군집 분석과 지하수위 모델을 이용한 인위적 하천수위 조절에 따른 지하수위 영향 정량적 평가

Abstract

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하천 정비 사업을 통한 보 건설 등으로 하천수위를 인위적으로 제어할 수 있게 됨으로써, 이로 인해 발생하는 지하수계의 변화가 유역의 자연환경과 농업 활동에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 보다 자세한 이해가 필요하게 되었다. 이러한 이해를 위해서는 하천 유역에서 지하수의 수량과 수질에 영향을 미칠 수 있는 지표수 - 지하수 상호 작용에 대한 통찰을 바탕으로, 지하수위 변화의 다양한 원인을 정량적으로 분석하는 것이 우선시 되어야 하며, 이를 바탕으로 적절히 관련 정책 등에 반영할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 하천수위 변화에 따른 인근 지하수 수위를 군집 분석을 통해 연구 지역 내 지하수를 변화 패턴의 유사성에 따라 분류하고, 지하수위 모델을 이용해 지하수위 변동을 일으키는 자연적/ 인공적 요인의 기여도를 개별적으로 정량화하고자 하였다. 또한 다양한 모델 시나리오를 통해 하천수위 조절 혹은 양수와 같은 인위적인 요소가 지하수위 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 연구에 사용한 모델링 기법은 지하수위 변화를 다중 요인에 의해서 일어나는 변화의 합으로 가정하고, 이를 요소별 물리적 모형을 이용해 구한 합성 지하수위를 실측 지하수위와 비교하여 모델 파라메터를 추정하였다. 이렇게 최적화된 모델을 이용하여 지하수위 총 변화량 중에서 강우량, 하천수위, 양수량 등 각각의 요인이 미치는 영향을 개별적으로 정량화하였다. 군집 분석 결과, 연구 지역의 지하수는 상호 유사성이 높은 두개의 그룹으로 나눌 수 있고, 이러한 차이는 주로 하천과의 지리적인 거리에 기인한 것으로 나타났다. 한편, 지하수위 모델을 통한 분석 결과 하천 수위 조절 기간 중 지표수 수위 하강이 지하수위 하강에 기여하는 비율은 시간에 따라 약 50% ~ 90%로 나타나고, 하천수위 조절에 의한 지하수위 하강은 최대 2.0 m, 양수에 의해서는 최대 0.5 m의 추가적인 지하수위 하강이 발생한 것으로 분석되었다. 향후 이러한 연구 결과는 하천 환경을 유지하면서도 농업 활동을 위축시키지 않는 최적의 하천 관리 방안을 수립하는데 활용할 수 있을 것이다.