[논문]심부시추공 지하수의 심도별 수두 장기모니터링

고용권; 조성일; 김건영; 배대석; 김천수

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고용권 (한국원자력연구소) , 조성일 (한국원자력연구소) , 김건영 (한국원자력연구소) , 배대석 (한국원자력연구소) , 김천수 (한국수자원공사)

방사성폐기물 처분 연구의 일환으로 화강암지역내 500m 심도의 심부시추공이 착정되었으며, 다중패커시스템이 설치되어 장기적으로 심도별 지하수의 수리 및 화학특성이 모니터링 되고 있다. 지하수 수두값의 심도별 특성은 천부에서 심도 250m까지는 대체로 감소하는 경향을 보이며 250m이하에서 500m 심도까지는 증가하는 경향을 보여준다. 각 심도구간에서의 지하수 수두값은 장기적으로 일정한 값을 보여주지만, 장마기간동안 집중적으로 모니터링된 결과에 따르면 심도 370m 상부에서는 지하수 함양변화에 따라 지하수 수두가 변화되는 반면, 심부구간에서는 지하수 함양변화에 대하여 영향을 받지 않음을 보여준다.

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문제 정의

현재 다중패커시스템이 설치된 심부시추공에 대하여는 지속적으로 지하수 수두와 지화학 특성이 모니터링되고 있다. 본 연구에서는 그간 모니터링된 심도별 지하수 수두분포를 제시하고 그 결과가 갖는 의미를 살펴보고자 하였다.

제안 방법

이들 시추공들은 Core logging과 Borehole Televiewer로부터 단열분포특성이 확인되었으며, 500m 심도의 YS-01 공에는 13개의 패커를 설치하여 최상부 천부지하수를 포함하여 시추공지하수를 14개 구간으로 격리시켰다. 다중패커시스템은 2001년 9월에 설치되었으며, 이를 이용하여 시추공 심도구간별 온도와 지하수 수압에 대한 직접측정이 현재까지 36회 수행되었다. 또한, 장마기간동안에는 가능한 한 일별로 온도와 지하수 수압을 집중적으로 모니터링하였다.
다중패커시스템은 2001년 9월에 설치되었으며, 이를 이용하여 시추공 심도구간별 온도와 지하수 수압에 대한 직접측정이 현재까지 36회 수행되었다. 또한, 장마기간동안에는 가능한 한 일별로 온도와 지하수 수압을 집중적으로 모니터링하였다.
이와 더불어 상부 지하수의 변화, 즉 강수에 의한 지하수 함양특성에 따라 심도에 따른 지하수 수두 변화를 확인하기 위하여 지하수의 변화가 비교적 크게 일어나는 장마기간동안 YS-01 공에 대한 심도에 따른 지하수 수압변화를 집중적으로 모니터링 하였으며, 대표적인 심도에 대한 변화특성을 강수량과 함께 그림 4에 도시하였다. 나공상태 (open borehole)에서 지하수위에 상응하는 최상부구간 (-30m GL)에 서는 지하수두 값은 강수량을 반영하며 변화됨을 보여주고 있다.

대상 데이터

가. 연구방법

연구지역의 지질은 쥬라기 중립질 복운모화강암이며, 연구지역내에는 200m~500m 심도를 갖는 6개의 심부시추 조사공이 굴착되었다 (그림 1). 이들 시추공들은 Core logging과 Borehole Televiewer로부터 단열분포특성이 확인되었으며, 500m 심도의 YS-01 공에는 13개의 패커를 설치하여 최상부 천부지하수를 포함하여 시추공지하수를 14개 구간으로 격리시켰다.

성능/효과

나공상태 (open borehole)에서 지하수위에 상응하는 최상부구간 (-30m GL)에 서는 지하수두 값은 강수량을 반영하며 변화됨을 보여주고 있다. 또한 심도 170m, 250m, 350m 구간에서도 지하수두 값은 강수량의 변화, 즉, 지하수 함양변화에 의해서 변화됨을 보여준다. 그러나, 그림 4를 자세히 살펴보면, 심도 30m와 170구간과는 달리 심도 250m 이하의 구간에서는 지하수 함양 변화에 따라 변화되는 시기가 다소 차이가 나며, 변화폭도 감소됨을 알 수 있다.
°E가 우세함을 보여준다. 심도별로 단열의 빈도는 심도 100m 내외에서 큰 파쇄대가 존재함을 보이며, 약400~500m구간에 비교적 많은 단열이 확인되었다. 이들 단열들은 심도 약 100m, 250m 및 400~500m 구간에서 큰 단열틈이 확인되고, 산출된 투수량계수는 단열빈도보다는 단열틈과 더 밀접한 관계가 있는 것으로 사료된다.

후속연구

또한, 시추공 상부보다도 낮은 수두값을 보이는 심도 약 250m 구간에서는 상부 지하수체와의 연결성이 없은 것으로 해석될 수 있다. 이러한 연구지역 지하수체에 대한 특성은 현재 진행 예정인 주변 시추공에 다중패커시스템이 설치된 후에 확인 될 수 있을 것이다.
추후, 진행될 연구지역의 다른 시추공에서 확인 될 단열특성과 수리특성과 함께 단열 및 수리특성이 확장되어 보다 정량적인 해석이 가능할 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 특성은 결정질 암반에서 지하수 유동체계를 해석시 단열특성과 함께 지하수 유동특성을 평가하여야 함을 보여준다. 특히, 결정질 암반에서의 지하수 유동 모델링은 이러한 수리특성을 반영해야 할 것이다.
또한 지하수 함양정도에 따른 지하수두 값이 변화되는 양상은 심도에 따라 다르게 나타내어 이는 암반내 지하수 유동로 역할을 하는 단열의 연결성과 밀접한 관련이 있는 것으로 사료된다. 추후, 진행될 연구지역의 다른 시추공에서 확인 될 단열특성과 수리특성과 함께 단열 및 수리특성이 확장되어 보다 정량적인 해석이 가능할 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 특성은 결정질 암반에서 지하수 유동체계를 해석시 단열특성과 함께 지하수 유동특성을 평가하여야 함을 보여준다.

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