• 자원환경지질
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• 제55권6호
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• pp.737-760
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• 2022

고준위 방사성 폐기물(High-level radioactive waste; HLW)의 지질처분을 위해서는 심부 지하 환경에 대한 이해가 선행되어야 하며, 이는 지질학적, 수리지질학적, 지구화학적, 지질공학적 조사를 통해 가능하다. 우리나라는 HLW의 지질처분을 계획하고 있으나, 심부 지하 환경의 지구화학적 특성에 관한 연구가 부족한 편이다. 이에 본 논문에서는 지질처분 부지 선정을 위한 지구화학적 조사를 중심으로 선진국의 심부 지하수 연구 동향을 살펴봄으로써 앞으로 국내 수리지구화학 분야의 연구 과제를 도출하는데 참고하고자 하였다. 해외 8개 국가(미국, 캐나다, 핀란드, 스웨덴, 프랑스, 독일, 일본, 스위스)의 심부 지하 환경 조사 방법 및 결과와 함께 지질처분 부지 결정 과정과 향후 연구 계획을 살펴본 결과, 해외 선진국에서는 심부 지하 환경의 지구화학적 특성화를 위해 지하수 및 난대수층 내 간극수의 수화학과 동위원소(예: SO₄^2-의 ³⁴S, ¹⁸O, DIC의 ¹³C, ¹⁴C, H₂O의 ²H, ¹⁸O), 균열 충전광물(fracture-filling minerals), 유기물, 콜로이드, 산화-환원 지시자(예: Eh, Fe²⁺/Fe³⁺, H₂S/SO₄^2-, NH₄⁺/NO₃^-) 등을 조사하고 있으며, 이들 지구화학 자료의 통합 해석을 통해 해당 심부 환경이 지질처분에 적합한지를 평가하였다. 국내의 경우, 인공신경망을 이용한 Self-Organizing Map(자기조직화 지도), 다변량 통계 기반 M3 모델링(지하수 혼합 모델), 반응-경로 모델(reaction path model) 등을 이용하여 심부 지하수의 수화학적 유형 분류 및 진화 패턴 규명, 천부 지하수 혼합 영향, 균열 충전광물과 지하수화학 사이의 관계를 규명한 바 있다. 그러나 지질처분 부지를 선정하는데 있어 과학적 근거를 확보하기 위해 중요한 기타 지구화학 자료(예: 동위원소, 산화-환원 지시자, 용존유기물)가 매우 부족한 현실이며, 따라서 최적의 지질 처분지를 찾기 위해서는 지역별/유형별 심부 지하수에 대한 지구화학적 자료 구축이 요구된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.13-24
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• 2004

부산광역시 소재 폐납석광산인 임기광산 채굴적 및 폐석적치장 및 하상퇴적물에 대해 산-염기 평가(ABA test)와 폐석적치장 상부에 대해 디스크-장력침투계를 이용하여 수리특성을 분석하였다. 임기광산 폐석적치장 주변에서 최대 산 발생력(MPA)은 246.942kg $H_2SO_4/t$였고, 산 중화능력(ANC)은 최대 8.7kg $H_2SO_4/t$로 나타나 노출된 채굴적 암반 및 폐석은 ARD를 발생하는 지질물질로 나타났다. 또한 이들에는 이미 황화광물이 산화되어 암석 표면에 염 및 자유수소 이온을 보유하여 강우와 접촉시 표층수 및 침투수 등을 ARD로 변화시키는 지구화학적 특성을 지닌 상태로 판단된다. 임기광산의 폐석적치장은 비록 매우 낮은 침투율을 갖고 있으나 폐석적치장 법면부에 심한 침식작용으로 V자형 침식골이 노출되어 있고 노출부위에 수리전도도가 큰 쇄설층들이 노출되어 강우의 침투경로 역할을 할 것으로 판단된다. 이러한 굵은 쇄설성 입자층의 노출은 지표에서 생성된 ARD 통로 기능뿐만 아니라 공기의 이동 경로가 되어 폐석내 포함된 황화광물의 지속적인 산화작용을 유발시키는 수리적 특성을 보유한다고 할 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권6호
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• pp.72-84
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• 2008

본 연구는 논산지역 마을상수도를 대상으로 수질 모니터링, 수리지화학적 고찰 및 다변량 통계분석을 통하여 수질에 관한 문제점과 원인을 규명하고 타당한 관리 방안을 마련하고자 수행되었다. 논산지역은 마을상수도 이용이 많은 전형적인 농촌지역으로 지질은 화강암이 가장 넓은 면적을 차지하며 옥천대 변성퇴적암, 편마암과 화산암이 분포한다. 마을상수도의 수질 모니터링 결과 전국 평균인 2.5%보다 5-8배 높은 13-21% 정도가 수질기준을 초과하였으며 주요 오염성분은 질산성질소, 탁도, 총대장균, 일반세균, 불소 및 비소로 조사되었다. 연구지역 남쪽과 북쪽에서 높게 나타나는 질산성질소 오염의 주요 원인으로서 비닐하우스 같은 시설영농의 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 마을상수도 수질은 Ca와 $HCO_3$가 지배적이나 화강암 지역에서는 농경지와 주거지 등의 인위적인 오염의 영향으로 Na, Cl 및 $NO_3$가 증가되었다. 주성분분석 결과 주로 농경과 인위적 오염의 영향을 나타내는 주성분 2에 의하여 크게 두 개의 그룹인 화강암과 편마암 및 옥천대 지하수로 구분된다. 판별분석은 초기 지질분류와 판별분석 예측결과의 오차가 5.56%로서 주성분분석보다 더 명확하게 각 지질별 지하수 특징을 보여준다. 다변량 통계분석은 수리지화학적 특성의 종합적 분석을 가능하게 하여 지질특성에 의한 지하수 수질의 변화를 명확하게 구분할 수 있는 방법으로 사료되었다. 논산시 마을상수도 수질에 대한 연구결과는 지질에 의해 영향받는 토지이용, 토양 특성 및 지형 등이 복합적으로 작용하여 지하수 수리지화학적 특성을 결정하는 것임을 확인하였다. 따라서 향후 정부 및 지자체의 마을상수도관리는 지질, 토지이용, 지형 및 토양 특성 등에 대한 종합적 자료 구축 및 해석이 필요하다.

• 한국지구과학회지
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• 제23권6호
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• pp.474-485
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• 2002

본 연구의 목적은 전라남도 완도군 고금도 지역 지하수의 수리지구화학과 수소-산소동위원소를 파악하여 해수침투경로와 오염여부를 규명하는데 있다. 연구지역 지하수의 물리적인 특성은 중성과 전이환경에 속하며, 해수와 지표수의 영향을 받은 것으로 나타났다. 화학적인 특성에서도 해수의 침투, 육상의 오 ${\cdot}$ 폐수 및 농약이나 폐기물에 의해 오염이 진행되고 있다. 특히 지하수 중 여섯 지역에서 Cl은 먹는 샘물 기준치를 초과하는 것으로 나타났다. 파이퍼도에서 GG-4와 14지역은 해수의 침투로 오염되었으며, 수질유형을 구분하여 보면 GG-3, 7 및 13지역은 Na와 HCO$_{3}$가 지배적이고, GG-14지역은 해수와 같이 Na와 Cl이 지배적으로 나타났다. 수리지구화학적인 모델링 분석결과 해수의 방해석과 백운석 포화지수는 과포화상태이며, GG-3, 14 및 18지역에서 포화영역에 접근하고 있다. 수소-산소동위원소비에서 본 역 지하수의 기원은 순환수이며, GG-1, 5 및 14지역의 높은 산소동위원소는 지표수의 유입과 해수 침투에 의한 것이다. 본 연구결과 GG-14지역의 지하수는 해수의 침투에 의해 오염되어 있으며, GG-3, 7 및 13지역을 제외한 지하수들은 해수의 침투 및 인위적인 오염원에 의해 오염이 진행되고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제31권3호
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• pp.167-183
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 확보를 위해서는 공학적방벽 및 천연방벽 내에서 발생하는 복잡한 열-수리-역학-화학적(THMC) 복합거동 해석에 대한 이해가 필수적이다. 특히 고준위방사성폐기물에서 발생하는 열로 인해 암반 및 완충재 내의 지하수에서 압력 증가 및 상변화가 발생하게 되며, 지하수의 유입으로 인해 공학적방벽 내 포화도가 변화하게 된다. 또한 포화도의 변화는 완충재 내에서의 열전달 및 다상 유동 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 복합거동 특성의 복잡성으로 인해 수치해석은 처분시스템에서의 THMC 복합거동 평가와 예측 및 안전성 평가에 있어 강점을 지니고 있으며, DECOVALEX 국제공동연구는 THMC 복합거동에 대한 이해도 증진 및 해석기법 검증을 목적으로 1992년부터 시작되었다. 국내에서는 2008년부터 한국원자력연구원이 지속적으로 참여하여 연구를 수행하고 있으며, 본 기술보고에서는 현재 진행 중인 DECOVALEX-2023의 주요 연구내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 자원환경지질
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• 제34권3호
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• pp.255-269
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• 2001

여수 북동부 화산암지역에서 다중패커 시스템(Multi-packer system)을 이용하여 구간별로 시료 채취를 수행하고, 시추공 지하수에 대한 지화학 특성 연구를 수행하였다. MP system에 의해 구간별로 격리된 지하수의 pH(up to 9.6)는 기존 시료채취방법에 의해 측정된 pH(7.0~7.9)보다도 매우 높은 값을 보여준다. 시추공 지하수의 수리화학자료는 구간별로 특징적인 화학조성을 나타낸다. 이는 지하수의 지화학적 특성이 단열체계특성에 의해 지배를 받는 지하수 유동로를 따라 진행되는 물-암석 반응에 의해 진화되었음을 지시한다. 특징적으로 시추공 K1 하부구간(심도138~175m)의 지하수는 높은 Ca 함량(up to 160mg/L)과 Cl 함량(up to 293mg/L)을 보이는 Ca-Cl$_2$유형을 보여주며, Na 함량(up to 67mg/L) 과 SO$_4$함량(105mg/L) 역시 기타 구간에 비해 높은 값을 보여준다. 이러한 지하수의 지화학적 특성은 해수혼합, 양이온교환반응 및 황철석의 산화반응 등에 의해 진화된 것으로 해석할 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.442-446
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• 2003

이 연구는 제주도 한림 지역에서 지하수의 수질과 오염의 특성을 규명하고자 시행되었다. 2002년 8월과 11월에 걸쳐 34개 지점에서 지하수 시료를 채취하였고, 이를 분석하여 지하수의 수질을 유형별로 분류하였다. 연구지역은 주로 (Na,Mg)-HCO$_3$ 유형이 나타나며, 일부 지점에서는 Mg-(HCO$_3$+Cl), (Ca,Mg)-HCO$_3$ 유형 등이 나타난다. 이는 지하수의 유동 경로를 따라 서로 다른 수리지화학적 반응이 일어나며, 지표 오염물질의 유입 등이 지하수의 수질에 영향을 미치고 있음을 지시한다. 질산성 질소의 경우, 국내 먹는물 수질기준치 10 mg/L를 초과한 시료는 전체 시료의 8월 조사에서 약 32%, 11월 조사에서 약 27% 이었고, 공간적 분포 특성은 비교적 낮은 고도 150m 이하의 저지대에서 채취한 시료에서 주로 나타났다. 인위적인 오염물질의 유입 가능성이 있는 지점은 전체 시료의 79.4% 이었다.

• 지질공학
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• 제27권3호
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• pp.293-304
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• 2017

본 연구는 복합지열시스템의 효율성 평가를 위하여 필요한 부분인 대수층의 수리지질학적 분석을 위하여 수행되었다. 복합지열시스템은 개방형 지열시스템과 밀폐형 지열시스템을 결합하여 지열의 효과적 이용을 목적으로 제안되었으며, 연구지역인 충주시 금가면의 수막재배 지역에 소구경 복합지열시스템과 대구경 복합지열시스템이 설치되었다. 연구 지역 대수층의 수리지질학적 특성 분석을 위하여 양수시험과 단계양수시험을 포함하는 현장수리시험 결과, 대수층의 투수량계수는 $13.49{\sim}58.99cm^2/sec$의 범위를 가지며, 저유계수는 $1.13{\times}10^{-5}{\sim}5.20{\times}10^{-3}$의 범위로 분석되었다. 또한, 지구화학적 분석에서 지하수 성분 중 $Ca^{2+}$이온과 ${HCO_3}^-$ 이온이 우세한 것으로 나타났고, 랑겔리어 지수 및 리즈나 지수 분석에서 지하수 내의 탄산염 광물의 침전 가능성이 낮게 평가되었다. 수직적 수온 변화 분석에서는 평균 증온률이 $2.1^{\circ}C/100m$로 평가되어 지열 특성이 충분한 것으로 나타났다. 따라서, 연구지역에서는 지하수의 양이 풍부하고 지중열을 안정하게 사용할 수 있으며 탄산염 광물의 침전에 의한 열에너지 효율 저하가 발생할 가능성이 낮으므로 복합지열시스템 설치가 적합한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.108-108
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• 2019

낙동강에는 2010-2012년 4대강 사업 완료 후 8개의 다기능 보가 설치되었다. 보 설치로 인해 물의 체류시간이 증가하고 보 상류에는 정체수역이 광범위하게 형성되었다. 이후 지속된 가뭄과 여름철 고온현상이 겹치면서 남조류의 과잉성장(녹조현상)이 빈번히 발생하여 수생태계 건강성에 문제를 초래하는 등 사회적 이슈로 자리잡게 되었다. 조류의 과잉성장을 해결하기 위해 정부에서는 총인(TP) 방류수 수질기준 강화, 펄스형 방류기법 운영 등 대책을 추진하였으며, 녹조 우심지역을 선정하고 지역 특성에 맞는 대응방안을 수립하여 추진하고 있으나, 그 효과가 국부적이고 일시적이어서 근원적 대책 마련이 필요한 실정이다. 일반적으로 남조류의 과잉성장에 영향을 미치는 요소는 높은 영양염류(질소, 인)와 유기물 농도, 고온과 안정적인 성층강도, 그리고 남조류의 생리적 특성 등으로 매우 다양하기 때문에 정확한 발생 원인의 분석이 어려운 경우가 많다. 그러나, 보에 의해 흐름이 조절되는 하천에서는 유량, 유속 및 수온성층 등이 남조류 성장과 천이특성에 가장 민감한 영향을 미친다. 선행 연구사례에서는 유량과 남조류 생체량이 서로 반비례 관계를 가진다는 점과 상 하층간의 온도차(수온성층)가 남조류 우점과 밀접한 관련이 있다는 것을 보였다(Sherman et al. 1998). 따라서 최근 국내에서도 보의 관리수위를 낮추어 유속을 증가시키고 체류시간을 감소시켜 녹조문제를 완화하려는 노력이 추진 중이다. 하지만 하천의 수질은 물리적, 화학적, 생물학적 요인들의 복잡한 상호작용의 결과이므로, 단기간의 측정 결과로 보 수위 저하의 효과를 평가하는데 어려움이 있다. 따라서 이를 과학적으로 평가하기 위해서 수리 수질 생태의 연동해석이 가능한 수치모델을 활용할 필요가 있다. 수치모델은 매개변수를 충분히 보정한다면, 다른 모든 요인은 동일한 조건에서 보 수위 저하만의 영향을 예측하는데 활용가능하다. 본 연구의 목적은 낙동강 수계 중류에 위치한 칠곡보-강정고령보 구간을 대상으로 3차원 수리 수질모델인 EFDC를 구축하고, 실측 자료를 이용하여 모델을 보정한 후 보 관리수위의 저하운영 시나리오에 따른 수질과 남조류의 시 공간적 변동 특성을 분석하는데 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.492-494
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• 2004

The purpose of this study is to investigate the hydrochemical characteristics of groundwater in the Umsung area, and to elucidate the effect of host rock type, well depth and mineralization zone on the groundwater chemistry, We carried out chemical analysis, isotopic analysis, statistical analysis of Box-Whisker and trigging analysis for this study. The chemical and isotopic compositions of the groundwater is distinguished into two areas according to host rocks(Cretaceous sedimentary rocks and Jurassic granite) and recharge altitude, and is not greatly influenced by mineralization zone of the mines.