A Study of Probabilistic Groundwater Flow Modeling Considering the Uncertainty of Hydraulic Conductivity

수리전도도의 불확실성을 고려한 확률론적 지하수 유동해석에 관한 연구

  • Published : 2005.04.01

Abstract

MODFLOW, 3-D finite difference code, is widely used to model groundwater flow and has been used to assess the effect of excavations on the groundwater system due to construction of subways and mountain tunnels. The results of numerical analysis depend on boundary conditions, initial conditions, conceptual models and hydrogeological properties. Therefore, its accuracy can only be enhanced using more realistic and field oriented input parameters. In this study, SA(simulated annealing) was used to integrate hydraulic conductivities from a few of injection tests with geophysical reference images. The realizations of hydraulic conductivity random field are obtained and then groundwater flows in each geostatistically equivalent media are analyzed with a numerical simulation. This approach can give probabilistic results of groundwater flow modeling considering the uncertainty of hydrogeological medium. In other words, this approach makes it possible to quantify the propagation of uncertainty of hydraulic conductivities into groundwater flow.

도심지 지하철 및 산악 터널의 굴착과 관련한 지하수유동 해석 및 환경 영향 평가를 위해 3차원 유한 차분 모형인 MODFLOW가 널리 이용되고 있는 추세이다. 수치해석 결과는 일반적으로 경계조건, 초기조건, 개념 모델 설정 및 수리 물성치 등에 의해 차이가 난다. 따라서 대상 해석 영역의 실제 상황을 반영한 지하수 모델링은 매우 중요하다. 일반적으로 지하수 유동 해석과 관련한 많은 경우, 경계 조건 설정보다는 수리 물성치의 결정에 어려움이 많으며, 이는 제한된 조사나 실험 결과로부터 전체 대상 영역의 매질을 결정하기 때문이다. 본 연구에서는 모의 담금질(SA : Simulated Annealing) 기법을 활용하여 지반 조사 자료, 특히 물리탐사 결과 이미지와 제한된 개소의 수리 전도도 자료를 병합하여 수리 매질들을 실현시켰다. 지구통계학적 등가 매질들을 대상으로 하여 수리 전도도의 불확실성을 고려한 지하수 유동 해석을 수행하였다. 지하수 환경 영향 평가 및 터널 내 유입 지하수 문제에 있어 수리 전도도의 불확실성을 고려함으로써 확률론적 접근이 가능하였다.

Keywords

References

  1. 김강주, 1999, 지하수환경영향예측을 위한 지하수모델의 적용현황 및 문제점: 환경영향평가서와 먹는 샘물환경영향 조사서를 중심으로, 지하수환경, 제6권 2호, 66-75
  2. 이병대, 추창호, 이봉주, 조병욱, 함세영, 임현철, 2003, 경상북도 영천지역의 지하수위 회복 예측 수치 모델링, 대한환경지질학회지, 제36권 6호, 431-440
  3. 정상용, 이강근, 1995, 난지도 매립지일대의 지하수위 분포 추정을 위한 복합크리깅의 응용, 지하수환경, 제2권 2호, 58-63
  4. 조웅현, 박영기, 김환홍, 1994, Kriging 기법과 수치모형에 의한 이안지구 대수층의 투수량 계수, 지하수환경, 제1권 2호, 113-120
  5. 최미정, 이진용, 구민호, 이강근, 2004, 터널모델링시 개념 모델에 따른 지하수 유동 예측결과 비교연구, 지질공학, 제14권 2호, 223-233
  6. 허창환, 2003, Modflow를 이용한 터널의 지하수 유동해석, 한국수자원학회지, 제36권 1호, 129-142
  7. Aarts, E. and Korst, J., 1989, Simulated Annealing and Boltzmann Machines - a Stochastic Approach to Combinatorial Optimization and Neural Computing, Wiley, New York, 272 p
  8. Aboufirassi, M. and Marino, M.A., 1983, Kriging of water levels in the Souss Aquifer, Mathematical Geology, 15.4, 537-551 https://doi.org/10.1007/BF01031176
  9. Bear, J., Tsang, C.F. and de Marsily, G., 1993, Flow and contaminant transport in fractured rock, Academic Press, Inc., San Diego, 560 p
  10. Datta-Gupta, A., Lake, L.W., and Pope, GA, 1995, Characterizing heterogeneous permeable media with spatial statistics and tracer data using sequential simulated annealing, Mathematical Geology, 27.6, 763-788 https://doi.org/10.1007/BF02273537
  11. Deutsch, C.V. and Journel, A.G., 1998, GSLIB Geostatistical Software and User's Guide, Oxford Univ. Press, New York. 369 p
  12. Kirkpatrick, S., Gellat, C.D. and Vecchi, M.P., 1983, Optimization by simulated annealing, Science 220, 671-680 https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671
  13. Long J.C.S., Remer I.S, Wilson C.R. and Witherspoon P.A., 1982, Porous media equivalents for networks of discontinuous fractures, Water Resources Research, 18. 3, 645-658 https://doi.org/10.1029/WR018i003p00645
  14. Waterloo Hydrogeologic. 2003, Visual Modflow Pro user's Manual, Waterloo hydrogeologic Inc., Ontario, 434 p
  15. Ki-Bok Min, lanru Jing and Ove Stephansson, 2002, Determination of the equivalent permeability tensor of fractured rock masses based on stochastic REV approach, Proceeding of 2002 ISRM regional symposium on rock engineering problems and approaches in underground construction, 289-296