• Water for future
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• v.57 no.9
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• pp.93-102
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• 2024

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.248-248
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• 2015

제주도의 연평균 강수량은 지속적으로 증가하고 있으나 강우일수는 감소하는 추세로 기후변화에 의한 가뭄재해 피해가 우려되고 있다. 제주도는 전체 수자원의 대부분을 지하수로 사용되어 면적 대비 많은 지하수관정이 개발 이용되고 있으며, 용수이용에 따른 고갈 및 오염이 발생되지 않도록 분석 관리가 필요한 지역이다. 제주지역의 지하수위는 계절적 변동특성이 확연히 나타나지만 평시에는 큰 변동이 없는 지하수위 수준을 보이며, 실제 지하수 이용률은 허가량의 30%이하로 양수에 의한 지하수위변동은 크게 체감되지 못하고 있다. 그러나 극심한 가뭄재해 발생 시 기존 사용량을 초과 양수하는 문제가 발생하여 지하수위는 급격하게 하강되고, 제주 수자원관리에 문제가 발생될 것으로 지속적인 지하수 개발이 지하수위에 미치는 영향에 대하여 정량적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 지하수 유동 및 수위변동 분석이 가능한 수치해석 모형을 이용하여 제주도 성산유역을 대상으로 1993년부터 2013년까지 10년 주기 양수에 따른 지하수위 하강 특성을 분석하였다. 1993년 이전 개발된 지하수관정은 55개소, 2003년까지 개발된 지하수관정은 108개소로 지하수 개발은 약 1.9배 증가되었으나 양수능력을 적용하여 지하수위 변동을 분석한 결과 2.5배~3.1배 하강되는 것으로 확인되었다. 2003년부터 2013년까지 지하수 개발은 유역 상부에 집중되었으며 상류부 지하수 양수에 따라 해안지역의 지하수위까지 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 1994.07a
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• pp.75-91
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• 1994

제주도의 지하수는 상위지하수, 기저지하수, 연안용출수, 심부지하수 등으로 분류될 수 있다. 이들을 효율적으로 활용하고 또 보존, 관리하기 위하여는 탐사가 선행되어야 한다. 구성물질의 물성대비를 탐사의 원리로 하는 물리탐사는 간접적 정보를 제공한다는 점에서 조사단계에서 흔히 간과되어 왔으나, 지표 상부에서 지하 심부까지의 정보를 제공할 수 있는 유일한 탐사방법이라는 점에서 그 중요성이 재인식되어야 한다. 물리탐사는 비파괴적인 탐사방법일 뿐 아니라 날은 탐사범위를 상대적으로 짧은 기간에 탐사할 수 있는 경제성을 갖고 있기 때문에 결과적으로 조사단계에서 소요되는 총비용을 현저히 줄일 수 있기 때문이다. 필자는 여기서, 제주도의 지하수문제에 대하여 물리탐사가 담당할 수 있는 역할에 대하여 최근의 탐사실례들을 통하여 기술하고자 한다. 이들 중에는 '복합 물리탐사방법에 의한 지하수탐사', '항공원격탐사에 의한 해안 용출수탐사', '물리탐사에 의한 해수침입영역 조사' 그리고 지하수 부존과 밀접한 관련이 있는 '지질구조선 탐사' 등이 포함되어 있다. 후속의 지질조사와 시추조사에서 얻은 직접적 정보들이 물리탐사에 의한 해석에 feedback 될 수 있는 조사체계를 갖춘다면 향후 제주도의 지하수와 관련한 문제에 물리탐사가 보다 효과적으로 사용될 수 있을 것임을 강조한다.

• Water for future
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• v.57 no.9
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• pp.84-92
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• 2024

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.362-362
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• 2019

제주도는 화산섬의 지질특성상 지표수의 개발이용여건이 취약한 관계로 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 제주도는 정책 및 연구적으로 오랜 기간 동안 지하수의 보전관리에 많은 노력을 기울여 오고 있다. 하지만 최근 기후변화로 인한 지하수위의 하강 및 해수면 상승으로 인한 해수침투의 문제가 꾸준히 제기되고 있으며, 제주도 일부지역에서는 축산폐수 등으로 인해 지하수의 수질오염문제가 발생하고 있다. 따라서 제주도 지하수의 수량 및 수질에 대한 체계적인 관리의 필요성이 증대되고 있다. 지하수에 절대적으로 의존하고 있는 제주도의 수자원의 개발 및 이용 여건을 고려할 때, 지하수의 수량 및 수질에 대한 학술적 토대가 확고히 구축되어야 할 뿐만 아니라 기후변화에 대응한 최적 물관리기법의 개발이 필요한 실정이다. 하지만 제주도의 수자원에 대한 기존의 연구들은 제주도 전역에 대해 최신의 분석방법을 사용한 종합적인 연구가 아닌 일부지역을 대상으로 한 지하지질분석, 지구물리탐사 및 대수성시험 위주의 단편적 분석, 개념적 수문모델의 적용에 의한 대략적인 분석, 또는 일부지역을 대상으로 한 지하수 흐름분석 및 해수침투 분석 위주로 수행되었다. 이러한 기존의 연구들은 여러 가지 문제점을 내포하고 있는데 첫째, 일부지역의 지하지질이 제주도의 복잡한 지하지질특성을 대표할 수 없다는 점과 둘째, 개념적 수문모델은 제주도와 같이 강우의 큰 시공간적 변동성을 고려할 수 없으며 지하지질 특성의 공간적 변동성 또한 적절히 반영할 수 없다는 점 및 셋째, 지하수의 이동은 유역경계와 일치하지 않으므로 독립된 소유역을 대상으로 산정한 지하수 부존량은 소유역내 실제 지하수 부존량과 다를 수 있다는 점 그리고 마지막으로 개별적으로 수행된 지표수, 지하수 및 수질 분석들은 서로 연결성이 없어 이들 간의 상호작용을 고려하지 않아 그 결과의 신뢰성이 떨어진다는 점 등이다. 이러한 제주도에 대한 기존 연구들의 한계점을 극복하기 위해서는 제주도 전역에 대한 종합적인 연구가 필요하다. 이를 위한 방안으로서 제주도 전체를 대상으로 한 최신의 분포형 수문모델의 구축이 필요하며 이 수문모델은 지표수 및 지하수의 상호작용과 해수침투 및 수질 또한 모의할 수 있어야 할 것이다. 그리고 이 개발된 모형과 기후변화 시나리오를 사용하여 미래 수자원변화에 대한 대응이 필요하다. 이에 대한 해외연구사례로서 미국지질조사국이 하와이 섬들 및 괌 등에 대해 수행했던 연구들을 참고할 수 있다. 제주도 전체에 대한 신뢰할만한 종합적인 분석결과는 제주도 수자원의 정책수립에 기초로 활용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1885-1889
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• 2006

제주지역은 대륙과 해양을 연결하는 요충지로서 한라산을 중심으로 동서사면은 $3{\sim}5^{\circ}$의 완만한 경사를 이루고 있다. 연평균 강우량은 1,975mm로서 국내 최다우 지역이나 제주도의 지질 특성상 도내 대부분의 지역이 투수성이 높은 다공질 현무암으로 구성되어 있는 관계로 지표수의 발달이 미약한 반면 지하수가 풍부하게 부존되어 있으며 기저지하수, 준 기저지하수, 상위지하수, 기반암지하수로 이루어져 있다. 최근 우리나라의 교토의정서 비준으로 인한 온실가스 감축이 불가피함에 따라 대체 재생가능한 에너지를 이용한 풍력발전시대가 도래하고 있으며, 제주 행원풍력발전단지에 설치된 총 15기 발전장치의 현실성과 경제성 입증을 통해 제주지역의 풍력에너지를 이용한 지하수 취수시스템을 제안하였다. 본 연구는 제주, 고산, 서귀포, 성산포지역에 대한 제주지방기상청 연평균 풍속자료$(2004{\sim}2005)$를 통하여 대상지역내 적용 가능한 로터(Roter), 나셀(Nacelle), 타워(Tower), 발전기를 포함한 발전장치를 선정하였으며, 공기역학적(Aerodynamic)특성에서 전기에너지로 변환한 풍력에너지를 지하수 취수시스템으로 적용하기까지의 전력공급절차를 도출하였다. 또한 생산되어진 풍력에너지 용량에 적용 가능한 수중.육상모터펌프를 산정하여 '제주도 지하수개발.이용시설 설치 및 관리기준(2004)'에서 제시한 구조도를 바탕으로 대상지역내 지하수위를 고려한 지하수 취수시스템을 도시하였다. 제주도는 지형 및 지질적인 특성상 수자원을 지하수에 의존할 수밖에 없는 특수한 지역이므로 2002년말 통계를 살펴보면 생활용, 공업용, 농업용으로 각각 57만$m^2$, 11만$m^2$, 56만$m^2$를 포함한 1일 최대 124만$m^2$의 지하수를 사용하고 있다. 따라서 풍력에너지를 이용한 지하수 취수시스템을 도입하여 재생가능한 에너지이용 효과와 세계인이 공감하는 청정한 관광자원으로 활용 가능할 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2000.05a
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• pp.55-57
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• 2000

제주도 동부지역 지하수 염수화 원인을 규명하고자 주요이온성분분석과 환경동위원소 ${^3}H$함량분석을 하였다. 제주도 동부지역 지하수에 대한 각 주요이온과 염소이온과의 상관관계를 보면 지하수의 조성성분비율이 이 지역 연안해수의 것과 유사한 경향을 나타내고 있어 이들 지하수가 해수에 의해 염수화되고 있는 것으로 사료된다. 또한 ${^3}H$함량이 연안과의 거리가 먼 관정일수록 높게 나타났고, 가까운 관정은 해수침입의 영향을 받아 다른 관정보다 ${^3}H$함량이 낮고, 염소이온농도는 높게 나타난 것으로 보아 이 지역 지하수 염수화는 자연 염지하수나 암염등의 용해의 영향인 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.333-337
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• 2016

제주지역 지하수개발을 위해서는 굴착예정지역의 지하수위를 예측하고, 지하수 해석 모델을 이용하여 사용량에 따른 수위변동을 분석한다. 그러나 지하수 개발예정지역은 관측결과가 없는 미계측 지점으로 정확한 수위를 예측하기에는 한계가 있다. 일반적으로 실무에서는 분석유역 내 관측정의 관측수위와 모델에서 계산된 지점수위만을 비교한 후 부정류 해석을 실시한다. 이러한 경우 관측지점에 한하여 유사한 지하수위를 도출할 수 있지만 미계측 지역의 지하수위는 검증되지 않은 결과이기 때문에 정확한 부정류해석이 어렵다. 특히, 제주지역의 지하수흐름은 지역별 표고분포와 상이한 결과가 나타내기 때문에 실제 지하수흐름과 유사하게 묘사될 수 있도록 분석지역의 특성에 적합한 지하수 모델 분석방법이 필요하다. 본 연구에서는 지하수 해석모형을 이용하여 대정유역의 지하수흐름을 모의하고, 실무에서 적용되는 방법의 문제점을 파악하여 모델의 지하수흐름이 실제 흐름과 유사하게 묘사될 수 있도록 모델경계설정방안을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2003.04a
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• pp.67-72
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• 2003

제주도 동부지역에 설치한 심부관측정과 지하수 개발공에 대한 시추코아 지질검층, EC 및 수온검층, 지하수위 관측, 수질조사 등의 자료를 기초로 이 지역의 지하지질 분포와 지하수 부존특성에 대해 해석을 실시하였다. 제주도 동부 해발 200m 이하지역은 평균 해수면 하 90~120m 깊이까지 투수성이 좋은 용암류 누층으로 이뤄져 있으며, 일부지역에서는 서귀포층 상부에 유리쇄 설성 각력암층(hyaloclastite breccia)이 두껍게 분포하고 있어 담수지하수의 확산과 해수의 유입이 잘 일어날 수 있는 지질상태를 이루고 있다. 특히 서귀포층은 G-H비에 의한 담.염수 경계면 분포 깊이보다 깊은 위치에 존재하고 있어 제주도 서부지역에서처럼 담수지하수를 저류 해주는 역할을 기대하기 어려운 것으로 판단된다. 제주도 동부지역 지하수체는 수직적으로 담수지하수, 저염지하수, 염수지하수로 구분할 수 있으며, Ghyben-Herzberg 원리가 적용되는 담수렌즈(기저지하수) 두께는 일반적인 G-H비 보다 훨씬 얇은 평균 1:20의 비율을 나타냈다. 담수렌즈는 대체로 해안으로부터 내륙쪽 8km 지역까지 광범위하게 발달하고 있으며, 담수렌즈 포장량은 822백만톤(공극율 5%)에서 1,970백만톤(공극율 12%)의 범위로 추정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.206-206
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• 2022

제주도는 투수성이 좋은 대수층이 발달한 화산섬으로 지하수가 가장 중요한 수자원이다. 인위적 요인과 기후변화로 인해 제주도의 지하수위가 저하하는 추세를 보이고 있음에 따라 지하수의 적정 관리를 위해 지하수위의 정확하고 장기적인 예측이 매우 중요하다. 다양한 환경적인 요인이 지하수의 함양 및 수위에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지만, 제주도의 특징적인 기상인자가 지하수 시스템에 어떻게 영향을 미치는지를 파악하기 위한 연구는 거의 진행되지 않았다. 지하수위측에 있어서 물리적 모델을 이용한 방안은 다양한 조건에 의해 변화하는 지하수위의 정확하고 빠른 예측에 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 제주도 애월읍과 남원읍에 위치한 지하수위 관측정의 일 수위자료와 강수량, 온도, 강설량, 풍속, VPD의 다양한 기상 자료를 대상으로 인공신경망 알고리즘인 다층 퍼셉트론(MLP)와 Long Short Term Memory(LSTM)에 기반한 표준지하수지수(SGI) 예측 모델을 개발하였다. MLP와 LSTM의 표준지하수지수(SGI) 예측결과가 상당히 유사한 것으로 나타났으며 MLP과 LSTM 예측모델의 결정계수(R²)는 애월읍의 경우 각각 0.98, 남원읍의 경우 각각 0.96으로 높은 값을 보였다. 본 연구에서 개발한 지하수위 예측모델을 통해 효율적인 운영과 정밀한 지하수위 예측이 가능해질 것이며 기후변화 대응을 위한 지속가능한 지하수자원 관리 방안 마련에 도움을 줄 것이라 판단된다.