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문제 정의
- 1991)와 forced gradient test(Hoopes and Harleman 1967, Grove and Beetem 1971, Pickens and Grisak 1981)로 분산지수를 측정하는 방법이 있다. 본 연구의 목적은 분산지수 결정에 있어서 실험의 경제성과 용이성 및 정확도를 기하기 위하여 실내 자유면 대수층 모형을 구축하여 사질 대수층에서의 2차원 plume 모니터링을 통하여 오염운의 관측치와 모사치를 비교하므로써 종분산지수와 횡/종분산지수비를 결정하는 것이다.
제안 방법
- GMS(Groundwater Modeling System) 는 최근 미 국방성에서 개발한 지하수 흐름 및 오염물질 운송을 모사하는 3차원 프로그램이며, 여기에는 지하수흐름을 모사하는 MODFLOW가 있으며, 오염물질 운송을 모사하는 MT3D가 있으며 본연구에서는 이 2가지의 프로그램을 이용하여 KCl 오염운을 모사하였다. 2차원 지하수 및 KC1 운송모델링을 위한 격자 설정은 다음과 같다.
- 2차원 지하수 및 KC1 운송모델링을 위한 격자 설정은 다음과 같다. y축 방향에 대해서는 모형 강우기에 의한 면적으로 보충수와 주적자를 주입하였기 때문에 하나의 cell로 구성하였고 X축과 z축에 대해서는 각각 2cm의 간격으로 cell을 나누었다. 자유면 대수층에 대한 격자는 X축은 50cell (100 cm), y축 1cell (25 cm), z축 28cell (56 cm)로 구성하였다.
- 모델링에 사용된 수리지질 파라미터의 입력치는 다음과 같다(Table 1). 관측된 2차원 오염운을 모사할 수 있는 최적의 종분산지수와 횡/종분산지수비를 획득하기 위하여 6개의 다른 종분산지수(1, 0.8, 0.6, 0.4 , 0.3, 0.2 cm)에 대해서 횡/종분산지수비(1, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2, 0)을 설정하여 case study를 수행하였다(Table 2). 관측한 오염운과 모사한 오염운의 첨두농도가 가장 일치하는 결과를 비교함으로써 최적의 종분산지수와 횡/종분산지수를 결정하였다.
- 2, 0)을 설정하여 case study를 수행하였다(Table 2). 관측한 오염운과 모사한 오염운의 첨두농도가 가장 일치하는 결과를 비교함으로써 최적의 종분산지수와 횡/종분산지수를 결정하였다.
- 강우모형 조절기는 길이 15 cm, 폭 3 cm, 높이 5 cm의 아크릴 모형으로 바닥면에는 직경 1 mm의 outlet을 길이와 폭방향에 대해서 1 cm 간격으로 45지점에 유출구를 설치하여 모형의 폭방향으로 보충수를 균질하게 부과하였다. 대수층의 수위 측정을 위해서 모형의 최우단과 최좌단 그리고 지하수위 조절조에 manometer를 설치하여 세 지점에서 수위를 측정하였다. 정상류 상태의 지하수 흐름에 KCl 용액(3 g/L) 1L를 강우발생장치(rainfall simmulator)를 이용하여 모형의 좌측 보충수 유입지점의 57 cm 깊이에 폭방향으로 11.
- 7 mL를 채취하여 Ion Chromatography(IC)로 분석하였다. 본 연구에서는 종분산지수와 횡/종분산지수비의 결정을 위하여 경과시간 16시간에서의 오염운을 이용하였다.
- 사질 대수층에서 보존성 화합물의 운송 모델링에 긴요한 횡/종분산지수비를 결정하기 위하여 실내 자유면 대수층 모형에서의 2차원 오염운 실험을 수행하였다. 2차원 실내 모형실험으로 획득한 오염운과 MT3D 모델링을 통한 case study 분석결과 관측치와 모사치의 첨두 농도가 가장 일치하는 종분산지수와 횡/종분산지수비는 각각 0.
- 대수층의 수위 측정을 위해서 모형의 최우단과 최좌단 그리고 지하수위 조절조에 manometer를 설치하여 세 지점에서 수위를 측정하였다. 정상류 상태의 지하수 흐름에 KCl 용액(3 g/L) 1L를 강우발생장치(rainfall simmulator)를 이용하여 모형의 좌측 보충수 유입지점의 57 cm 깊이에 폭방향으로 11.5분 동안 일정하게 주입하였고, 추적자 주입이 끝난 후 1차 증류수를 정량 펌프를 이용하여 일정하게 주입(28 mL/min)하였다. 추적자의 오염운을 모니터링하기 위하여 수평적으로 11지점 수직적으로 16지점에서 총 176개의 sampling port를 통하여 1 mL glass syringe 로 0.
- 5분 동안 일정하게 주입하였고, 추적자 주입이 끝난 후 1차 증류수를 정량 펌프를 이용하여 일정하게 주입(28 mL/min)하였다. 추적자의 오염운을 모니터링하기 위하여 수평적으로 11지점 수직적으로 16지점에서 총 176개의 sampling port를 통하여 1 mL glass syringe 로 0.7 mL를 채취하여 Ion Chromatography(IC)로 분석하였다. 본 연구에서는 종분산지수와 횡/종분산지수비의 결정을 위하여 경과시간 16시간에서의 오염운을 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 실험실 규모의 모형(Fig.l)은 길이 110 cm, 폭 28 cm, 높이는 71.4 cm 규모의 Polycarbonate (PC) 재질로써 모형의 바닥면으로부터 60 cm 높이 까지는 입경 2 mm이하의 사질토를 채워 사질 자유면 대수층을 구축하였고 모형의 우단에는 길이 10 cm, 폭 25 cm, 높이 71.4 cm의 수조를 설치하였으며, 대수층과 수조를 분리하는 연직 아크릴 벽면에는 배수가 가능한 직경 0.8 cm의 유출구를 가로로 14개 세로로 20개를 설치하여 대수증에서 수조로의 지하수 흐름이 원활하도록 하였다. 모형의 좌단 상부에는 정량 펌프(peristalic pump)를 이용하여 강우모형 조절기(rainfall simulator)를 통하여 보충수(recharge)를 유입시킴으로써 정상류 상태(steady-state)의 지하수 흐름을 발생시켰다.
- y축 방향에 대해서는 모형 강우기에 의한 면적으로 보충수와 주적자를 주입하였기 때문에 하나의 cell로 구성하였고 X축과 z축에 대해서는 각각 2cm의 간격으로 cell을 나누었다. 자유면 대수층에 대한 격자는 X축은 50cell (100 cm), y축 1cell (25 cm), z축 28cell (56 cm)로 구성하였다. 지하수위 조절조 (Water Storage Reservoir)의 격자의 수는 X, z방향으로 5cell (10 cm), 38cell (56 cm)로 하였으며 y방향에 대해서는 1cell (25 cm)로 구성하였으며, 보충수 유입영역의 격자는 모형의 최우단 상부에 위치하는 2개의 cell을 지정므로서 모델링에 사용된 총 격자의 수는 1650개였다.
- 자유면 대수층에 대한 격자는 X축은 50cell (100 cm), y축 1cell (25 cm), z축 28cell (56 cm)로 구성하였다. 지하수위 조절조 (Water Storage Reservoir)의 격자의 수는 X, z방향으로 5cell (10 cm), 38cell (56 cm)로 하였으며 y방향에 대해서는 1cell (25 cm)로 구성하였으며, 보충수 유입영역의 격자는 모형의 최우단 상부에 위치하는 2개의 cell을 지정므로서 모델링에 사용된 총 격자의 수는 1650개였다. 모델링에 사용된 수리지질 파라미터의 입력치는 다음과 같다(Table 1).
성능/효과
- 모형의 좌단 상부에는 정량 펌프(peristalic pump)를 이용하여 강우모형 조절기(rainfall simulator)를 통하여 보충수(recharge)를 유입시킴으로써 정상류 상태(steady-state)의 지하수 흐름을 발생시켰다. 보충수(recharge rate)와 배출수(discharge rate)가 동일하고 manometer의 수위가 일정함을 확인하므로써 정상류상태(steady-state)임을 확인할 수 있었다. 강우모형 조절기는 길이 15 cm, 폭 3 cm, 높이 5 cm의 아크릴 모형으로 바닥면에는 직경 1 mm의 outlet을 길이와 폭방향에 대해서 1 cm 간격으로 45지점에 유출구를 설치하여 모형의 폭방향으로 보충수를 균질하게 부과하였다.
- 또한, Moltyaner and Killey(1988)의 현장상태의 사질 자유면 대수층 현장실험으로부터 획득한 횡/종분산지수비 1/4과 Bear(1972)가 제시한 1/3과도 비교적 근접함을 보여주고 있다. 오염운의 비교 결과 관측치와 모사치에 있어서 이동거리와 첨두 농도의 위치가 일치하지 않는 것을 알 수 있으며(Fig. 2), 관측치에서의 첨두농도는 수평, 수직적인 방향으로 60 cm와 31 cm지점에 첨두 농도가 관측된 반면 모사치에서는 수평적으로 68 cm, 수직적으로는 47 cm에 위치함으로서 모사치에서의 첨두농도가 관측치 보다는 좀 더 상부에 위치하고 하류방향으로 이동해 있는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 4 cm와 1/5이었다. 이 수치들은 앞서 연구된 사질 대수층서의 분산지수 값들과 비교적 잘 일치하고 있으며 향후 오염된 사질 대수층 복원(remedation)을 위한 기초 자료로 사용될 수 있을 것이라 사료 다.
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