[논문]점토지반에 이중벽체가 적용된 해상폐기물매립장의 적정 차수 기준

황웅기; 김향은; 최호성; 김태형

doi:10.7843/kgs.2019.35.8.5

점토지반에 이중벽체가 적용된 해상폐기물매립장의 적정 차수 기준
Proper Regulation of the Cutoff System in Offshore Landfill Built on Clay Ground with Double Walls 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.8, 2019년, pp.5 - 15

황웅기 ((주)지오알앤디) , 김향은 ((주)지오알앤디) , 최호성 (한국해양대학교 토목환경공학과) , 김태형 (한국해양대학교 건설공학과)

초록
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이 연구는 오염원 유출을 방지하기 위한 해상폐기물매립장 차수시스템에 요구되는 적절한 기준을 제안하기 위해 수행되었다. 차수시스템은 바닥층과 연직벽으로 구성된다. 바닥층은 불투수 점토층으로 연직벽은 이중벽체로 외곽벽체는 강관쉬트파일로 외력에 대한 저항을 담당하고 연직내부벽체가 차수를 담당하는 것으로 가정하였다. SEEP/W와 CTRAN/W 프로그램을 이용하여 침투-이류-분산 해석을 정상류 및 비정상류 조건에서 실시하였다. 해석결과, 정상류 조건에서 비정상류 조건 보다 오염원 이동이 크게 나타나 설계관점에서 차수기준은 정상류조건에서 산정된 값을 적용하는 것이 타당한 것으로 나타났다. 바닥층의 점토지반이 균질하고 연직차수시스템의 시공에 문제가 없다는 전제하에 정상류조건에서 오염원 이동의 차수에 요구되는 점토층 및 연직차수벽의 투수계수, 두께, 근입깊이 등이 제안되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to propose a reasonable requirement regulation of cutoff barriers composed of bottom layer and vertical barrier of offshore landfill for the prevention of contaminant leakage. The bottom layer was composed of impermeable clay layer; vertical walls were composed of double walls; outer wall was composed of steel sheet pile which registed against outer force; cutoff vertical barrier took the role of inner wall. Seepage-advection-dispersion numerical analysis was conducted using SEEP/W and CTRAN/W programs under steady and unsteady flows. The results showed that the values calculated under steady flow showed higher migration of pollutant than those of unsteady flow. The values calculated under steady flow are more valid from a design point of view. Under steady flow and the bottom clay layer and when the vertical barrier are homogeneous and completely well installed, respectively, the minimum required cutoff regulations for hydraulic conductivity, thickness, and embedded depth of the bottom clay layer and vertical barrier were suggested.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Conceptual diagram of pollutant dispersion (Hwang et al., 2018)
그림 Fig. 2. Cross section and soil condition of double walls system with clay (impermeable) layer
표 Table 1. Material properties used in seepage-advection-dispersion analysis
표 Table 2. Parametric analysis cases with different hydraulic conductivities and thicknesses of clay (impermeable) layer
표 Table 3. Parametric analysis cases with different hydraulic conductivities and thicknesses of vertical barrier
그림 Fig. 3. Hypothetical sinusoidal tide level with tidal range of 2 m
표 Table 4. Parametric analysis cases with different hydraulic conductivities of clay (impermeable) layer and embedded depth of vertical barrier
그림 Fig. 4. Predicted concentration contours after 50 years with three hydraulic conductivities on the clay (impermeable) layer with thicknesses of 500 cm
그림 Fig. 5. Required hydraulic conductivity of bottom layer based on cumulative mass flux during 50 years with different clay (impermeable) layer thicknesses and hydraulic conductivity 1×10^-6 cm/s
그림 Fig. 6. Required thickness of bottom layer based on cumulative mass flux during 50 years with different clay (impermeable) layer thicknesses and hydraulic conductivity 1×10^-6 cm/s
그림 Fig. 7. Required hydraulic conductivity of vertical inner barrier based on cumulative mass flux during 50 years with different vertical barrier thicknesses and hydraulic conductivity 1×10^-6 cm/s
그림 Fig. 8. Required thickness of vertical inner barrier based on cumulative mass flux during 50 years with different vertical barrier thicknesses and hydraulic conductivity 1×10^-6 cm/s
그림 Fig. 9. Required embedded depth of vertical inner barrier based on cumulative mass flux during 50 years with different embedment depth of vertical inner barrier and hydraulic conductivities of bottom layer
그림 Fig. 10. Predicted total head and flow velocity vector under unsteady flow in double walls system in case of maximal tidal range of 2 m
그림 Fig. 11. Four monitoring nodes to present time history graph of contaminant concentration
그림 Fig. 12. Time history of contaminant concentration at four monitoring nodes under steady and unsteady flows considering maximal tidal range of 2 m
그림 Fig. 13. Comparison of time history of contaminant concentration between steady and transient flow during initial 1 day at Node A in case of tidal range of 2 m
그림 Fig. 14. Contour plots of contaminant concentration after 1 year in case of tidal range of 2 m

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 해상폐기물매립장에서의 오염물의 누출을 방지하는 차수시스템에 대한 기준을 제안하기 위하여 이중벽체식 매립장의 바닥 및 연직 차수시스템에 대하여 침투･이류 분산 수치해석을 수행하였다. 해석은 정상류 및 비정상류(조석 2m)조건 하에서 수행하였다.
이중벽체의 외곽은 강관쉬트파일로 외력에 대한 저항을 담당하고 내부는 차수를 담당하는 벽체로 가정하였다. 이 연구의 목적은 이중벽체 해상폐기물매립장의 바닥 차수 시스템과 연직 차수시스템에 대하여 정상류와 비정상류조건에 대해 침투･이류 분산해석을 수행하고 그 결과를 비교하여 요구되는 최소기준(투수계수, 두께, 근입깊이 등)을 제시하는 것이다. 흐름으로 인한 오염물 농도 분포 및 이동을 수식적으로 예측하는 것은 어려워 Foose(2010)가 제안한 수치해석적 방법을 이용하였다.

가설 설정

해상폐기물매립장의 바닥 및 연직 차수시스템의 요구 기준을 제시하기 위하여 Fig. 2와 같이 이중벽체(외곽벽체(steel pipe sheet pile, non barrier)는 강관쉬트파일로 외력에 대한 매립장의 안정성을 담당하고 내부벽체(vertical barrier)은 오염원의 차수를 담당하는 차수벽체로 가정)에 대해 2차원 해석을 수행하였다. 해석단면은 일본의 사례를 참조하여 선정하였다(Kwon et al.
또한 해석 대상을 점토지반에 이중벽체가 적용된 해상폐기물매립장을 선정하였다. 이중벽체의 외곽은 강관쉬트파일로 외력에 대한 저항을 담당하고 내부는 차수를 담당하는 벽체로 가정하였다. 이 연구의 목적은 이중벽체 해상폐기물매립장의 바닥 차수 시스템과 연직 차수시스템에 대하여 정상류와 비정상류조건에 대해 침투･이류 분산해석을 수행하고 그 결과를 비교하여 요구되는 최소기준(투수계수, 두께, 근입깊이 등)을 제시하는 것이다.
1년, 분석기간은 50년으로 하고 데이터는 1년마다 저장하였다. 일반적으로 해상폐기물매립장에서는 내부수위를 해역 수위보다 낮게 관리하도록 하는데 본 해석에서는 폐기물장과 해역의 수두 차이(100cm)를 두어 불리한 경우로 가정하였다. 유해물질 상대농도는 폐기물층의 경우 C = 1.
, 2012). 지반조건은 하부지반이 바닥차수성능을 갖는 불투수 점토층(impermeable clay layer)이 존재하는 조건으로 가정하여 침투 및 오염물 이동특성을 검토하였다.
3). 최종처리장 내부는 관리 수위로 평균수위와 동일한 것으로 가정한다. 해석 시간의 어려움으로 단위 계산간격은 초기 5일은 1시간 간격으로 하고, 이후에는 3시간 간격으로 총 360일(1년) 동안 해석만을 수행한다.
, 2018). 해상폐기물매립장의 침출수 누출 및 오염물의 거동은 침투뿐만 아니라 이류 및 분산 현상을 동반한다. 따라서 해상폐기물매립장의 차수공을 대상으로 한 수치해석은 침투와 이류 및 분산 현상을 고려해야 하고 이를 평가한 적절한 차수기준 제안이 필요하다(Hwang et al.

제안 방법

1에서 산정한 바닥차수시스템(clay layer)의 두께 500cm, 투수계수 1×10^-6cm/s를 적용하였다. 그리고 연직 차수시스템의 세 가지 투수계수 1×10^-5, 1×10^-6, 1×10^-7cm/s를 적용하고 두께는 총 여덟 가지 경우(10, 20, 30, 50, 80, 100, 150, 200cm)에 대하여 침투･이류 분산해석을 수행하였다(Table 3).
본 연구에서는 해상폐기물 매립장의 특성을 반영하여 조석에 의한 해역의 수위 변동을 고려한 비정상류 해석을 실시하였다. 또한 해석 대상을 점토지반에 이중벽체가 적용된 해상폐기물매립장을 선정하였다.
이중 강관벽체식 해상폐기물매립장의 측면 차수를 위한 연직 차수시스템(vertical barrier) 두께와 근입깊이에 대한 최적의 기준을 도출하기 위하여 투수계수와 두께를 변화시켜 오염물질 누출량을 검토하였다. 검토를 위한 전체조건으로 앞 절 4.
이중벽체식 해상폐기물매립장의 바닥 차수를 위한 바닥 차수시스템(impermeable clay layer)의 두께 및 투수 계수에 대한 최적의 기준을 도출하기 위하여 연직 차수 시스템(vertical barrier)의 근입깊이와 투수계수를 각각 250cm 및 1×10^-11cm/s로 고정하고 세 가지 투수계수 1×10^-5, 1×10^-6, 1×10^-7cm/s에 대해 바닥 차수시스템의 두께를 변화시켜 해석을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 해상폐기물 매립장의 특성을 반영하여 조석에 의한 해역의 수위 변동을 고려한 비정상류 해석을 실시하였다. 또한 해석 대상을 점토지반에 이중벽체가 적용된 해상폐기물매립장을 선정하였다. 이중벽체의 외곽은 강관쉬트파일로 외력에 대한 저항을 담당하고 내부는 차수를 담당하는 벽체로 가정하였다.

이론/모형

본 해석에서는 캐나다 Geo-Slope사에서 개발한 범용 유한요소해석 프로그램인 SEEP/W 및 CTRAN/W를 사용하였다. SEEP/W 및 CTRAN/W는 범용 지반 유한요소 해석모듈이다.
이 연구의 목적은 이중벽체 해상폐기물매립장의 바닥 차수 시스템과 연직 차수시스템에 대하여 정상류와 비정상류조건에 대해 침투･이류 분산해석을 수행하고 그 결과를 비교하여 요구되는 최소기준(투수계수, 두께, 근입깊이 등)을 제시하는 것이다. 흐름으로 인한 오염물 농도 분포 및 이동을 수식적으로 예측하는 것은 어려워 Foose(2010)가 제안한 수치해석적 방법을 이용하였다. 본 연구의 범위에서 지진, 해일 또는 파랑에 의한 해상폐기물매립장의 안정성과 파랑에 의한 오염원 이동은 제외되었다.

성능/효과

(1) 조석에 따른 수위변동을 고려한 비정상류 조건 하에서의 전수두, 간극수의 유속벡터가 시간에 따라 크기 및 방향이 바뀌고 오염원 분산 농도가 변화되는 것을 볼 수 있었다.
(2) 정상류 조건 하에서 차수시스템의 차수성능을 평가하는 것이 비정상류 조건 보다 오염원 이동이 큰 것으로 나타나 정상류 조건에서 산정된 기준을 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
(3) 정상류 및 바닥 지반이 균질하다는 조건하에, 바닥차수시스템(점토층)의 차수성능을 확보하기 위하여 최소한 요구되는 투수계수와 두께는 각각 1×10^-6cm/s, 352cm로 산출되었다.
(4) 바닥차수시스템(점토층)의 두께를 500cm, 투수계수를 1×10^-6cm/s로 하고 연직 차수시스템의 시공에 문제다 없다는 전제하에, 연직 차수시스템의 차수성능을 확보하기 위해 필요한 최소한의 투수계수, 두께, 근입깊이는 각각 1×10^-6cm/s, 41cm, 143cm로 산출되었다.
4의 결과로부터도 예측 가능한 결과이다. 이상의 해석 결과로부터 바닥 차수시스템으로 점토지반의 투수계수 요구기준은 1×10^-6cm/s가 가장 합리적일 것으로 보인다.
12(a))도 같이 도시하였다. 해석된 정상류에서처럼 수위 변동을 고려한 비정상류 조건보다 정상류 조건 하에서 오염물의 농도가 증가하는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐기물매립장의 신설이 필요한 이유는?	육상폐기물매립장의 수용 용량의 한계와 불법폐기물 매립의 처리를 위하여 폐기물매립장의 신설이 필요하지만 해당 지역 주민 및 환경단체의 민원 그리고 주변의 환경문제에 대한 우려로 육상에서 매립장 신설이 어려운 상황이다. 또한 간헐적으로 발생되는 지진 또는 태풍으로 인한 재난 재해의 증가로 폐기물 발생량은 꾸준히 증가하는 추세를 보이고 있다.
	폐기물매립장의 신설이 필요함에도 불구하고 신설이 어려운 이유는?	육상폐기물매립장의 수용 용량의 한계와 불법폐기물 매립의 처리를 위하여 폐기물매립장의 신설이 필요하지만 해당 지역 주민 및 환경단체의 민원 그리고 주변의 환경문제에 대한 우려로 육상에서 매립장 신설이 어려운 상황이다. 또한 간헐적으로 발생되는 지진 또는 태풍으로 인한 재난 재해의 증가로 폐기물 발생량은 꾸준히 증가하는 추세를 보이고 있다.
	폐기물매립장의 신설을 위해 바다에 건설하는 것이 고려되고 있는데 이에 관해 일본은 어떠한가?	일본의 경우 1960년대 후반부터 바다에 폐기물매립장을 조성하여 현재 약 75개소의 폐기물매립장을 운영하고 있다. 요코하마, 동경만, 오사카 등 주요 대도시 부근에는 모두 해상 폐기물매립장이 건설되어 있어, 폐기물의 해상매립에 대한 의존도가 매우 높다(Osaka Bay Regional Offshore Environmental Improvement Center, 2018). 싱가포르의 경우 세마카우 매립지를 건설하여 폐기물 소각재를 매립하고 있다(Kwon et al.

저자의 다른 논문 :

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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