Simulation of Groundwater Flow in Fractured Porous Media using a Discrete Fracture Model

불연속 파쇄모델을 이용한 파쇄 매질에서의 지하수 유동 시뮬레이션

Groundwater flow in fracture networks is simulated using a discrete fracture (DF) model which assume that groundwater flows only through the fracture network. This assumption is available if the permeability of rock matrix is very low. It is almost impossible to describe fracture networks perfectly, so a stochastic approach is used. The stochastic approach assumes that the characteristic parameters in fracture network have special distribution patterns. The stochastic model generates fracture networks with some characteristic parameters. The finite element method is used to compute fracture flows. One-dimensional line element is the element type of the finite elements. The simulation results are shown by dominant flow paths in the fracture network. The dominant flow path can be found from the simulated groundwater flow field. The model developed in this study provides the tool to estimate the influences of characteristic parameters on groundwater flow in fracture networks. The influences of some characteristic parameters on the frcture flow are estimated by the Monte Carlo simulation based on 30 realizations.

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.