[논문]하이브리드 Funnel and Gate 지하수 흐름제어를 통한 반응벽체 설치 연구

김태영; 천정용; 이명재; 차용훈; 신선호; 장명도; 김정우

doi:10.7857/jsge.2023.28.3.001

하이브리드 Funnel and Gate 지하수 흐름제어를 통한 반응벽체 설치 연구
A Study on the Installation Method of PRB by Controlling Groundwater Flow in Hybrid Funnel and Gate 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.28 no.3, 2023년, pp.1 - 11

김태영 ((주)지오그린21) , 천정용 ((주)지오그린21) , 이명재 ((주)지오그린21) , 차용훈 ((주)지오그린21) , 신선호 ((주)지오그린21) , 장명도 (건국대학교 신기술융합과) , 김정우 ((주)지오그린21)

Abstract ▼ AI-Helper

Permeable reactive barrier (PRB) is a prominent in-situ remedial option for cleanup of contaminated groundwater and has been gaining increasing popularity in recent years. Funnel-and-gate systems, comprised of two side wings of impermeable walls and a central gate wall, are frequently implemented in many sites, but often suffers from bypassing of groundwater due to the progressive clogging of the gate wall over extended period of time. This study investigated technical feasibility of a hybrid funnel-and-gate system designed to address the flow deterioration in the gate wall. The key attribute of the proposed hybrid system is the operation of drainage units at the barrier walls and rear end of the gate wall. A conceptual modeling with MODFLOW indicated the groundwater inside the barrier was maintained at appropriate level to be guided toward the gate wall, yielding constant discharging of groundwater from the gate.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Selection trends (1982~2017) for decision documents with groundwater remedies (US EPA, 2020).
그림 Fig. 2. Various configurations of funnel and gate PRBs (Starr and Cherry, 1994).
그림 Fig. 3. Concept model of seepage field distribution around a sheet pile (Zhang et al., 2020).
그림 Fig. 4. The site status used to derive input factors necessary for the conceptual model simulation.
표 Table 1. The hydrogeologic data fo national groundwater management monitoring network (GIMS, national groundwater information center)
표 Table 2. The summary of conceptual model condition
그림 Fig. 5. Conceptual model condition and the results of steady-state simulation.
그림 Fig. 6. Conceptual model type and monitoring well location.
그림 Fig. 7. The simulation results of contaminants transport.
그림 Fig. 8. The displacement of groundwater flow around funnel and gate.
그림 Fig. 9. The Change of groundwater level and contaminant concentration at the monitoring well located inside and outside the funnel.
그림 Fig. 10. Drainage device with continuous water level maintenance, sufficient residence time and drainage capacity.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

하지만, gate에서 배수시설을 가동할 경우에는 차수벽 내부의 지하수위 상승현상도 없었고, 결국 오염지하수가 모두 반응벽체로 유도되면서 모두 처리되는 효과를 확인하였다. Gate 후단부에 위치하는 배수시설은 지속적으로 일정한 유량으로 배수시킬 수 있도록 고안된 시스템이 본 연구에서 제안되었다. 본 연구에서 최종 제안된 배수시설의 활용도는 PRB 시스템뿐 만 아니라 다른 지하수처리 시스템에도 접목될 수 있기 때문에 효율적인 지하수정화 설계에 활용되기를 기대한다.
본 연구에서는 PRB를 설치할 때, 지하수 흐름이 원활하도록 전통적인 물리적 차수벽 설치와 수리지질학적으로수위를 조절하는 하이브리드 방식, 즉, 차수벽 + 선택적 배수시설의 가동으로 지하수 흐름 제어하는 기법을 연구하였다.
본 연구에서는 인위적으로 배수시설을 갖춘 hybrid FG는 결국 gate의 배수능력을 키우는 방법으로서 선택적으로 가동하는 것이다. 여기서 배수시설이라 함은 양수정이 그 역할을 수행할 수 있다.

가설 설정

개념모델에서 continuous wall type PRB를 설치한다면 오염 지하수를 완전히 포획할 수 있는 구역에 PRB를 넓게 설치해야 하는데 지상에서 그런 광범위한 조건이 마련되기 어렵다고 가정하였고, 그래서 FG 방식으로 PRB를 모의하였다. 이때, Fig.
암반층 조사자료 개수는 충적층에 비해 상대적으로 부족하지만, 모두 오염정도가 검출기준 이하이거나 오염도 극히 낮았다. 따라서 개념모델은 충적 대수층에서 오염이 발생하는 것으로 가정하여 만들었다. 개념모델의 크기는 160개 현장부지에서 조사된 오염면적의 크기(Fig.
93E-06 m/sec로 충적층에 약 10배 이상 느리게 나타났다. 오염물질은 1년간 유출된 시점의 오염범위를 초기조건으로 가정하고 지중정화를 공법인 PRB를 설계하는 것으로 모의하였다.

제안 방법

이때, Fig. 5에서 보여준 오염물질 초기조건 및 지하수 유동특성 모의결과를 기초로 해서 FG PRB형태를 2가지로 구분해서 개념모델을 구성하였다.
6과 같이 funnel 내·외부에 가상의 관측정을 설정하여 수위 및 오염물질 농도의 변화를 확인하였다.
본 연구는 특정 지역에서 현장조사 결과를 기반으로 수행한 것이 아니라, 우리나라에서 PRB가 설치될 현장을 가상으로 설정하여 개념모델로 연구하였다. MODFLOW를 활용하여 하이브리드 방식의 PRB 설치 기법을 소개하였다. 개념모델에 입력되는 자료는 본 연구자들이 참여한 현장연구에서 획득한 대수층 구성, 대수층 심도, 투수계수, 지하수위 및 기타 지질 자료 등 현장자료를 기반으로 우리나라에서 일반적으로 나타날 수 있는 데이터를 선별해서 활용하였다.
각 개념모델을 모의해서, 지하수 흐름방향, 지하수위 변화, 오염물질 확산 등 지하수 흐름 제어 효과를 비교하였다. 하이브리드 지하수 흐름제어의 가동이 필요할 경우에는 PRB 후단에서 배수장치가 일정 유량을 유지하면서 안정적인 가동이 요구될 것이다.
그 배수장치는 안정적으로 계획된 지하수위 유지와 함께 계획된 지하수 수량을 배출시켜야만 반응벽체가 정확하게 가동하게 될 것이다. 그러한 능력이 발휘될 수 있도록 단순 기계설비의 펌프 성능에 의존하는 것이 아니라 특별히 고안된 유량 조정조를 제안하였다.
두 번째 Case 2는 본 연구에서 제안하는 배수장치를 함께 가동하는 하이브리드 지하수 흐름 제어인 경우로써 개념모델에서 PRB 후단에 배수 경계(drain boundary) 조건을 설정하였다(Fig. 6(b)).
본 연구는 특정 지역에서 현장조사 결과를 기반으로 수행한 것이 아니라, 우리나라에서 PRB가 설치될 현장을 가상으로 설정하여 개념모델로 연구하였다. MODFLOW를 활용하여 하이브리드 방식의 PRB 설치 기법을 소개하였다.
따라서 물리적 차단 기능인 차수벽에만 의존하는 것이 아니라 gate 후단부에 위치한 배수시설을 가동하여 차수벽과 배수시설이 함께 작동하는 하이브리드형 FG 방식이 지하수 흐름제어에 효과적인 것으로 확인되었다. 이 성능을 확인하기 위하여 MODFLOW를 통한 개념모델을 구축하였다. 그 개념모델에 입력되는 인자들은 우리나라 전국에 위치한 160개 오염부지 자료와 국가지하수관리측정망 특성인자들을 활용하였다.

대상 데이터

4(c)와 같이 유류 오염부지가 많이 있다. 919개 지점의 오염자료들은 토양오염에서 시작해서, 충적층 지하수 오염으로 이어지는 자료들이었다. 암반층 조사자료 개수는 충적층에 비해 상대적으로 부족하지만, 모두 오염정도가 검출기준 이하이거나 오염도 극히 낮았다.
MODFLOW를 활용하여 하이브리드 방식의 PRB 설치 기법을 소개하였다. 개념모델에 입력되는 자료는 본 연구자들이 참여한 현장연구에서 획득한 대수층 구성, 대수층 심도, 투수계수, 지하수위 및 기타 지질 자료 등 현장자료를 기반으로 우리나라에서 일반적으로 나타날 수 있는 데이터를 선별해서 활용하였다.
이 성능을 확인하기 위하여 MODFLOW를 통한 개념모델을 구축하였다. 그 개념모델에 입력되는 인자들은 우리나라 전국에 위치한 160개 오염부지 자료와 국가지하수관리측정망 특성인자들을 활용하였다. 개념모델을 실행한 결과, 차수벽만으로 지하수 흐름을 제어할 경우 gate에서 충분히 배출시키지 못한 경우 차수벽 내부에서 지하수위가 상승하였고, 그것과 함께 오염지하수가 차수벽 하부로 유출되는 것이 모의되었다.

데이터처리

12m와 80m로 설정하였다. 그리고 수리전도도는 기하평균값을 활용하였다. 북쪽에서 남쪽으로 지하수가 흐른다는 것으로 개념으로 모의영역 상부와 하부에 일정수두경계(constant head boundary)를 설정하고 그 수위 값은 Table 1의 충적층 수위값을 고려해서 북측에 GL -6.

성능/효과

그 개념모델에 입력되는 인자들은 우리나라 전국에 위치한 160개 오염부지 자료와 국가지하수관리측정망 특성인자들을 활용하였다. 개념모델을 실행한 결과, 차수벽만으로 지하수 흐름을 제어할 경우 gate에서 충분히 배출시키지 못한 경우 차수벽 내부에서 지하수위가 상승하였고, 그것과 함께 오염지하수가 차수벽 하부로 유출되는 것이 모의되었다. 하지만, gate에서 배수시설을 가동할 경우에는 차수벽 내부의 지하수위 상승현상도 없었고, 결국 오염지하수가 모두 반응벽체로 유도되면서 모두 처리되는 효과를 확인하였다.
이 때 gate 쪽으로 유도된 지하수 유량이 원활하게 배출되지 않는다면 차수벽 내부에서 지하수위 상승이 유발될 수 있고, 그 상승된 지하수위는 차수벽 하부로 오염수가 유출될 수 있는 조건을 제공하게 된다. 따라서 물리적 차단 기능인 차수벽에만 의존하는 것이 아니라 gate 후단부에 위치한 배수시설을 가동하여 차수벽과 배수시설이 함께 작동하는 하이브리드형 FG 방식이 지하수 흐름제어에 효과적인 것으로 확인되었다. 이 성능을 확인하기 위하여 MODFLOW를 통한 개념모델을 구축하였다.
개념모델을 실행한 결과, 차수벽만으로 지하수 흐름을 제어할 경우 gate에서 충분히 배출시키지 못한 경우 차수벽 내부에서 지하수위가 상승하였고, 그것과 함께 오염지하수가 차수벽 하부로 유출되는 것이 모의되었다. 하지만, gate에서 배수시설을 가동할 경우에는 차수벽 내부의 지하수위 상승현상도 없었고, 결국 오염지하수가 모두 반응벽체로 유도되면서 모두 처리되는 효과를 확인하였다. Gate 후단부에 위치하는 배수시설은 지속적으로 일정한 유량으로 배수시킬 수 있도록 고안된 시스템이 본 연구에서 제안되었다.

후속연구

예를 들어 양수를 통해 수리적 방벽(hydraulic barrier)을 설치하여 오염물질 확산을 유도하고자 할 때 다수의 양수정을 설치하는 것이 아니라 funnel을 설치한 다음 특정 구역으로 집수된 지하수를 양수할 때 적용할 수도 있다고 판단된다. 본 연구가 현장에서 적용되어 효율적인 오염지하수 정화 설계가 진행되기를 기대한다.
본 연구에서 최종 제안된 배수시설의 활용도는 PRB 시스템 뿐만 아니라 다른 지하수 처리 시스템에도 접목될수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어 양수를 통해 수리적 방벽(hydraulic barrier)을 설치하여 오염물질 확산을 유도하고자 할 때 다수의 양수정을 설치하는 것이 아니라 funnel을 설치한 다음 특정 구역으로 집수된 지하수를 양수할 때 적용할 수도 있다고 판단된다.
Gate 후단부에 위치하는 배수시설은 지속적으로 일정한 유량으로 배수시킬 수 있도록 고안된 시스템이 본 연구에서 제안되었다. 본 연구에서 최종 제안된 배수시설의 활용도는 PRB 시스템뿐 만 아니라 다른 지하수처리 시스템에도 접목될 수 있기 때문에 효율적인 지하수정화 설계에 활용되기를 기대한다.

참고문헌 (17)

Anderson, E.I. and Mesa, E., 2006, The effects of vertical barrier walls on the hydraulic control of contaminated groundwater, Advances in Water Resources, 29(1), 89-98.

상세보기
Blowes, D.W., Ptacek, C.J., Cherry, J.A., Gillharm, R.W., and？Robertson, W.D., 1995, Passive remediation of groundwater？using in situ treatment curtains, Geoenvironment 2000: Characterization, Containment, Remediation, and Performance in？Environmental Geotechnics, 2(46), 1588-1607.
Courcelles, B., 2014, Guidelines for preliminary design of funnel-and-gate reactive barriers, Proceedings of the 4th international conference on environmental pollution and remediation,？Paper No. 81.
Gavaskar, A.R., 1999, Design and construction techniques for？permeable reactive barriers, Journal of Hazardous Materials,？68(1-2), 41-71.
Gavaskar, A., Gupta, N., Sass, B., Janosy, R., and Hicks, J.,？2000, Design Guidance for Application of Permeable Reactive？Barriers for Groundwater Remediation, Battelle, Columbus,？OH.
Klammler, H. and Hatfield, H., 2009, Analytical solutions for？the flow fields near funnel-and-gate reactive barriers with？hydraulic losses, Water Resources Research, 45(2), W02423,？doi:10.1029/2008WR007452.

상세보기
Klammler, H., Hatfield, H., and Kacimov, A., 2010a, Analytical？solutions for flow fields near drain-and-gate reactive barriers,？Ground Water, 48(3), 427-437.

상세보기
Klammler, H., Hatfield, H., and Kacimov, A., 2010b, Capture？flows of funnel-and-gate reactive barriers without gravel packs,？WIT Transactions on Engineering Sciences, 69, 319-330.
Lai, C.K., Lo, I.M.C., and Surampalli, R., 2006, Configuration？and construction of zero-valent iron reactive barriers, In Zero-Valent Iron Reactive Materials for Hazardous Waste and Inorganics Removal, American Society of Civil Engineers, Virginia,？224-242.
McDonald, M. and Harbaugh, A., 1988, Techniques of Water-Resources Investigations Reports, A Modular Three-Dimensional Finite-Difference Ground-water Flow Model, Book 6,？Chap A1., US Geological survey.
Naidu, R. and Birke, V., 2015, Permeable Reactive Barrier: Sustainable Groundwater Remediation, CRC Press, Boca Raton,？FL, Chapter 3.
Powell, R.M., Blowes, D.W., Gillham, R.W., Schultz, D., Sivavec, T., Puls, R.W., Vogan, J.L., Powell, P.D., and Landis, R.,？1998, Permeable Reactive Barrier Technologies for Contaminant Remediation. US EPA, Office of Research and Development Washington DC 20460, EPA/600/R-98/125.
Richardson, J.P. and Nicklow, J.W., 2002, In situ permeable？reactive barriers for groundwater contamination. Soil and Sediment Contamination: An International Journal, 11(2), 241-268.
Starr, R.C. and Cherry, J.A., 1994, In situ remediation of contaminated ground water: The funnel-and-gate system. Ground？Water, 32(3), 465-476.
US EPA, 2020, Superfund Remedy Report 16th edition, EPA-542-R-20-001, Office of land and emergency management, July 2020.
Zhang, L., Zhou, X., Pan, Y., Zeng, B., Zhu, D., and Jiang, H.,？2020, Design of groundwater extraction in open cut foundation？pit and simplified calculation of ground subsidence due to dewatering in sandy pebble soil strata, Advances in Civil Engineering, 2020, ID 1046937.

상세보기
Zhang, C., 2020, Soil and Groundwater Remediation: Fundamentals, Practices and Sustainability, John Wiley & Sons, Inc.,？NJ, Chapter 12.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증