국가 지하수 관측 및 분석

2007. 4. 5.

한국수자원공사지하수정보센터

백건하

1

목 차

1. 지하수 관측 개요

2. 국가 지하수 관측망 현황

3. ’05 지하수 관측 결과

4. 국가 관측망 관리 시스템

5. 국내 지하수위/수질 특성

6. 향후 계획

2

1. 지하수 관측 개요

3

지하수 관측의 필요성

지하수 고갈

지하수의 난개발과과도한 채수

과학적 관리 미흡

지하수 수량/수질기초자료의 부족

지하수 오염

인간활동으로 인한지하수 수질 오염

지하수 장해 발생l 지하수 오염 확산

l 이용가능 지하수 감소l 지반침하l 물 부족 심화

지하수 관측시스템

l 지하수 오염 및 고갈 방지

l 지하수자원의 효율적 관리와 안정성 확보

4

지하수 관측망의 일반적인 분류

1차 관측망

광역적인 지하수 정보제공

Key Station 역할

2차 관측망

1차 관측망의 보조역할

국지적인 관측

관측목적에 따라 특징적으로 운영

임시 관측망

개별사업의 목적달성을 위해 설치

목적달성 후 폐쇄

국가 지하수 관측망

지하수 수질 측정망

보조 지하수 관측망

해수침투 관측망

먹는샘물 관측망

지하수 영향조사 관측정

지하수 기초조사 관측정

5

우리나라의 지하수 관측망

지방자치단체 ⇔ 건설교통부 ⇔ 환경부, 농림부자 료

종합관리

기존시설 활용 및신규 굴착

기존시설 활용 및신규 굴착

기존시설 활용 및 신규굴착

신규 굴착설치방법

-수위, 수온, 전기

전도도(매 1시간)

-지하수 수질 (연간

2회, 환경부에서

정하는 항목 )

-수위 (월 1회이상)

-지하수질 (연간 2회)

-수위, 수온, 전기

전도도(1일 4회)

-지하수 수질

(연간 2회)

관측항목

자동관측수동관측,

필요시 자동관측

수동관측,

필요시 자동관측자동관측관측방법

75개소

(계획:192)

-제주도 56개소포함

2,021개소

(필요시 확대)

10,000개소

(2011까지)320개소갯 수

농림부환경부지방자치단체건설교통부관리주체

해수침투조사관측망

지하수 수질 측정망보조 지하수 관측망국가 지하수 관측망구 분

6

2. 국가 지하수 관측망 현황

7

국가 지하수관측망 설치근거

u 근 거 : 지하수법 제17조

u 목 적n 전국 주요지점에 정기적인 지하수관측을 지속적으로

실시하여 국가 지하수 및 수자원 정책수립에 필요한 자료의축적 및 제공

n 지하수 장해지역에 대한 감시역할을 수행하여 지하수 장해사전 방지 및 대책수립에 필요한 기초 지하수문 자료의 제공

u 성격 및 위상n 지하수 관련 국가의 기초 관측시설 Basic Station

n 전국의 지하수 상황을 대표하는 National Representative Station

n 타 관측망의 기준이 되는 Key (core) Station

n 타 관측망에 우선하는 Primary Station

n 특수목적의 타 관측망과 구별되는 General Station

8

국가 지하수관측망 설치대상지역

u 78개 지하수소유역 기준으로 전국적으로 균등 배치

u 주요 지하수 함양 및 배출지역에 배치

u 단위면적당 지하수 이용량이 많은 지역에 배치

u 시설의 유지관리가 용이한 지점

2727303433152037453715320갯 수

’05‘04‘03‘02’01‘00‘99‘98‘97‘96‘95계연 도

9

국가지하수 관측망 분포도

10

0.32320한국

1.6577대만

9.8

11

40

1지점/0.2~3 km2

0.5

30 (다공질매질)0.06 (카르스트지역)

지하수 관측소 밀도(100 km2당 개수)

6,228영국

4,000네덜란드

51,650독일

54개 station에 550개핀란드

200덴마크

3,100오스트리아

관측소 개수(지점)국가명

주요국가의 지하수위 관측망 설치현황

11

u 보호시설물관측정, 관측장비 등을 보호하기 위하여 설치한 조적조 건축물 혹은 단자함

조적조건축물 단자함

12

u 관측정: 암반지하수 관측정과 충적층지하수 관측정으로 구성

심도 70 m 내외 심도 20 m 이내

13

u자동관측장비

관측센서와 관측자료 저장 로거부로 구성

14

u원격자료 송수신 장치

무선 및 유선관측망으로 구분

15

u관측장비 전원공급 방식

16

국가 지하수관측망 운영

u자동관측 : 수위, 수온, 전기전도도 1일 4회

14.5 (℃)1℃수 온

지하수위 28.33 (El.m)

지하수심도 6.25 (m)2m지 하 수 위

전기전도도

항 목

μS/㎝

단 위

0

소수점이하자리수

158 (μS/㎝)

예시

u수질검사 : 연2회(상반기, 하반기)

- 지하수 생활용 기준 (19개 항목)

17

국가 지하수관측망 관리

u 유지관리n 정기 및 긴급점검 정비팀을 운영하여 정기적으로 관측소를

방문, 시설물 관리와 관측값의 신뢰도 검증(연 6회 이상)

n 정기점검 6개 팀과 긴급점검 2개 팀 운영

본체부

관측정

관측소

주요 설비

• CABLE 상태

• 프로그램 동작상태

• 기록 데이터 수거

• 심도측정(암반층, 층적층)

• 자연수위 측정

• 청소 및 주변 정리

점검정비 내용

자료전송장치

(RTU)

전원부

센서부

주요 설비

• CPU 동작 상태

• 모뎀동작 상태

• 선로 상태

• 태양전지 상태

• 상용전원 상태

• 배터리 상태

• 수위센서 상태

• 전기전도도센서 상태

• 온도센서 상태

점검정비 내용

18

관측자료의 관리

Ethernet

Database

NGMN (RTU)

K-WATER Oracle DB

Server

NGMN Management System

Data transfer/receiving

server

On-line

Off-line

Internet

Internet

Ethernet

Monitoring stations

Data transfer

System Manager PC

Status PC

Manager

Field Inspection Team Citizens

Internet

Internet

u 관측자료 등은 국가지하수관측망관리시스템에서통합관리하고 인터넷에 자료 제공

19

관측자료의 활용

u매년 지하수관측연보를 발간하여 중앙정부 및 자치단체, 지하수전문기관 및 대학 등 관련기관에 배포

u지하수관측 전산자료 제공(www.GIMS.go.kr)

n 이용자: 대학연구자, 엔지니어링업체, 지하수영향조사기관, 지열냉난방업체 등

20

3. ’05년 지하수 관측결과

21

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

전 체 암반층 충적층

평균

지하

수 심

도(m

)

전 체

한 강

낙 동 강

금 강

섬 진 강

영 산 강

지하수 평균 심도(2005)

3.856.605.61영 산 강

5.065.275.20섬 진 강

5.425.285.33금 강

4.967.156.40낙 동 강

5.456.526.17한 강

5.126.315.91전 체

충 적 층암 반 층전 체

평균지하수심도 (DTW, m)구 분

•분석 : 293관측소

- 암반 : 293공

- 충적 : 148공

22

최근 3년간 지하수위 변화

지하수위(m)강우량(mm) 1,282

5.865.60 5.821,788 1,310

구분 2005년2004년2003년

지하수위 연간 변동폭(2005)

u 연간 지하수위 변동폭(최고수위-최저수위) : 2.58m

• 암반관측정 연평균 수위변동폭 : 2.79m

• 충적관측정 연평균 수위변동폭 : 2.18m

23

지하수 수온 관측결과(2005)

u 연평균 지하수온 : 14.4℃

• 암반관측정 : 14.4 ℃ (평균변동폭 : 1.3 ℃)

• 충적관측정 : 14.4 ℃ (평균변동폭 : 4.2 ℃)

• 대부분 10~15℃(303개, 70%) 구간에 분포

지하수 EC 관측결과(2005)

u 연평균 지하수 EC : 429 μS/cm

• 암반관측정 : 447 μS/cm

• 충적관측정 : 395 μS/cm

24

4. 국가 관측망 관리시스템

25

국가지하수관측망 관리시스템

www.GIMS.go.kr/monitor

26

지하수관측망 관리시스템

27

자료 전송 관리

점검정비 업무 관리

관측소 이력 관리

응용분석 프로그램

웹 기반

운영/관리시스템

PC 기반

응용 프로그램

상황판

관측자료 수신

분석결과 저장

데이터 베이스

수자원공사 오라클 DB

관측망 관련 정보 조회

지하수관측망 관리시스템 주요기능

28

실시간 관측자료

관측소 정보

관측연보

관측자료분석 결과

6시간단위로 자동 관측하여 송수신하는지하수위, 온도, 전기전도도 자료 조회

관측소 위치, 관측정 제원, 수질분석 결과등 관측소 관련 정보 조회

매년 발간하는 지하수 관측연보 자료 조회

국가 지하수 관측망 관리시스템의응용분석프로그램 분석결과를 조회

지하수 관측소관련 정보조회 기능

29

자료전송 이상관측소 및 문제발생관측소 현황 도시

신속한 “이상”관측소 인지및 조치

실시간 지하수관측망 자료전송 상황판

30

3) 점검정비원 문자메시지 확인후 해당 관측소로

이동하여 정비

4) 정비 완료후 현장점검표에 입력

자료전송 상태를 인터넷을 통하여 점검(업무진행 순서)

1) 관리자 “결측” 또는 “자료 이상”

관측소 인지 및 확인

자료전송 내용 확인

2) 점검정비원에게 이상내용

문자메시지 발송

- 인터넷 상에서 SMS서버를

이용하여 자동으로 송신

v

v

지하수 관측소 자료전송 기능

31

지하수관측망 관리시스템 서비스화면

32

지하수관측망 관리시스템 서비스화면

33

지하수관측망 관리시스템 관리기능

34

지하수관측망 관리시스템 관리기능

35

자동관측된 지하수위 및 지하수질 자료를 통계분석하여각종 지하수관련 인자 추출 및 예측

proMOD ver.1.0 프로그램

□ 주요 분석 모듈

ü 시계열 분석 모듈

- 칼만필터링 알고리즘을 이용한 ARIMA 시계열 모형추정/예측

ü 지하수위 변동자료분석을 통한 함양율 산출 모듈

ü 상관성 분석 모듈 : 수위 및 강우량 상관성 등

- 자기상관함수, 교차상관함수

ü 수질경향성 분석 모듈 : 지하수질의 악화 여부 판단

- Sen’s Test, Mann-Kanndal Test

36

proMOD ver.1.0 분석기능 - 시계열분석

37

proMOD ver.1.0 분석기능 - 수질경향성

38

proMOD ver.1.0 분석기능 – 상관성(수위-강우)

39

proMOD ver.1.0 분석기능 – 함양량분석

40

proMOD ver.1.0 분석기능 – 지하수위분석

41

5. 국내 지하수위/수질 특성

42

2

125

210

318353

724

342

30

200

400

600

800

0.00~0.04 0.07~0.11 0.14~0.18 0.21~0.25

Recharge rate

Fre

quency

0.723범위0.629범위

-0.33812왜도-0.33777왜도

2.103281첨도2.10186첨도

0.003633분산0.002746분산

0.060277표준 편차0.0524표준 편차

0.217최빈값0.189최빈값

0.166중앙값0.144중앙값

0.001322표준 오차0.001149표준 오차

0.149162평균0.12969평균

Delta = 0.01Delta = 0.005

지하수 함양률 산정 (지하수위 강하곡선)지하수 함양률 산정 (지하수위 강하곡선)

43

Han River (Deep wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Han River (Shallow wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Nakdong River (Deep wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Nakdong River (Shallow wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

유역별 연도별 지하수 함양량 비교 ( δ= 0.005)유역별 연도별 지하수 함양량 비교 ( δ= 0.005)

44

Geum River (Deep wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Geum River (Shallow wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Seomjin River (Deep wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Seomjin River (Shallow wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Yeongsan River (Deep wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

Yeongsan River (Shallow wells)

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Year

Recharg

e R

ate

45

광주유덕 암반 및 충적 관측정 지하수위 변동

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

00/1/1 00/3/1 00/4/30 00/6/29 00/8/28 00/10/27 00/12/26

암반

충적

광주 기상관측소 강우량 변동

0

20

40

60

80

100

120

0 60 120 180 240 300 360

진주초전 암반 및 충적 관측정 지하수위 변동

14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

18.0

00/1/1 00/3/1 00/4/30 00/6/29 00/8/28 00/10/27 00/12/26

암반

충적

진주 기상관측소 강우량 변동

0

50

100

150

200

0 60 120 180 240 300 360

강우 vs 지하수위 변동강우 vs 지하수위 변동

46

교차상관계수 상관도

(강우량 VS 지하수위 변동)

교차상관계수 상관도

(관측정 VS 우량국 거리)

수문인자와 지하수의 상관관계수문인자와 지하수의 상관관계

47

교차상관계수 상관도

(하천수위 VS 지하수위 변동)

48

Chloride (Chloride (’’95~95~’’01)01)

. . 황색황색 : : 상승상승

. . 청색청색 : : 감소감소

. . 무색무색 : : 경향경향 없음없음

지하수질의 추세분석 결과도지하수질의 추세분석 결과도

49

6. 향후 계획

50

Ø 지하수 관측주기의 조정 운영

§ 현행 6시간 관측주기를 1시간 간격으로 변경

- 응용지질 활용성 제고, 조석의 영향과 연계, 지진

영향과 같은 단기 변화 검출 등

Ø 타 응용분야에 활용가능한 관측 및 분석 확대

§ 지반, 지열 등과 같은 응용분야에서 필요로 하는 자료 생산

- 수요조사를 통하여 필요자료 조사 및 분석

Ø 장기적으로는 보조관측망 등 타 관측자료 통합, 제공

§ 자료의 적시성 및 적지성 확보

향후 계획향후 계획