KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.4
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pp.383-391
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2020
In this study, Hunt's analytical solution and Ward & Lough's analytical solution for two-layered leaky aquifer system were used to estimate stream depletions due to shallow and deep groundwater pumping, and their differences were compared. Depending on the combination of the separation distance between the stream and the well, the transmissivity and the storage coefficient of the aquifer, and the leakage coefficient between the upper and lower layers, the stream depletion, which is the amount of stream water reduction compared to the amount of groundwater pumping, for each of 45,000 cases was calculated for both shallow and deep groundwater pumping, and the differences were analyzed quantitatively. When the leakage coefficient was very small, with a value of 10-61/d, the difference in the average five-year stream depletion due to the pumping of shallow and deep groundwater showed a large deviation of up to 0.9 depending on the given hydraulic characteristics; this value exponentially decreased as the stream depletion factor (SDF) increased. This exponential relationship gradually weakened as the leakage coefficient increased due to interaction effects between layers, resulting in a small difference of up to 0.2 when the leakage coefficient reached 10-31/d. Under the condition of greater interlayer hydraulic connectivity, there was little influence of the depth of groundwater pumping on the stream water reduction.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2003.09a
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pp.511-514
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2003
Nowadays, wells tapping the deep aquifers become general because water quality of the shallow groundwater has been gradually degraded over the last 30 years as a result of rapid industrialization and intensive agricultural activities. However, many of the deep wells also suffer problems of water-quality degradation in several years after the well installation, nevertheless those were properly completed and managed. It is believed that the heavy pumping from deep wells causes the doward movement of the contaminated, shallow groundwaters and introduces them into the deep aquifers. In this study, we introduces a shallow capture well system, which could effectively prevent the shallow groundwaters of poor water duality from moving into the deep aquifers by pumping of deep production wells. Even though additional costs are required to apply this system, we believe that this method could be appropriate for the deep wells that are important for the public health.
Lee, Jeongwoo;Chung, Il Moon;Kim, Nam Won;Hong, Sung Hoon
Journal of Korea Water Resources Association
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v.49
no.11
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pp.923-930
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2016
This study was to evaluate the stream depletion from groundwater pumping in shallow aquifer using the Hunt's analytical solution (2009) which considers a two-layer leaky aquifer-stream system. From the total 2,187 cases of simulations with combinations of various aquifer and stream properties, the streamflow depletion rates divided by the groundwater pumping rate showed the low values when the stream depletion factor (SDF) is higher than 1,000-10,000, and was more sensitive to the aquitard hydraulic conductivity than the streambed hydraulic conductivity. The comparison of the Hunt's solution (2009) with the Hunt's solution (1999) of a single layer aquifer indicated that the maximum difference between the dimensionless stream depletions calculated by using both solutions is above 0.3, and the stream depletion is significantly affected by the hydraulic properties of the $2^{nd}$ layer as the SDF of the first layer increases. The Hunt's solution (2009) was applied to the real shallow groundwater well that is located in Chunju-Si, and the results revealed that the groundwater pumping has significant effects on streamflow in a short period of time, showing that the dimensionless stream depletion exceeds 0.8 within a few days. It was also found that the shallow groundwater pumping effects on stream depletion are highly dependent on the stream-well distance for the locations with high hydraulic diffusivity of $1^{st}$ layer and low vertical leakance between $1^{st}$ and $2^{nd}$ layers.
Alluvial beds are intimately associated with electrical properties related to soil types, including clay mineral content, porosity, and water content. The hydraulic property governs water movement and storage in alluvial beds. This study revealed electrical resistivity and hydraulic properties in space and time in relation to the hydrogeological data, groundwater pumping, and rainfall infiltration into the alluvial bed located in Daesan-myeon, Changwon City. An electrical resistivity survey with electrode spacings of 2 and 4m using a dipole-dipole array indicates that electrical resistivity changes in the alluvial bed depend on groundwater pumping and rainfall events. Additionally, rainfall infiltration varies with hydraulic conductivity in the shallow zone of the alluvial bed. The 2 m electrode spacing survey confirms that electrical resistivity values decrease at shallow depths, corresponding with rainfall and increased water content in the soil, indicating rainfall infiltration approximately 1-2 m below the land surface. The 4m electrode spacing survey reveals that hydraulic conductivity (K) values and electrical resistivity (ρ) values display an inverse relationship from the surface to the water table (approximately 9 m) and at deeper levels than the water table. Notably, ρ values are impacted by pumping around the depth of the water table at 9 m. This study suggests that time-lapsed electrical resistivity surveys in space and time could be effective tools for detecting the impact of rainfall and pumping, as well as hydraulic conductivity in shallow alluvial beds.
It is sometimes necessary to change the location of the collection conduit, which is constructed in shallow sediments in a stream, if the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ become too high for water treatment. A total of nine wells, including four shallow wells with a depth of 3 m and five deeper wells with a depth of 6 m, were installed in the study area at Naeseong-cheon in Yecheon-gun. The change in hydrogeochemical features of groundwater and the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ were examined at the wells during 5 hours of pumping. As pumping was performed, the velocity of groundwater flow was increased around the pumping well and aeration conditions were developed to precipitate iron and manganese oxides in an oxidizing environment. In addition, the concentrations of $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ at the pumping well were increased following the mixing of surface water and groundwater. It is suggested that the center region of the stream would be more suitable for a new collection conduit, considering the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ in groundwater and their reducing effect during pumping. The installation of a collection conduit based on field tests performed to ensure water quality enables a reduction in the construction and management costs at water treatment facilities.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2005.04a
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pp.61-64
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2005
The calculated characteristics of groundwater within the Youngsan river basin are : casing depth-17.1m, well depth-74.8m, natural water-2.6m, pumping water-43.9m, yields-391$m^3/D$, transmissivity-16.3$m^3/D/m$, storativity-0.068. As far as hydrogeological units are concerned, in casing depth, weathered granites are deepest followed by gneiss, volcanics, and sediments. In major aquifer development areas, sediments are deepest followed by volcanics, granites and gneiss in more shallow areas, Altogether, the major aquifar development depth of the Youngsan river basin is within the $35{\sim}60m$ range.
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.
Lee, Jeongwoo;Kim, Nam Won;Chung, Il Moon;Cha, Joon Ho
Journal of Korea Water Resources Association
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v.48
no.9
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pp.769-779
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2015
The streamflow depletion due to groundwater pumping from deep aquifer near the Juksan stream has been simulated, in this study, by using the surface water and groundwater integrated model, SWAT-ODFLOW in order to analyze the relationship between the stream depletion and hydraulic properties of aquifer and streambed, and to spatially assess the streamflow depletion. The simulated results showed that the streamflow depletion rate divided by the pumping rate for each well location ranges from 10% to 90% with reflecting the various well-stream distance, transmissivity, storativity, and streambed hydraulic conductance. In particular, the streamflow depletion exceeds about 50% of pumping rate for conditions with transmissivity higher than $10m^2/day$ or storage coefficient lower than 0.1. The simulated results in the form of spatial maps indicated that the spatially averaged percent depletion of streamflow is about 53.6% for five years of pumping which is lower than that for shallow aquifer pumping by 12.9%. From the spatially distributed stream depletion, it was found that higher and more rapid stream depletion to pumping occurs near middle-downstream reach.
The groundwater heat pump system(GWHP) is one of the most efficient ground source heat pump system(GSHP) which uses low grade and shallow geothermal energy for cooling and heating purpose. The GWHP system shall be designed properly based on peak block load performance and optimum pumping rate of groundwater comparable to ground coupled heat pump system(GCHP). The optimum pumping rate depends on groundwater temperature at a specific site, size of plate heat exchanger, and total head loss occurred by whole system comprising pumps and pipings. The required optimum flow rates of the system per RT are ranged from 3.8 to 9.8lpm being less than the typical building loop flow of 9.5 to 11.4lpm.
Water curtain cultivation (WCC) systems in Korea have depleted water resources in shallow aquifers through massive pumping of groundwater. The goal of this study is to simulate the groundwater variations observed from massive groundwater pumping at a site in Cheongweon. MODFLOW was used to simulate three-dimensional regional groundwater flow, and the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) watershed hydrologic model was employed to introduce temporal changes in groundwater recharge into the MODFLOW model input. Additionally, the estimation method for groundwater discharge in WCC areas (Moon et al., 2012) was incorporated into a groundwater pumping schedule as a MODFLOW input. We compared simulated data and field measurements to determine the degree to which winter season groundwater drawdown is effectively modeled. A simulation time of 107 days was selected to match the observed groundwater drawdown from November, 2012 to March, 2013. We obtained good agreement between the simulated drawdown and observed groundwater levels. Thus, the estimation method using daily minimum temperatures, may be applicable to other cultivation areas and can serve as a guideline in simulating the regional flow of riverside groundwater aquifers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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