[논문]다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과 평가

이정환; 조현진; 정재열; 정해룡; 윤정현

doi:10.7857/jsge.2016.21.1.001

다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과 평가
Evaluation of Capillary Barrier Effect of Multi-layer Cover System 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.21 no.1, 2016년, pp.1 - 5

이정환 (한국원자력환경공단) , 조현진 (한국원자력환경공단) , 정재열 (한국원자력환경공단) , 정해룡 (한국원자력환경공단) , 윤정현 (한국원자력환경공단)

Abstract ▼ AI-Helper

Capillary barriers, consisting of relatively fine-over-coarse materials, have been suggested as an alternative to traditional compacted soil covers. So, We were analysed to capillary barrier effect according to five cases of multi-layer cover systems. Water balance simulation was conducted with unsaturated flow model HELP to assess unsaturated hydraulic parameters such as hydraulic conductivity, climate affecting the performance of capillary barriers. Simulation were conducted for 5 Cases in the Ulsan area. Result of simulation indicated that three cases was formed unsaturated condition and capillary barrier effect.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

모세관 방벽층은 clay로 구성되며, 흡수된 물의 포집 및 배수가 주요한 목적에 해당된다. 본 연구는 다중 덮개시스템의 물수지 분석을 위해 적용된 토양 특성에 대해 van Genuchten 함수로 제시하였다(Table 1).
해당된다. 본 연구의 목적은 지역적인 수문환경을 고려한 다중 지층덮개 시스템의 성능 유지 평가를 위해서 물수지 순환 분석을 수행하여 다양한 다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과를 규명하고자 한다.

가설 설정

, 1957), 직접유출량(124mm)은 SCS-CN 방법 (Morel-Seytoux and Verdin, 1981)으로 계산하였다. 기저 유출량에 대해서는 현재까지 정확하게 연구된 자료가 없기 때문에 해안유출량 자료(17.8%)인 229mm로 가정하여 적용하였다(Gwak et al., 2014). 또한, HELP code를이용한 물수지 분석을 위해 연평균 강수량, 지표유출량, 증발산량 등은 처분장 지역의 30년간(1985~2014) 월평균강수량 데이터, 온도데이터 등을 입력하고, 입면적지수 등그 밖의 데이터는 HELP code에 포함되어 있는 DB 적용값을 이용하였다.

제안 방법

van Genuchten 함수는 토양의 물리적 특성을 해석을 위해 일반적으로 적용되며, 수치 모델화 적용에 용이하고 실험 자료들의 매칭을 통하여 결과 비교가 명확하여 본 연구에서 해석 모델로 선정하였다. 함수비(θ (cm³/ cm³))와 토양 장력(h (cm))과의 관계는 다음과 같이 표현된다.
다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과를 분석하기 위해 HELP 코드를 활용하여 물수지 분석을 수행하였다. 수치모델링 결과, 다중 덮개시스템 내로의 최종 침투수량은 각각 30.
다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과에 따른 물수지 분석을 수행하기 위해서 모래층과 점토층의 두께와 구성배열을 다르게 적용하여 총 5가지(Case 1~Case 5)의 설계안에 대해 물수지 수치 모델링을 수행하였다(Fig. 3). 각각에 대해 물수지 분석 결과, 최종 점토층에서 누출되는 침투수량은 31.
또한 실제 한반도 지역의 기후조건을 반영한 다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과를 평가하는 것이 요구된다. 따라서 실제 기후 특성에 대한 도출된 다중 덮개 시스템의 모세관 방벽 효과를 평가하기 위해서, 표면층의 강수량에 대한 초기 침투수량을 계산하였다. 본 연구에서는 한반도 남부 울산지역의 물수지 분석 자료를 활용하여 다중 덮개시스템의 입력 자료로 활용하였다(Lee et al.
본 연구에서는 모래층과 점토층을 모세관 방벽으로 설정하였으며, 덮개 경사는 3.5%를 적용하여 모세관방벽 효과가 원활히 생성될 수 있도록 설정하였다. 다중 덮개시스템을 구성하는 물질 중에서 모세관 방벽효과에 영향을 미치는 물질은 배수층의 sand와 모세관 방벽층의 clay가 해당된다.

대상 데이터

, 2014). 또한, HELP code를이용한 물수지 분석을 위해 연평균 강수량, 지표유출량, 증발산량 등은 처분장 지역의 30년간(1985~2014) 월평균강수량 데이터, 온도데이터 등을 입력하고, 입면적지수 등그 밖의 데이터는 HELP code에 포함되어 있는 DB 적용값을 이용하였다. HELP code의 기상 발생 모듈인 기상데이터 생성 모듈에서 연평균 강수량, 지표유출량, 증발산량을 생성하여 상호 결과를 비교한 결과, 수문순환을 고려한 물수지 방법과 수치 모델링에 의해 계산된 수치가서로 유사하여 HELP code로 계산된 수문순환 자료를 다중 덮개시스템의 초기 입력인자로 설정하였다.
따라서 실제 기후 특성에 대한 도출된 다중 덮개 시스템의 모세관 방벽 효과를 평가하기 위해서, 표면층의 강수량에 대한 초기 침투수량을 계산하였다. 본 연구에서는 한반도 남부 울산지역의 물수지 분석 자료를 활용하여 다중 덮개시스템의 입력 자료로 활용하였다(Lee et al., 2016). 연구지역의 연평균 강수량(1, 286mm)은 울산광역시의과 거 30년간(1985년~2014년) 강수량 자료를 이용하였으며, 증발산량(693mm)은 Thornthwaite 방법(Thornthwaite et al.

이론/모형

본 연구에서 모세관 방벽 효과를 분석하기 위해서, EPA의 U.S.Army Corps of Engineers에 의해서 개발된 HELP(Hydrologic Evaluation of Landfill Performance) code를 적용하였다(Schroeder et al., 1994). 이 전산 코드는 매립장, 덮개시스템, 고형 처분장 및 오염물질 처리장 등의 물수지 분석을 수행하는데 일반적으로 적용된다(Mey et al.
본 연구에서 모세관 방벽 효과를 평가하기 위해 van Genuchten 함수를 적용하여 해석하였다(van Genuchten, 1980). van Genuchten 함수는 토양의 물리적 특성을 해석을 위해 일반적으로 적용되며, 수치 모델화 적용에 용이하고 실험 자료들의 매칭을 통하여 결과 비교가 명확하여 본 연구에서 해석 모델로 선정하였다.
, 2016). 연구지역의 연평균 강수량(1, 286mm)은 울산광역시의과 거 30년간(1985년~2014년) 강수량 자료를 이용하였으며, 증발산량(693mm)은 Thornthwaite 방법(Thornthwaite et al., 1957), 직접유출량(124mm)은 SCS-CN 방법 (Morel-Seytoux and Verdin, 1981)으로 계산하였다. 기저 유출량에 대해서는 현재까지 정확하게 연구된 자료가 없기 때문에 해안유출량 자료(17.

성능/효과

또한, HELP code를이용한 물수지 분석을 위해 연평균 강수량, 지표유출량, 증발산량 등은 처분장 지역의 30년간(1985~2014) 월평균강수량 데이터, 온도데이터 등을 입력하고, 입면적지수 등그 밖의 데이터는 HELP code에 포함되어 있는 DB 적용값을 이용하였다. HELP code의 기상 발생 모듈인 기상데이터 생성 모듈에서 연평균 강수량, 지표유출량, 증발산량을 생성하여 상호 결과를 비교한 결과, 수문순환을 고려한 물수지 방법과 수치 모델링에 의해 계산된 수치가서로 유사하여 HELP code로 계산된 수문순환 자료를 다중 덮개시스템의 초기 입력인자로 설정하였다.
2mm/y로 분석되었다. 각 처분 시스템의 조건에 따라 모세관 방벽에 해당되는 모래층과 점토층이 불포화 조건을 형성하여 모세관 방벽 효과를 나타나는 것으로 분석되었다. 따라서 남동부 지역(울산광역시 지역) 기후조건을 반영한 다중 덮개시스템에서 모세관 방벽 효과의 성능 목표가 달성됨을 알 수 있었다.
3). 각각에 대해 물수지 분석 결과, 최종 점토층에서 누출되는 침투수량은 31.2, 31.2, 32.5, 33.1, 30.9mm/y로계산되었다(Table 2). 포화된 조건에서 점토층의 수리전도도는 약 1.
즉 장력 조건이 ₋120cm 이상인 조건에서는 모래층의 수리전도도가 점토층의 수리전도도보다 더 작게 되어, 불포화대 조건에서는 점토층에서 물의 유동이 발생될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 모래층과 점토층의 장력조건이 ₋120cm 이하인 조건에서는 모래층이 점토층보다 수리전도도가 더 증가되어 모세관 방벽 효과가 상실되는 것으로 나타났다.
각 처분 시스템의 조건에 따라 모세관 방벽에 해당되는 모래층과 점토층이 불포화 조건을 형성하여 모세관 방벽 효과를 나타나는 것으로 분석되었다. 따라서 남동부 지역(울산광역시 지역) 기후조건을 반영한 다중 덮개시스템에서 모세관 방벽 효과의 성능 목표가 달성됨을 알 수 있었다. 이는 향후 본 연구 해당 지역에 중·저준위방사성폐기물 처분시설의 최종 덮개 시스템 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
위의 경우는 포화수리전도도보다 낮은 침투수량을 나타내기 때문에불포화 조건이 형성됨을 나타내는 것이며, 이는 모세관 방벽 효과가 유지됨을 알 수 있다(ONDRAF/NIRAS, 2010). 또한 점토층 2열이 포함된 경우(Case 5)가 가장낮은 침투수량을 나타내어, 모세관 방벽 효과가 가장 우수한 설계로 평가되었다.
모래층과 점토층의 모세관 방벽 효과 특성을 규명하기 위해서 van Genuchten 함수를 활용하여 분석한 결과, 다중덮개 시스템 내에서 모세관 방벽 효과가 수리적으로 발생됨을 규명하였다. 또한 실제 한반도 지역의 기후조건을 반영한 다중 덮개시스템의 모세관 방벽 효과를 평가하는 것이 요구된다.
다중 덮개시스템을 구성하는 물질 중에서 모세관 방벽효과에 영향을 미치는 물질은 배수층의 sand와 모세관 방벽층의 clay가 해당된다. 본 연구에서 적용된 토양을 van Genuchten 함수를 활용하여 장력조건에 따른 수리전도도를 평가한 결과, 모래층과 점토층의 교차점(Point C)이 확인되어 다중 덮개시스템 내에서 모래층과 점토층으로 구성된 모세관 방벽 효과를 확인할 수 있었다(Fig. 2). 즉 장력 조건이 ₋120cm 이상인 조건에서는 모래층의 수리전도도가 점토층의 수리전도도보다 더 작게 되어, 불포화대 조건에서는 점토층에서 물의 유동이 발생될 수 있음을 알 수 있었다.
수치모델링 결과, 다중 덮개시스템 내로의 최종 침투수량은 각각 30.9~31.2mm/y로 분석되었다. 각 처분 시스템의 조건에 따라 모세관 방벽에 해당되는 모래층과 점토층이 불포화 조건을 형성하여 모세관 방벽 효과를 나타나는 것으로 분석되었다.
2). 즉 장력 조건이 ₋120cm 이상인 조건에서는 모래층의 수리전도도가 점토층의 수리전도도보다 더 작게 되어, 불포화대 조건에서는 점토층에서 물의 유동이 발생될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 모래층과 점토층의 장력조건이 ₋120cm 이하인 조건에서는 모래층이 점토층보다 수리전도도가 더 증가되어 모세관 방벽 효과가 상실되는 것으로 나타났다.

후속연구

따라서 남동부 지역(울산광역시 지역) 기후조건을 반영한 다중 덮개시스템에서 모세관 방벽 효과의 성능 목표가 달성됨을 알 수 있었다. 이는 향후 본 연구 해당 지역에 중·저준위방사성폐기물 처분시설의 최종 덮개 시스템 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (20)

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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