• 지질공학
• /
• 제28권4호
• /
• pp.727-740
• /
• 2018

불포화대 매질은 지하수면 상부층으로서 지하수에 의해 포화되어 있지 않거나 불연속적으로 포화되어 있는 층으로 정의된다. 불포화대의 특성은 토양층 하부로부터 지하수면까지 유동하는 오염물질의 저감에 영향을 미친다. 최근 지하수오염도 평가에서는 불포화대 매질의 이방성 및 불균질성을 고려하지 않고 투수성을 나타내는 가중치를 주는 문제점이 있다. 지질학적 매질들은 다양한 범위의 투수성을 갖는다. 표준화된 입도를 대상으로 투수성을 나타내는 가중치로 오염취약도 작성에 적용한다면 불포화대 지질특성을 고려하여 작성한 오염취약도보다 과대하게 작성될 것이다. 본 연구에서는 이방성의 불균질 불포화대의 투수특성을 알아보기 위하여 복수의 불포화층을 고려한 실내 칼럼실험을 실시하였으며, 이를 바탕으로 현장 시추자료에서 얻어진 불포화대 매질의 특성에 의한 평균 투수계수로 환산하여 기존의 불포화대의 가중치를 적용한 지하수오염취약도와 불포화대 매질특성을 고려한 지하수오염취약도를 비교한 결과 불포화대 매질특성을 고려한 지하수오염취약도가 현장의 수질 측정결과와 잘 일치한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.223-223
• /
• 2019

기후 변화에 따른 해수면 상승은 해안 지하수의 해수침투를 야기해 해안 지하수의 염도를 증가시킨다. 또한 해수면 상승은 토양 염류화를 심화시켜 농작물에 피해가 발생하며, 지하수위를 증가시켜 불포화대의 토양두께가 감소한다. 이처럼 지하수 해수침투가 발생하는 포화대와 토양 염류화가 발생하는 불포화대는 서로 연관되어 있지만, 대부분 포화대와 불포화대 연구는 별도로 진행되어왔다. 본 연구에서는 해안 간척지의 해수면 상승에 따른 포화대의 해수침투 및 불포화대의 토양염류화 영향을 연계하여 모의하였다. 포화대 모의는 미국지질조사국(United States Geological Survey, USGS)에서 개발한 3차원 이송확산 모델인 SUTRA, 불포화대 모의는 미국환경청(United States Environmental Protection Agency, USEPA)에서 개발한 1차원 이송확산모델인 VADOFT를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오는 IPCC에서 공표한 바와 같이 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 사용하였고, 미래 2100년까지 자료를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오에 따라 해수침투 및 토양염류화 면적 그리고 지하수위 및 불포화대 토양두께를 정량적으로 산정하였다. 한반도 91개 간척지에 대해서 모의를 수행하였고, 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 지하수 해수침투 면적이 $82.19km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $83.71km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 또한 토양 염류화 면적은 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 $22.25km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $24.86km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 담수호 또는 저수지가 있는 대상 지역에서는 해안선으로부터 거리 및 관리 수위가 해수 침투를 야기시키는 중요한 요인으로 나타났으며, 해수침투 저감을 위해서는 해안선 인근 저수지 수위의 적절한 유지관리가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 해수면상승에 따른 해안선의 위치변화와, 기존 관정에서의 양수량, 강수량 변화를 고려하는 것에 한계가 있기 때문에, 향후 위의 세 가지 사항을 복합적으로 고려한 추가 연구가 필요하다고 사료된다.

• 방사성폐기물학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.119-131
• /
• 2020

국내 중·저준위 방사성폐기물 처분시설로 고려되고 있는 표층처분시설의 불포화대에서 핵종 이동을 야기하는 지하수 유동을 평가하기 위하여 유한요소법 기반의 COMSOL Multiphysics을 이용한 수치모델을 개발하였다. 그리고, 처분장 가장자리를 대상으로 처분고, 뒤채움재, 처분덮개로 구성되는 표층처분시설과 그 아래에 위치한 불포화대를 포함한 수직 2차원의 모델 영역을 구성하여, 시나리오 별 모델링을 수행하였다. 지속적 강수 유입 조건과 간헐적 강수 유입 조건 비교에서 포화도의 파동 현상을 제외하고는 뚜렷한 차이점을 보이지 않는 것으로 판단되었다. 불포화대의 공극률이나 잔류함수비와 같은 입력 자료는 전반적으로 불포화대 지하수 유동에 큰 영향도가 없는 것으로 판단되었다. 하지만, 불포화대의 수리전도도는 지하수 유동에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 즉, 처분고로의 지하수 유입 속도를 판단하기 위해서는 불포화대의 수리전도도 특성이 신중하게 고려되어야 할 것으로 판단되었다.

• 방사성폐기물학회지
• /
• 제5권1호
• /
• pp.29-37
• /
• 2007

특정 구획으로 유입된 오염물질이 해당 구획 내부에 순간적으로 균일하게 분포한다는 구획모델에 대한 기본가정의 한계로 인해, 전통적인 단일구획모델로는 불포화대에서 오염물질의 이동현상을 적절하게 예측할 수 없다. 한편 물리적으로 동일한 불포화대를 여러 개의 구획으로 구분한 다중구획모델링 기법은 실제 불포화대에서의 오염물질 이동 지연효과를 적절하게 설명할 수 있으나, 지금까지 일반적인 해석해가 보고된 바 없으며 고려하는 구획의 개수가 증가할수록 모델링에 많은 시간이 소요되는 등의 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 이류가 지배적인 조건 하에서 불포화대의 오염물질 이동현상에 대한 다중구획모델을 수립하고 이를 해석적인 방법으로 계산할 수 있는 일반해를 유도한 후, 다중구획모델을 단일구획모델로 근사할 수 있는 수학적 제약조건을 도출하였다. 단순화된 근사방법론의 유효성은 가상적인 조건 하에서 간단한 수치해석적 방법을 통해 검증하였다. 물리적으로 동일한 특성을 갖는 불포화대를 단일 구획으로 가정할 경우, 불포화대로부터 포화대로 유입되는 오염물질의 전이율은 상수가 아닌 시간 종속적인 명목전이율로 표현할 수 있음을 증명하였다. 또한 명목전이율은 불포화대 구획간 전이율에 민감하며 오염층으로부터의 전이율에 대한 민감도는 미미한 것으로 나타났다. 이 연구에서 개발된 단순화된 근사방법론은 많은 시간이 요구되는 다중구획 모델링을 통하지 않고 불포화대 오염물질 이동현상을 신속하고 합리적으로 예측하기 위한 목적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
• /
• 제26권1호
• /
• pp.87-99
• /
• 2016

본 연구에서는 단열을 포함하는 불포화 암반에서의 지하수 유동 흐름을 예측하기 위한 2차원 수치 모델링을 수행하였다. 특히, 불연속 단열망 모델링(Dscrete Fractured Network, DFN)을 통하여 도출된 투수계수의 분포를 나타내는 k-field를 모델링 입력변수로 적용하였다. 투수계수 차이는 불포화대에서 지하수의 이동속도 차이를 야기시키는 중요한 인자로 적용되었다. 연구지역의 지표 토양층으로부터 지하 대수층까지의 불포화대 깊이를 적용하여 지하수 유동 모델링의 초기조건을 실제와 유사하게 설정하였다. 강우의 지표 침투율은 인공구조물과 자연 토양층의 침투율 차이를 적용하여 실제 불포화 암반을 거쳐서 포화대까지 지하수의 이동흐름을 해석하고 시각화하였다. 특히, 오염물질의 이동 시작점이 될 수 있는 인공구조물의 하부에 모니터링 지점을 설정하여 실제 오염물질원이 지하수에 용해되어 불포화대를 이동할 때의 경로를 예측 하였으며 중력방향인 직하부로 이동하는 것을 확인되었다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제37권8호
• /
• pp.465-471
• /
• 2015

불포화대 암반 단열에서 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 천층처분시설의 인공방벽을 통과해 누출된 방사성 핵종은 빗물이나 공극수에 의해 불포화대 암반 단열을 통하여 지하수로 도달하게 된다. 그러므로 처분장의 장기간 안전점검을 위해, 불포화대 암반 단열을 통한 방사성 핵종의 거동을 연구하는 것이 중요하다. 천층처분주변에서 채취된 불포화대 암반 단열 샘플을 이용하여 X-ray microtomography 분석을 수행하였고, 회분식 흡착실험을 이용하여 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 암반 단열의 충전물질로 불석광물 및 점토광물 존재 시 중흡착성 핵종인 $^{90}Sr$의 흡착 분배계수 값이 충전물질이 존재하지 않을 때 보다 높게 나타내었다. 본 연구를 통해, 암반 단열 특성화 및 방사성 핵종의 흡착분배계수를 구했으며, 불포화대 암반 단열을 통한 핵종의 거동이 지연됨을 이해할 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
• /
• 한국지하수토양환경학회 1999년도 추계학술발표회
• /
• pp.39-43
• /
• 1999

불포화대에서 LNAPL의 이동과 분포를 수치 모의를 통하여 예측하였다. 균질한 매질에서 LNAPL의 이동은 조립질 매질에서 빠르고, 세립질 매질에서 더 많은 면적으로 확산되며, 더 많은 LNAPL이 불포화대에 잔류한다. 조립질 매질내에 세립질층이 존재할 경우, 이 층이 지하수면으로부터 멀수록 LNAPL이 많이 포획된다. 조립질 매질에 세립질 또는 더 조립질인 매질이 렌즈 상으로 존재하는 환경에서는, LNAPL이 이들 렌즈를 통과하지 못한다. 불균질한 렌즈가 존재할 때의 LNAPL 분포를 초기조건으로 이용하여, 지하수 면의 수직 이동과 물의 침투에 따른 LNAPL의 이동을 모의하였다. 두 경우 모두 불포화대에 잔류되어 있던 LNAPL의 수직방향 이동이 증가되었다. 특히, 지하수면의 하강 시 LNAPL이 조립질 렌즈를 통해 이동하나, 세립질 렌즈를 통해서는 이동하지 못한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제11권4호
• /
• pp.48-56
• /
• 2006

여러 개의 층으로 구성된 토양층에서 연속주입 추적자시험을 수행하여, 불포화대와 포화대 구간에서의 수리분산특성 차이를 추적자의 농도이력곡선, 시간에 따른 농도변화 및 농도변화율, 그리고 거리에 따른 농도비 분석을 통해 비교 연구하였다. 연속주입 추적자시험에 의하면, 약 160시간이 경과된 후에 불포화대와 포화대에서 Rhodamine WT 최대농도의 차이는 약 $13{\sim}15$배 정도에 달하였고, 시험시간 대 추적자 농도증가율의 차이는 약 10배 정도로 나타났다. 또한 시간에 따른 추적자 농도이력곡선의 변화와 농도변화율이 불포화대에 비하여 포화대에서 크게 나타났다. 주입공에서의 이격거리에 따른 추적자의 농도비는 포화대 구간에서 더 빠르게 선형적으로 감소하였으며, 그 이후에 농도비가 2배 이하로 완만해 지는데 걸린 시간은 포화대 구간이 더 길었다. 이러한 차이들은 여러 개의 층서로 구성된 토양층의 포화대에서는 지하수가 존재하며, 또한 매질의 불균질성이 크고 투수성이 다양하기 때문에, 비교적 균질한 층서를 이루는 불포화대에 비하여 추적자 용액의 농도는 낮고, 추적자의 확산이 느리게 진행되어진데서 기인하였다. 그리고 포화대 구간에서의 유효공극율은 $10.19{\sim}10.50%$, 종분산지수는 $0.80{\sim}l.98m$, 횡분산지수는 $0.02{\sim}0.04m$의 범위로 산정되었으며, 실내주상시험의 종분산지수와 비교할 때 12배 이상의 규모종속효과가 나타났다.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제7권3호
• /
• pp.184-190
• /
• 2004

불포화대 토양특성 분석을 목적으로 토양단면의 고해상도 영상을 얻을 수 있는 전기비저항 토모그래피를 적용하였다. 전극설치 지점에서 심도별로 채취한 토양시료를 대상으로 토양 공극수의 전기전도도, 수분함량, 이온함량을 측정한 결과, 토양특성과 전기비저항 토모그래피 결과의 상관성이 토성별로 선형적인 관계가 나타남에 따라 전기비저항 토모그래피 결과를 보다 효과적으로 해석할 수 있었다. 따라서 불포화 토양층을 대상으로 한 전기비저항 토모그래피를 이용하여 시추공 사이의 토양특성을 파악할 수 있으며, 토양의 산도, 유기물 함량 등의 간접적 평가가 가능할 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
• /
• 제37권2호
• /
• pp.185-193
• /
• 2004

휘발유와 같은 유기탄화수소계 오염 물질인 유류가 지하 분포 시, 불포화대에 분포하는 가스상(또는 증기상)유류와 지하수 포화대에 포획되어있는 잔류상 유류 오염 물질이 GPR(Ground Penetrating Radar)에 미치는 반응을 조사하기 위하여 모델 실험을 수행하였다. 모델 실험에는 모래와 자갈을 토양 매질로서 채운 탱크를 이용하였고, 유류 수송을 위한 매설 파이프 또는 지하 유류저장탱크로부터 유류의 누출을 모사하기 위하여 모델 탱크 바닥으로부터 물과 휘발유를 주입 또는 배출하여 지하수면의 상승과 하강을 유도하면서 다양한 상의 LNAPL지하분포를 모사하여 GPR 측정을 실시하였다. 본 연구 결과, 불포화대에서 매질의 수분함량 증가에 따른 레이다 파의 속도 감소를 보이는 민감한 GPR 반응이 관측되었으며, 지하수면의 상승과 하강에 따른 지하수면 위치 변화 관측에 있어서 GPR의 유용성이 입증되었다. 본 연구에서 모관대를 형성하고 있는 매질의 대수층에서는 실제 지하수면 대신 모관대의 상부가 지구물리학적 지하수면으로 탐지되었다. 또한 휘발유 주입 이후 형성된 불포화대내 가스상 LNAPL은 매질의 전기적 성질의 변화를 유도하여 레이다 파의 감쇠를 야기하는 GPR 반응을 나타내었다. 포화대 내의 잔류상 LNAPL에 대한 GPR 반응은 레이다 파의 매질내 속도 및 에너지 투과성을 향상시킴으로써 지하수면 상승으로 포화대에 포획된 잔류상 유류오염물질를 포함하는 대수층 지역의 탐지 가능성을 보여 주었다. 이는 유류오염물질이 지하수면 아래의 포화대에 잔류상의 형태로 분포하는 오염지역에서 GPR를 이용하여 유류오염지역을 탐지할 수 있는 새로운 탐사전략의 근거를 제공한다.