• The Journal of Engineering Geology
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• v.23 no.4
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• pp.375-380
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• 2013

The concept of safe yield places an emphasis on balancing groundwater withdrawal with groundwater recharge but ignores naturally occurring groundwater discharge. Because streams and their alluvial aquifers are closely linked in terms of water supply and water quality, to be properly understood and managed they must be considered together. Therefore, some districts in Kansas have reevaluated their safe-yield policies to account for natural groundwater discharge and stream-aquifer interactions by amending their safe-yield regulations to include a portion of baseflow as the minimum desirable streamflow (MDS). This study proposes a modified safe-yield policy in which the drought flow is chosen as the MDS. Baseflow separation was conducted from streamflow hydrograph and the results are presented as a flow-duration curve. The exploitable groundwater can be determined by subtracting MDS from the cumulative baseflow. This method was tested in the Musimcheon watershed, which was validated for streamflow using the SWAT-K model. The annually averaged exploitable groundwater in the whole watershed was estimated to be 86 mm. The exploitable groundwater amounts were also estimated for each subwatershed in the Musimcheon watershed.

• Journal of Wetlands Research
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• v.11 no.3
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• pp.1-8
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• 2009

The groundwater dependent ecosystem associated with a natural stream is the area where mixing and exchange of surface water and groundwater occurs due to large chemical and hydraulic gradients. Surface-groundwater interactions play an important role in biogeochemical processes in groundwater dependent ecosystems and make this area a hydro-ecological hot spot. The objective of this study is to characterize the groundwater dependent ecosystem in a natural stream where nitrate contamination of stream water is observed by means of hydrogeological, chemical, and biological methods. In this study, vertical flow exchange(hyporheic flow) rates between stream and groundwater were estimated based on vertical hydraulic gradients measured at mini-piezometers of various depths. To investigate the biological natural attenuation potential, biological analyses using polymerase chain reaction(PCR)-cloning methods were performed in this study. Results show that the veritical hyporheic water fluxes affect nitrate concentrations and bacterial densities in groundwater dependent ecosystems to some degree. Also, denitrifying bacteria were identified in hyporheic soils, which may support the biodegradation potential of the groundwater dependent ecosystems under certain conditions.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.38 no.4
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• pp.517-526
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• 2018

As groundwater recharge shows the heterogeneity in space and time due to land use and soil types, estimating daily recharge by integrated hydrologic analysis is needed. In this work, the SWAT-MODFLOW model was applied to compute daily based groundwater recharge in Jangseong region. The accuracy of the model was evaluated by comparing the observed and calculated values of the unsteady groundwater flow levels after calibrating the observed and calculated flow rates of the stream for a hydrological analysis. The estimated hydrologic components showed a strong correlation with each other and significant spatial variations regarding the groundwater recharge rate in accordance with the heterogeneous watershed characteristics such as subbasin slope, land use, and soil type. Overall, it was concluded that the coupled hydrologic models were capable of simulating the spatial variation with respect to the hydrologic component process in surface water and groundwater. The average recharge rate was estimated at approximately 20.8%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.124-124
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• 2022

가뭄시 유역 수문량은 하천수/지하수 취·배수, 하·폐수방류량, 용수재이용 등 복잡한 물이용체계에 따른 영향이 크지만 기존 가뭄시 수문량 평가는 이러한 복잡한 물이용체계를 고려하지 않아 정도 높은 예측에 어려움이 있다. 따라서 가뭄시 유력 내 상세물이용체계 및 수문환경특성 인자들의 상호작용 규명을 통한 정도 높은 수문량 평가 기술의 개발이 시급하다. 대하천 주변 광역상수도 공급지역은 가뭄 발생시에도 안정적으로 물이용이 가능하나, 중소하천을 수원으로 하는 하천의 상류지역은 가뭄시 물공급 안정성이 취약하다. 따라서 중소하천을 대상으로 가뭄시 물 공급시설의 효율적 운영, 물부족 위험도 평가, 가용수자원의 최적이용 등 종합적인 대책 마련을 위해서는 신뢰성 높은 수문량(하천유출량 및 수자원가용량) 예측이 필요하다. 가뭄에 따른 중소하천유역의 수문학적 유출거동을 평가하기 위한 해석 모형으로는 국내의 복잡한 유역 수문환경특성을 평가하기 위해 개발된CAT (Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)(김현준 등, 2012)을 이용하였다. CAT은 기후변화나 토지이용변화에 따른 유역의 수문환경특성 변동성을 정량적으로 평가하기 위해 개발된 모형이다. CAT은 인위적인 물이용체계 즉, 광역급수, 용수재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등을 분석하기 위한 툴을 제공하므로 가뭄시 상세물이용체계에 따른 시·공간적 수문환경특성 분석 및 수문량 평가를 위한 최적의 모형으로 선정하였다. 본 연구에서는 중소하천유역의 수문량 예측기술 실용화 기반을 마련하기 위하여 낙동강, 금강, 영산/섬진강 중권역을 대상으로 정밀 시공간 수문량을 평가하였다. 각 권역별 보정지점을 기준으로 관측유량 자료와 모의자료의 1:1비교를 통해 수문량 예측정확도를 산정하였으며, 모형효율(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE) 및 결정계수(Coefficient of Determination, R²)의 권역별 평균은 NSE 72%, R2 79%로 나타났으며, 대부분의 지점에서 70% 이상을 나타내어 환경부 및 지자체의 가뭄시 물관리 정책을 지원하기 위한 실용화 기반을 마련하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.35 no.6
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• pp.1259-1267
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• 2015

In Korea, rural groundwater development faces new challenge, which have not been experienced so far. The problem is a groundwater depletion by the water curtain cultivation (WCC) during winter season. This study investigates the groundwater depletion using three-dimensional finite difference groundwater flow program, MODFLOW to verify the water budget of the shallow aquifer of Cheongweon area. Interdisciplinary research, which has become a worldwide trend, has been adopted in studying groundwater modeling in field scale. In particular, the method of groundwater recharge estimation adopted precise modeling techniques, SWAT to groundwater flow modeling. Based on qualified field data, the model calibrated and validated its reliability. The objective of this study is to simulate various stream-aquifer interactions according to groundwater pumping with artificial boundaries, such as weirs and drainage system. We also analyzed a seasonal variation of cumulative water budget of the site to quantify the groundwater depletion and recovery in the pumping field.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.2
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• pp.177-187
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• 1998

The spatially integrated model (SIM) which can evaluate temporal variation of groundwater quality is proposed in the stream-aquifer setting entered by nonpoint source contaminants. And the developed SIM included unsaturated soil zone and was tested against the spatially distributed model (SDM) of the coupled advection-dispersion and Richards equations for the various hydrologic and aquifer simulating conditions. The result of the comparison showed that the average concentration responses of saturated aquifer and groundwater outflow between the SIM and the SDM was in good agreement, except for the case of the large dispersivity ratio and thick aquifer system. And it is shown that for the cases of the large dispersivity ratio and thick aquifer system the performance of the nonlinear SIM is better than that of the linear SIM for evaluating the average concentration of groundwater outflow response.

• Economic and Environmental Geology
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• v.36 no.5
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• pp.329-338
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• 2003

The purpose of this study is to identify the temporal and spatial variation of stable isotopic compositions of surface waters and shallow ground waters at a local watershed(100$Km^2$) near the Muju area. For oxygen and hydrogen isotope analysis, water samples were collected from 19-22 sites during August, October 2001, through April 2002. Seasonal variation in the isotopic compositions of surface waters was clearly shown. However, the degree of such isotopic variation was highly attenuated in shallow ground waters because of mixing with preexisting ground waters. Isotope values of surface waters and ground waters were very similar in each season, indicating that precipitation/ground water/surface water interactions were very active and continuous in the watershed. Stable isotopic ratios of surface waters in the study area were lighter than those of the downstream reach of Geum River on south, indicating “latitude effect”. Both “altitude effect” and “amount effect” were also shown in the stable isotopic ratios of surface waters in the study area as well as seasonal variation of stable isotopes.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.13-13
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• 2023

디지털 기술은 오늘날 플랫폼과 디지털 트윈의 기술도입을 통해 현실 세계를 네트워크와 가상세계와의 연결이 통합되어진 가상 현실 세계의 입문 도약이다. 현실에서 가상현실의 사이의 디지털 전환(digital transformation)에는 디지털 기술과 솔루션을 비즈니스의 모든 영역에 통합하는 것이 포함된다. 이러한 디지털 전환의 핵심은 데이터에 관한 것이며, 데이터를 활용하여 가치를 창출하고 고객경험과 비즈니스 영역을 극대화하는 방식을 제공한다. 최적의 데이터를 제공하기 위한 플랫폼과 가상 현실세계 구현을 위한 디지털 트윈의 상호연계 관한 기본 개념은 데이터 수집, 데이터 분석, 데이터 시각화 및 데이터 보고와 같은 데이터 비즈니스이다. 현장 데이터는 디지털 양식을 통해 수집, 기록, 저장된다. 현장 IoT 기반 데이터(사진 및 비디오 매체 등)는 지속적으로 수집되고 종종 다른 데이터베이스에 저장되지만 지리 공간적 위치에 연결되지 않는다. 모든 디지털 발전을 조화시키고 지하수 데이터에서 더 빠른 이해를 도출하기 위해서는 디지털 트윈이 시작되어야 한다. 단일 지하수플랫폼에서 현장 조건을 시각화하고 실시간 데이터를 스트리밍하며, 과거 3D 데이터와 상호작용하여지질 또는 지화학 데이터를 선택적 사용을 위해 지하수 플랫폼과 디지털 트윈이 연계되어야 한다. 데이터를 디지털 정보모델과 연결하면 디지털 트윈에 생명을 불어넣을 수 있지만 디지털 트윈의 가치를 극대화하려면 여전히 데이터 플랫폼 서비스와 전달 방식을 선택해야 한다. 지하수 플랫폼동시성을 갖는 디지털 트윈은 정적 및 동적 데이터를 저장하는 데이터베이스 또는 크라우드 서비스에서 데이터를 가져오는 API(애플리케이션 프로그래밍 인터레이스), 디지털 트윈을 위한 호스팅 공간, 디지털 대상을 구축하는 소프트웨어, 구성 요소 간 읽기/쓰기를 위한 스크립트, chatGPT 및 API를 활용할 수 있다. 이를 통해 수집된 데이터의 실시간 양방향 통신기술인 지하수 플랫폼 기술을 활용하여 디지털 트윈을 적용하고 완성할 수 있고, 이를 지하수 분야에도 그대로 적용할 수 있다. 지하수 분야의 디지털 트윈 기술의 근간은 지하수 모니터링을 위한 관측장치와 이를 활용한 지하수 플랫폼의 구축 및 양방향 자료전송을 통한 분석 및 예측기술이다. 특히 낙동강과 같이 유역면적이 넓고 유역 내 지자체가 많아 이해관계가 다양하며, 가뭄과 홍수/태풍 등 기후위기에 따른 극한 기상이변가 자주 발생하고, 또한 보 및 하굿둑 개방 등 정부정책 이행에 따른 민원이 다수 발생하는 지역의 경우 하천과 유역에 대한 지하수 플랫폼과 디지털 트윈의 동시성 기술적용 시 지하수 데이터에 대한 고려가 반드시 수반되어야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.44-44
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• 2018

조류(녹조)발생과 대응 연차보고서(2016)에 따르면, 낙동강 유역의 녹조현상은 2013년부터 해마다 발생했으며 국가적으로 가장 극심한 가뭄을 겪은 2015년의 경우 최장 161일 동안 지속되었음을 보고하였다. 이러한 녹조대응을 위해 환경부 국토부 등 관계기관은 댐 보 연계운영협의회 등을 통해 2016년 8월부터 낙동강 일부 댐 및 보에 대해 부분 방류를 실시하였다. 댐-보 연계운영에 따른 수문 수질 거동 분석은 국가 유역관리 측면에서 우선적으로 대비해야 할 중요한 문제이나, 댐보 연계의 효율적인 운영을 위한 정확한 분석과 평가에 대한 연구가 체계적으로 이뤄지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 낙동강유역($2,369km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 수질(SS, T-N, T-P)을 모의하였다. SWAT 모형 구축을 위해 낙동강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 다목적댐(안동댐, 임하댐, 합천댐, 남감댐, 밀양댐)과 다기능보(상주보, 구미보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보) 운영자료, 국가지하수정보센터에서 관측 및 관리하고 있는 지하수위 관측자료, 국가수질측정망 하천수 수질 측정자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성있는 수문 및 수질 보정을 위해 낙동강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 지하수위, 토양수분 및 수질자료를 이용하여 모형의 시공간적 보정(2005~2009)과 검증(2010~2017)을 실시하였다. 댐-보 연계운영 평가를 위해 환경부에서 제시한 4개의 연계운영 시나리오 중 3개의 시나리오((1) 댐+보 동시방류+제약수위 유지, (2) 보 동시방류+제약수위 유지, (3) 보 순차방류+제약수위 유지)를 선택하여 모의하였으며, 시나리오에 따른 수문 수질 거동을 분석하였다.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.18 no.5
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• pp.65-76
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• 2013

The water-table fluctuation (WTF) method has been often used for estimating groundwater recharge by analysis of waterlevel measurements in observation wells. An important assumption inherent in the method is that the water level rise is solely caused by precipitation recharge. For the observation wells located near a stream, however, the water-level can be highly affected by the stream level fluctuations as well as precipitation recharge. Therefore, in applying the WTF method, there should be consideration regarding the effect of stream-aquifer interactions. Analysis of water-level hydrographs from the National Groundwater Monitoring Wells of Korea showed that they could be classified into three different types depending on their responses to either precipitation recharge or stream level fluctuations. A simple groundwater flow model was used to analyze the errors of the WTF method, which were associated with stream-aquifer interactions. Not surprisingly, the model showed that the WTF method could greatly overestimate recharge, when it was used for the observation wells of which the water-level was affected by streams. Therefore, in Korea, where most groundwater hydrographs are acquired from wells nearby a stream, more caution is demanded in applying the WTF method.