1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 해저 지하수유출 산정 이론식
2.2 유량평균 유출산정식과 단면평균 유출산정식을 이용한 담해저지하수 유출량 산정 방법
3. 연구지역
4. 연구결과
4.1 담해저지하수 유출량 산정을 위한 관측자료 수집결과
4.2 유량평균 유출산정식과 단면평균 유출산정식을 이용한 담해저지하수 유출량 산정 결과
5. 결 론
1. 서 론
육지에서 바다로 담수가 배출되는 주요 경로로는 하천을 통한 배출이 있으며, 이 방식으로 배출되는 담수는 먼 거리의 내륙에서부터 바다로 배출되는 경로를 관측하고 수량을 정량화할 수 있다. 해안으로 배출되는 다른 형태로 해저 지하수 유출(Submarine Groundwater Discharge, SGD)가 있다. 해저 지하수 유출은 대수층에서 해양으로 해안선을 따라 배출되는 지하수로서 상당한 양의 담수 및 용존 물질 등이 배출되는 것으로 추정된다. 해저 지하수 유출은 육지와 해양의 경계를 따라 흐르는 지중 배출수로 정의되며 크게 해안 담수 유출수(Fresh Submarine groundwater discharge, FSGD)와 담염수 경계면 근처를 순환하는 염해저 지하수(Recirculated saline groundwater discharge, RSGD)로 구분된다. 염해저 지하수는 파랑, 조석, 밀도에 의한 대류 등으로 동역학적으로 더욱 세밀하게 구분될 수 있다. 해저 지하수 유출은 담수와 해수 사이의 밀도차로 인한 해안 대수층 내에서 고유의 흐름을 만들어내며 해안 지하수계 물 수지의 주요 구성 요소로 확인되었다(Destouni and Prieto, 2003; Li et al., 1999; Smith, 2004). 또한 해저 지하수 유출에 의해 운반되는 영양소와 화학물질이 해양 생태계에 상당한 영향을 미친다는 것도 많은 연구를 통해 밝혀졌다(Johannes, 1980; Moore, 1996; Younger, 1996; Robinson et al., 2007). 해저 지하수 유출은 지하수 함양보다 적은 것이 일반적이며(Freeze and Witherspoon, 1967), 대부분의 해저 지하수 유출입량은 0.1 m/day 이하인 것으로 보고되고 있다(Taniguchi et al., 2002).
해저지하수 유출량을 측정하는 방법으로 동위원소를 활용한 분석법이나 시피지미터(seepage meter)를 사용한 직접 측정법, 물 수지 분석법 등 수치 모의 해석법이 있다(KIGAM, 2015). 해저 지하수 유출에 대한 규모 있는 관측 사례가 많지 않으며 대부분 Karst 지형과 같이 수리전도도가 높은 곳을 중심으로 보고되고 있다. 해저 지하수 유출량을 결정하는 데에는 지하수 함양과 수리전도도, 그리고 강의 발달 정도가 큰 영향을 끼치며 하천의 흐름이 있는 곳에서는 해저 지하수 유출의 양은 대략 하천유출의 0.01~10%로 추정된다(Taniguchi et al., 2002). 국지적 측정에 의한 해저 지하수 유출의 정량적 평가에서는 수문 총량에서 해저 지하수 유출이 차지하는 비율이 더 커지는데 이것은 1) 대부분의 측정 지역을 쉽게 찾을 수 있고 많은 양의 해저 지하수 유출이 예상되는 곳으로 선정하여 측정이 수행되었으며 2) 순환하는 염해저 지하수가 유출량에 포함되기 때문이다(Taniguchi et al., 2002). Chang and Clement (2013)은 대수층에서 배출되는 담해저 지하수의 양을 대수층 두께와 수리전도도 매개변수를 활용하여 무차원화한 뒤 염해저 지하수 순환 유량과의 정량적 비율을 평가하였으며 여러 실내 실험 및 현장 연구 결과를 비교하였다. 모든 경우에서 염해저 지하수의 비율은 담해저 지하수에 비에 현격히 낮은 값을 보임을 알 수 있었다. 국내 해저 지하수 유출 연구는 주로 제주도 지역을 중심으로 조사가 진행되었다. 최근 Lee et al. (2017)은 제주도 남동부 지역의 조석 및 연안 유출수를 고려한 지하수 내 화학적 분석 및 미생물 군집 분석을 수행하였다. 또한, 해당 지역을 대상으로 무인 항공기에 장착된 열적외선 이미지를 사용하는 항공 원격탐사를 활용하여 해안 지하수 유출 여부을 평가했다(Lee et al., 2016a; 2016b). Kang et al. (2019)은 서로 다른 2개의 조석에서 무인항공기에 장착된 열적외선 센서를 이용하여 연안 유출량을 정량적으로 평가하였다.
경계면 모델(sharp interface model)에 기반한 해석학적 수학식도 다양하게 해안 지하수와 관련한 정량적 평가에 사용된다. Chesnaux and Allen (2008)은 도서 형태를 비피압대수층의 원형과 다소 긴 형태의 섬으로 구분하여 지하수가 배출되는 속도를 경계면 모델을 활용하여 표현하였다. Werner and Simmons (2009)는 해석식으로 해수면상승에 의한 해수 침투의 경계면 이동을 정량적으로 산정하였고, 내륙의 경계면 조건에 달리하여 각 경우에 대한 담염수 경계면의 수평 이동을 계산하였다. 경계면 모델에 기반한 수학식을 이용한 해석해는 대부분 개념 모델을 이용하여 가상의 상황에 대해서 모의하여 결과를 산정하였다. 현장에 적용하기 위해서는 지역적 특성인 지층 및 지질의 분포와 관측정의 배치 등을 고려하여 수학식을 적용해야 한다.
본 연구는 유역 단위의 담해저 지하수 유출을 정량적 산정하기 위해, 해수 침투 해석식의 형태인 경계면 모델에 기반한 수학적인 지하수 유출 진단 방식을 제주 연구지역에 적용하고 관측망에서 얻은 관측자료를 활용하여 해저 담지하수 유출을 정량적으로 계산하는 것으로 목표로 하였다.
2. 연구 방법
2.1 해저 지하수유출 산정 이론식
Fig. 1은 도서 지역의 연안 단면을 개념화하여 지하수위, 담염수 경계면, 관측정 등이 포함된 모식도이며 그림 안에 표현된 매개변수는 본 연구에서 경계면 모델 방정식의 매개변수로 활용된다. 푸른색으로 표시된 영역은 섬의 담수체(freshwater lens)이고 붉은색으로 표시된 영역은 해수의 영향으로 대수층 중에 염도(salinity)가 높은 영역이다. 그림에서 보여지는 각각의 변수에 대한 정의는 아래 Ghyben-Herzberg (G-H) 이론을 활용한 아래 방정식의 전개 과정에서 설명한다. G-H 이론이란 담염수의 밀도차와 지하수위의 높이에 비례하여 대수층의 담염수 경계면의 모양과 위치를 계산하는 이론식이다. 바닷물은 염도가 고농도로 존재하기 때문에 일반적으로 담수 지하수보다 무겁고 밀도차가 약 2.5% 정도이며 관찰된 수위가 동일하더라도 염수는 담수보다 순 압력 수두가 더 높다. 해석식인 담염수 경계면 모델은 담수와 염수의 밀도차로 인해 해안 대수층 내 담수와 염수 영역 사이에 동역학적으로 경계면이 존재한다고 가정하고 담수체와 염수체 사이의 혼합대는 고려하지 않는다(Herzberg 1901; Ghyben, 1888). G-H 근사치를 사용하여 염수 경계면의 위치를 계산하면 해안 대수층의 담수체 부피와 유출 속도 및 해저 지하수 유출을 추정할 수 있다. G-H 이론에 따르면 담수의 깊이는 Eq. (1)과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서, 는 좌표에서 기준 해수면으로부터 담수 지하수위의 깊이 위치[L]를 나타내고, 는 좌표에서 기준 해수면으로부터 담수 지하수위의 높이[L]를 나타낸다. 는 담수의 밀도[M/L3], 는 염수의 밀도[M/L3]를 나타낸다. 담수 및 염수 밀도의 일반적인 값은 1,000 kg/m3 및 1,025 kg/m3로 가정한다. 그 결과 해수면 아래에 위치하는 담염수 경계면이 그 위의 지하수위 높이의 약 40배정도로 추정할 수 있다. 이때 담-염수 경계면의 관측자료가 있을 경우에는 40배로 가정한 담염수 경계면 깊이 대신 관측된 깊이을 사용할 수 있다.
경계면 모델에서는 담수가 유출되는 기준단면을 지하수위에서 담염수 경계면까지의 거리와 단위 넓이인 표현한다. 지하수 유량은 기준 단면과 Darcy 법칙의 일차원적 흐름(Darcy flux)의 곱으로 표현되며 이에 따라 기준 단면에 대한 해저 지하수 유출량 는 Eq. (2)와 같다.
여기에서, K는 투수계수[L/T]이고, 는 수리구배로서 무차원의 값이다. 해안선을 따라 발생하는 해저 지하수 유출 총량 Q를 계산하면 해안선의 길이 L을 이용하여 계산될 수 있으며,
해안선을 따라 단일한 darcy 흐름을 가정할 경우 Eq. (3)은 아래와 같이 변형할 수 있다.
여기에서 계산되는 지하수유출량 Q 은 육지와 해양의 경계를 따라 흐르는 지중 배출수로 정의되며 크게 해안 담수 유출수(FSGD)에 해당한다. 본 연구에서는 해석식에 적용하는 입력자료로서 제주지역의 해수침투 관측망에서 획득한 지하수위 및 전기전도도(Electrical Conductivity, EC) 자료를 활용하였다. 본 연구에서는 제주특별자치도 지하수정보관리시스템의 다심도 관측공의 관측자료를 이용하여 지하수위 및 담-염수 경계면의 추세를 추정하였다. 심도에 따라 측정센서를 설치하는 다심도 관측공의 EC를 이용하여 담-염수 경계면을 추정하여 z값을 결정하여 해안 유출량을 산정하였다. z는 EC 2000 ㎲/cm를 기준으로 하여 담수체의 두께를 산정하였다. EC 2000 ㎲/cm는 모든 작물이 자랄 수 있는 기준이고, 2000 ㎲/cm이상에서는 염분농도에 민감한 작물은 자라지 못한다(Hem, 1985). 본 연구에서는 제주 전역의 해수침투 관측망 분포 현황을 파악하여 그 중에 섬 중심에서 해안으로 일직선상의 수리구배를 계산할 수 있는 관측망 군(群)을 포함한 한 개의 유역을 선정한다. 해안에서의 담수체의 높이는 0으로 가정하고, 다심도 관측공에서 심도에 따라 관측하는 전기전도도를 이용하여 염분 농도를 추정하여 담-염수 경계면 깊이를 산정하였다.
2.2 유량평균 유출산정식과 단면평균 유출산정식을 이용한 담해저지하수 유출량 산정 방법
유역내에서 얻어진 다수의 관측값이 존재하는 경우, 해당 자료들을 해석식에 대입하는 과정에서 자료의 나열 및 가공 방식 수립이 우선 필요하다. 관측자료를 다루는 방식에 대해 동일하지 않은 가정에 기반한 산출식은 각각 다른 유출량을 계산할 수 있다. 본 연구에서는 제주 대상부지 내에서 얻어진 지하수위 자료 등을 앞서 제시한 이론적인 해저 지하수 유출량 산정식인 Eq. (2)에 대입하는 과정에서 데이터 가공 방식에 따라 유량 평균 유출량 산정식과 단면 평균 유출량 산정식으로 가공하여 구분하였다.
유량 평균 유출 산정식은 각 관측공에서 해안까지 독립적인 담해저 유출량을 계산하여 평균한다. 연구지역 내의 관측공에서 해안까지의 개별적인 기준 단면에 대한 해저 지하수 유출량 을 산정하여 평균값으로 기준 단면에 대한 해저 지하수 유출량 을 산정하였다. 해안선의 길이를 곱하여 유역의 해안 유출량을 산정하였다. 첫 번째 방법의 평균 해안 담수 유출수(Averaged FSGD) 값인 는 다음과 같이 계산하였다.
여기에서 는 관측공의 순번이고, 은 관측공의 개수이다. 평균 유출량 산정식에서 는 관측공에서 해안까지의 거리를 이용하였고, 는 지하수위 관측자료이다. z는 EC 2000 ㎲/cm를 기준으로 하여 산정한 담수체의 두께이다.
단면 평균 유출 산정식은 연속적으로 설치된 다심도 관측정이 단 하나의 기준 단면 위에 일직선으로 정렬되어 있는 경우를 가정하고 유출단면의 평균값을 산정한다. 평균 담-염수 경계면은 각 관측공에서의 담-염수 경계면의 깊이를 면적으로 나타내고, 가장 상부 관측공의 거리로 나누어 구한다. 해안 유출량은 평균 담-염수 경계면을 Eq. (2)에 대입하여 해안 담수 유출수(Averaged FSGD) 을 산정하였다.
여기에서 는 유출 단면의 평균값이다.
이와 같이 유량 평균 유출 산정식과 단면 평균 유출 산정식으로 얻은 각각의 해안 담수 유출량 는 해안선의 길이를 곱하여 유역의 해안 유출량 Q을 산정하였다.
3. 연구지역
Fig. 2는 제주의 부존 형태에 따른 지하수 구역과 연구지역의 위치를 나타내고 있다. 연구지역은 제주도를 대상으로 진행하였으며, 제주도는 동서간 거리 73.3 km 이며, 남북간은 41.0 km 이다. 전체 면적은 1838.84 km2 이고, 섬의 해안선의 길이는 419.99 km이다. 제주도는 도서지역으로 지하수의 부존 형태가 담-염수와의 관계, 지질의 분포 특성, 지하수위의 분포에 따라 달라진다. 제주도의 지하수 부존 형태는 상위 지하수(High level groundwater), 준기저 지하수(Parabasal groundwater), 기저 지하수(Basal groundwater)로 나눌 수 있다(Jeju Province, 2013). 상위 지하수는 강수가 지하로 함양되어 투수성이 낮은 암층 혹은 점토층까지 침투되어 수위 차이에 의해 이동하는 지하수층으로서 제주 해안 지하수를 구분하는 기준이 되는 바닥층인 서귀포층이 비교적 높이 위치하고 있기 때문에 해수에 영향을 받는 해안 대수층 영역으로 분류되지 않는 지역이다. 준기저 지하수는 담수 지하수체의 하부가 투수성이 낮은 퇴적층에 의해 해수와의 직접적인 접촉이 차단되어 있으며, 이론적인 Ghyben-Herzberg (G-H)의 원리가 적용되지 않는 지하수를 나타낸다. 기저 지하수는 담수와 염수의 밀도차에 의해 담수가 상부에 렌즈 형태로 존재하는 G-H의 원리가 적용되는 지하수를 나타낸다(Jeju Province, 2013). 제주의 16개 표준 유역을 검토한 결과 G-H비의 원리가 적용되는 상위 지하수부존 유역인 성산유역을 대상으로 선정하여 연구를 수행하였다.
Fig. 3은 연구지역에 설치된 관측공의 위치 및 해안선을 나타내고 있다. 총 유역내 다심도 관측공 7개의 입력자료를 연구에 활용하였다. 검은색선은 성산 유역에서 상위 지하수가 위치하고 있는 영역의 경계이다. 성산유역의 상위 지하수를 중심으로 한 연구지역을 종달 관측망 그룹과 수산 관측망 그룹이 미치는 영향 범위를 설정하여 그 경계를 붉은색 선으로 나타내었다. 성산 유역에서 수리구배를 계산할 수 있도록 두 그룹의 관측망 군(群)을 구성하였는데 섬 중심에서 해안으로 일직선상으로 배치되어 있는 JD수산1, JD수산2, JD수산3 관측정을 한 그룹으로 구성하여 정렬된 선상을 Line A-A’로 명명하였다. 그림 상에서 Line A-A’는 초록색으로 표기되었으며 Line A-A’를 따라 계산하는 해저 지하수 유출에 사용되는 해안선도 역시 초록색으로 나타내었다. JD종달1, JD종달2, JD종달3, JD종달4 관측정이 일렬로 나열된 선상을 Line B-B’로 추가로 구성하고 이 관측정을 따라 연결된 선상과 관련하여 해저 지하수 유출식에 사용되는 해안선은 노란색으로 표기되어 있다.
Fig. 2.
Groundwater zone by occurrence type and location of study area in Jeju (modified from Jeju Province (2013))
4. 연구결과
4.1 담해저지하수 유출량 산정을 위한 관측자료 수집결과
해안 유출량을 산정하기 위해 본 연구에서 선정한 제주도의 다심도 관측공들은 해안에서 수직 방향으로 일렬로 설치되어 있다. 성산 유역 내에 위치한 Line A-A’ 및 유역 경계에 가까운 Line B-B’를 따라 Darcy 법칙의 1차원적 흐름을 계산하기 위해 수리 지질자료를 수집하여 Table 1에 나타내었다. Table 1에 나열된 입력자료들은 각각 Line A-A’, Line B-B’의 길이와 각 관측공의 해안에서부터의 거리, 지표 높이, 연도별 지하수위와 전기전도도 2000 ㎲/cm의 깊이, 투수계수이다. 각 관측공의 투수계수 K는 Chang et al. (2019)의 자료를 사용하였다. 선행 연구의 수직 검층 결과(Chang et al., 2020)에 따르면 제주 동부에서 담수에서 염수 영역 사이의 혼합대는 수 m 규모로 나타나기 때문에 비교적 혼합대가 넓지 않은 것으로 판단할 수 있으며 본 연구는 전기전도도 2000 ㎲/cm가 나타나는 지점을 담염수 경계면으로 가정한다.
Table 1.
Input value of analytical solution for the assessment of FSGD
Fig. 4는 2018년, 2019년, 2020년에 관측된 지하수위, 전기전도도를 이용한 담염수 깊이와 이론적 G-H비에 따른 담염수 깊이를 해안에서 내륙방향의 거리에 따라 나타냈다. 모든 관측공에서 2019년에 가장 높은 지하수위 경향을 보여주었다. 전기전도도를 이용하여 관측한 담염수의 경계면 깊이를 이론적 담염수 경계면 추정 위치와 비교하였다. 예를 들어 Line A-A’에서 해안에 가장 가까운 JD수산1 관측공의 2018년도 지하수위 평균값은 0.75 m이며 전기전도도 값으로 추정한 담염수 경계면은 해수면 아래 31.97 m에 위치한다. 밀도차 0.025에 기반한 이론적인 G-H이론에 의하면 0.75 m에 대한 이론적 담염수 경계면의 깊이는 해수면 아래 30 m이며 이 값은 전기전도도로 추정한 관측자료와 비교적 유사한 수치로 볼 수 있다. 수산2 관측공은 전기전도도로 추정한 담염수 경계면이 2018년부터 2020년까지 -37 m에서 -18 m에 이르는 상당히 큰 변동을 보여주고 있는데, 이에 반해 이론적인 G-H비에 근거한 경계면 추정값은 해수면 아래 약 40 m로서 2018년도에는 이론치에 유사했던 관측치 점차 큰 차이를 보여주고 있다. 해안에서 가장 먼 Line A-A’의 관측정인 수산3 관측정의 지하수위는 2018년부터 2020년까지 2.5 m에서 3 m 정도이며, 전기전도도 관측으로 추정한 담염수 경계면은 -60 m에서 -67 m사이로 비교적 안정적이다. 그러나 이론적인 G-H비에 근거한 경계면 추정값은 -100 m에서-120 m에 위치하는 것으로 계산되어 내륙에서의 담염수 경계면은 이론적인 G-H 비로 추정한 깊이보다 상대적으로 얕다는 결과를 보여주고 있다. Line B-B’의 네 개의 관측정에서 얻은 지하수위 및 전기전도도로 측정된 담염수 경계면의 깊이를 G-H 비로 계산한 이론적 담염수 경계면의 깊이와 비교해본 결과 역시 Line A-A’과 유사한 경향으로 내륙으로 향할수록 경계면의 깊이가 이론적인 경계면 깊이와 차이가 나는 것을 보여주고 있다.
4.2 유량평균 유출산정식과 단면평균 유출산정식을 이용한 담해저지하수 유출량 산정 결과
관측공의 각각의 담해저 유출량를 평균한 방법과 Line A-A’, B-B’에서 평균 담-염수 경계면을 구한 방법을 적용하였다. Table 2는 평균 유출량 방법으로 각각의 관측소에서 해안까지 유출량이 개별적인 유선을 이룬다고 가정하고, 개별적인 유선에 대한 해안 유출량을 나타내고 있다. Line A-A’에서는 JD수산1에서 3으로 갈수록 내륙방향이며, 해안에서부터의 거리가 가장 멀다. 또한, JD수산1에서 3까지의 지하수위는 선형적으로 상승하는 것으로 나타났으며, JD수산3의 담지하수 두께가 가장 두껍게 나타나 해안 유출량을 나타내는 flux가 가장 크게 나타났다. Line A-A’의 각 관측공별 평균에서는 내륙쪽으로 갈수록 담지하수 두께가 증가하며, 해안 유출량은 증가하는 것으로 나타났다. Line B-B’에서는 JD종달1에서 3까지는 담수지하수의 두께가 선형적으로 상승하는 것으로 나타나지만, 4에서 얇아지며, 해안 유출량이 줄어드는 것으로 나타났다. Line B-B’의 각 관측공별 평균에서는 JD종달1에서 3까지 해안 유출량은 증가하는데 JD종달3에서 담지하수 두께가 급격하게 증가하면서 해안 유출량이 크게 증가하는 것으로 나타났다. JD종달4는 지하수위는 높지만, 담수 지하수의 두께가 얇아지고, 해안에서부터의 거리가 증가하여 해안 유출량은 작아지는 것으로 나타났다.
Table 2.
Submarine groundwater discharge each monitoring well by average flux method (Unit: ×103 m2/year)
평균 담-염수 경계면 산정식을 이용한 방법에서는 Line A-A’의 평균 담-염수 경계면의 높이가 2018년부터 29.07 m, 28.38 m, 24.07 m로 나타났다. Line B-B’에서는 2018년부터 37.08 m, 38.71 m, 39.18 m로 나타났다. Line A-A’가 Line B-B’보다 담수체가 더 얕게 나타나고 있으며, 연도별로는 Line A-A’는 담수체의 크기가 작아지고 있으며, 반대로 Line B-B’는 담수체가 더 커지는 것으로 나타났다.
Table 3은 유량 평균 유출 산정식과 단면 평균 유출 산정 방법으로 구한 유역의 담해저 지하수 유량를 나타낸 결과이다. 유량 평균 유출 산정식과 단면 평균 유출 산정 방법 모두 Line A-A’가 Line B-B’보다 큰 유량이 나타났다. 연도별로 관측자료에서는 2019년의 지하수위가 가장 높았으며, 담수체의 두께도 가장 두껍게 나타났다. 평균 유출량 산정 방법에서는 2018-2020년 중 2019년의 해안 유출량이 13,350.92×103 m3/year로 가장 크게 발생하였으며, 단면 평균 유출 산정 방법에서도 2019년의 유출량이 5,529.75×103 m3/year로 가장 크게 발생하였다. 유량 평균 유출 산정 방법은 개별적인 관측공에서의 담지하수 두께와 지하수위의 높이가 각각 해안에서의 거리에 따라 유량이 발생하지만, 단면 평균 유출 산정 방법은 상류부 관측공에서의 유량을 나타내게 된다. 상대적으로 유량 평균 유출 산정 방법이 각각의 개별적인 관측공에 대해서 지하수위의 높이에 좀 더 민감하게 작용하는 것으로 나타났으며, 평균 담-염수 경계면 산정 방법이 담수체 두께에 대해서 좀 더 민감하게 작용하는 것으로 나타났다. 마지막으로 성산 유역의 두 개로 분할된 해안선 길이에 각각 Line A-A’, Line B-B’에서 얻어진 기준 단면에 대한 해저지하수 유출량을 곱하여 총 해안 유출량 Q (FSGD) 을 계산하였다.
Table 3.
Estimation of fresh submarine groundwater discharge (FSGD) by average flux and average cross section methods (Unit: ×103 m2/year)
Table 4에서는 2018년부터 2020년까지의 성산 유역의 함양량을 산정하여 그 결과를 담해저유출수와 비교하였다. 함양량은 SCS-CN 방법과 SWAT-K 모델에 기반하여 두 가지 방식으로 계산하였다. 이 때 SWAT-K 모델에 기반한 함양량은 선행 연구인 제주형 물순환 해석 및 수자원 관리 기반구축(MLIT, 2015)에서 산정된 유역 함양률과 2018년에서 2020년까지의 강수량을 이용하여 성산 유역의 2018-2020의 함양량을 산정하였다. 앞선 지하수위 분석에서 2019년 값이 가장 높았던 것과 유사하게 담해저유출수와 함양량 역시 2019년이 가장 큰 값을 나타냈으며 그 다음으로는 2018, 2020년 순으로 값이 작아졌다. 3년동안 유량 평균 유출 산정식을 통해 산정된 담해저 유출량은 11.83×106 m3/year으로서 이 값은 SCS_CN, SWAT-K로 추정한 함양량의 6.79%, 9.15%이다. 또한, 3년동안 단면 평균 유출 산정식으로 산출한 결과를 평균한 값은 4.62×106 m3/year으로서 SCS_CN, SWAT-K로 추정한 함양량의 2.65%, 3.57%에 해당한다.
5. 결 론
지하수가 용수 공급의 대부분을 차지하는 해안 도서지역의 지역적 특성으로 인해 최근 지하수 취수량 과다로 인한 수위 강하로 연안지역 재해가 빈번히 유발되고 있어 도서지역의 한정된 해안지하수 수자원의 효율적 이용기반 구축에 대한 수요가 증가하고 있다. 용수 수요 증가와 신기후체제를 대비하고 해안 도서지역의 지속가능한 지하수자원 이용을 위해 도서지역의 특성에 적합한 정밀 물수지 진단이 선행되고 해안 지하수자원의 효율적 이용 기반 구축 및 문제 해결형 지하수 관리방안이 수립되어야 한다. 특히 해안 도서지역에 적합한 물 순환 해석 기술에는 해저 지하수 유출에 대한 정밀한 평가가 필요하다. 현재까지 수행된 해저 지하수 유츨량 진단은 국지적 규모를 대상으로 한 연구가 대부분이며 유역 단위의 유출량에 대한 평가는 미비하다.
본 연구는 국내에서는 최초로 해수침투 분야에서 활용하는 해석식을 사용하여 담해저 지하 유출수의 정량적인 산정을 시도하였다. 본 연구에서는 다심도 관측정에서 측정되는 지하수위 및 전기전도도 자료를 이용하여 담수체의 두께를 산정하였다. 해안에서 내륙방향으로 연속적으로 설치된 관측공을 중심으로 제주도 지역 중 성산 유역을 대상으로 관측자료를 수집하여 해석식의 입력자료로 활용하였다. 총 7개의 관측공에 대해서 분석을 진행하였고, 기존 해석식을 관측자료 처리 방식에 따라 유량 평균 유출 산정식과 단면 평균 유출 산정식을 두 가지 다른 방식으로 개발하였다. 유량 평균 유출 산정식은 각 관측공에서 해안까지의 유선이 개별적이며, 각 관측공에서 산정한 유출량을 평균하여 유역의 대표 유출량을 산정하는 방법이다. 각각의 관측공은 해안까지의 최소 거리가 다르고, 유선에 대해서도 달라서 개별적으로 산정하여 유역의 평균 유출량을 산정하는 방식이다. 단면 평균 유출 산정식은 연속적으로 설치된 관측공이 동일한 유선에 있으며, 유출 산정식의 입력 자료 중 담-염수 경계면의 평균을 사용하여 대표 유출량을 산정하는 방법이다. 각각의 방법은 적용할 수 있는 위치에 따라 장점을 나타내고 있다. 유량 평균 유출 산정식은 일직선상에 위치하지 않은 관측공의 자료를 사용할 수 있는 장점이 있는 반면, 단면 평균 유출 산정식은 일직선상에 위치한 관측공에 대해서 분석할 수 있고, 대표 단면에 대해서 담수체의 깊이의 변화에 대한 반영이 가능하다. 각각의 방식으로 산정한 담해저 지하수 유출량은 SCS_CN, SWAT-K로 추정한 함양량의 2.65에서 9.15%의 비율을 차지하였다. 관측자료를 해석식에 입력하여 유역 규모의 유출량을 정량적으로 도출하는 연구 방법을 제안한 데에 이 연구의 의의가 있다.
본 연구에서 제안하는 방식은 최근 연구에서 제시한 다양한 측정 방법 결과를 교차 검증하는데 사용할 수 있는 도구로 제안하며 향후 해석식의 정밀한 개발 및 지역의 특성을 고려한 관측결과의 도출로 다른 기법과 연계한 교차 검증이 차후 종합적이고 연계적으로 이루어질 수 있다. 해석식에 도입하는 여러 관측 결과들 중 G-H 비는 후속 해안지하수 연구에서도 다양하게 적용될 수 있어 국내 해안도서 지역을 대상으로 정밀 G-H비 분포도 작성이 이루어진다면 향후 해안지역의 지속가능량 평가 방식에도 활용될 수 있을 것으로 예상한다.
