1. 서 론

수막재배(Water Curtain Cultivation : WCC) 형식은 강수에 의한 지하수 함양량이 적은 겨울철에 온실 난방에 지하수를 사용하는 동절기 시설 재배방식으로 현재 우리나라의 많은 농경지에서 채택하고 있다. 일반적으로 수막재배는 막대한 양의 지하수를 양수하여 온도 유지에 사용한 후 농수로를 통해 하천으로 배출하고 있다. 외국에서도 지하수를 이용하여 농작물을 재배하는 기법은 널리 보편화되었으며 지하수 이용량이 많고 이용 기간이 늘어날수록 대수층의 지하수 고갈 문제가 심화되고 있다. 해외의 실증 및 모델링 연구를 통해 지하수 양수에 의한 대수층 고갈 및 하천 유량 감소를 보고한 경우가 증가하고 있다.

한편, 일시적이거나 또는 영구적인 지하수 고갈의 사례는 세계 곳곳에서 상당수 보고되고 있다. 가장 일반적인 경우는, 양수 가능한 깊이보다 지하수위가 낮아지게 되어 양수가 원활하지 않게 되는 것이다. 이 때 대규모 지하수의 고갈은 대수층에 저장되어 있는 지하수의 저장량이 줄어드는 것으로 평가할 수 있을 것이다. 충전되지 않는 지하수의 대표적인 예를 들자면, 미국에서 가장 큰 대수층으로 꼽히는 High Plains (HP) 대수층의 경우, 450,000 km² 넓이의 면적에서 지난 13,000년 동안 대수층을 충전한 화석수(fossil groundwater)가 최근의 개발로 330 km³ 가량 고갈된 것으로 밝혀졌으며 현재 고갈 추세로는 35%의 HP 대수층 남부 지역은 향후 30년 내에 관개할 수 없을 것으로 예측된 바 있다(Scanlon et al., 2012). 최근에는 지속적인 지하수 고갈이 대수층의 지하수 저장량 감소로 이어지면서 동시에 대수층과 연결되어 있는 하천의 하천수량 감소의 주요 원인으로 인식하게 되었다. 대규모 집수정이 있는 부지에서 지하수의 이용과 이로 인한 하천수 고갈은 관측에 의한 상황 보고 및 대책 마련을 위한 다양한 방식의 미래예측이 이루어진 바 있다(Kollet and Zlotnik, 2003; Nyholm et al., 2002; Barlow and Leake, 2012). 또한 안전채수량과 같은 고전적 개념의 지하수 개발 기준을 개선하기 위해 유역내의 지하수 개발 시 최소 하천유출량을 고려한 지하수 개발가능량 산정방안(Chung and Lee, 2013)과 같은 방식도 제안되고 있다.

충전가능한 지하수대라 하더라도 문제는 산적해 있다. 인접한 강과 기후, 그리고 관개용수의 이용이 계절별 특성을 보이는 경우 천부 지하수층은 우기에 지하수가 충전이 되어 지하수 고갈이 상쇄될 수 있다. 천부 지하수층의 지하수 이용량은 강우량 변동과 관계가 있으며 우기 동안 내리는 강수량이 이듬해 지하수 이용량에 영향을 미친다는 보고가 있다. 예를 들어 Pavelic et al.(2012)는 강수량이 많은 해의 이듬해 비 몬순계절(non-monsoon season)에는 오직 10% 미만의 관정이 말라버리는데 반해 강수량이 적은 해에는 이듬해 40%의 관정이 말라 버린다고 보고하고 있다. 다른 예로는, 방글라데시의 천부 지하수층의 경우 몬순 시즌이 매년 거치면서 천부 지하수층이 충분히 저수용량을 회복한다는 가정조차 Ganges-Brahmaputra-Meghna Delta의 천부 지하수 층이 몬순기간에도 충분히 함양되지 못해 결국은 장기적인 관점에서의 지하수 저장 용량이 감소하는 패턴으로 인해 가정이 성립하지 않는 반례가 됨을 알 수 있다(Shamsudduha et al., 2009). 또한 지하수 고갈이 국지적으로 불균질한 패턴이 계절별 특성을 나타내며 심화되고 있으며 특히 강우량이 적은 해를 거치면서 더욱 불균형이 심화되고 있는 것을 Perrin et al. (2012)이 증명한 바 있다.

본 연구에서는 지표수에 인접한 비피압 대수층을 중심으로 지하수 양수에 따른 시설재배지역 대수층의 변화를 실증 모델링을 이용해 지하수위 및 물수지의 시기별 정밀 분석을 수행하고자 하였다. 대상지역인 청원군 가덕면 상대리는 무심천 중상류에 위치하며 논농사지역과 최근 온실로 대표되는 시설재배지역이 혼합된 영농지역이다(Chang and Chung, 2014). 이 지역의 시설재배지는 다른 수막시설재배지와 마찬가지로 지하수위 하강으로 인한 한겨울에 수막재배가 활발한 시기에 지하수위 하강으로 인해 지하수 취수가 제한되는 상황이 우려되고 있다. 따라서 안정적인 지하수자원 확보를 위해서는 주변 수리 지질학적 환경 및 수문기상을 고려한 수막 재배지 내 적정 취수량 평가가 필요하고, 또한 지나친 지하수위 하강이 발생할 경우의 대책 마련이 필요한 상황이다. Chang and Chung (2014)은 Moon et al. (2012)이 제시한 지하수 사용량 및 지하수 일일 양수 패턴을 검증하기 위해 3차원 지하수 유동모형인 MODFLOW (McDonald and Harbaugh, 1988)와 유역수문모형 SWAT (Arnold and Fohrer, 2005)을 연계한 실증지역 지하수 모델링을 수행하여 관측값과 모델값을 비교하였다.

모의 기간은 2012년 8월 4일부터 2014년 3월 30일까지 607일 동안으로, 본 연구는 실증재배지역의 부정류 모델을 구축하여 시뮬레이션 기간 동안 지하수의 온도에 따른 일 취수량 변화를 반영해 지하수 하강 및 회복 사이클을 모의하고 대수층의 물수지 변화를 분석한다. 각각의 취수정에는 모두 같은 양수 스케쥴을 적용하였다. 일 취수량 추정량은 때 Moon et al. (2012)이 발표했던 수막재배용 지하수 사용량 분석을 위해 일 최저기온과 지하수 사용량과의 상관관계 추정 방법을 응용하여 도입하였다. 본 연구에서는 Chang and Chung (2014)의 결과를 기반으로 관측정의 데이터를 확충하고 수리전도도의 공간적 변동성을 모델 입력값에 반영하는 한편 새로운 방식의 물수지 평가방법을 제안하였다.

Fig. 1은 청원지역 수막재배 시설의 지하수 고갈에 대한 개념을 나타낸 것이다. 모터가 설치된 관정이 재배지역에 산재하여 있는데 주로 하천변에 집중되어 있고 동쪽으로 갈수록 그 개수가 적어진다. 실증재배지역의 수막재배는 11월 중순부터 2월 중순까지 약 3달 동안 집중으로 이루어진다. 이 시기는 한국의 동절기로서 강수에 의한 지하수 함양율이 낮은 시기이다. 농업용수 사용을 위한 지하수 취수가 진행되는 동안 지하수위는 지속적으로 낮아지며 일부 재배 지역에서는 지하수위 고갈을 겪기도 한다. 또한 수년에 걸친 지하수 이용이 장기적으로 지하수 고갈에 영향을 알기 위해 정량적인 지하수 영향 평가의 필요성 역시 대두되기 시작하였다.

2. 연구방법

2.1 실증연구지역의 현황

시험 유역인 청원군 가덕면에 위치한 천부대수층을 대상으로 하며 이 대수층은 남한 정중앙에 위치한 무심천 유역에 위치한다. 하천의 영향으로 인해 정류상태 지하수 흐름은 남에서 북으로 흐른다. 유역 대부분은 농업활동을 주로 하는 경작지이며 논과 다른 여러 작물을 재배하는 밭이 혼재되어 있다. 겨울철에는 시설재배에서 딸기를 주로 재배하며 딸기 생육을 위한 대량의 지하수를 겨울철에 사용하고 있다. 한국의 대부분 수막재배 시설은 하천과 인접한 충적층(alluvium) 지대에 자리잡고 있다. 무심천 근처는 비교적 평탄한 지형이며 시험유역 북쪽으로는 고도 100 m에 달하는 산악지형이다. 이 지역에는 시설재배를 위한 양수정이 다수 위치하며 재배 작물은 주로 딸기이다. 지질학적 불균질성이 존재하지만 평균적으로 지층 구성은 상부로부터 퇴적층, 풍화토층, 풍화암층, 연암층으로 분포하며, 연암층은 보통 지하 35 m 아래에 위치에 있다(KIGAM, 2013).

모델 영역 남쪽에 위치한 무심천은 구간별로 크기가 다양한 보(weir)가 위치하고 있어서 대부분의 계절에 하천 수위가 일정하게 유지되고 있다. 무심천은 구간별로 크기가 다양한 보가 위치함으로써 하천 수위가 일정하게 유지되고 있는데 본 연구의 연구영역 내에서는 3개의 보가 위치해 있으며 하천 수위는 약 69 m에서 62 m의 편차가 있다. 모델 영역 밖에서 모델 내부의 하천으로 유입되는 지류가 존재하며 및 보 최상류에 소규모 저수지가 존재하지만 저수지로부터의 하천수위를 변동시킬 정도의 갑작스런 용수 배출은 관측되지 않고 있다. 시험 유역의 시설재배용 수박재배는 11월 중순에 시작한다. 동절기에 농업용수로를 흐르는 수체의 거의 대부분이 수막재배 목적으로 사용한 뒤 수로로 배출된 지하수이다. Moon et al. (2012) 시험 부지의 전체 지하수 사용량을 추정하는 방법을 이용해 본 연구의 재배 지역에서 사용하는 모터의 1일 평균 지하수 토출량값을 68.4 m³/day로 산정하였다. 수막재배에 이용되고 있는 지하수공은 약 68개 이며 이들의 굴착심도는 평균 50 m이다. 조사 지역 내 관정들의 모터는 대부분 농업용 양수를 위한 지상펌프 형식으로 대부분의 모터들의 흡상높이가 8.5 m, 압상 높이는 15.5 m이며, 이와 같은 성능으로 개발이 가능한 지하수위는 비교적 얕은 구간으로 제한된다.

2.2 지하수 유동 모델

MODFLOW를 이용한 3차원 유한차분 모델 모의를 위하여 실증 부지의 분수령을 따라 모의영역을 1200 × 1800 m로 설정하였고(Fig. 2(a)), 격자 구성을 위해 수렴 시험을 통해 관정 주위를 5 × 5 m 크기의 격자크기로 나누었으며 고도가 높고 관정이 위치하지 않은 지역은 20 m 까지 격자의 크기를 늘렸다 모의 영역 바깥은 무흐름 경계조건으로 설정하였다. 모델 영역의 서쪽 및 남쪽 영역에 위치한 무심천을 따라 모의 영역 내에 세 개의 보가 위치하며, 보의 상류는 일정한 하천수위가 유지되며 강우에 의한 변동 폭도 하류보다 비교적 작다. 보를 기준으로 모델에서는 실증 부지를 지나는 하천 구간은 4개 영역으로 나누었다. 하천의 수위는 고도와 마찬가지로 상류인 남쪽에서 북쪽 방향으로 낮아지는 추세를 보이고 있으며 하천의 흐름이 영역 내에서 3개의 보에 가로막혀 있기 때문에 수위는 계단식으로 감소하였으며 모델 영역 중심에 위치한 하천 영역에 대한 추가 측량조사를 실시하여 모델 입력에 활용하는 하천 수위자료를 보충하였다. 하천의 모든 구간에서 하천과 밑에 있는 대수층은 연결되어 있으며 이는 지하수 및 하천의 수위 변동이 유사한 패턴을 보이는 관측자료로부터 확인할 수 있다(KIGAM, 2013). 무심천은 상시하천으로 하천의 유속은 전체적으로 매우 느리고 하천수위는 여름 장마철을 제외한 나머지 기간동안 비교적 수위가 변하지 않고 있다. 본 연구에서는 MODFLOW의 하천패키지(River package)를 이용하여 하천 경계조건을 설정하였다.

한편, 농수로는 모델에서 배수(Drain) 경계 조건으로 설정하였다. 실증부지 내의 격자 모양으로 위치하여 있는 농수로 및 하천 길이에 평행하게 남-북 방향으로 길게 있는 농수로 바닥의 깊이를 조사해서 drain package의 입력값을 보정하였다.

모델에서 활용한 수리지질학적 매개변수 자료들의 입력값을 Table 1에 나타냈다. 모델의 지층은 지질학적 성격에 따라 3개의 층으로 나누었다. 각각의 층 두께는 12 m, 20 m, 50 m이며 이는 KIGAM (2012)에서 보고한 관측값 및 모델 보정에 의해 결정한 값이다. 불필요한 dry cell 생성을 방지하기 위하여 지표에 가까운 2-3 m 두께의 표토층을 개별적으로 나누지 않았다. 1층과 2층은 각각 풍화토와 풍화암층을 대표하는 층이다. KIGAM (2013)에서 얻은 양수시험 결과를 이용해 layer 1의 수리전도도 분포를 분석하였다. 현장양수시험을 통해 얻은 자료를 가지고 충적층에 해당하는 5개의 자료를 선택한 후, 자료의 공간적 분포 상태를 확인 후 하천변에 집중된 한계를 극복하기 위해 내삽법(interpolation)을 실시하여 모델공간상 1층의 수리전도도 분포를 계산하였다. 이때 지하수위와 지형고도, 지하수위 분포와 수리전도도 분포의 상관성을 고려하여 지형고도 분포에 따라 수리전도도가 분포되게 수치적으로 모사하였다. 그 결과 모델영역에 분포하는 수리전도도 값은 1.0~7.2 m/day이며, 평균 2.8 m/day, 표준편차는 1.3 m/day이다(Fig. 2(b)).

2층과 3층의 수리전도도 값은 현장 양수 시험값이 큰 편차를 보이지 않았기 때문에 지질특성이 균질하다고 가정하여 평균값을 입력하였으며, 피압 대수층으로 설정하여 모의하였다. 3층은 2층에 높은 수리전도도 값을 가지고 있으며 대부분의 양수정이 위치한 층 역시 3층이다.

국지적 지하수 유동에서는 지하수위가 강우에 의한 함양량에 의해 큰 변화폭을 보이며 강수량이 큰 여름철에 함양량이 극대화된다. 본 연구에서는 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service, ARS)에서 개발한 SWAT 모형(Arnorld and Fohrer, 2005)에서 도출한 지하수 함양량 자료를 이용해 부정류상태 모의에 활용하였다. 기 수행된 바(Chung and Lee, 2013) 있는 무심천 지역의 모델링 자료를 최근 자료 까지 확장하기 위해 SWAT모형의 입력자료인 강수량, 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료는 무심천 유역 내에 위치한 청주기상대의 자료를 이용하였고, 수문자료로서 하천유출량 자료는 청주수위표의 자료를 이용하였다. 수문성분 해석의 타당성은 청주 수위표 지점의 계산 유출량과 관측 유출량을 비교하여 확인하였으며, 결정계수(R²)는 0.75로 비교적 양호한 결과를 나타냈다. 이에 따라 수막재배 시설이 위치한 소유역의 시변성 함양량 자료를 구할 수 있었다. Fig. 3은 SWAT으로 분석한 일지하수 함양량을 도식화한 그래프이며, 실측 지하수 시계열 자료와 비교하여 자료를 검증하였다. 2013년 8월에서 2014년 2월 동안의 지하수 함양량을 분석한 결과 청원정밀지역의 지하수 함양량은 강수 대비 약 15%에 달하는 것으로 계산되었다.

3. 결과 및 고찰

3.1 실증부지 지하수위 분석

관측 시작일인 2012년 8월 4일부터 약 680일 동안의 지하수위 변화를 모의하였다. 매해 11월 20일부터 3월 20일까지가 평균적인 수막재배 기간이었으며, 수막재배가 시작하기 이전에는 주로 여름철인 7, 8월에 집중 호우가 있다. 부정류 모델링을 시작하기 앞서 정류상태를 모의하였으며 정류상태에서의 모델링값과 수막재배 시작전의 12곳의 관측값을 비교하여 약 95%의 높은 R² 값을 보였다. Fig. 4는 그 중에서 대표적인 4 곳의 지하수위 관측값과 부정류 모델의 모의값을 비교한 시계열 그래프를 모델 영역 상의 위치와 같이 확인할 수 있도록 도식화 한 그림이다.

선행 연구인 Chang and Chung (2014)는 지하수 가동시간으로 설정한 2012년 11월에서 2013년 2월까지 107일 동안 각 관측정에서 관측한 지하수 수위 하강 곡선 자료를 모델 영역 내에서 연구 기간 동안 관측정이 손실되지 않고 관측값을 제공하고 있는 CWW-04, CWW-05, CWW-07, CWW-08, CWW-11, OB-11의 6개 관정의 관측값을 주 논의 대상으로 하였다. 본 연구에서는 모의기간을 607일로 확장하였으며, 시기별 특성으로는 2012년 하절기에 강수에 의한 대수층 지하수위 변화, 2012년에서 2013년에 걸친 4개월간의 수막재배에 의한 지하수 하강, 그리고 대수층의 수위회복 및 2013년 여름에 강수에 의한 지하수 수위 유동, 그리고 2013년 11월에 시작한 수막재배에 의한 지하수위 재하강 기간으로 구분할 수 있다. 정류상태에서는 El. 63~68 m의 분포를 보이던 지하수위가 취수정 가동 후에는 하강하며, 하천 하류의 내륙쪽인 북동쪽일수록 양수정이 밀집해있고 하천과의 이격거리가 멀어 지하수 하강 정도가 큰 것으로 나타났다. 반대로 하천 상류이 경우는 하천으로 인해 유지되는 수위가 높고 하천에서 유도함양이 발생해 수위 저하가 크지 않은 것으로 모의 결과가 도출되었다. Fig. 4에서 CWW8과 CWW 11의 지하수 하강 곡선을 통해 이 사실을 확인할 수 있다. 평면적 지하수 분포 변화를 살펴보는 방법은 지하수 양수에 의한 영향 범위등을 파악하는데 적절하게 사용할 수 있는 방법이다. 그림에서 보듯이 산발적으로 흩어져있는 지하수 양수에 의해 시범 지역 대부분이 양수에 의한 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 지하수 양수가 원활하게 이루어지는 정도는 양수정의 깊이, 하천과의 거리, 지질학적 구성에 따라 달라질 수 있다.

Fig. 5는 관측값을 비교적 잘 재현하고 있는 관측정인 CWW-11의 지하수위 하강-상승 곡선 모의 결과를 확대한 그래프이다. 파란색 선으로 나타나는 것은 관측정에서의 실측 관측치이고, 오렌지 색 선은 MODFLOW를 이용한 모델링 결과이다. 수막재배가 시작하면 대부분의 관측값은 지하수위 강하 양상은 초반에 급격한 기울기를 보이며 낮아지면서 점차 하강세가 둔감해지는 양상을 나타낸다. 2012년에 수행했던 수막재배에 의한 지하수 고갈은 2013년 약 4달여 간에 걸쳐 수위를 회복하고 있는 모습을 보이고 있다. 또한 주목할 점은 여름철 집중 강우기간에는 농배수로를 통한 지하수 배출에 의해, 농배수로가 지하수위를 일정 수위 이하로 낮추는 역할을 수행하기 때문에, 지하수 상승에 의한 여름철 재배 지역의 범람을 방지하는 역할을 하는 것으로 추정된다. 따라서 다음 수막재배 시작 기간인 2013년 11월에는 수위 회복 기작이 완료된 것으로 보이고 있다. 2013년 11월에 행해진 수막재배의 경우 관측값은 510일 이후로 더 이상 수위가 내려가지 않는 것을 관측할 수 있었으며, CWW-11뿐만 아니라 다른 관정에서도 역시 이와 같은 현상을 보이고 있었다. 지하수위 하강이 지속되지 않고 일정수위에서 머물러 있는 현상은 관정의 모터 사양에 따른 지하수 개발 가능 깊이에 도달하여 더 이상 원활한 양수가 이루어지지 않는 상황으로 추측된다.

수막재배용 지하수 개발을 위한 모터 가동방식은 5°C를 기준으로 모터의 일부가 가동되며 0°C 이하에서는 대부분 모터가 가동하는 방식으로 본다(Moon et al., 2012). 그런데 평균 기온 0°C 또는 5°C 이하, 최저 온도 기준으로 0°C 이하로 내려가는 일수를 그룹으로 묶어서 비교해 보면 두 그룹에 속하는 일 수의 차이는 비교적 비슷하다. 그러나 2012년에 비해 2013년 수막재배 기간에 지하수위의 하강이 더욱 심화된 것을 관측지와 모의치의 지하수위 경향으로 보여주고 있다. 본 연구는 2012년 수막재배 시작일의 지하수위가 2013년 수막재배 시작일의 지하수위보다 약간 높은 것 점에 착안하여 수막재배 시작 직전 하절기의 강수에 의한 대수층 충전 정도 차이로 2013년 지하수위 고갈의 원인을 추정하였고, 물수지 분석을 추가로 시행하여 이 가설을 검증하고자 하였다.

3.2 실증부지 물수지 분석

Fig. 6은 수막재배에 의한 지하수 교란에 따른 하천과 대수층의 교환량(river leakage), 대수층 저류량(storage), 그리고 부지내 배수(drain)성분을 그래프로 나타낸 것이다. 지하수의 양수에 의한 모델의 유입과 유출량을 전 시기의 모의기간에 걸쳐 분석하였는데 주로 여름철에는 강수량에 증가에 의해 대수층에서 하천으로 배출되는 유출이 간간이 관측되는데 반해, 그래프에서 박스로 표현된 수막재배 기간에는 대수층에서의 지하수 고갈이 증가하고, 하천에 의한 유도함양에 의해 대수층 충전 또한 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 하천수 취수에 의한 유도 함양 역시 지속적으로 증가하는 것을 그래프의 노란색 선으로 볼 수 있다. 이와같이 대수층 및 하천의 급격한 변화 양태는 수막재배에 의한 대수층 교란으로 정의한다. 그러나 양수정 모터가 매일 점멸이 반복되는 상황으로 인해 대수층에서의 유입 유출 및 하천에서의 유입의 장기적 경향을 보여줄 수 있도록 지표인 누적물수지 그래프를 추가하였다(Fig. 7).

Fig. 7은 각 경계조건에서의 누적 물수지를 나타내는 그래프이다. 전 모의기간에 걸쳐 물수지를 분석하였으며 그래프에서 푸른색 명암으로 처리된 기간은 수막재배기간을 나타낸 것이다. 첫 번째 농수로에 의한 배출(drainage) 그래프 Fig. 7(a)는 전 시기별 농배수로로 지하수 및 하천수가 꾸준히 배출되고 있는데 수막재배 기간 동안은 배출정도가 둔화되는 경향을 보여준다. 이는 수막재배기간동안 대수층 내의 지하수위가 점차 농배수로 바닥 높이 이하로 내려가기 때문인 것으로 추정된다. Fig. 7(b)에서 보이는 바와 같이 강우에 의한 지하수 함양량(areal recharge)을 살펴보면 하절기에는 지하수 함양이 급격하게 늘어나는 것을 볼 수 있으며 동절기에는 그래프의 증가 추세가 크게 둔화되는 형태를 나타내, 지하수 대수층으로의 함양량이 매우 적을 것을 알 수 있다. 수막재배기간동안 지하수 함양이 적기 때문에 수막재배 기간 동안은 함양에 의한 지하수 회복 기능이 미미하다고 볼 수 있다. Fig. 7(c)와 같이 수막재배용 양수(pumping)에 의한 물수지 그래프는 정확하게 수막재배 기간에만 유출이 발생하는 것으로 나타났으며 수막기간 동안을 제외한 나머지 기간에는 물수지 누적값의 변동이 발생하지 않는다. 또한 2012년 및 2013년 두 시기의 수막재배에 의한 유출량(surface-water)이 거의 같은 값을 나타내었다. Fig. 7(d)처럼 수막기간 동안의 하천의 유도함양이 발생하는 것은 물수지 곡선의 급격한 변화로 알 수 있다. 또한 수막재배 기간이후에는 곡선의 기울기가 둔화되긴 하나 여전히 유출이 발생하는 것으로 보여, 이 기간 동안의 유출이 대수층의 지하수위 회복에 역할을 하는 것을 정량적으로 보여주고 있다.

이와 같은 계절적, 인위적 요인들로 인한 경계조건들의 시기별 물수지 변화를 바탕으로 재배지역의 대수층의 물수지 분석 결과를 구성하였다. Fig. 8의 그래프에서 대수층의 지하수 유출의 그래프의 실선으로 표시하였고, 유입은 점선으로 표시하였다. 대수층에서의 지하수 유출은 양수에 의한 유출 및 농배수로에 의한 유출 일부의 합이며, 수막재배 시기동안 유출량이 급격하게 늘어나는 것을 물수지 그래프 실선의 기울기 증가로 확인할 수 있다. 대수층의 지하수 유출이 양수에 즉각적으로 반응하는데 반해, 하천의 유도함양 및 강우에 의한 지하수 함양으로 충전되는 대수층 유입은 비교적 시간차가 존재하며 기울기도 훨씬 완만하다. 2012년 8월 1일을 누적 유입/유출량을 0으로 하여 기준점을 세웠다. 2012년 수막재배 시작 기점에 대수층의 누적 유입량은 90,000 m³이 되어 유출량인 45,000 m³보다 많았으나 수막재배 시작이후로 유출량이 유입량을 크게 추월하였다. 그러나 수막재배가 종료된 후 누적유입량이 하천의 유도함양으로 인해 지속적으로 증가하여 2013년 8월 1일 이후로 누적유입량이 다시 누적유출량을 추월하였다. 1년 후인 2013년 8월 1일에는 2012년 수막재배로 인한 지하수 고갈이 그래프의 기준시점의 대수층 내 지하수 충전 수준 이상으로 회복된 것으로 간주한다. 그러나 2013년 8월 1일을 누적 유입/유출량을 기준으로, 2013년 수막재배 시작 기점에 대수층의 누적 유입량이 유출량에 비해 13,000 m³밖에 많지 않아 2012년의 초과 유입량 45,000 m³에 비해 적었으며 이로 인해 2013년의 대수층 고갈이 더욱 심해진 것으로 판단할 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 수막재배시설 실증부지 현장 관측 자료를 기반으로 정밀한 3차원 지하수 모델을 구축하였다. 유역수문해석 모형인 SWAT을 이용한 지하수 함양량을 3차원 지하수 유동모형인 MOD-FLOW와 연계하여 분석하는 통합 모델링(Integrated Modeling)을 수행하였으며 주로 지하수위 하강-회복 곡선의 공간적, 시기별 분석 및 물수지 분석을 시행하여 시범재배지역의 수막재배에 의한 대수층의 교란을 증명하였다. 수막 재배 시설에 의한 대수층 교란 및 회복을 일별 유입/유출량 및 장기 누적물수지 분석 방식을 도입하여 시기별 정밀 분석을 실시하여 대수층 및 모델 경계조건의 계절별, 시기별 특징을 구분하였다. 이와 같은 분석방식을 통하여 2013년의 지하수 고갈이 수막재배 이전의 지하수 유입량과 관련이 있을 가능성을 제시하였으며, 장기적 관점에서의 실증부지의 대수층의 지속가능한 개발 여부를 판단하는 토대를 마련하였다. 본 연구 방식은 현장 측정 자료를 확보할 수 있는 약 600일간의 모의기간을 채택하였는데 모의 기간을 수년 동안의 기간으로 확장한다면 해당 부지의 지하수 개발의 지속성을 판단할 수 있을 것이다. 본 실증연구 부지는 인공함양 적용 대상 지역이기 때문에, 지하수 인공함양의 타당성 여부를 뒷받침 할 수 있는 정량적인 분석방식으로서의 지하수위 및 물수지 분석 방식 도입이 가능해 질 것으로 전망되었다.