• 제목/요약/키워드: 지질매체

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불연속 파쇄모델을 이용한 파쇄 매질에서의 지하수 유동 시뮬레이션 (Simulation of Groundwater Flow in Fractured Porous Media using a Discrete Fracture Model)

  • 박유철;이강근
    • 자원환경지질
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    • 제28권5호
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    • pp.503-512
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    • 1995
  • 2차원 불연속 절리 모델 (Discrete Fracture Model)을 사용하여 절리망 내에서 지하수 흐름을 시뮬레이션하였다. 불연속 절리 모델에서는 지하수가 오직 절리망을 통해서 흐른다고 가정한다. 이와 같은 분석은 결정질암 같이 지질 매체의 투수율이 매우 낮은 경우에 유용하다. 하지만 불연속 절리망을 완벽하게 구현하는 것이 불가능하므로, 이에 접근하는 방법으로 확률 통계적 모델이 제안되었다. 확률-통계적 모텔은 특성인자(밀도, 방향, 길이, 틈새두께 등)가 특별한 분포 유형을 갖는다고 가정한다. 확률-통계적 모델은 가정된 분포를 따르도록 특성인자를 생성한다. 이 후 본 모델을 통해 분석된 몇몇 특성인자를 가지고 절리망을 생성한다. 절리망을 생성한 이 후 지하수의 유통을 계산하기 위해 유한요소법을 적용하였다. 이 때 일차원 선요소가 유한요소망의 주요 요소이다. 시뮬레이션 결과는 절리망 내의 주요 흐름 경로를 통해 보여진다. 절리망 내의 지하수 속도를 비교하여 주요 흐름 경로를 찾아낸다. 본 연구에서 개발된 모델은 절리망 내의 지하수 흐름에 특성인자들이 미치는 영향을 평가할 수 있는 방법을 제공한다. 이를 위하여 30번의 생성을 하는 몬테카를로 시뮬레이션을 통해서 여러 특성 인자들이 지하수 흐름에 미치는 영향을 평가하였다.

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자연지질매체를 이용한 PCE로 오염된 지하수 정화 (The effect of permeable geobarrier using gravel bean and silty clay for remediation of PCE contaminated groundwater)

  • 이달희;전이원;장호완;이종열;서형기
    • 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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    • 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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    • pp.110-113
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    • 2005
  • The objective of this study was to examine the effect of proposed permeable eobarrier system for removal of PCE from groundwater. The materials used for the natural geobarrier are gravel bean and silty clay. In addition, the effect of Pyeongtaek soil on PRB assessed in this experiments. It was observed that the adsorption of PCE in natural geobarrier system is eligible for real site. However, natural geobarrier system has various factors based on using materials. Therefore, more laboratory work is needed to study about permeable geobarrier.

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부산 석대 생활폐기물 매립장의 환경오염에 대한 종합적 연구 (The Synthetic Study of Environmental Contamination at the Seokdae Municipal Waste Landfill in Pusan)

  • 김병우;정상용;이민희;이병헌
    • 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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    • 한국지하수토양환경학회 2001년도 총회 및 춘계학술발표회
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    • pp.98-103
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    • 2001
  • 부산 석대 생활폐기물 매립지의 환경오염 특성을 파악하기 위해 매립장 지역의 가스발생량 측정, 침출수 및 토양시료 채취, 지구통계학적, 수리지질학적 및 지구화학적 분석과 실내 주상시험을 실시하여, 침출수의 오염 부하량과 가스발생량, 가스의 농도와 지반 침하, 지질매체의 특성, 침출수의 오염 부하량과 가스발생량, 가스의 농도와 지반 침하, 지질매체의 특성, 침출수의 이동 및 확산의 관계를 고찰하였다. 그리고 물수지분석을 통하여 침출수의 발생량과 오염 부하량을 선정하였다. 매립장 A지구로부터 36개 가스정에서 획득한 가스자료를 $O_2$C $H_4$ $H_2$S, CO의 4가지 성분에 대해 지구통계학적 기법으로 분석한 결과, 다른 지점에 비해 가스의 농도가 높은 지점 주변에서 부분적으로 지반 침하가 발생하는 것으로 나타났다. Leachate-1, 2, 3에서 채취한 침출수의 화학적 분석 결과, 전기전도도와 Total Alkalinity는 높게 나타났으나, Cl, Cr, Mn, Cu, Zn, Cd, Pb 등이 과거보다 감소하였고, 수질유형은 삼각다이아그램에서 Na-HC $O_3$형으로 나타난다. Leachate-1, 2, 3에서 채취한 침출수의 화학적 분석 결과 전기전도도와 Total Alkalinity는 다이아그램에서 Na-HC $O_3$형으로 나타난다. 수질분석 결과에 의하면 생활폐기물의 생분해가 아직도 계속해서 활발히 진행되고 있는 것으로 판단된다. 물수지분석 결과, 순수하게 지하로 침투하는 침출수량은 약 465.11㎥/day이고, Cl, Mn, Fe의 순수오염 부하량은 각각 223.8kg/day, 0.2kg/day, 0.3kg/day로 추정된다. 매질에 대한 실내 주상시험에서 기반암 풍화토와 매립토에 대한 선형유속(equation omitted)은 각각 0.206cm, 0.019cm, 확산계수( $D_{ι}$)는 각각 0.234$\textrm{cm}^2$/min, 0.118$\textrm{cm}^2$/min, 종분산 지수 ($\alpha$$_{ι}$)는 각각 1.136cm, 0.095cm로 복토재로 사용된 매립토보다 기반암풍화토가 오염물질의 확산속도가 더 큰 것으로 나타났다.

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지질매체 공극 구조에 대한 구성 엔트로피와 상자집계 프랙탈 차원의 지구물리학적 의미 및 응용: 무작위 패킹 시뮬레이션 연구 (Geophysical Implications for Configurational Entropy and Cube Counting Fractal Dimension of Porous Networks of Geological Medium: Insights from Random Packing Simulations)

  • 이범한;이성근
    • 한국광물학회지
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    • 제23권4호
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    • pp.367-375
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    • 2010
  • 지구물질로 이루어진 공극 구조와 이를 채우고 있는 유체의 상호작용에 대한 이해는 지표 및 지구내부의 다양한 지질학적 현상의 설명에 필수적이다. 본 연구에서는 지구물질과 유체의 상호작용을 보다 잘 이해하기 위해, 비표면적과 공극률이 다공성 매질의 공극 구조를 설명하는 매개변수에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 입자의 지름과 공극률을 다양하게 하여 동일한 크기의 구형의 입자로 이루어진 다공성 매질에 대한 삼차원 공극 구조를 무작위 패킹 시뮬레이션으로 얻었고, 이에 대해 구성 엔트로피와 삼차원 상자집계 프랙탈 차원 분석을 하였다 구성 엔트로피 분석 결과, 엔트로피 길이는 비표면적이 2.4에서 $8.3mm^2/mm^3$으로 증가할 때 0.8에서 0.2 mm로 감소하고, 최대 구성 엔트로피는 공극률이 0.33 에서 0.46으로 증가할수록 0.94에서 0.99로 증가하는 뚜렷한 경향을 보인다. 구성 엔트로피와 공극률의 관계로부터 구성 엔트로피가 맨틀 용융체의 탄성과 점성도를 설명하는 변수로 사용될 수 있음을 제시한다. 삼차원 상자집계 프랙탈 차원은 비표면적이 같을 때 공극률이 증가함에 따라 증가하고, 비표면적이 2.4에서 $8.3mm^2/mm^3$으로 증가할 때 2.65에서 2.98로 증가한다. 이러한 삼차원 상자집계 프랙탈 차원과 비표면적, 공극률의 관계로부터 삼차원 상자집계 프랙탈 차원이 지진파 감쇠와 맨틀용융체를 포함한 다양한 지질매체의 구조와 무질서도를 설명하는 변수로 사용될 수 있음을 제시한다.

공극 구조 내 교차 주입이 비혼성 유체의 포획 및 거동에 미치는 영향 (Effect of Cyclic Injection on Migration and Trapping of Immiscible Fluids in Porous Media)

  • 안혜진;김선옥;이민희;왕수균
    • 자원환경지질
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    • 제52권1호
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    • pp.37-48
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    • 2019
  • 이산화탄소 지중저장 수행 중 저류층 내부에서 나타나는 비혼성 유체의 대체 과정은 다공성 매체의 공극 표면에 대한 각 유체의 습윤 특성에 따라서 배수(drainage)와 흡수(imbibition)로 구분되는데, 각 과정 동안 나타나는 비혼성 유체 간의 거동 및 포획 양상을 이해하는 것은 주입 효율성 및 저장 안정성을 평가하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다공성 매체 내 주기적인 배수와 흡수 과정의 수행을 통해 공극 구조 내 비혼성 유체의 거동 양상 및 분포의 변화를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 2차원 마이크로모델 내부로 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 선정된 헥산과 탈이온수를 주기적으로 교차 주입하는 실험을 수행하였다. 관측 결과를 이용하여 각 유체 주입 과정에서 나타나는 두 비혼성 유체의 거동 양상을 비교 분석하고, 잔류 유체의 포화도를 산정하였다. 분석의 결과로서 헥산과 탈이온수의 잔류 포획 유형을 기작에 따라 습윤성(wettability), 모관압(capillarity), 막다른 공극(dead end zone), 포위(entrapment) 그리고 우회(bypassing)로 구분하였다. 또한, 교차 주입이 거듭됨에 따라 공극 구조 내에서 주입 유체의 흐름 경로는 주 흐름 경로(main flow channel)를 중심으로 단순화되었으며, 이로 인하여 주입 유체의 대체 효율은 일정한 값으로 수렴하였다. 실험적 관측과 분석의 결과는 실제 이산화탄소 지중저장 환경에서 습윤성-비습윤성 유체의 주기적인 교차 주입이 야기하는 저장층 내 비혼성 유체의 거동과 분포, 그리고 주입 유체의 대체 효율을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

석유증진회수에 적합한 나노 에멀젼의 제조 및 필터링 시험 분석 (Fabrication and Filtering Test of Nanoparticle-Stabilized Emulsion to be Suitable for Enhanced Oil Recovery)

  • 손한암;이근주;조장우;임경철;김진웅;김현태
    • 자원환경지질
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    • 제46권1호
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    • pp.51-61
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    • 2013
  • 최근 나노기술을 이용한 석유증진회수기술은 미국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 연구에서는 주로 다공성 매체 내 나노입자의 유동특성이나 나노 에멀젼 자체의 안정성 평가에만 중점을 두었으며, 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동시 중요한 역할을 하는 나노 에멀젼과 공극의 크기 효과는 분석하지 않았다. 이 연구에서는 석유증진회수기술에 적용 가능한 나노기반의 에멀젼을 제조하였으며, 그 특성을 분석하였다. 또한 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동특성을 파악하기 위해 필터링 시험을 통해 나노 에멀젼의 크기효과를 분석하였다. 연구결과 나노 에멀젼의 제조시 SCA(Silane Coupling Agent)나 PVA(poly Vinyl Aclohol)를 첨가하여 에멀젼을 제조할 때 안정성이 개선되며, 물에 비해 데칸의 비율이 높을수록 점성도가 높아지고, 액적크기가 증가하는 것을 확인하였다. 대기압조건하에서 수행한 필터링 시험에서는 분리된 물이 주로 통과하고 액적은 통과하지 못하는 것이 확인되었다. 이는 액적의 유동력이 필터에 작용하는 모세관압을 극복하지 못하였기 때문에 나타난 현상이다. 흡입압력을 작용한 필터링시험에서는 $60{\mu}m$ 크기 이상의 필터에서는 대부분 액적이 통과 하였으나, $45{\mu}m$ 이하의 필터에서는 통과비율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 필터 공극 통과시 강한 전단응력에 의해 액적이 변형되거나 파괴되어 공극을 막기 때문에 나타나는 현상으로 보인다. 이 연구에서 밝혀진 기본적인 나노 에멀젼의 특성 및 필터링 시험 결과는 향후 안정적인 나노 에멀젼 제조나, 다공성 매체 내 잔류오일 회수연구에 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.

금강 권역 충적층 지하수의 질산염 오염: 질산성 질소의 기원과 거동 고찰 및 안전한 용수 공급을 위한 제언 (Nitrate Contamination of Alluvial Groundwaters in the Keum River Watershed Area: Source and Behaviors of Nitrate, and Suggestion to Secure Water Supply)

  • 김경호;윤성택;채기탁;최병영;김순오;김강주;김형수;이철우
    • 지질공학
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    • 제12권4호
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    • pp.471-484
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    • 2002
  • 금강 유역의 충적층(면적 $3,029\textrm{km}^2$)에는 총 81억톤에 이르는 지하수가 부존하는 것으로 알려져 있으나, 과도한 농업활동에 의해 질소계 비료의 사용량이 증가함(250 N kg/ha 이상)에 따라 질산염 오염이 증가하고 있다 본 연구에서는 금강 권역의 대표적인 충적층 분포 지역의 충적층 지하수를 대상으로 질산염의 오염 현황 및 거동 특성을 파악하고자 광역적인 수리지구화학 연구를 수행하였다. 채취된 지하수 시료(총 186개)는 대체적으로 높은 질산염 농도(평균 42.2 mg/L, 최대 295 mg/L)를 보여주어 심하게 오염되어 있음을 나타내었다. 특히, 채취된 시료의 약 29%는 먹는물 수질 기준(44 mg/L $NO_3$)을 초과하고 있다. 연구지역 내 지하수 중의 질산염의 분포는 충적 대수층의 지구화학적 환경에 따라 크게 좌우되고 있다. 특히, 충적층 지하수의 산화-환원 전위(Eh)의 감소는 질산염의 농도 및 철과 망간의 농도 감소와 뚜렷한 상관성을 나타내었다. 따라서, 충적 대수층 지질매체 자체의 퇴적 환경의 차이를 반영하는 것으로 판단되는 산화-환원 상태(redox state)의 변화는 충적층 지하수 내의 질소계 오염물질의 거동을 지배함은 물론 탈질(denitrification)에 의한 자연저감을 조절하고 있는 것으로 판단된다. 특히, 탄소가 풍부한 실트질 충적층의 존재는 혐기성 환경을 조성함으로써, 질산염 오염에 대하여 상당한 정도의 완충 능력을 지니게 하는 것으로 판단된다.

위상기하 분석법을 이용한 단열계 특성 정량화의 소개 (Review of Quantification of Fracture Characteristics Based on Topological Analysis)

  • 손효록;김영석
    • 지질공학
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    • 제31권1호
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    • pp.1-17
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    • 2021
  • 암체 내에 발달하는 단열계는 지반의 특성뿐만 아니라 유체의 유동특성을 제어하기 때문에 이들을 평가하는 것은 매우 중요하다. 따라서 이들을 정량화하기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 그러나 기하학적 분석을 통해 획득한 정량적 매개변수인 단열밀도만으로는 단열계의 진화를 설명하기 어렵고, 단열계의 연결패턴 같은 암석 내 단열의 공간적 관계를 정량화하기 어렵다. 따라서 최근 기존에 이뤄지던 기하학적 분석과 함께 위상기하 분석을 통한 단열계의 특성화 필요성이 대두되고 있다. 그러나 암체에의 다양한 적용성에도 불구하고, 아직 국내에서는 단열계의 위상기하 분석이 지질매체에 적용되어 연구된 적은 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 최근 단열연구 분야에서 주목받고 있는 단열계 위상기하 분석의 정의와 개념, 위상기하 분석과 관련된 그래프이론, 그리고 이들을 적용하는 방법에 대해 간략히 소개하고자 한다. 이러한 위상기하학적 연구방법이 단열계의 분석에 사용된다면 암체 내 단열을 따라 흐르는 지하수나 석유 저류암의 유동특성과 단열계의 진화를 정량화하는데 유용하게 사용될 수 있다. 또한 방사성폐기물처분장과 같이 유체의 유동특성이 중요한 주요 시설물의 부지선정 등에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

충북 괴산군 덕평리 일대의 지하수 수질과 오염 (Groundwater Quality and Contamination in Dukpyung area)

  • 김형돈;우남칠;최미정
    • 대한지하수환경학회지
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    • 제5권3호
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    • pp.141-147
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    • 1998
  • 본 연구는 괴산군 덕평리 지역의 지하수 수질과, 본 지역에 분포하는 혹색 셰일층과 탄층에 기인한 토양과 암석의 중금속 부화현상이 이 지역 지하수의 수질오염에 미치는 영향을 규명하고자 수행되었다. 본 지역의 지하수질은 지하수환경에서 일어나는 지질매체의 반응이 주로 규산염광물의 풍화인 경우와 탄산염광물의 풍화인 경우로 크게 구분된다. 규산염광물의 풍화가 주된 반응인 시료들은 음이온의 주성분이 SO$_4$$^{2-}$ 인 시료들과 Cl$^{-}$ 인 시료들로 세분가능하며, 이러한 수질특성은 지하수와 접하는 암석의 풍화특성에 관계되는 것으로 사료된다. 암석과 토양내 부화된 중금속에 의한 천부 지하수의 오염현상은 국내외의 먹는 물 수질기준에 비교하였을 때 발견되지 않았으나, 국지적으로는 산성폐수의 생성과 지하수환경으로의 유입이 발견되었다. 또한 질산성-질소에 의하여 수질기준의 2~3배에 달하는 오염이 밝혀졌으며, 오염원은 생활하수 내지 비료성분의 지하수내 유입으로 사료된다.

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방사성 폐기물 지층 처분장과 암반의 역학적 특성 변화 - ANDRA의 예 - (Mechanical evolution of radioactive waste repository and rock mass - A review on ANDRA's case -)

  • 정소걸;신중호
    • 터널과지하공간
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    • 제18권3호
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    • pp.165-174
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    • 2008
  • 지하 500 m의 처분장 주위 암반이 수 십 만년 이상 장기적으로 지압과 열하중을 받음으로 인해 발생되는 역학적-열적-수리적-화학적 특성변화에 대한 프랑스의 연구 결과를 분석하고 우리나라의 방사성 폐기물 처분에 관련된 연구 방향 설정과 부지확보 등 기초자료를 도출하고자 하였다. 우리나라에서 방사성 폐기물 관련 사업을 수행함에 있어 선택의 폭을 넓히기 위해서는 첫째, 처분심도를 비롯한 처분 대상 지질매체(화성암 및 퇴적암)의 결정을 위한 데이터베이스의 구축이 시급하며, 특히 처분장 건설시에 갱도 혹은 처분 셀 주위에 발생되었던 파쇄 균열이 처분장을 장기간 운영하는 과정에서 치료되는 특성에 대한 규명이 필요할 것이다. 둘째, 장기적 EDZ 거동 변화에 대한 검증이 필요하며 처분 개념의 가역성(reversibility)에 대한 검토도 이루어져야 할 것으로 판단된다. 셋째, 한국형 방사성 폐기물 지층처분에 관한 타당성 검토와 개념설계를 바탕으로 구축된 지하실험실을 이용하여 처분장 설계 개념을 검증하는 연구 개발이 시급한 것으로 판단된다.