Chang, Sun Woo;Kim, Jitae;Chung, Il-Moon;Lee, Jeong Eun
The Journal of Engineering Geology
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v.30
no.4
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pp.435-446
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2020
The use of groundwater in Korea has increased in recent years to the point where its extraction is restricted in times of drought. This work models the groundwater pumping field as a confined aquifer in a simplified simulation of groundwater flow. It proposes a genetic algorithm to maximize groundwater development using a conceptual model of a steady-state confined aquifer. Solving the groundwater flow equation numerically calculates the hydraulic head along the domain of the problem; the algorithm subsequently offers optimized pumping strategies. The algorithm proposed here is designed to improve a prior initial groundwater management model. The best solution is obtained after 200 iterations. The results compare the computing time for five simulation cases. This study shows that the proposed algorithm can facilitate better groundwater development compared with a basic genetic algorithm.
Groundwater flow and behavior have to be investigated based on heterogeneous subsurface formation since the homogeneity assumption of this formation is not valid. Over the past twenty years, stochastic approach and Monte Carlo technique have been utilized very efficiently to understand the groundwater flow behavior. However, these techniques require lots of computational and numerical efforts according to the various researchers' comments. Therefore, utilizing new techniques with much less computational efforts such as Artificial Neural Network (ANN) in the prediction of the stochastic behavior for the groundwater based on heterogeneous subsurface formation is highly appreciated. The current paper introduces the ANN technique to investigate and predict the stochastic behavior of a well draw down in a confined aquifer based on subsurface heterogeneous hydraulic conductivity. Several ANN models are developed in this research to predict the unsteady two dimensional well draw down and its stochastic characteristics in a confined aquifer. The results of this study showed that ANN method with less computational efforts was very efficiently capable of simulating and predicting the stochastic behavior of the well draw down resulted from the continuous constant pumping in the middle of a confined aquifer with subsurface heterogeneous hydraulic conductivity.
To investigate effects of fanning practice and $NO_3-N$ contents of groundwater in intensive horticultural greenhouse area of Yeongnam province, the groundwater samples from 1,370 sites were collected and analyzed. In addition, cultivation year, crops, desalinization methods, amounts of manure application, tube well depth and soil texture with clay contents were observed. Of the investigated sites, 19.7% of shallow groundwater and 1.3% of confined groundwater were exceeded over $10mg/{\ell}$ as the $NO_3-N$ drinking limit value, respectively. $NO_3-N$ concentration in groundwater was highly significantly correlative with clay content $(r=-0.241^{**})$, well depth $(r=-0.228^{**})$ and cultivation duration $(r=0.104^*)$, respectively. In case of desalting crop method being executed for desalinization of greenhouse soil, the $NO_3-N$ value of groundwater was lower than any other desalinization method. The fact that $NO_3-N$ contents of confined groundwater was affected by shallow groundwater was clarified by that $NO_3-N$ contents in shallow were significantly correlative with the confined groundwater $(r=0.532^{**})$.
Effects of climate change on groundwater system requires understanding the groundwater system in temporal and spatial scales through the long-term monitoring. In this study, the spatio-temporal variations of groundwater were analyzed through the continuous observation of water level, electrical conductivity (EC) and water temperature with automatic data-loggers and sampling in a Gwangneung catchment, Korea, for the four years from 2008 to 2011. Groundwater monitoring were performed at the nest-type wells, MW1 and MW2, located in upsteam and downstream of the catchment, respectively. During the survey period, both the total amount of annual precipitation and the frequency of concentrated rainfall have increased resulting in the elevation of runoff. Water level of MW1 showed no significant fluctuations even during the rainy season, indicating the confined groundwater system. In contrast, that of MW2 showed clear seasonal changes, indicating the unconfined system. The lag-time of temperature at both wells ranged from one to three months depending on the screened depths. Results of chemical analyses indicated that major water compositions were maintained constantly, except for the EC decreases due to the dilution effect. Values of the stable-isotope ratios for oxygen and deuterium were higher at MW2 than MW1, implying the confined system at the upstream area could be locally developed.
The National Groundwater Monitoring Network (NGMN) in South Korea has been implemented in alluvial/ bedrock aquifers for efficient management of groundwater resources. In this study, aquifer types were reclassified with unconfined and confined aquifers based on water-level fluctuation and water quality characteristics. Principal component analysis (PCA) of water-level data from paired monitoring wells of alluvial/bedrock aquifers results in the principal components of both aquifers showing similar water-level fluctuation pattern. There was no significant difference in the rate of water-level rises responding to precipitations and in the NO3-N concentrations between the alluvial and bedrock aquifers. In contrast, in the results classified with the hydrogeological type, the principal components of water level were different between unconfined and confined conditions. The water-level rises to precipitation events were estimated to be 4.6 (R2=0.8) in the unconfined and 2.1 (R2=0.4) in the confined aquifers, respectively, indicating less impact of precipitation recharge to the confined aquifer. The confined aquifers have the average NO3-N concentration below 3 mg/L, implying the natural background level protected from the sources at surface. In summary, reclassification of aquifers into hydrogeological types clearly shows the differences between unconfined and confined aquifers in the water-level fluctuation pattern and NO3-N concentrations. The hydrogeologic condition of aquifer could improve groundwater resource management by providing critical information on groundwater quantity through recharge estimation and quality for protection from potential contamination sources.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.5
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pp.139-145
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2009
An analytical solution of groundwater flow is applied to design soil vacuum extraction for removing volatile organic compounds from the unsaturation zone. The governing equation of gas or vapor flow in porous media is nonlinear in that gas density depends on gas pressure. A linear equation suggested by researcher is similar to that of groundwater flow. The pressure drawdowns of confined and leaky aqufiers are calculated using Massmann's field data, and the pressure drawdowns are compared. A solution of Theis equation calculated by Massmann is modified using GASSOLVE9 program in this paper. The pressure drawdown using Hantush's analytical solution for leaky aquifer also compared to that of Massmann. Hantush's analytical solution gives good approximations to pressure drawdown.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2003.09a
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pp.565-569
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2003
One-year-long groundwater-level data have been collected from 18 wells in Cheon-an area. The result of barometric efficiency, autocorrelation, cross-correlation and statistical distribution evaluated from the measurement data shows that groundwater-level measurements from observation wells are the principal source of information about aquifer characteristics. Data from WA-2 has high barometric efficiency as well as steady decreasing auto-correlation coefficient, which means nonleaky confined aquifer, Most aquifers in this study show the unconfined properties so that barometric efficiencies are mostly low and the coefficients of cross-correlation between groundwater-level and precipitation are commonly high. This study showed that the long-term groundwater-level monitoring data without artificial stress such as pumping would give accurate information about aquifer characteristics.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.09a
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pp.426-430
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2004
In aquifers connected hydraulically, the levels of groundwater respond to stream stages. Analytical solutions by Laplace transform and convolution integral are used to get some response patterns about hydrogeoiogic parameter such as hydraulic conductivity, specific storage in confined aquifer. This method has the advantage to do hydrogeologic parameter estimations only with stream stage changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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