우리나라 가뭄의 빈도는 증가하고 있으며 가용 가능한 수자원은 감소하는 추세에 있다. 가뭄 발생 시 수자원의 부족을 지연시키고 해소할 수 있는 지하수자원의 관리가 필요한 실정이다. 지하수자원의 지속 가능한 이용을 위해서는 지하수자원의 공간적 특성을 파악하고, 기후변화와 더불어 도시화로 인해 시간에 따라 변화하는 지하수자원을 관리하기 위한 시공간 특성에 맞는 관리방안이 필요하다. 지하수자원의 시공간 특성에 따른 취약성을 평가하고 지속 가능한 지하수자원의 관리를 위해 3단계로 연구를 진행하였다.
첫 번째 단계에서 지하수자원에 대한 의존율이 높은 지역을 선정하였다. 지하수자원 이용 중요지역을 선정하기 위해서 4대강 유역별로 지하수 이용량, 수자원 이용량 중 지하수 이용량 비율, 지하수 이용 관정 개수, 지하수 이용 관정 당 취수량, 면적대비 지하수 취수량을 산정하여 평가하였다.
각 지표의 가중치에 대한 민감도 분석을 진행하였으며, 가중치가 0.1씩 증가하도록 하였다. 목표 가중치가 증감함에 따라 나머지 가중치는 동일 배분하여 합이 1이 되도록 하였다. 지표별로 민감도의 절대 평균은 면적대비 지하수 이용량이 0.44로 가장 크게 나타났으며, 지하수 이용 관정 개수가 0.24로 가장 작게 나타났다. 가중치 산정은 엔트로피 방법과 델파이 방법을 사용하여 비교하였으며, 엔트로피 방법에서는 면적대비 지하수 이용량이 0.25로 가장 높게 나타났다. 델파이 방법을 통해 가중치 조사 결과 지하수 이용량이 0.27로 나타나 엔트로피 방법과는 다른 가중치 산정 결과를 보였다. 각각의 가중치를 적용하여 지하수자원 중요지역 선정 결과 금강이 월등하게 높은 엔트로피 방법에서는 0.72로, 델파이 방법에서는 0.78로 산정되었다.
두 번째 단계에서는 중요지역으로 선정된 금강 지역을 대상으로 시공간 취약성을 평가하였다. 시간 특성과 공간 특성을 모두 평가하기 위해 공간 특성 인자와 시간 특성 인자를 분류하고 계층화하여 평가를 진행하였다. 금강 유역 내의 행정구역은 총 19개 시군으로 구성되어 있으며, 시공간 취약성 평가에서는 행정구역 단위로 평가를 진행하였다. 공간 취약성 평가에 사용된 지표로는 NRCS-CN 방법에서 지표면의 상태를 나타내는 CN, 지하수자원의 용량을 나타내는 대수층 두께, 지하수자원의 이용을 나타낼 수 있는 지하수 이용공 밀도와 지하수의 수질을 나타낼 수 있는 지하수 사용 용도별 수질 기준에 따른 적합률을 사용하였다.
지표 가중치에 대한 민감도 분석결과 가장 민감하게 나타난 지표는 지하수 사용 용도별 수질 기준에 따른 적합률이 가장 민감하게 나타났다. 익산은 각 지표 가중치의 민감도가 가장 높은 지역으로 나타났다. 엔트로피 가중치 적용결과 가장 취약한 지역으로 나타난 곳은 서천으로 나타났으며, 뒤를 이어 옥천, 부여, 논산, 익산으로 나타났다. 델파이 방법에서는 논산이 가장 취약한 지역으로 나타났으며, 서천, 옥천, 익산, 부여 순으로 나타났다. 기존에 사용된 지하수 취약성 평가 기법 중 DRASTIC과 비교하면 부여가 가장 취약한 지역으로 나타났고, 뒤를 이어 진천, 상주, 계룡, 서천으로 나타나 결과에서 차이가 나타났다. 이는 DRASTIC에서 중요 원리인 잠재오염원을 고려하여 지하수자원 취약성을 판단하여 대수층 깊이가 얕을수록 취약함을 나타내어 결과에서 차이가 발생한 것으로 나타났다.
시간 취약성 평가 지표는 시계열로 월 단위 자료가 있는 지표를 선정하였으며, 사용된 자료는 단수 시간, 지하수위, 강우량이고, 시간 특성을 평가하기 위해 10년간의 자료를 분석하여 사용하였다. 각각의 지표별로 10년간의 평균, 10년간의 추세를 나타내는 기울기, 이동평균 개념으로 한 달 전부터의 평균, 기울기, 두 달 전부터의 평균, 기울기를 선정하였다. 시간 취약성 평가 결과 금강 유역의 지하수자원의 취약시기는 1월로 나타났으며, 뒤를 이어 2월, 12월 순으로 나타났다. 1월 중에서는 옥천과 대전이 가장 취약한 지역으로 나타났다.
시공간 취약성 지수는 시간 취약성 지수에 공간 취약성 지수 산정 결과를 적용하여 산정하였다. 공간 취약성 평가에서 사용된 엔트로피 방법과 델파이 방법 적용결과를 각각 적용하여 비교하였다. 엔트로피 방법으로 산정된 공간 취약성 지수를 적용한 결과에서는 옥천의 1월이 0.48, 2월이 0.46, 12월이 0.45로 취약한 것으로 나타났으며, 델파이 방법에서는 옥천의 1월이 0.39, 논산의 1월이 0.38, 옥천의 2월이 0.37로 취약한 것으로 나타났다.
지속 가능한 지하수자원의 활용을 위해 지하수 관리방안으로 지하수 이용규제 시나리오를 적용하였다. 지하수 이용규제 시기를 한 달 단위로 적용하였으며 효과를 확인하기 위해 옥천 전체 지역의 지하수위 회복에 대해서 분석하였다. 적용 기간은 5년에 대해서 적용하였고, 지하수위 회복 효과는 연평균 지하수위 회복, 지하수위 취약시기 회복 효과, 단수 시간이 많은 시기의 회복 효과에 대해서 나타내었다.
지하수 유동 모델링을 통해 분석결과 연평균 지하수위 회복 효과가 뛰어난 시기는 2월로 나타났으며, 연간 0.016m가 상승하는 것으로 나타났다. 지하수위 취약시기에 대한 효과는 1월로 연간 0.015m씩 상승하는 것으로 나타났으며, 단수 시간이 많은 7, 8월에 대한 효과는 1, 2, 12월에 연간 0.001m씩 상승하는 것으로 나타났다.
옥천의 지하수 이용규제 시기의 우선 순위화를 진행하기 위해 엔트로피 방법으로 결정된 가중치를 적용하였다. 적용결과 12월이 0.54로 지하수 이용규제를 적용하기에 가장 적합한 시기로 나타났다.
지속해서 하강하는 추세에 있는 지하수위와 더불어 현재의 지하수 이용에 대한 시스템은 체계적이지 않아 지하수자원에 대한 지속가능성은 매우 낮을 것으로 판단된다. 이를 막기 위해 연구에서 개발된 방법을 적용하여 국가 정책으로 실행한다면 지하수자원의 지속가능성 여부는 나아질 수 있다.
개발된 연구 방법은 지하수자원을 대상으로 적용하였다. 개발된 방법의 목적을 변경하여 지표수자원의 시공간적 불균형에 대해서 시도하여 지표수자원의 시공간적인 균형화를 도모할 수 있을 것이다. 지표수자원과 지하수자원을 연계하여 진행한다면 수자원 이용에 있어 시공간적인 균형을 이룰 수 있을 것이다.

The frequency of drought in Korea is increasing and the available water resources are decreasing. In drought season, it is necessary to manage groundwater resources that can delay and resolve the lack of water resources. For the sustainable use of groundwater resources, it is necessary to understand the spatial characteristics of groundwater resources and to manage the spatio-temporal characteristics to manage groundwater resources that change over time due to climate change and urbanization. In order to evaluate the vulnerability according to the spatio-temporal characteristics of groundwater resources and to manage sustainable groundwater resources, research was conducted in three steps.
In the first step, the regions with high dependency on groundwater resources were selected. In order to select the important areas of groundwater resource use, the mount of groundwater use, the ratio of groundwater use in the water resources use, the number of groundwater use wells, the amount of water pumping per groundwater use well, and the amount of groundwater pumping by area were evaluated.
Sensitivity analysis was performed on the weight of each indicator, and the weight was increased by 0.1. As the target weight increased or decreased, the remaining weights are equally distributed to sum to 1. The absolute mean of sensitivity for each indicator was the highest GWU to 0.44 and the lowest NoPW to 0.24. The weighting was compared by using the Entropy method and the Delphi method. The Entropy method showed the highest PRW of 0.25. As a result of weighting survey using Delphi method, GWU amounted to 0.27, which is different from entropy method. As a result of selecting important regions of groundwater resources by applying the weights, the Geum river was estimated to be 0.72 in the Entropy method and 0.78 in the Delphi method.
In the second step, the spatio-temporal vulnerability was evaluated in the Geum river basin, which was selected as an important basin. In order to evaluate both temporal and spatial characteristics, the evaluation was performed by classifying and hierarchy spatial and temporal characteristic factors. The administrative district in the Geum river basin is composed of a total of 19 municipalities. The indicators used for evaluating spatial vulnerability are CN, which represent the surface state, aquifer thickness, which represent the capacity of groundwater resources, groundwater use well density, which can indicate the use of groundwater resources, and groundwater quality. The rate of fit according to the water quality standards for each use of groundwater was used.
As a result of sensitivity analysis on indicator weight, the most sensitive indicator showed GWQ. Iksan was the highest sensitivity of each indicator weight. In the Entropy method, the most vulnerable areas were Seocheon, followed by Okcheon, Buyeo, Nonsan, and Iksan. In the Delphi method, Nonsan is the most vulnerable region, followed by Seocheon, Okcheon, Iksan, and Buyeo. Compared with DRASTIC, Buyeo is the most vulnerable region, followed by Jincheon, Sangju, Gyeryong, and Seocheon. This result indicates that the groundwater resource vulnerability is considered the potential contaminants, which is an important principle in DRASTIC.
The temporal vulnerability assessment indicator was selected as the time series with monthly data. The data used were water cutoff time, groundwater level, precipitation, and 10 years of data were analyzed to evaluate time characteristics. For each indicator, the average of 10 years, the slope of 10 years, and as a moving average concept, the average, slope from one, two months ago were selected. According to the temporal vulnerability assessment, the vulnerable period of the groundwater resources in the Geum river basin was January, followed by February and December. In January, Okcheon and Daejeon were the most vulnerable areas.
The spatio-temporal vulnerability index was calculated by applying the spatial vulnerability index result to the temporal vulnerability index. The results of applying the Entropy method and the Delphi method used in the spatial vulnerability assessment were compared. The results of applying the spatial vulnerability index calculated by the Entropy method showed that January that the most vulnerable period was 0.48, 0.46 in February, and 0.45 in December. In the Delphi method, Okcheon''s January was 0.39, Nonsan''s January was 0.38, and Okcheon''s February was 0.37.
In order to utilize sustainable groundwater resources, the groundwater use scenario was applied as a groundwater management plan. The groundwater use regulation was applied on a monthly basis and the groundwater level recovery of the entire Okcheon was analyzed to confirm the effect. The application period was applied for 5 years, and the groundwater level recovery effect was shown for the AR, the GVR, and the WVR.
Based on the groundwater flow modeling, the best period to recover the AR was February, with an increase of 0.016m per year. The GVR increased by 0.015m per year in January, and the effect on July and August, which was WVR, increased by 0.001m per year in January, February, and December.
To prioritize the use of groundwater in Okcheon, the weights determined by the Entropy method were applied. As a result, December was 0.54, which is the most appropriate time to apply groundwater use regulations.
Groundwater levels continue to drawdown, and the current groundwater utilize system is not systematic. The sustainability of groundwater resources is considered to be very low. The sustainability of groundwater resources can be improved if they are implemented as a national policy by applying methods developed in research to prevent the depletion of groundwater resources.
The developed method was applied to groundwater resources. By changing the purpose of the developed method, it is possible to try to balance the surface water resources in time and space by attempting for the spatio-temporal imbalance of surface water resources. If surface water resources and groundwater resources are linked together, there will be a spatio-temporal balance in water resources use.