Analysis of Hydraulic Gradient at Coastal Aquifers in Eastern Part of Jeju Island

제주도 동부지역 해안대수층의 조석에 의한 수리경사 변화 연구

  • Kim, Kue-Young (Groundwater & Geothermal Resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Shim, Byoung-Ohan (Groundwater & Geothermal Resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Park, Ki-Hwa (Groundwater & Geothermal Resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Kim, Tae-Hee (Groundwater & Geothermal Resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Seong, Hyeon-Jeong (Groundwater & Geothermal Resources Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Park, Yun-Seok (Water Resources Research section, Jeju Provincial Water Resources Management Office) ;
  • Koh, Gi-Won (Water Resources Research section, Jeju Provincial Water Resources Management Office) ;
  • Woo, Nam-Chil (Department of Earth System Sciences, Yonsei University)
  • 김구영 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) ;
  • 심병완 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) ;
  • 박기화 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) ;
  • 김태희 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) ;
  • 성현정 (한국지질자원연구원 지하수지열연구부) ;
  • 박윤석 (제주도광역수자원관리본부 수자원연구실) ;
  • 고기원 (제주도광역수자원관리본부 수자원연구실) ;
  • 우남칠 (연세대학교 지구시스템과학과)
  • Published : 2005.02.01

Abstract

Groundwater level changes in coastal aquifers occur due to oceanic tides, where the properties of oceanic tides can be applied to estimate hyadraulic parameters. Hydraulic parameters of coastal aquifers located in eastern part of Jeju island were estimated using the tidal response technique. Groundwater level data from a saltwater intrusion monitoring well system was used which showed tidal effects from 3 to 5 km. The hydraulic gradient was assessed by utilizing the filtering method from 71 consecutive hourly water-level observations. Calculated hydraulic diffusivity ranged from 2.94${\times}10^7m^2d^{-1}$ to 4.36${\times}10^7m^2d^{-1}$ . The hydraulic gradient of the coastal aquifer area was found to be ~$10^{-4}$, whereas the gradient of the area between wells Handong-1 and 2 was found to be ~$10^{-6}$, which is very low comparatively. Analysis of groundwater monitoring data showed that groundwater levels are periodically higher near coastal areas compared to that of inner land areas due to oceanic tide influences. When assessing groundwater flow direction in coastal aquifers it is important to consider tidal fluctuation.

해안대수층은 조석의 영향을 받아 지하수위가 주기적으로 변동하는 곳이 많으며, 이러한 특성을 이용하여 대수층의 수리지질학적 특성을 평가할 수 있다. 본 연구에서는 제주도 동부 해안대수층에 구축되어 있는 해수침투 감시 관측망 에서 관측된 자료를 이용하여 조석의 영향에 의한 지하수위의 변동 특성을 분석하였다. 그리고 대수층의 수리인자를 추정하고 지하수위의 평균수리경사 산정 및 시간에 따른 수리경사 변화를 정량적으로 분석하였다. 제주도 동부지역의 경우 조석이 지하수위에 영향을 미치는 범위는 해안으로부터 3~5 km 사이이며, 수리확산계수는 2.94${\times}10^7m^2d^{-1}$ ~4.36${\times}10^7m^2d^{-1}$의 범위를 가진다. 71시간 모니터링한 연속자료에 대해 이동평균법을 이용하여 주기적으로 변동하는 지하수위의 수리경사를 산정한 결과, 수리경사는 대체로 ~$10^{-4}$ 내외의 범위를 보인다. 한동-1, 2호공 구간의 수리경사 는 ~$10^{-6}$으로 수리경사가 0에 가까우며, 해안으로부터의 거리 차이에 의해 지하수위의 변동폭이 다르게 나타난다. 그 결과 조석의 간·만조에 따라 두 관측공에서의 지하수위는 역전되는 현상이 나타나며, 지하수의 유동방향도 달라진다. 따라서 해안대수층에서의 지하수 유동방향을 해석할 때에는 반드시 조석에 의한 영향을 고려해야 할 것이다.

Keywords

References

  1. 고기원, 문영석, 강봉래, 송시태, 박윤석 (1998) 제주도 해안지역에서 담.염수 혼합대 하부에 발달한 담수 대수층에 관한 사례 연구. 대한자원환경지질학회.(사)대한지하수환경학회 공동학술발표회 발표논문 요약집, p.155-156
  2. 박남식, 이용두 (1995) 제주도 중심부 수리지질변수의 불확실성이 해안지역 지하수 흐름에 대한 수치실험결과에 미치는 영향에 대한 연구. 대한지하수환경학회 1995년도 정기총회 및 춘계학술발표회, p. 35
  3. 박남식, 이용두 (1997) 중-동 제주 수역의 지하수 개발로 인한 해수침투. 지하수환경, v. 4, p. 5-13
  4. 박원배, 박윤석, 고기원, 문덕철 (2003) 제주도 동부지역 지하수의 담.염수 경계면 분포와 변화. 한국지하수토양환경학회 춘계학술대회, p. 55-58
  5. 박윤석, 고기원, 강봉래, 박원배 (2002) 제주도 해수침투 감시관측망 구축사업 성과 -북제주군 구좌읍 한동리- 송당리 지역-. 제10회 세계 물의날 기념 학술세미나, '제주의 물.세계의 물, 도민의 자산', p. 73-113
  6. 부성안, 정교철 (2000) 제주도 동부권역 담지하수 대수층에서의 염수침입. 지질공학, 10권, p. 115-130
  7. 송영철, 고용구, 유장걸 (1999) $\delta^{15}N$을 이용한 제주도 지하수중의 질산성질소 오염원 조사. 지하수환경, 6권, p.107-110
  8. 심병완, 정상용 (2004) 단열암반 대수층에서 조석분석법을 이용한 수리상수 추정. 한국지하수토양환경학회지, 9권, p. 27-32
  9. 오윤근, 현익현 (1997) $\delta^{15}N$값을 이용한 제주도 지하수중 의 질산성질소 오염원 추정에 관한 연구. 지하수환경, 4권, p. 1-4
  10. 우남칠, 김형돈, 이광식, 박원배, 고기원, 문영석 (2001) 지하수 수질 관측에 의한 제주도 대정수역의 지하수계 및 오염특성 분석. 자원환경지질, 34권, p. 485-498
  11. 윤정수, 김기표, 정차연 (2003) 제주도 동부 한동리지역 고염분 지하수에 대한 수리지질학적 연구. 지질학회지, 39권, p. 115-131
  12. 이성복, 김구영, 한소라, 한정상 (1997) 제주도 삼양 3수원지의 염소이온농도 상승 원인에 관한 연구. 지하수환경, 4권, p. 85-94
  13. 이용두 (2001) 고도에 따른 제주도 지하수의 수질특성. 한국토양환경학회지, 5권, p. 65-75
  14. 제주도 (2003) 제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사(III). 425p
  15. 최병수 (1999) 제주도 지하수의 우물 비양수량자료를 이용한 대수층상수 결정방법. 지하수환경, 6권, p. 180-187
  16. 한규언, 이문원 (1977) 제주도의 지질과 지하수와의 관계 연구. 제주대학교 논문집 제9집
  17. 한정상, 한규상, 김창길, 김남종, 한찬 (1994) 제주도 지하수자원의 최적 개발가능량. 지하수환경, 1권, p. 33-50
  18. Chen, C.X. and Jiao, J. (1999) Numerical simulation of pumping tests in multilayer wells with non-darcian flow in the wellbore. Ground Water, v. 37, p. 465-474 https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1999.tb01126.x
  19. Ferris, J.G. (1951) Cyclic fluctuations of water level as a basis for determining aquifer transmissibility, International association of scientific hydrology, Publ. 33, p.148-155
  20. Freeze, R.A., and Cherry, J.A. (1979) Groundwater. Prentice Hall, 604p
  21. Driscoll, F.G. (1986) Groundwater and Wells. Johnson Division, 1089p
  22. Erskine, A.D. (1991) The effect of tidal fluctuation on a coastal aquifer in the U.K. Ground Water, v. 29, p. 556-562 https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1991.tb00547.x
  23. Godin, G. (1966) Daily mean sea level and short-period seiches. Intl. Hydrographic Review. v.43, p. 75-89
  24. Jacob, C.E. (1950) Flow of groundwater. In: Engineering hydraulics. H. Rouse, ed. John Wiley and Sons Inc., New York. p. 321-386
  25. Jha, M.K, Kamii, Y., and Chikamori, K. (2003) On the estimation of phreatic aquifer parameters by the tidal response technique. Water Resources Management, v. 17, p. 69-88 https://doi.org/10.1023/A:1023018107685
  26. Millham, N.P. and Howes, B.L. (1995) A comparison of methods to determine K in a shallow coastal aquifer, Ground Water, v. 33, p. 49-57 https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1995.tb00262.x
  27. Roscoe Moss. (1990) Handbook of Ground Water Development. John Wiley & Sons, New York, p. 276-312
  28. Serfes, M.E. (1991) Determining the mean hydraulic gradient of groundwater affected by tidal fluctuations. Ground Water, v. 29, p. 549-555 https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1991.tb00546.x
  29. Werner, P.W. and Noren, D. (1951) Progressive waves in nonartesian aquifers. Trans. Amer. Geophysical Union. v. 32, p. 238-244 https://doi.org/10.1029/TR032i002p00238
  30. White, J.K. and Roberts, T.O.L. (1994) The significance of groundwater tidal fluctuations, in Groundwater Problems in Urban Areas: Proceeding of the International Conference Organized by the Institution of Civil Engineers and Held in London, 2-3 June 1993, edited by W.B. Wilkinson, p. 31-42, Thomas Telford, London