Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.3
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pp.189-197
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2012
Geochemical composition of fracture filling minerals and groundwater was investigated to characterize geochemical characteristics of groundwater system at the KURT site. Minerals such as calcite, illite, laumontite, chlorite, epidote, montmorillonite, and kaolinite, as well as I/S mixed layer minerals were detected in the minerals extracted from the fracture surfaces of the core samples. The groundwater from the DB-1, YS-1 and YS-4 boreholes showed alkaline conditions with pH of higher than 8. The electrical conductivity (EC) values of the groundwater samples were around $200{\mu}S/cm$, except for the YS-1 borehole. Dissolved oxygen was almost zero in the DB-1 borehole indicating highly reduced conditions. The Cl- concentration was estimated around 5 mg/L and showed homogeneous distribution along depths at the KURT site. It might indicate the mixing between shallow groundwater and deep groundwater. The shallow groundwater from boreholes showed $Ca-HCO_3$ type, whereas deep groundwater below 300 m from the surface indicated $Na-HCO_3$ type. The isotopic values observed in the groundwater ranged from -10.4 to -8.2‰ for ${\delta}^{18}O$ and from -71.3 to -55.0‰for ${\delta}D$. In addition, the isotope-depleted water contained higher fluoride concentration. The oxygen and hydrogen isotopic values of deep groundwater were more depleted compared to the shallow groundwater. The results from age dating analysis using $^{14}C$ indicated relatively younger (2000~6000yr old) groundwater compared to other european granitic groundwaters such as Stripa (Sweden).
Ko Kyung-Seok;Kim Yongie;Koh Dong-Chan;Lee Kwang-Sik;Lee Seung-Gu;Kang Cheol-Hee;Seong Hyun-Jeong;Park Won-Bae
Economic and Environmental Geology
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v.38
no.4
s.173
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pp.435-450
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2005
The purpose of the study is to analyze the hydrogeochemical characteristics by multivariate statistical method, to interpret the hydrogeochemical processes for the new variables calculated from principal components analysis (PCA), and to infer the groundwater flow and circulation mechanism by applying the geostatistical methods for each element and principal component. Chloride and nitrate are the most influencing components for groundwater quality, and the contents of $NO_3$ increased by the input of agricultural activities show the largest variation. The results of PCA, a multivariate statistical method, show that the first three principal components explain $73.9\%$ of the total variance. PC1 indicates the increase of dissolved ions, PC2 is related with the dissolution of carbonate minerals and nitrate contamination, and PC3 shows the effect of cation exchange process and silicate mineral dissolution. From the results of experimental semivariogram, the components of groundwater are divided into two groups: one group includes electrical conductivity (EC), Cl, Na, and $NO_3$, and the other includes $HCO_3,\;SiO_2,$ Ca, and Sr. The results for spatial distribution of groundwater components showed that EC, Cl, and Na increased with approaching the coastal line and nitrate has close relationship with the presence of agricultural land. These components are also correlated with the topographic features reflecting the groundwater recharge effect. The kriging analysis by using principal components shows that PC 1 has the different spatial distribution of Cl, Na, and EC, possibly due to the influence of pH, Ca, Sr, and $HCO_3$ for PC1. It was considered that the linear anomaly zone of PC2 in western area was caused by the dissolution of carbonate mineral. Consequently, the application of multivariate and geostatistical methods for groundwater in the study area is very useful for determining the quantitative analysis of water quality data and the characteristics of spatial distribution.
Arsenic (As) is nonessential element toxic to plants. In Korea little is not only known about the extent of actual anthropogenic sources and inputs of arsenic to the agricultural land which plays a active role as a sink, but also systematic research on arsenic as an toxic element entering the food chain via the soil-plant pathway has not been investigated in the fields and greenhouses besides in few places of abandoned mining sites. Therefore, it is important to focus on the effect of As-contaminated soils on As uptake and biomass production of lettuce plants. In this study, As concentrations in the soil and accumulation of As in lettuce transferred by As uptake from soils were investigated. To do this, soil which was mixed with various rates of arsenopyrite gravels containing arsenic from 0 to 100% was packed into a round plastic pot. Then, 10 days old vegetable crops of chinese cabbage and lettuce after germination were transplanted into a pot. Growth of lettuce was observed for four weeks with one week interval. All experiments were done by triplicate. The results showed that the growth rates for number of leaves, width and length of the crop plants were retarded with increasing amount of gravel mixed due to increasing bioavailable amount of arsenate with increasing rate of gravel in soils. With these results, we conclude that the bioavailable amount of arsenate can influence the growth of lettuce.
Physicochemical Properties of acid mine water of the Chonam-ri Creek and the Sagok-ri Creek in the Kwangyang Au-Ag mine area were determined using geochemical approaches. Metal contamination (Cd, Cu, Pb, Zn) is more serious in the Chonam-ri Creek than in the Sagok-ri Creek. However, the contents of Al and Fe is higher in the Sagok-ri Creek. Such differences between the two creeks probably reflect the abundance and composition of ore minerals. The attenuation processes for acid mine water in both creeks were investigated. In the Chonam-ri Creek, a small retention pond which contains limestone plays an important role in the removal of heavy metals by adsorption or coprecipitation due to increase of pH. The capacity of metal scavenging in this pond depends on the seasonal variation of inflow volume. Reddish yellow precipitates sampled in the Chonam-ri Creek were analyzed by XRD, SEM-EDS, EPMA, and chemical decomposition. The precipitates mainly consist of goethite and are also enriched in Al, Mn, Cu and Zn. This inditates that precipitation of goethite is important for scavenging those trace elements, possibly due to adsorption or coprecipitation. In the Sagok-ri Creek, on the other hand, hydrologic mixing of uncontaminated tributaries results in removal of heavy metals with iron hydroxides precipitation due to the pH increase. The mechanisms proposed for metal attenuation at the confluence between contaminated mine water and uncontaminated tributary water are also explained by the property-property plots.
Seasonal variations in vertical distributions of metals were investigated in the contaminated paddy soils around Siheung Cu-Pb-Zn and Deokeum Au-Ag mines. Geochemical behavior of metals was also evaluated with respect to redox changes during the cultivation of rice. Two microcosms simulating the rice-growing paddy field were set up in the laboratory. The raw paddy soils from two sites showed differences in mineralogy, metal concentrations and gecochemical parameters, and it is suggested that high proportions of exchangeable fractions in metals may give high dissolution rates at Deokeum. In both microcosms of Siheung and Deokeum, redox differences between surface and subsurface of paddy soils were maintained during the flooded period of 18 weeks. Siheung soil had neutral to alkaline pH conditions, while strongly acidic conditions and high Eh values were found at the surface soil of Deokeum. The concentrations of dissolved Fe and Mn were higher in the subsurface pore waters than in interface and upper waters from both microcosms, indicating reductive dissolution under reducing conditions. On the contrary, dissolved Pb and Zn had high concentrations at the surface under oxidizing conditions. From the Siheung microcosm, release of dissolved metals into upper waters was decreased. presumably by the trap effect of Fe- and Mn-rich layers at the interface. However, in the Deokeum microcosm, significant amounts of Pb and Zn were released into upper water despite the relatively lower contents in raw paddy soil, and seasonal variations in the chemical fractionation of metals were observed between flooded and drained conditions. Under acidic conditions, rice may uptake high amounts of metals from the surface of paddy soils during the flooded periods, and increases of exchangeable phases may also increase the bioavailability of heavy metals in the drained conditions.
Geochemical characteristics, water quality, $NO_3{^-}$ contamination and the origin of $NO_3{^-}$ were analyzed for the groundwater located at Ogcheon, Korea. The water qualities were weakly acidic to weakly alkalic and redox potentials indicated reduction condition. Compared to granitic rocks, metamorphic sedimentary rocks with intercalations of limestones and dolomites tended to be more effectively dissolved, resulting in higher pH and higher concentrations of dissolved ingredients. Contamination of heavy metals was not revealed. Geochemical reactions of carbonate rocks and influxes of artificial contamination ingredients seemed to simultaneously determine the geochemical characteristics and water qualities in the study area. From the results of ${\delta}^{15}N$ isotope analysis, the origin of $NO_3{^-}$ was estimated to be influenced dominantly by agricultural activities and human feces and urine.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.7
no.3
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pp.116-124
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2000
Geochemical and isotopic analyses were carried out to investigate hydrochemical characteristics, source of carbon species in the carbonated waters in South Korea. Most Korean carbonated waters from different geologic settings are characterized by a Ca-HCO$_3$type with a relatively low pH range from 5.3 to 6.3 (avg. 6.0). The concentrations of cations and anions in the carbonate waters are in the order of Ca$^{2+}$>Na$^{+}$>Mg$^{2+}$>Si$^{4+}$>Fe$^{2+}$>K$^{+}$ and HCO$_3$$^{-}$>SO$_4$$^{2-}$>Cl$^{-}$, respectively. The HCO$_3$$^{-}$ ion is more enriched in the carbonated water from the sedimentary rock and granitic rock of Mesozoic age in the Gyungsang basin(GII) and the Precambrian metamorphic rock and Jurassic granitic rocks of the Gyunggj massif in the Gangwon province(GⅠ) than those of the meta-sedimentary rock and granite in the Ogcheon zone(GⅢ). Based on the oxygen and hydrogen isotopic data, the carbonated waters are derived from the meteoric water, showing apparent latitude and altitude effects. The $delta$$^{13}$C values of carbon species in the carbonated water are in between -6.23 and 0.0 $textperthousand$, suggesting inorganic source of carbon originated from the carbonate mineral and carbonate rock in the aquifer.
Bentonite, predominantly consists of expandable clay minerals, is considered to be the suitable buffering material in high-level radioactive waste disposal repository due to its large swelling property and low permeability. Additionally, the bentonite has large cation exchange capacity and specific surface area, and thus, it effectively retards the transport of leaked radionuclides to surrounding environments. This study aims to review the thermodynamic sorption models for four radionuclides (U, Am, Se, and Eu) and eight bentonites. Then, the thermodynamic sorption models and optimized sorption parameters were precisely analyzed by considering the experimental conditions in previous study. Here, the optimized sorption parameters showed that thermodynamic sorption models were related to experimental conditions such as types and concentrations of radionuclides, ionic strength, major competing cation, temperature, solid-to-liquid ratio, carbonate species, and mineralogical properties of bentonite. These results implied that the thermodynamic sorption models suggested by the optimization at specific experimental conditions had large uncertainty for application to various environmental conditions.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.4
no.1
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pp.41-53
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1997
Geochemical data of soil and water samples were presented in order to assess the environmental impart for drinking water sites. Microscopic observation of rock samples and physical and chemical analysis of soil and water samples were undertaken. The geology of study areas are classified into three groups such as granitic rocks, meta-sedimentary rocks and sedimentary rocks. Enrichment of heavy metals derived from those rocks is not found in this study areas. Soils were analyzed for Cu, Pb, Zn, Cd and Cr using AAS extracted by HNO$_3$+HClO$_4$ and 0.1 N HCl. Heavy metal concentrations in soils are within the range of those in uncontaminated soils. In comparison of metal contents extracted by 0.1 N HCl and HNO$_3$+HC1O$_4$, less than 10% of the heavy metals are present in the exchangeable fraction. In particular, an pollution index has been proposed to assess the degree of soil contamination. Pollution index in soils are between 0.03 and 0.47 therefore, soils are not polluted with heavy metals. Deep groundwaters within granitic rocks have been evolved into Na$\^$+/-HCO$_3$$\^$-/ type, whereas other deep groundwaters evolved into Ca$\^$2+/-HCO$_3$$\^$-/ type. The predominance of Na$\^$+/ over Ca$\^$2+/ in deep groundwaters within granitic rocks is a result of dissolution of plagioclase, but for sedimentary and meta-sedimentary rocks, dissolution of calcite is a dominant factor for their hydrogeochemistry. The pH, conductivity and contents of the most dissolved ions in the water increase with depth. Shallow groundwaters, however, are highly susceptible to pollution owing to agricultural activities, considering the fact that high contents of nitrate, chloride and potassium, and high K/Na ratio are observed in some shallow groundwaters. In a thermodynamic approach, most natural water samples are plotted within the stability fields of kaolinite and smectite. Therefore, microcline and other feldspars will alter to form clay minerals, such as kaolinite and smectite. From the modelling for water-rock interactions based on mass balance equation, models accord well with behavior of the ions and results of thermodynamic studies are derived.
This study aimed to recognize characteristics of groundwater flow in fractured bedrocks based on zonal pump-ing tests, slug tests, water quality logs and borehole TV camera logs conducted on two boreholes (NJ-11 and SJ-8) in the city of Naju. Especially, the zonal pumping tests using sin91e Packer were executed to reveal groundwater flow characteristics in the fractured bedrocks with depth. On borehole NJ-11, the zonal pumping tests resulted in a flow dimension of 1.6 with a packer depth of 56.9 meters. It also resulted in lower flow dimensions as moving to shallower packer depths, reaching a flow dimension of 1 at a 24 meter packer depth. This fact indicates that uniform permissive fractures take place in deeper zones at the borehole. On borehole SJ-8, a flow dimension of 1.7 was determined at the deepest packer level (50 m). Next, a dimension of 1.8 was obtained at 32 meters of packer depth, and lastly a dimension of 1.4 at 19 meters of packer depth. The variation of flow dimension with different packer depths is interpreted by the variability of permissive fractures with depth. Zonal pumping tests led to the utilization of the Moench (1984) dual-porosity model because hydraulic characteristics in the test holes were most suitable to the fractured bedrocks. Water quality logs displayed a tendency to increase geothermal temperature, to increase pH and to decrease dissolved oxygen. In addition, there was an increasing tendency towards electrical conductance and a decreasing tendency towards dissolved oxygen at most fracture zones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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