Vulnerability Index, WVI)와 취약 시기를 나타내고 있다.

Table 5. Weekly groundwater resources management vulnerability period results

GWL OSAnalysis PeriodCaseRank 1Rank 2Rank 3
Week (W)WVIWeekWVIWeekWVI
Imsil Deokchi1 WCI-PMA283.064292.970342.593
PM262.387292.341341.943
3 WCI-PMA28-308.17527-297.76333-357.666
PM28-306.33027-296.08534-365.703
Namwon Dotong1 WCI-PMA354.275344.273364.055
PM353.021343.001362.838
3 WCI-PMA34-3612.60333-3512.55032-3412.068
PM34-368.85933-358.78932-348.374
Sunchang Sunchang1 WCI-PMA284.226294.114344.068
PM282.779292.691342.547
3 WCI-PMA34-3611.98533-3511.98532-3411.629
PM28-307.54034-367.38632-347.381

옆의 Fig. 5는 임실덕치, 남원도통, 순창순창 관측소의 1, 3주의 분석기간 케이스에 대한 전체 52주의 주 단위 지하수자원 관리 취약성 지수 산정 결과를 나타내고 있다. 분석기간 1, 3주에 대하여 단순강우이동 방법을 적용한 취약성 지수가 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 적용한 취약성 지수보다 낮게 나타나는데 이는 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 적용할 경우 상관계수가 높게 산정되기 때문이다. 모든 관측소에서 취약성 지수 최대값과 취약 시기는 다르나 여름철의 지하수위 상승폭이 지속적으로 하강하고 있고, 강우패턴의 변화에 따라 27~29주차와 33~35주차에 해당하는 강수량 추세가 하강하여 지하수위와 강수량에 해당하는 취약성 지수가 높게 산정되어 해당 기간의 취약성 지수가 가장 높게 산정되었다. 또한 겨울철 도입부에서 취약성 지수가 다시 상승하는 것으로 보이는데 이는 겨울철 지하수위의 하강폭이 크기 때문에 지하수위에 해당하는 취약성 지수가 높게 산정되어 40주차부터 취약성 지수가 반등하고 겨울철 취약성 지수가 높게 나타났다.

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Fig. 5.

Weekly groundwater resources management vulnerability period result diagram

5. 결 론

지하수자원의 보다 효율적인 관리를 위하여 시간에 따른 취약성 평가가 필요하다. 본 연구는 국가지하수관측망 관측자료와 강수자료를 이용하여 지하수위 미계측 지역에 대한 주 단위 지하수자원 취약 시기를 다기준 의사결정 방법을 이용하여 평가하였다. 취약 시기를 평가하기 위하여 평가 기준은 지하수위, 강수의 과거 자료의 추세를 바탕으로 평가할 수 있는 기준으로 선정하였다. 취약 시기 평가가 주 단위로 이루어지기 때문에 가중치의 개수가 한 관측소 당 52개의 가중치가 필요하다. 이러한 상황에서 주관적 가중치 결정 방법을 이용할 경우 제공하여야 하는 정보량이 방대하고 일관적인 가중치 산정이 어렵기 때문에 본 연구에서는 객관적 가중치 산정 방법 중 자료의 편차를 이용한 방법인 엔트로피 방법을 이용하여 각 관측소 별 평가 기준에 대한 가중치를 선정하였다. 또한 지하수위와 강수의 상관관계를 규명하기 위하여 연구지역 인근의 지하수위 관측소를 기준으로 타 지하수위, 기상관측소와의 상관계수를 가중치로 이용하였다. 강수자료는 해당 지역의 침투가능량과 지체 시간을 고려하기 위하여 한계침투량을 적용한 강우이동평균 방법과 단순 강우이동 방법을 이용하여 상관계수를 산정하였다. 취약 시기 산정 결과 임실덕치 관측소 일대는 28~29주차, 남원도통 관측소 일대는 34~35주차, 순창순창 관측소 일대는 28~29주차가 지하수자원 관리에 가장 취약한 것으로 나타났다. 산정된 주는 월 단위로 환산했을 때 7, 9월로 나타난다. 강수가 많은 시기임에도 불구하고 지하수위의 상승폭이 지속적으로 줄어들고 있기 때문에 취약 시기가 지표수 풍수기에 해당하는 시기로 산정 된 것으로 판단된다. 연구 결과에 따라 해당 지역은 지하수자원 관리 취약 시기로 결정된 여름철에 강수, 하천 등의 지표수자원을 지하수 대수층으로 함양 할 수 있는 함양지, 인공주입, 지하수자원 이용량 규제 등의 정책 도입이 필요하다. 본 연구 결과를 이용하여 권역 전체에 대한 각 지하수자원 관리의 구체적인 취약 시기를 결정하고 지표수자원과의 통합 수자원 관리가 이루어진다면 수자원의 이용 및 관리가 더욱더 효율적으로 실행될 것이다.

본 연구에서는 기존의 지하수자원 관리 취약성을 평가하는 연구에 비하여 지하수에 영향을 미칠 수 있는 인자들을 제외하였다. 지하수위와 관련된 자료들과 함께 강수에 대한 자료들을 이용하였지만 본 연구에서 제외된 하천수, 토지이용 등과 같은 자료들 역시 지하수자원 관리 취약성에 대한 평가 항목이 될 수 있다. 이후 연구에서는 강수와 지하수 이외에도 다양한 수문요소에 대하여 시간적인 영향을 고려한 지하수자원 관리 취약 시기 결정 방법을 개발하고자 한다.

Acknowledgements

본 연구는 국토교통부 국토교통기술촉진사업 연구지원비(18CTAP-C129791-02)를 지원받아 수행된 연구입니다.

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