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지중의 DNAPL 거동 예측을 위한 3D 연속체-암반균열망 결합 수치 모델링
김태훈(Taehoon Kim),한원식(Weon Shik Han),신제현(Jehyun Shin),윤선규(Seonkyoo Yoon),강경철(Peter Kang),박길택(Jize Piao) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
본 연구에서는 중소수성 액체(Dense non-aqueous phase liquid DNAPL)의 지중 환경 내 거동특성을 규명하기 위하여 유한 차분법을 활용한 격자 기반 수치 모델을 개발하였다. 해당 모델은 경기도 와부읍 소재 테스트 베드에서 수행된 현장조사에서 얻어진 실측 자료를 바탕으로 구현되었다. 현장 조사를 통해 약 100 m의 깊이로 시추된 5개의 관측공에서 측정된 시추 주상도, 깊이 별 공극률, 암반 균열 분포 자료를 습득하였다. 격자 기반 모델 생성을 위해, 해당 관측공들의 위치를 모두 포함하는 66×68×106 m³의 모델 도메인에 대해서 1×1×1 m³의 균일한 단위 격자셀을 지정하였다. 상부 충적층대과 하부 균열 암반대에서 결정되는 상이한 매질 내 유동특성을 고려하여, 해당 두 영역을 구분한 뒤 각각 다른 방법론을 차용하여 투수율의 분포모델을 생성하였다. 이 때, 두 영역의 분리는 5개의 공에서 얻어진 시추주상도를 기반으로 내삽한 경계면을 통해 이루어졌다. 상부 충적층의 경우, 얻어진 중성자 검층 자료에 대해 지구통계기법을 활용하여 공극률의 불균질성을 구현하였다. 또한, 층서적 구조에서 기인하는 불균질성을 고려하기 위하여, 시추 주상도에 기재된 지층의 토양 특성에 따라서 공극률-투수율 관계식을 다르게 적용하였다. 균열암반의 경우, 물리 검층 자료에서 얻어진 균열 자료(주향, 경사, 두께 등)를 활용하여 3차원 이산균열망(discrete fracture network, DFN)을 구현한 뒤, 유한차분법(finite differential method, FDM)기반 연속체 모델로 업스케일링 하였다. 마침내, 두 영역에서 생성된 투수율 모델을 통합한 3D 불균질 특성 결합 모델이 완성되었다. 완성된 결합 모델에서, DNAPL이 60년간 누출되는 상황을 가정하여 두 지역에서 DNAPL의 거동을 시뮬레이션한 뒤 오염 물질의 분포 양상을 측정하였다. 그 결과, 물보다 비중이 큰 DNAPL은 지하수면을 통과하여 광범위한 지하수 영역에 도달하는 양상을 보였다. 또한, 균열암반과의 경계면에 가까워질수록 침체된 DNAPL의 일부는 경계면 위에 누적되었으며, 나머지는 높은 투수율의 균열대를 따라 균열암반 내부에 효과적으로 침투하였다. 향후 연구에서는, 주어진 실측 자료로부터 지구통계학적으로 재현되는 다양한 추정치들에 대해 추가적으로 모델을 생성하여, 충적층과 균열암반에서 거동하는 DNAPL의 분포량을 정량적으로 계산하고 비교할 것이다. 또한, 상대투수율에 따라 잔류 포획된 DNAPL의 분포 양상을 조사할 것이다. 이 연구는 현장 물리 검층 자료를 바탕으로 충적층 및 균열암반대를 모두 고려한 3D DNAPL 불균질 수치 거동 모델을 구현하는 새로운 방법론을 제안하였다. 앞으로의 추가적인 연구를 통해서는 기존의 연구들에서 제한되었던 DNAPL의 균열 내 거동 특성을 밝히고, DNAPL의 오염경로에 대한 선진적인 해석이 가능할 것으로 기대된다.
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