Monitoring of Seawater Intrusion in Unconfined Physical Aquifer Model using Time Domain Reflectometry

자유면 대수층 모형에서의 TIME DOMAIN REFLECTOMETRY를 이용한 해수침투 모니터링

  • 김동주 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 하헌철 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 온한상 (고려대학교 지구환경과학과)
  • Published : 2003.03.01

Abstract

In this study, a phenomenon of saltwater intrusion was monitored under various conditions regarding recharge and pumping rate using time domain reflectometry for a laboratory scale unconfined aquifer to verify the basic theory behind seawater intrusion and to investigate movement of salt-freshwater interface in accordance with the ratio of pumping and recharge rate. Results showed that a thick mixing zone was formed at the boundary instead of a sharp salt-freshwater interface that was assumed by Ghyben and Herzberg who derived an equation relating the water table depth $(H_f)$ to the depth to the interface $(H_s)$. Therefore our experimental results did not agree with the calculated values obtained from the Ghyben and Herzberg equation. Position of interface which was adopted as 0.5 g/L isochlor moved rapidly as the Pumping rate $(Q_p)$ increased for a given recharge rate $(Q_r)$. In addition, interface movement was found to be about 7 times the ratio of $Q_p/Q_r$ in our experimental condition. This indicates that Pumping rate becomes an important factor controlling the seawater intrusion in coastal aquifer.

본 연구에서는 해수침투에 관한 기존 이론을 검증하고 지하수 함양량과 양수량의 변화에 따른 담-염수 경계면 이동현상을 고찰하기 위하여 실내 모형규모의 자유면 대수층에서 시간 영역 광전자파 분석기 (Time Domain Reflectometry: TDR)를 이용하여 2차원 염수침투 현상을 관측하였다. 실험 결과 염수와 담수의 경계면에서는 분산 혹은 확산에 의한 혼합대 (mixing zone)가 두텁게 형성되었으며 Badon Ghyben과 Herzberg가 가정한 비혼합 경계면 (sharp interface)은 형성되지 않았다. 따라서 본 연구에서 획득한 기준 해수면에 대한 자유수면($H_{f}$)과 염수 경계면($H_{s}$)까지의 깊이의 비에 관한 실험치와 Ghyben-Herzberg 근사법의 이론치가 일치하지 않음을 알 수 있었다. 한편, 함양량과 양수량을 달리하면서 경계면의 변화를 관찰한 결과 주어진 함양량에 대하여 양수량이 증가함에 따라 경계면의 이동속도가 증가하였고, 본 모형조건하에서 경계면의 이동속도는 함양량에 대한 양수량의 비 ($Q_{p}/Q_{r}$)에 약 7배나 달하는 것으로 나타났으며 이는 해안선에 인접한 해수 침투 취약지역에서는 양수량이 아주 중요한 역할을 한다는 것을 지시한다.

Keywords

References

  1. 대한지하수환경학회 v.4 no.2 임해지역 주변에서의 해수침투특성 김천수;김경수;배대석;송승호
  2. 대한지하수환경학회 v.4 no.1 중-동 제주 수역의 지하수 개발로 인한 해수 침투 박남식;이용두
  3. 한국지하수토양환경학회지 v.7 no.1 서해 연안지역 천부지하수의 수리지구화학: 연안 대수층의 해수 혼입에 관한 연구 박세창;윤성택;채기탁;이상규
  4. 한국지하수토양환경학회지 v.7 no.3 지구물리 탐사자료의 지구통계학적 분석에 의한 부산 동남해안 지역의 해수침투 특성 심병완;정상용;김희준;성익환;김병우
  5. 한국지하수토양환경학회지 v.7 no.4 수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따른 해수침투 범위의 변화 심병완;정상용;김희준;성익환
  6. 대한지하수환경학회 v.4 no.2 제주도 삼양 3수원지 염소이온농도 상승 원인에 관한 연구 이성복;김구영;한소라;한정상
  7. Journal of Geological Society of Korea v.25 no.3 Geochemical Characteristics of Groundwater in Cheju Island Choi S. H.;Kim Y. K.
  8. Journal of Korean Institute of Mining Geology v.24 no.3 Sea Water Intrusion in the Coastal Area of Cheju Volcanic Island Korea Choi S. H.;Kim Y. K.;Lee D. Y.
  9. Water Resources Research v.34 no.10 Analysis of steady state chloride transport through two heterogeneous field soils Jacques D.;Kim D. J.;Diels J.;Venderborght J.;Vereecken H.;Feyen J. https://doi.org/10.1029/98WR01873
  10. Geosciences Journal v.5 no.4 Hydrogeochemical characteristics of groundwater in a mid-western coastal aquifer system Korea Jeen S. W.;Kim J. M.;Ko K. S.;Y. B. W.;Chang H. W. https://doi.org/10.1007/BF02912705
  11. Econ. Environ. Geol. v.29 no.6 Application of an automated time domain reflectometry to solute transport study at field scale: Experimental methodology and calibration of TDR Kim D. J.
  12. Soil Science Society of america Journal v.62 no.1 Simple linear model for calibration of time domain reflectometry measurements on solute concentration Kim D. J.;Vanclooser M.;Feyen J.;Vereecken H. https://doi.org/10.2136/sssaj1998.03615995006200010011x
  13. Hydrological Processes v.15 Detemination of longitudinal dispersivity in an unconfined aquifer Kim D. J.;Kim J. S.;Yun S. T.;Lee S. H.
  14. Hydrological Processes v.15 Monitoring of drawdown pattern during pumping in an unconfined physical aquifer model Lee S. S.;Kim J. S.;Kim D. J. https://doi.org/10.1002/hyp.162
  15. K. Inst. Ing. tijdschr. The Hague v.21 Nota in verband met de voorgenomen put boring nabij Amsterdam Ghyben B. W.
  16. J. Gasbeleucht. Verw. Beleuchtungsarten Wasservesorg v.44 Die Wasserversorgung einiger Nordsee Bader Herzberg A
  17. Water Resources Research v.23 no.2 Saltwater intrusion in aquifers: Development and testing of a three-dimensional finite element model Huyakorn P. S.;Andersen P. F.;Mercer J. W.;White Jr. H. O. https://doi.org/10.1029/WR023i002p00293
  18. Analysis of Groundwater Flow Raudviki A. J.;Callander R. A.
  19. Journal of Hydrology v.80 Quantitative anaysis of saltwater-freshwater relationships in groundwater systems- A historical perspective Reilley T. E.;Goodman A. S. https://doi.org/10.1016/0022-1694(85)90078-2
  20. Journal of Contaminant Hydrology v.49 Influence of seaward boundary condition on contaminant transport in unconfined coastal aquifers Zhang Q.;Volker R. E.;Lockington D. A. https://doi.org/10.1016/S0169-7722(00)00194-7