1. Title & Journal

Title: Assessing the importance of conduit geometry and physical parameters in karst systems using the storm water management model (SWMM)

Journal: Journal of Hydrology (2006) 329, 294?. 305

Authors: Eric W. Peterson, Carol M. Wicks

2. Author's Background

Eric W. Peterson
Associate Professor, Department of Geography-Geology, Illinois State University
Ph. D. University of Missouri-Columbia (2002)

Interests: interaction of surface water and ground water within two areas: (1) the transport and fate of chemicals through karst aquifers, and (2) heat transport and fluid flow through a glacial-fluvial aquifer

3. Summary 

본 논문은 카르스트 지형의 특성을 가진 유역의 지하수의 흐름과 입자상 물질의 거동 특성을 US EPA Storm Water Management Model (SWMM)을 이용하여 모의하고자 하였다. 

카르스트 지형의 침식으로 인해 생성된 지하수 이동 경로를 SWMM을 구성하는 conduit로 가정하고 지하수의 수리학적 특성들을 관거 내 flow의 특성으로 간주하여, SWMM을 이용한 지하수의 동역학적 거동의 평가가 이 연구의 주요 목표이다. 보정을 통한 Baseline 모델 결과를 기반으로, 지하수 이동 경로의 점진적인 변화와 그에 따른 지하수의 수리학적 특성 변화에 대한 모의 결과를 비교하였다. 

결과적으로, 카르스트 지형의 침식 현상으로 인해 지하수 이동 경로의 폭이나 길이가 10% 정도 변화했을 때, 통계적으로 유의한 fluid flow response의 변화를 나타내었다. 특히, 지하수 이동 경로의 특성에 관한 모델 입력값들을 대상으로 sensitivity analysis를 수행했을 때, 경사도와 infiltration rate의 변화는 상대적으로 작은 민감도를 나타냈지만 Manning's roughness coefficient의 변화는 모의 결과에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 

카르스트 지형의 유역에 대한 모의는 공극성 지형의 유역에 대한 모의보다 상대적으로 더 어렵고 부정확한 것으로 알려져 있다. 실제, 공극성 지형의 유역에 대해 SWMM을 적용했을 경우, 카르스트 지형의 유역에 대해 적용했을 때 보다 더 정확한 모의 결과를 얻을 수 있었으며, 특히 local flow에 대한 정보를 얻는데 많은 이점이 있는 것으로 나타났다. 따라서, SWMM이 카르스트 지형의 유역에 대해 적용될 수 있다 하더라도, 지속적으로 conduit의 지형적 특성이 달라질 수 있는 카르스트 지형의 유역에 대한 모의에는 어느 정도 한계가 있기 때문에 universal solution으로서의 대안으로는 어렵다고 할 수 있다. 

4. Originality & Applications 

본 논문은 카르스트 지형의 유역 내 지하수 거동의 동역학적 특성을 모의하기 위해 도심 강우 유출 모델링 기법인 SWMM을 적용한 내용이다. 카르스트 지형의 특성 상 침식으로 인해 생성된 지하수 이동 경로를 하수 관거의 형태로 가정하여, 지하수의 거동을 SWMM 내 하수 및 우수의 거동 결과의 형태로 모의하고자 하였다. 

이를 통해, 카르스트 지형의 유역에 대해 SWMM의 적용 가능성을 타진하고, 다른 형태의 유역에 대한 SWMM 적용 결과를 비교함으로써 연구 방법론의 장/단점을 비교하였다. 

5. Reviewer contact: 이승원 (swonlee@gist.ac.kr)