• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권1호
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• pp.23-35
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• 2015

본 연구에서는 3차원 수치모형을 이용하여 염수 대수층 내 담수 주입량에 따른 주입정과 양수정 사이의 담수체의 거동을 수치적으로 분석하였다. 대수층 내에 8개의 주입정이 동심원 상에 등간격으로 배열되어 있으며, 동심원 중심에 한 개의 양수정이 위치해 있다. 주입량이 상대적으로 작은 경우 주입정 주변의 담수체는 인근의 주입정에서의 담수체와 서로 혼합되지 않고 독립적으로 분포한다. 그러나 주입량이 증가함에 따라 담수체의 크기는 점차적으로 증가하며, 주입정과 주입정 사이에 염수와 담수가 혼합되어 있는 영역이 나타난다. 혼합되는 정도는 주입량이 증가함에 따라 증가되며, 이러한 현상은 양수정 주변에서도 동일하게 나타난다. 또한주입량이 증가할수록 양수정 주변 및 내에서의 염수비율이 점차적으로 감소하는 경향을 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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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.

• 한국가스학회지
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• 제22권5호
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• pp.53-61
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• 2018

저염수 기반 폴리머공법은 기존의 폴리머공법과 저염수주입공법의 시너지 효과를 통해 오일회수율을 더욱 증진시킬 수 있는 기술로서, 공법의 효율성을 극대화하기 위해서는 폴리머의 특성을 고려한 저염수 설계가 필수적이다. 이에 본 연구에서는 탄산염암 오일 저류층에 저염수 기반 폴리머공법 적용 시, 주입수의 pH와 주입수 내 PDI(Potential Determining Ion) 이온 중 $SO_4{^{2-}}$ 이온이 오일 생산량에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 우선, 주입수의 pH와 주입수 내 $SO_4{^{2-}}$의 농도에 따른 폴리머 분자의 안정성 및 흡착 현상을 분석하였다. 그 결과, 주입수의 pH와 주입수 내 $SO_4{^{2-}}$의 농도에 상관없이, 주입수 내 $SO_4{^{2-}}$가 함유되어 있는 경우 폴리머 용액의 안정성이 확보되었다. 그러나, 폴리머 용액의 정체 현상 분석 결과, 주입수의 pH가 중성인 7일 때에는 $SO_4{^{2-}}$ 이온이 폴리머의 흡착을 방해하여 $SO_4{^{2-}}$의 농도가 높을수록 폴리머 흡착층의 두께가 더 얇은 것으로 나타난 반면에, 주입수가 pH 4로 산성인 경우에는 폴리머 용액을 주입함에 따라 폴리머의 흡착량이 증가하여 폴리머 용액의 유동성이 크게 낮아졌다. 다음으로, 저염수 효과에 의한 습윤도 변환을 살펴본 결과, 주입수가 중성일 때에는 $SO_4{^{2-}}$의 농도가 높을수록 탄산염암 표면에 흡착되어 있던 오일의 탈착이 증가하여 암석의 습윤도가 친유성에서 친수성으로 크게 변환되었다. 반면에, 주입수가 산성일 때에는 용해와 폴리머 흡착의 복합적 작용으로 인해 전체 코어 시스템의 습윤도는 중성일 때에 비해 비교적 덜 변환되는 것으로 나타났다. 이에 따라 $SO_4{^{2-}}$ 농도가 높은 중성의 저염수 기반 폴리머 용액을 주입할 경우 오일 생산량은 저염수주입공법에 비해 최대 12.3% 증진되어 보다 양호한 EOR(Enhanced Oil Recovery) 효과를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.

• 지질공학
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• 제25권2호
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• pp.215-225
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• 2015

염수로 충진된 부산시 낙동강 델타지역에 염수오염을 방지하고 지하수자원을 확보할 수 있는 인공함양 실증시설의 구축을 목적으로, 고심도 피압대수층에 담수 주입시험을 실시하였다. 연구지역은 두꺼운(두께 10~21 m) 점토층이 가압층으로 분포하며, 두꺼운 하부모래층(두께 31.5~36.5 m)과 자갈층(두께 2.8~11 m)이 주대수층을 이루는 피압대수층을 형성하고 있다. 시험 전 실시한 전기전도도(EC) 검층결과 연구지역은 약 7~44 mS/cm의 EC 분포를 보이며, 15~38 m 사이에 담수와 염수의 전이대가 존재하였다. 수온은 5 m 심도까지는 10~15.5℃이었으나, 5 m 심도부터는 15.5℃에서 50 m 심도까지 17℃로 일정하게 증가하고 있었다. 담수 주입시험에서 총 62시간 동안 370 m³/day의 주입유량으로 약 950 m³의 담수가 주입되었으며, 주입공 OW-5의 40 m 심도에서 CTD Diver를 이용하여 담수체의 형성을 확인하였다. 주입 후 EC 및 온도 검층을 통해 주입된 담수체가 24시간 이상 유지되는 것을 확인하였고, 21일 경과 후 실시한 검층에서도 담수체의 존속이 확인되었다. 또한 OW-5공 주입시험보다 20일전에 실시된 1차 주입시험 주입공 OW-2에서도 아직 담수체의 영향이 남아있는 것으로 확인되었다. 그리고 OW-2와 5에 주입된 담수와 염수의 관계는 점이적이 아닌 뚜렷한 경계(Sharp Boundary)를 이루고 있었다. 따라서 주입된 담수가 염수 내에서 일정한 공간을 차지하며, 원상태의 수질을 상당기간 유지할 수 있다는 것을 파악하였다. 향후 인공함양 시설을 구축하여 장기적인 담수 주입을 통해 이 델타지역에 담수체를 형성시키는 실증연구를 수행한다면, 염수로 오염된 해안대수층을 대체수자원 확보의 공간으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.353-357
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• 2015

해수침투로 인하여 부존되어 있는 지하수의 염분농도가 높아 방치되고 있는 해안지역 대수층을 활용한 수자원 확보 방안을 제안하였다. 대수층으로 담수를 주입하여 염수를 치환할 수 있는 주입-양수 시스템을 연구하였다. 염수로 포화되어 있는 충적층에서 인공함양 및 회수 기술이 성공하기 위해서는 양수정으로 유입되는 염수를 방지하는 것이 가장 중요한 문제 중의 하나이다. 본 연구에서는 양수정을 염수 침투로부터 방지하기 위한 염수포획관정의 효과를 수치모델링 방법으로 분석하였다. 적절히 설계된 염수포획관정은 담수 양수정을 염수침입으로부터 보호할 수 있음을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1689-1693
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• 2008

서해안은 최대 조석 차 9 m 이상의 세계적으로 손꼽히는 반일조 지역이므로 염수가 신곡수중 보까지 치고 올라오는 것으로 알려져 있으나 한강 하구부에서의 흐름 및 염도분포 해석에 관한 연구는 지형적 군사적 특성 상 많이 진행되지 못했다. 본 연구에서는 2차원 하천해석 프로그램인 RAMS를 적용하여 신곡수중보 하류로부터 유도지점까지의 염도 분포 및 염수 길이를 해석하고 경험식을 이용해 수치모의 결과를 검증하였다. 염수가 최상류까지 치고 올라갈 수 있는 조건으로 최대조위와 최소유량을 가지는 시점을 택해 염도분포 농도를 계산하였으며 하류단인 유도지점의 염도를 인천검조소 실측값으로부터 전이하기 위해 이송분산방정식의 연속주입 해석해를 이용하였다. 염도분포의 최선단부는 장항 IC 부근으로 최대 역류 발생 위치와 같은 지점이었으며 정상염수 쐐기 경험식에 의해 염수의 길이를 해석한 결과와도 일치하였다.

• 자원환경지질
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• 제53권2호
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• pp.213-220
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• 2020

이산화탄소(CO₂)를 대염수층에 폼 상태로 주입할 경우 그대로 주입했을 때보다 CO₂의 상대투과도가 감소하고 점성도가 증가하여 유동도가 감소한다. 이로 인해 대염수층과의 CO₂와의 접촉효율이 증가하면서 궁극적으로 CO₂ 저장효율이 향상된다. 일반적으로 CO₂ 폼 형성을 위해서 계면활성제를 사용하였는데, 최근에는 계면활성제만을 사용했을 때보다 안정적인 폼 형성을 위해서 나노입자를 이용한 연구가 많이 수행되고 있다. 이 논문에서는 나노입자 기반 CO₂ 폼을 이용한 CO₂ 저장기술에 대해서 소개하였다. 친수성 나노입자의 일부표면을 CO₂ 친화적인 부분으로 개질하면 입자는 CO₂와 물에 양친성을 나타내므로 고온, 고염도 조건의 심부 대염수층에서도 폼은 상대적으로 안정적인 상태를 유지할 수 있다. 경제적인 측면에서 나노기반 CO₂ 폼 주입공법은 일반적인 CO₂ 주입보다 비용이 증가하지만 주입 효율성이 향상되므로 가격 경쟁력이 있을 것으로 추정된다. 환경적 측면에서 살펴보자면 세계적으로 오염물질 제거, 석유생산 등 특수한 목적을 위해 대수층이나 저류층에 계면활성제나 나노물질 등의 화학물질 주입이 가능한 상황이다. 그러나 일부 연구에 의하면 나노입자나 계면활성제에는 수생동물에 영향을 줄 수 있는 독성이 있는 것으로 알려져 있기에 환경적 검증된 물질을 사용해야 할 것이다. 따라서 향후에도 추가적인 연구개발을 통해 환경적으로도 안전하면서도 경제적으로도 합리적인 나노기반 CO₂ 폼 제조 및 주입에 대한 연구가 필요할 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제26권3호
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• pp.166-180
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• 2016

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동 해석기법을 이용하여 호주 오트웨이 실증프로젝트 염수층 내 이산화탄소 주입을 수치적으로 모델링하고 주변 지층에 야기되는 수리-역학적 거동 특성을 살펴보았다. 대상 부지의 물리검층, 시추코어 분석 및 지구통계기법을 통해 구현된 3차원 추계학적 지질모델을 바탕으로 해석모델을 작성하였으며, 이산화탄소의 주입과 이에 따른 수리-역학적 연계거동을 분석하였다. 총 30,000톤의 이산화탄소를 200일 동안 주입하는 경우, 주입공 주변의 압력 변화는 0.5 MPa 이하로 나타났으며, 주입 5일 경과 시 압력이 수렴하는 경향을 보였다. 지층 내 역학적 거동에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단되며, 주변 단층대로의 유동도 미미한 수준으로 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.23-32
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• 2023

본 연구에서는 고갈된 가스전의 사암 저류층 또는 심부 대염수층 내 이산화탄소(CO₂) 주입효율 및 저장용량 증진을 위한 주입 첨가제로써 Al₂O₃ 나노유체를 합성하였다. 기반 유체로 탈이온수(deionized water, DIW)와 API Brine의 조성을 참고하여 제조한 염수를 사용하였으며, 양이온성 계면활성제인 CTAB (cetyltrimethyl-ammonium bromide)을 첨가한 Al₂O₃ 나노유체를 이용하여 유체를 합성하였다. 육안관찰, 동적광산란광도계(dynamic light scattering, DLS), 전자투과현미경(transmission electron microscope, TEM), 혼화성 시험(miscibility test)의 방법을 활용한 유체의 분산 안정성 평가 결과, 나노입자 농도가 0.05 wt% 이하 조건에서 70,000 ppm의 염수와 반응 후에도 응집 및 침전되지 않는 안정한 유체를 합성할 수 있음을 확인하였다.