제주도 지하수 수리자료를 이용한 시계열 분석, 지하수 함양량 추정 및 지하수 관리방안 연구
저자
발행사항
춘천 : 강원대학교 대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)-- 강원대학교 대학원 : 지질학과 2012. 8
발행연도
2012
작성언어
한국어
주제어
KDC
539.114 판사항(5)
발행국(도시)
강원특별자치도
기타서명
Time series analysis, estimation of groundwater recharge using groundwater data and groundwater management of Jeju Island
형태사항
vi,62 L. ; 26 cm
일반주기명
강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수:이진용
참고문헌 : L.54-57
소장기관
The Jeju Island has highest groundwater pumping amount and groundwater recharge in the Korea, and this area needs under thorough groundwater management for groundwater quality. In this study, groundwater data of water levels, water temperatures, electrical conductivities, precipitation and air temperatures were analyzed using time series analyses, and estimated groundwater recharge at Jeju Island. Also, we studied groundwater management on climate change and increasing of groundwater usage. First, the water levels, water temperatures, electric conductivities, precipitation and air temperature were analyzed using linear regression analysis. Result of the linear regression analysis, the water level indicated that 49.6-64.0% of the monitoring wells decreased, the water temperature indicated that 39.3-43.1% of the monitoring wells increased, the electrical conductivity indicated that 45.0-64.0% of the monitoring wells increased, the precipitation indicated that 45.7-93.5% of the monitoring wells increased, the air temperature indicated that 75% of the monitoring wells increased. The water levels, water temperatures, electric conductivities, precipitation and air temperature were analyzed using Mann-Kendall test and Sen’s test. In 95% confidence level, 28.7% of the monitoring wells were increased water level, 27.1% were decreased water level and 44.2% showed no trend. In same confidence level, 28.3% of the monitoring wells were increased water temperature, 30.1% were decreased water temperature and 41.6% showed no trend. In 95% confidence level, 37.8% of the monitoring wells were increased electrical conductivity, 29.1% were decreased electrical conductivity and 33.1% showed no trend. In case of precipitation, 1.1% of regional meteorological offices were increased precipitation and 98.9% showed no trend. The air temperature were analyzed that all regional meteorological offices showed no trend. We examined the temporal variations in and relationships among groundwater level, groundwater temperature, and electric conductivity, and estimated groundwater recharge at Jeju Island. The time lag and regulation time of groundwater level data revealed that JR-DH, JD-GN2, JD-MR1 and JM-AS well has the highest auto-correlation (lag time: 501-599 days). The cross-correlations for precipitation-water level, electric conductivity-water level, and air temperature-water temperature revealed that JD-HM (time lag: 1 day; coefficient of correlation: 0.29), JR-SG2 (time lag: 1 day; coefficient of correlation: 0.88), and JI-WJJ2 (time lag: 1 day; coefficient of correlation: 0.87) had the highest cross-correlations, respectively. The average of groundwater recharge ratio was 39.6%, and the annual average groundwater recharge amount was 1,153,490,407 m3, which is consistent with the results of previous studies. The groundwater recharge amount will be decreased in case that air temperature and precipitation are increasing by global climate change. Although precipitation are increasing, snowfall which had well groundwater recharge are decreasing lower than before. The Jeju Island has large saline groundwater usage amount, and usage amount showed significant increase trend. The saline groundwater heavy usage can make problem of seawater intrusion. Therefore, artificial recharge technique and underground dam have to develop for preparations of environmental change and prevention of seawater intrusion.
더보기제주도는 면적 대비 지하수 사용량과 지하수 함양량이 국내에서 가장 많은 곳으로서 지하수의 철저한 관리가 중요한 지역이다. 본 연구에서는 제주도에서 2001년부터 2010년까지의 지하수위, 지하수온, 전기전도도의 장기관측자료를 이용한 시계열 분석을 통하여 변동특성 및 상관관계를 평가하고 지하수위 변동법을 이용한 지하수 함양량 추정을 하였다. 또한 기후변화와 지하수 이용량 증가에 대한 지하수 관리방안에 대하여 연구하였다. 먼저 지하수위, 지하수온, 전기전도도, 강수량과 기온의 변동특성을 분석하기 위해 모수적 경향분석법인 선형회귀분석과 비모수적 경향분석법인 Mann-Kendal test와 Sen's test를 적용하였다. 선형회귀분석은 시자료, 일평균, 월중앙, 연중앙값에 대하여 2001-2005년, 2006-2010년, 2001-2010년, 2001-2009년으로 기간별로 각각 분석하였다. 선형회귀분석 결과 지하수위는 전체 관측정의 49.6-64.0%가 감소하였고 수온은 39.3-43.1%가 증가, 전기전도도는 45.0-64.0%가 증가, 강수량은 45.7-93.5%가 증가하였으며 기온은 75%가 증가하였다. Mann-Kendal test와 Sen's test의 경우 신뢰수준 95%로 분석한 결과 지하수위는 전체 관정 중 28.7%가 증가, 27.1%가 감소, 44.2%는 무경향으로 나타났다. 수온은 같은 신뢰수준에서 전체 관정의 28.3%가 증가, 30.1%는 감소, 41.6%는 무경향으로 나타났다. 전기전도도의 경우 37.8%는 증가, 29.1%는 감소, 33.1%는 무경향으로 분석되었다. 강수량은 1.1%가 증가하였으며 감소하는 관정은 없었으며 98.9%가 무경향으로 나타났다. 기온은 4개 기상대에서 모두 무경향인 것으로 분석되었다. 또한 다른 시계열분석 방법인 자기상관분석, 스펙트럼 밀도분석, 교차상관분석을 실시하였다. 지하수위 자료에 대한 자기상관분석 결과 JR대흘, JD김녕2, JD무릉1, JM안성의 지연시간이 501-599일로 가장 긴 지연시간을 가지고 있었으며 스트레스로 인한 지하수위의 변동 영향이 크지 않고 본래 상태로 돌아오는데 소요되는 시간이 긴 것으로 나타났다. 스펙트럼 밀도분석 결과에서는 JD무릉1, JR대흘, JM안성, NM동흥의 조절시간이 144-257일로 나타나 대수층의 영향 지속시간이 가장 긴 것으로 나타났다. 지역별로는 대정지역의 평균 지연시간과 평균 조절시간이 각각 271일, 70일로 가장 자기상관성과 스트레스의 지속시간이 길었다. 교차상관분석을 통하여 강수량과 지하수위의 상호연관성을 분석하였다. 분석 결과 JD하모가 최대지연시간이 1일로 가장 짧게 나타나 강우이벤트가 수위에 영향을 주는데 소요되는 시간이 1일인 것으로 나타났으며 최대상관계수는 0.29로 분석되었다. 지역별 평균분석 결과 대정지역이 평균 최대지연시간이 2.6일, 평균 최대상관계수가 0.23으로 가장 상호연관성이 높은 것으로 나타났다. 전기전도도와 수위의 교차상관분석 결과 JR서광1이 최대지연시간 0일, 최대상관계수 0.88로 상호연관성이 가장 높으며 전기전도도가 높은 해수 또는 지하수의 영향이 짧은 시간 내에 매우 크게 나타난 것으로 분석되었다. 지역별로는 구좌지역이 평균 최대지연시간이 24일, 평균 최대상관계수가 0.19로 전기전도도와 지하수위의 상호연관성이 가장 높았다. 기온과 지하수온의 교차상관분석 결과 JI원종장2의 최대지연시간이 1일, 최대상관계수가 0.87로 가장 상호연관성이 높았다. 지역별로는 안덕지역의 평균 최대지연시간이 22일, 평균 최대상관계수가 0.03으로 가장 상호연관성이 높았다. 지하수위 변동법을 이용하여 제주도 전체 지하수 함양률과 함양량을 추정하였다. 각 관정의 평균 지하수 함양률은 39.6%이었으며 제주도 전제 지하수 함양량은 1,153,490,407 m3이었다. 각 지역별 평균 함양률은 조천지역이 65.6%로 가장 높았고 추자지역이 20.8%로 가장 낮았다. 이전 연구 사례에서의 제주도 지하수 함양률과 함양량 추정 결과는 9.37-48.9%, 1,490,000,000-1,753,000,000 m3 범위로 나타났으며 본 연구에서의 추정 결과와 크게 다르지 않았다. 전 지구적인 기후변화의 영향으로 기온과 강수량이 증가하는 경우 지하수 함양량은 반대로 감소할 수 있다. 강수량이 증가하더라도 높은 기온 때문에 지하수 함양이 더 많이 되는 적설량이 상대적으로 감소하기 때문이다. 또한 제주도에서는 염지하수의 사용량이 많고 점차 증가하는 추세이므로 염지하수 과다사용으로 인한 해수침투의 피해가 발생할 수 있다. 따라서 앞으로 변화되는 환경에 대비하고 해수침투 피해를 방지하기 위해서는 인공함양기술, 지하댐 개발이 필요하다. 또한 대형 원예농장, 관광지, 먹는샘물 공장의 과도한 지하수 사용으로 인한 지하수위 저하를 방지하기 위하여 꾸준한 지하수 모니터링이 필요하다.
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