A Numerical Model for Analysis of Groundwater Flow with Heat Flow in Steady-State

열(熱)흐름을 동반(同伴)한 정상지하수(定常地下水)의 흐름해석(解析) 수치모형(數値模型)

In this study, a numerical model was established and applied to simulate the steady-state groundwater and heat flow in an isotropic, heterogeneous, three dimensional aquifer system with uniform thermal properties and no change of state. This model was developed as an aid in screening large groundwater-flow systems as prospects for underground waste storage. Driving forces on the system are external hydrologic conditions of recharge from precipitation and fixed hydraulic head boundaries. Heat flux includes geothermal heat-flow, conduction to the land surface, advection from recharge, and advection to or from fixed-head boundaries. The model uses an iterative procedure that alternately solves the groundwater-flow and heat-flow equations, updating advective flux after solution of the groundwater-flow equation, and updating hydraulic conductivity after solution of the heat-flow equation. Dierect solution is used for each equation. Travel time is determined by particle tracking through the modeled space. Velocities within blocks are linear interpolations of velocities at block faces. Applying this model to the groundwater-flow system located in Jigyung-ri. Songla-myun, Youngil-gun. Kyungsangbuk-do, the groundwater-flow system including distribution of head, temperature and travel time and flow line, is analyzed.

본(本) 연구(硏究)는 일정균등(一定均等)한 열적(熱的) 특성(特性)을 가지고 있으며 상변화(相變化) 없는 등방(等方) 이질성(異質性)의 3차원(次元) 대수층계(帶水層系)의 열(熱)흐름과 정상상태(定常狀態)의 지하수(地下水)흐름을 모의발생(模擬發生)할 수 있는 유한차분(有限差分) 모형(模型)을 확립(確立)한 것이다. 이 모형(模型)은 대규모(大規模) 지하수(地下水) 흐름체계(體系)에서 폐기물(廢棄物)의 지하저류시(地下貯溜時) 지하수(地下水) 흐름과 발생(發生) 혹은 주입(注入)된 열(熱)의 흐름을 예측(豫測) 분석(分析)하기 위하여 확립(確立)된 것이다. 이러한 대수층계(帶水層系)의 지하수(地下水) 흐름에 작용(作用)하는 조건(條件)으로는 강우주입(降雨注入)으로 인한 수문학적(水文學的) 조건(條件)과 고정(固定)된 수리수두(水理水頭) 경계조건(境界條件) 등(等)이 포함(包含)되고, 열(熱)흐름에는 지열(地熱)의 흐름, 지표면(地表面)으로의 전도(傳導), 주입(注入)에 의한 이류(移流), 고정(固定) 수두경계(水頭境界)로 향(向)한 또는 고정수두경계(固定水頭境界)로 부터의 이류(移流) 등(等)이 포함(包含)된다. 본(本) 모형(模型)에서는 지하수(地下水)흐름과 열(熱)흐름 방정식(方程式)을 번갈아 푸는 교대반복과정(交代反復過程)을 사용(使用)하고, 두 방정식(方程式)의 계산(計算)에는 직접해법(直接解法)을 사용(使用)한다. 이동시간(移動時間)은 모형공간(模型空間)에서 입자추적(粒子追跡)으로 결정(決定)되며, 분할(分轄)된 구역내(區域內)의 지하수(地下水) 유속(流速)은 구역내(區域內)의 유속(流速)을 선형(線形)으로 보간(補間)하여 계산(計算)한다. 본(本) 모형(模型)을 경상북도(慶尙北道) 영일군(迎日郡) 송라면(松羅面) 지경리(地境里) 일대(一帶)의 지하수계(地下水系)에 적용(適用)하여 이 일대(一帶) 지하(地下) 암반층(岩盤層)의 수두분포(水頭分布), 유동로(流動路), 이동시간(移動時間) 및 지하수온분포(地下水溫分布)를 계산(計算)하여 지하수(地下水) 유동체계(流動體系)를 분석(分析)하였다.