Yifru, Bisrat;Kim, Min-Gyu;Chang, Sun Woo;Lee, Jeongwoo;Chung, Il-Moon
지질공학
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제28권4호
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pp.529-540
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2018
Sand dam is a flow barrier commonly built on small or medium size sandy rivers to accumulate sand and store excess water for later use or increase the water table. The effectiveness of sand dam in increasing the water table and the amount of extractable groundwater is tested using numerical models. Two models are developed to test the hypothesis. The first model is to simulate the groundwater flow in a pseudo-natural aquifer system with the hydraulically connected river. The second model, a modified version of the first model, is constructed with a sand dam, which raises the riverbed by 2 m. In both models, the effect of groundwater abstraction is tested by varying the pumping rate. As the model results show the groundwater after the construction of the sand dam has increased significantly and the amount of extractable groundwater is also increased by many folds. Most importantly, in the second model, unlike the pseudo-natural aquifer system, the groundwater abstraction does not have a significant effect on the water table.
The water level fluctuation (WLF) method is a conventional method for quantifying groundwater recharge by multiplying the specific yield to the water level rise. A 2-D unconfined flow model with a time series of the recharge rate is developed. It is used for elucidating the errors of the WLF method which is implicitly based on the tank model where the horizontal flow in the saturated zone is ignored. Simulations show that the recharge estimated by the WLF method is underestimated for the observation well near the discharge boundary. This is due to the fact that the hydraulic stress resulting from the recharge is rapidly dissipating by the horizontal flow near the discharge boundary Simulations also reveal that the recharge was significantly underestimated with increase in the hydraulic conductivity and the recharge duration, and decrease in the specific yield.
본 연구에서는 SWAT 모형과 HELP 모형을 이용하여 보청천 유역의 지하수 함양량을 산정하였다. SWAT 모형은 지표수 및 지하수 성분을 모두 고려할 수 있는 물순환 모형이지만, 토양층에 대한 침루과정의 물리적 해석이 미흡하다. 반면에 HELP 모형은 중간유출 및 지하수 유출성분을 모의하지 못하지만, 토양층에서의 비포화흐름을 고려하여 침루과정을 해석할 수 있다. 국내유역에서 함양량 산정을 위해 SWAT 모형은 여러 유역에서 성공적으로 적용되어 왔지만, HELP 모형의 국내유역에 대한 적용은 매우 미흡하였다. HELP 모형의 적용을 위하여 중간유출계수를 제안하였고, 수정된 지수형감쇠 가중함수를 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. HELP 모형의 함양량은 중간유출계수 값에 따라서 많은 차이를 나타내었다. 중간유출계수 값이 0.6인 경우에 HELP 모형과 SWAT 모형사이의 함양량 오차가 가장 작았으며 일, 월, 연단위 등 다양한 시간규모에 대하여 두 모형사이의 함양량은 비교적 잘 일치하였다. HELP 모형은 SWAT모형에 비하여 모형구조가 비교적 간단하고 입력변수가 적게 요구되므로 지하수 함양량 산정에 유용하게 적용될 수 있으며, SWAT 모형과 HELP 모형을 병행하여 적용하면 지하수 함양량 산정의 신뢰도가 향상될 것으로 판단된다.
지하수 유동 모델에 반영되는 유역의 수리지질학적, 수문학적 특징들은 지하수 유동 특성에 주요한 영향을 미칠 수 있는 현장 특성들이다. 상기 특징들을 최대한 반영하기 위하여 438개의 관정자료를 토대로 갑천 유역(유역 면적$648.3km^2$)의 대수층 구조 특성을 분석하고, 24개의 하천 자료를 이용하여 지하수 유동 모델을 구축하였다. 그리고 검 보정된 준분포형 유출모형(SWAT)의 소유역별 지하수 함양량 결과를 3차원 지하수 유동 모델(MODFLOW)과 연계하여 갑천 유역의 광역 지하수 유동 특성을 평가하였다. 모의된 지하수위와 86개 지하수 관측정의 지하수위 비교에서 결정계수는 0.99, 유역 전체의 물교환량의 상대오차율이 약 0.57%로 갑천 유역의 지하수 유동 특성을 잘 반영하였다. 갑천 유역의 지하수는 지형 및 대수층 특성과 하천의 영향에 의하여 전반적으로 유역 남쪽에서 북쪽으로 유동하는데 산지 지역에 존재하는 하천들은 손실과 이득 하천의 형태를 반복하는 반면, 갑천 중 하류 부분과 갑천-유등천 합류 부근은 이득하천의 형태를 보이고 있다. 그리고 소유역별 지하수 물교환량 분석한 결과, 상기 지역을 포함하는 소유역의 하천 공급원이 해당 유역의 지하수 함양량보다 지하수 유동 체계에 따라 인근 소유역에서 공급되는 지하수 유입량 비율이 훨씬 높은 것으로 분석되었다. 반면 유등천 중 상류 지역의 소유역을 제외한 산지 지역의 경우는 하천 공급원이 지하수 유동 체계에 의한 유입량보다 해당 유역 내에서 공급되는 지하수 함양량 비율이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 지표수와 지하수의 상호작용 및 하천 유출에 지하수 유동 특성이 주요한 영향을 미치는 것으로 평가되었다.
The study area has been contaminated with explosive materials and heavy metals for several decades. For the design of the pump and treat remediation method, groundwater flow before and during groundwater pumping in a contaminated aquifer system was simulated, calibrated, and predicted using a generalized multidimensional hydrological numerical model. A three-dimensional geologic formation model representing the geology, hydrogeology, and topography of the aquifer system was established. A steady-state numerical simulation with model calibration was performed to obtain initial steady-state spatial distributions of groundwater flow and groundwater table in the aquifer system before groundwater pumping, and its results were illustrated and analyzed. A series of transient-state numerical simulations were then performed during groundwater pumping with the four different pumping rates at a potential location of the pumping well. Its results are illustrated and analyzed to provide primary reference data for the pump and treat remediation method. The results of both steady-state and transient-state numerical simulations show that the spatial distribution and properties of the geologic media and the topography have significant effects on the groundwater flow and thus depression zone.
For construction and design of tunnels, groundwater flow models are used to find the influence of groundwater to the stability of tunnels considering the geological condition around the tunnels and the materials used in tunnel linings. For the analysis of tunnel flow, some commercial programs, e.g. MODFLOW, SEEP/W etc., are used. These programs have limitations that MODFLOW could not define curved surface smoothly in three dimensional flow media and SEEP/W is the 2-dimensional flow model. In this paper, the ability of a finite element program developed for analyzing 3-dimensional groundwater flow is examined. Confined steady state groundwater flow solution in non-homogeneous media is obtained using isoparametric element with eight trilinear hexahedron nodes and is compared with the result of MODFLOW. It was found that the solution yielded a good result with the three dimensional flow studied.
방사성 폐기물 처분장 주변의 지하수 유동 현상을 이해하기 위해 정상상태에서의 지하수 수치모델을 수립하였다. 지하수 수치모델은 절점과 부재로 구성된 network에 의해 균질, 비균질, 다층매질에서 지하수 흐름을 조사하는데 이용되었고 모델의 수치해는 해석해와 일치하는 결과를 가졌다. 또한 지하매질의 수리학적 특성과 균열지역의 영향에 의한 지하수 유동의 물리적 변화현상도 조사되었다. 처분장 주변의 지하매질에 대해 구성된 network과 계산된 지하수 속도의 방향을 이용하여 지하수의 가능한 이동경로를 산정하는 방법이 개발되어 방사성 폐기물 처분장에서 생태계로의 가능한 지하수의 이동속도 및 시간을 예측하였다.
The effects of fractures in rock masses on the groundwater flow and the groundwater flow system in the volcanic rocks are analyzed by GFFP-WT model, which allows more realistic analysis of groundwater system by considering the fractures in rock masses. The evaluation of the effects of fractures in rock masses on the groundwater flow has been carried out in the 2nd Yeonwha and resulted in that the fractures mostly influence flow time because of hydraulic head distribution change. The results of the groundwater flow system analysis in the volcanic rocks are as follows. Most of groundwater once flowed in Lapilli tuff flowed out through Lappilli tuff layer. But only a small fraction of water flowed out through crystal tuff layer.
This study examines groundwater movement system analysis and movement forecast algorithm using finite element method. The target is Cheongha-myeon area, Bukgu, Pohang-city which has many difficulties in water supply during drought period. From the comparison of the differences between obtained values by WINFlOW model and observed values, it is thought that groundwater head distribution under steady flow is reflected well at the level of reliability Groundwater movement of study area shows stable pattern from western watershed to eastern coastal area while flow path is dense and steep in the center of the coastal area. The results of particle tracing for each well show a comparatively straight line from the western boundary side to the observation position at the upper area of the well, and are analyzed as it diffuses according to getting closer to the coast at the lower area of the well. The result of effect circle examination attendant on pumping amount in study area shows variation tendency that groundwater head decreases at the side and the lower area more than at the upper area of the well when groundwater flows from west to east(coast). As mentioned above, satisfactory results of groundwater movement analysis using WINFlOW model, two dimensional groundwater movement analysis model, are obtained through the great decrease of physical uncertainty of groundwater movement system.
In this study, groundwater flow was analyzed targeting Dae-jeong watershed, which exhibited the largest variations of groundwater levels at the identical elevation points among the 16 watersheds of Jeju Island. The issues of the methods applied in practice were identified and improvement plans were suggested. This groundwater-flow estimates derived by applying hydraulic conductivity values onto zones of equal topographic ground level were found to be quite different from actual measured groundwater flow. Conversely, groundwater-flow estimates that utilized hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level equipotential lines indicated relatively lesser divergences from actual measured groundwater flow. The reliabilities of the two approaches were assessed for 60 randomly selected points on DEM (digital elevation model) maps, The method using hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level contours turned out to be the more reliable approach for the Dae-jeong watershed in Jeju Island.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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