• Economic and Environmental Geology
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• v.43 no.4
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• pp.371-379
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• 2010

Fresh water injection test in a fractured bedrock aquifer was applied as an efficient approach to lower saline concentrations in the saltwater-freshwater transition zone formed by seawater intrusion in a coastal area. The methodology and effectiveness of fresh water injection for hydraulically controlling seawater intrusion is overwhelmingly site dependent, and there is an urgent need to characterize the permeable fractures or unconsolidated porous formations which can allow for seawater flow and transport. Considering aquifer characteristics, injection and monitoring boreholes were optimally designed and completed to inject fresh water through sand layer and fractured bedrock, respectively. We devised and used the injection system using double packer for easy field operation and maintenance. Overall fracture distribution was systematically identified from borehole image logs, and the section of fresh water injection was decided from injection test and monitoring. With fresh water injection, the fluid electrical conductivity of the monitoring well started to be lowered by the inflow of fresh water at the specific depth. And this inflow leaded to the replacement of the fluid in the upper parts of the borehole with fresh water. Furthermore, the injection effect lasted more than several months, which means that fresh water injection may contribute to the mitigation of seawater intrusion in a coastal area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.83-83
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• 2015

최근 수자원 이용량의 증가 및 수자원 공급의 부족에 따라 대안으로 제시되고 있는 지하수 이용은 매년 크게 증가하고 있다. 내륙 지역의 지하수 개발 시와 비교할 때 해안 지역의 지하수 개발에는 해수침투 현상에 대하여 추가적 고려가 필요하다. 알려진 바와 같이 해안 지역의 과잉 양수와 해수면 상승 으로 해수침투가 더욱 깊이 침투하고 있는 실정이다. 이에 대해 정략적인 해수 침투길이 산정과 더불어 해수침투를 허용가능한 범위 내로 제한 시키는 지하수 개발이 필요하다. 해수침투 저감 공법에는 저투수차수벽 설치, 담수주입공법, 해수양수공법으로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 저투수차수벽의 해수침투 저감 효율은 크지만 비용이 비싸다는 단점으로 본 연구에서 제외시켰다. 담수주입공법은 대수층에 담수를 주입하여 해수침투를 저감시키는 공법으로 인근에 양질의 수원을 필요로 하는 단점이 있다. 해수양수는 해안가에 양수정을 설치하여 해수침투를 저감시키지만 양수정에서의 담수가 혼합되어 담수낭비가 생기는 단점이 있다. 본 연구에서는 해안지하수의 해수침투를 저감시키기 위한 방법중 담수주입과 해수양수공법의 효율을 검증하고 각각 공법의 장단점을 비교하였다. 지하수 경계면 모델을 이용하여 각각의 수리수문 변수들이 미치는 영향과 해수침투 정도를 사례별로 연구하였다. 담수주입공법의 경우 담수주입량 많을수록 해수침투가 저감되는 경향이 있지만 최적의 담수주입량을 찾는데 목적이 있다. 해수양수공법에는 해수양수량이 증가하고 해수양수정의 위치가 해안선에 접할수록 해수침투 저감 효과가 있었다. 담수주입공법과 해수양수공법을 해수침투 저감을 위해 해안가에 적용할 경우 해당 지역의 특성을 면밀히 분석하여 적용해야 효과를 볼 수 있다.

• Geophysics and Geophysical Exploration
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• v.10 no.4
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• pp.353-360
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• 2007

We practiced fresh water injection test to identify its applibility as a method of seawater intrusion mitigation technique, and monitored the change of borehole fluid conductivity and the behavior of injected fresh water using borehole multichannel electrical conductivity monitoring and well-logging, and DC resistivity and SP monitoring at the surface. Well-logging and multichannel EC monitoring showed the decrease of fluid conductivity due to fresh water injection. We note that such an injection effect lasts more than several month which means the applibility of fresh water injection as a seawater intrusion control technique. Although SP monitoring did not show meaningful results because of weather condition during monitoring and the defects of electrodes due to long operation time, DC resistivity monitoring showed its effectiveness and applicability as a monitoring and assessment techniques of injection test by means of imaging the behavior and the front of fresh water body in terms of the increase of resistivity with reasonable resolution. In conclusion, we note that geophysical techniques can be an effective method of monitoring and evaluation of fresh water injection test, and expect that fresh water injection may be an practical method for the mitigation of seawater intrusion when applied with optimal design of injection well distribution and injection rate based on geophysical evaluation.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.1
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• pp.23-35
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• 2015

In this study, the behavior of fresh water body between the injection and production wells with the fresh water injection rate in a saline aquifer is numerically analyzed by using a three-dimensional numerical model. 8 injection wells are arranged at equidistant intervals on a concentric circle and one production well is located at the center of this circle. In the case that the fresh water injection rate is relatively small, the fresh water body around a injection well screen is not mixed with neighboring ones and is independently distributed. However, when the injection rate is increased, the size of the fresh water body is continuously increased, and the areas, where saline and fresh water among injection wells are mixed, are appeared. The mixed degree is increased as the injection rate is increased. This phenomenon is identically generated around the production well. Moreover, when the injection rate is increased, the ratio of saline water in and around the production well is decreased.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.249-249
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• 2015

ASR(Aquifer Storage Recharge) 또는 ASTR(Aquifer Storage Transfer Recharge)과 같은 직접적인 지하수 인공함양기법은 대수층을 활용하여 수자원을 공급하고 관리하기 위한 적극적인 방안으로 고려될 수 있다. 이 중 ASTR 기법은 대규모 충적층이 발달한 강변 또는 하구에서 저류지 수생식물의 정화작용과 층적층의 물리/화학/생물학적 여과 기능을 활용하여 양질의 상수원수를 확보할 수 있는 기법이며, 수질이 나쁜 하천수를 직접 취수하여 정수처리하는 것에 비해 정수비용이 상대적으로 적게 들어 투자대비 경제적인 상수원수 확보기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 하구에 염수 대수층이 위치해 있다고 가정하였으며, 이러한 염수 대수층 내에 담수 주입 변화에 따른 지하 담수체의 거동을 4가지 시나리오에 따라 모의 및 분석을 통해 조사하였다. 염수 대수층 내에서 8개의 주입정과 1개의 양수정이 설치되어 있다고 가정하였으며, 주입정은 동심원 상에 등간격으로 위치해 있으며, 양수정은 동심원 중에 위치해 있다고 가정하였다. 본 연구에서 구성된 시나리오로 첫 번째는 주입정 8개 모두에서 동시에 주입되며, 1개의 양수정을 통해 양수되는 것이며, 두 번째는 7개의 주입정에 주입 그리고 1개의 주입정 폐쇄, 세 번째는 6개 주입정에 주입 및 양수정과 서로 마주보는 2개 주입정 폐쇄, 그리고 마지막으로 6개 주입정에 주입 및 서로 이웃한 2개 주입정 폐쇄이다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.25 no.2
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• pp.215-225
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• 2015

We performed injection tests in a deep-seated confined aquifer to assess the potential of artificial recharge as a means of preventing saltwater contamination, thereby securing groundwater resources for the Nakdong Delta area of Busan City, Korea. The study area comprises a confined aquifer, in which a 10-21-m-thick clay layer overlies 31.5-36.5 m of sand and a 2.8-11-m-thick layer of gravel. EC logging of five monitoring wells yielded a value of 7-44 mS/cm, with the transition between saline and fresh water occurring at a depth of 15-38 m. Above 5 m depth, water temperature is 10-15.5℃, whereas between 5 and 50 m depth the temperature is 15.5-17℃. Approximately 950 m³ of fresh water was injected into the OW-5 injection well at a rate of 370 m³/day for 62 hours, after which the fresh water zone was detected by a CTD Diver installed at a depth of 40 m. The persistence of the fresh water zone was determined via EC and temperature logging at 24 hours after injection, and again 21 days after injection. We observed a second fresh water zone in the OW-2 well, where the first injection test was performed more than 20 days before the second injection test. The contact between fresh and saline water in the injection well is represented by a sharp boundary rather than a transitional boundary. We conclude that the injected fresh water occupied a specific space and served to maintain the original water quality throughout the observation period. Moreover, we suggest that artificial recharge via long-term injection could help secure a new alternative water resource in this saline coastal aquifer.

• Proceedings of the KSEEG Conference
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• 2007.04a
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• pp.119-121
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• 2007

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.328-328
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• 2016

우리나라는 생활용수의 대부분을 지표수에 의존하고 있는 실정이다. 그러나 지표수는 가뭄과 같은 기상변화, 수질사고 등으로 물 공급의 안정성에 문제가 되기도 한다. 향후 기후변화는 가뭄의 빈도와 강도를 증대시킬 것으로 파악되므로 수질 및 수량의 문제를 더욱 악화시킬 것으로 예상된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지표수를 대수층 내에 인공적으로 함양한 뒤 대수층의 자연정화 기능에 의해 여과된 양질의 청정원수를 생산하는 기술을 본 연구에서 현장에 실증 적용하는 시설을 구축하였다. 이러한 기술은 기존의 지하 대수층을 이용하는 강변여과 등이 갖는 장점을 취하고 단점을 보완하였으며 친환경적이며 지속가능한 용수공급뿐만 아니라 청정 원수 확보를 통해 정수처리비용을 절감, 장기간의 가뭄이나 지표수 수질사고 시에 비상용수 공급 등 기존 취수원들과 달리 많은 장점을 갖고 있는 대규모 청정지하저수지 시험시설이다. 청정 지하저수지 기술이 주로 적용되는 지역은 해안지역 또는 하구 델타지역을 대상으로 한다. 해안 또는 델타지역은 해수침투로 인하여 염지하수가 부존되어 있기 때문에 지하수자원 활용에 매우 제한적이다. 따라서 지표수(담수)를 전처리하여 대수층에 인공적으로 함양을 하여 염지하수 대수층 안에 담지하수(담수체)를 형성할 수 있다. 이는 염수와 담수의 밀도차에 의해 희석되지 않는 특성을 이용한 기술이다. 청정 지하저수지 시험시설은 크게 지표수 취수시설, 전처리시설, 주입정, 양수정, 운영시스템으로 나눌 수 있다. 주입정 및 양수정은 원형의 형태로 지하저수지 조성범위 중심부에 9개의 주입정과 외각에 8개의 양수정을 설치하였다. 시험시설의 운영 과정은 하천수를 취수하여 전처리시설에서 탁도를 제거한 후, 피압대수층 염지하수에 동력으로 주입을 한다. 이때 기존에 부존되어 있던 염지하수를 밀어내고 담수체 지하수 형성을 유도한다. 일정기간 주입을 통해 목표 담수체를 만들어 내면 양수정에서 담수를 취수하되, 대수층의 모래자갈층을 일정거리 이동하여 취수하는 방식이다. 즉, 하천수를 대수층에 함양하고, 일정거리를 이동하여 취수하는 ASTR 방식의 대체수자원 확보 기술이다. 시험시설은 통합운영센터를 통해 원격감시 및 각종 제어/계측을 실시하며, 모니터링된 자료는 운영시스템에서 관리한다. 본 연구시설에서는 대수층 주입, 관정폐색, 미생물/지화학 수질반응, 지하수모니터링, 지반변형 등이 주요 핵심 연구를 진행하고 있도록 시설을 구성하였다. 본 시험시설은 2015년 8월 착공하여 2016년 4월에 완공 예정이며, 2016년 3월부터 주입을 시작하여 6개월간 피압대수층에 주입을 실시하고 이후부터 주입과 양수를 병행할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.116-116
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• 2017

지하수 인공함양은 수자원확보 및 비상시 용수를 목적으로 세계적으로 연구 및 프로젝트가 진행되고 있다. 인공함양의 방법에는 여러 가지의 방식이 있지만 본 연구는 관정을 통해 주입하는 ASTR(Aquifer Storage Transfer and Recovery)방법을 이용하여 연구하였다. ASTR이란 지표수를 인공적인 방법으로 대수층에 주입시키고, 일정기간 저장시키거나 유하시킨 후 양수하는 방법이다. 염수로 포화된 피압대수층에 담수를 주입하여 염수를 치환할 수 있는 주입-양수 시스템을 연구하였다. 염수로 포화된 대수층에서 인공함양기술을 성공시키기 위해서는 양수정으로 유입되는 염수비율이 0%을 만족하며, 주입으로 인한 수위상승량은 지반변형을 일으키지 않는 최소한의 값을 가지는 것이다. 본 연구는 앞서 언급한 인공함양기술을 성공시키기 위해 지하수 흐름모델과 최적화 모델을 결합한 최적전산모델을 이용하여 모의하였다. 지하수 흐름모델은 경계면모델을, 최적화 기법은 GA(Genetic Algorithm)을 이용하였다. 구축된 목적함수로는 양수정의 담수비율 최대화, 주입정에서의 수위상승량 최소화 그리고 양수개시시간 최소화로 구성하였다. 제약조건으로는 총 주입량 및 양수량 그리고 주입 및 양수정 개수이다. 서술한 목적함수와 제약조건을 만족하는 주입/양수정의 위치 및 유량을 최적전산모델로부터 얻을 수 있다. 기존 지하수 인공함양 및 개발은 사례별 연구 또는 전문가의 주관적 판단에 의존하는 경향이 있었다. 본 연구는 최적화 기법을 통해 복수의 관정에서 정량적인 산정이 가능하다. 현재 모델링에 의존한 연구로써 한계가 있지만, 추후 실제현장에 적용하여 모델 검정을 통해 신뢰도를 높이며 지하수 인공함양 개발에 많은 공헌을 할 수 있을 것으로 예상한다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.19 no.2
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• pp.131-138
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• 2009

A simulation-optimization model is developed for development of groundwater and control of a saltwater wedge for protecting over-exploiting freshwater pumping wells. To achieve the goal an objective function is developed for three types of wells: freshwater pumping, freshwater injection and saltwater pumping. Integrity of groundwater environment is accounted for by including three indices. Illustrative cross-sectional examples show that both types of barriers can protect freshwater pumping wells from saltwater intrusion. A barrier well operating at the same rate located anywhere within a certain reach can protect a pumping well. However, the location of the reach appears to contradict the common practice of barrier placements. Consideration of the groundwater environment yields a unique optimal location for barrier wells.