창원시 북면 낙동강 주변 하성퇴적층의 지하수유동 모델링 연구

함세영,정재열,김형수,한정상,류수희,Hamm Se-Yeong,Cheong Jae-Yeol,Kim Hyoung-Su,Hahn Jeong-Sang,Ryu Su-Hee 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.5

창원시는 전국에서 최초로 2001년에 북면과 대산면에 강변여과수 취수장을 건설하여 운영하고 있다. 본 연구는 창원시 북면 낙동강 본류 하안의 강변여과수 취수장 주변에 대해서 수리지질 특성을 평가하고 낙동강과 강변대수층간의 지하수유동 모델링을 수행하였다. 이를 통하여 강변여과수 취수에 따른 낙동강물과 지하수 유입량을 평가하였다. 지하수모델링에서는 시추자료, 입도분석자료, 양수시험분석자료, 지하수위 측정자료, 낙동강 수위 측정자료, 강수량 자료를 이용하였다. 정상류 모델링으로 강변여과수 취수 이전의 자연상태의 지하수위를 잘 모사할 수 있었다. 부정류 상태 모델링에서는 7개 취수정의 최대 양수량인 총 14,000$m^3$/day로 취수시의 지하수위 하강을 모사하였으며, 이때 낙동강으로부터의 유입량, 배후지쪽의 지하수 유입량 그리고 강변대수층의 동측과 서측으로부터 유입량은 전체 유입량의 각각 8,390$m^3$/day(60%), 590$m^3$/day(4%), 5,020$m^3$/day(36%)이다. 입자 추적 모사 결과, 낙동강쪽으로부터 취수정 쪽으로의 유입속도는 약 1.85m/day이고, 배후지로부터 취수정 쪽으로의 유입속도는 약 0.75m/day이다. 본 연구는 지표수/지하수 연계관리 모델링에 공헌하며, 강변여과수 취수량, 수질, 자연적인 함양량이 계절적으로 어떻게 영향을 받는지를 이해하는데 도움을 줄 것이다. Changwon City first constructed riverbank filtration plants in Book-Myeon and Daesan-Myeon in Korea in the year 2001. This study evaluated hydrogeological characteristics and groundwater flow simulation between the Nakdong River and the fluvial aquifers adjacent to the river in Book-Myeon, Changwon City. The groundwater simulation calculated the influx rate from the Nakdong River and the fluvial aquifers to pumping wells through the riverbank filtration system. The groundwater flow model utilized drilling, grain size analysis, pumping test, groundwater level measurements, river water discharge and rainfall data. Hydraulic heads calculated by the steady-state model closely matched measured heads in pumping and observation wells. According to the transient flow model, using a total pumping amount of 14,000 $m^3$/day, the flux into the pumping wells from the Nakdong River accounts for 8,390 $m^3$/day (60%), 590 $m^3$/day (4%) is from the aquifer in the rectilinea. direction to the Nakdong River, and 5,020 $m^3$/day (36%) is from the aquifer in the parallel direction to the Nakdong River. The particle tracking analysis shows that a particle from the Nakdong River moves toward the pumping wells at a rate of about 1.85 m/day and a particle from the aquifer moves toward the pumping wells at a rate of about 0.75 m/day. This study contributes to surface water/groundwater management modeling, and helps in understanding, how seasonal change affects pumping rates, water quality, and natural recharge.

Groundwater Flow Model of Igsan Area

함세영,김연기,Hamm, Se Yeong,Kim, Youn Ki The Korean Society of Economic and Environmental G 1989 자원환경지질 Vol.22 No.4

익산지역의 지하수 유동계를 평가하기 위한 수리지질학적 모델링이 수행되었다. 연구지역의 범위는 $790km^2$이다. 본 지역의 지질은 쥬라기의 대보화강암과 편마상화강암 그리고 선캠브리아기의 변성암으로 구성되어 있다. 채수량은 편마상화강암지역에서 가장 높으며 이는 10km내지 25m두께의 비교적 두껍게 발달된 풍화대 때문이다. 본 모델 시뮬레이션에는 콜로라도 주립대학의 유한차분법모델이 사용되었다. 본 모델은 불균일한 격자간격을 가지며, 28행과 31열로 이루어져 있다. 본 모델은 정류상태와 부정류상태에서 보정되었다.. 정류상태 시뮬레이션의 결과를1985년 9월의 수위등고선과 비교하여 투수율과 우기의 순충전률을 결정하였다. 부정류상태 시뮬레이션은 지하수 채수에 따른 대수층의 반응을 알기 위한 것이다. 부정류상태를 보정에서는 1986년5월의 수위등고선과 맞춤으로서 비산출율의 크기와 분포 그리고 건기의 채수량과 충전량을 결정하였다. 보정된 모델을 이용하여 1985년 10월부터 1995년 9월까지의 지하수채수 및 자연적인 충전에 의한 지하수위변동을 예측하여 보았다. 보정된 모델은 광역적인 지하수개발계획에 이용될 수 있다. 그러나 국부적인 지하수위변동을 예측하는데는 이용될 수 없다. Hydrogeological modelling was performed to evaluate groundwater flow system in Igsan Area. The study area extends over $790km^2$. The geology consists of Jurassic Daebo granite and gneissose granite and Precambrian metamorphic rocks. The capability of pumping yield is the highest in gneissose granite region among them due to comparatively thick weathered zone with thickness ranging from 10m to 25m. The Colorado State University Finite Difference Model was used for the model simulation. The model was divided into 28 rows and 31 columns with variable grid spacing. The model was calibrated under steady-state and unsteady-state conditions. In the steady-state simulation, the model results were compared with measured water table contours in September 1985 with determining hydraulic conductivities and net recharge rates during rainy season. Unsteady state simulation was done to know the aquifer response due to groundwater abstraction. The non- steady state calibration was conducted to determine the distribution and magnitudes of specific yields and discharge/recharge rates during dry season as matching water level altitudes in May 1986. The calibrated model was used to simulate water level vaiation caused by groundwater withdrawal and natural recharge from 1 October, 1985 until 30 September, 1995. The calibrated model can be used to groundwater development schemes on regional groundwater levels, but it cannot be used to simulate local groundwater level change at a specific site.

부산시 사상공단지역의 지하수 수질 특성

함세영,김광성,이정환,정재열,성익환,장성,Hamm, Se-Yeong,Kim, Kwang-Sung,Lee, Jeong-Hwan,Cheong, Jae-Yeol,Sung, Ig-Hwan,Jang, Seong 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.6

도시지역에서 지하수오염은 도시화에 따른 토지용도에 크게 영향을 받는다. 본 연구는 철강, 기계 및 신발공장들이 밀집되어 있는 부산 사상공단지역의 지하수 수질과 오염 특성을 규명하는데 있다. 부산시는 우리나라의 대도시 중에서 가장 높은 지하수 이용를을 보이고 있다. $K^+,\;Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-},\;HCO_3^-$, 전기전도도(EC), 총용존물질(TDS) 그리고 염분농도는 낙동강에 가까운 지역에서 높게 나타나고 있다. 이러한 사실은 퇴적 당시 해안퇴적층에 들어온 염분의 영향이 아직까지 이 지역 지하수 수질에 미치고 있음을 지시한다. 또한 대표적인 지하수 수질형인 Ca-Cl형은 본 연구지역의 지하수가 인위적인 오염뿐만 아니라 퇴적물 속에 함유되어 있는 염분의 영향을 받고 있음을 지시한다. $SiO_2$ 이온은 물-규산염광물 작용과 콘크리트의 분해 산물로 해석된다. TCE는 총 18개소 중 12개소에서 검출되었으며, PCE는 4개소 그리고 TCA는 3개소에서 검출되었다. 요인분석에 의하면, 요인 1의 설명율은 49.8%, 요인2는 19.8% 그리고 요인 3은 11.0%이다. 요인 1에 높은 정의 적재율을 보이는 성분은 pH, TDS, 염분농도, $Ca^{2+},\;K^+,\;Mg^{2+},\;Na^+,\;Al^{3+},\;As^{3+},\;Cl^-,\;Fe^{2+}$으로서 이들은 공단의 특성과 염분의 영향을 동시에 대표하는 것으로 판단된다. 군집분석과 성분의 공간적 분포에 의하면, 낙동강변과 같이 해안퇴적층이 분포하여 염수의 영향을 받는 지역에서는 $Na^+,\;Ca^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-}\;K^+,\;Mg^{2+}$의 농도가 높게 나타남을 알 수 있다. 그리고 학장천의 하류에서는 염수의 영향과 인위적인 오염의 영향을 동시에 받고 있으며, 그 외 지역에서는 인위적인 오염의 영향이 우세함을 알 수 있다. In urban areas, groundwater pollution is heavily affected by urbanization with land use types. This study aims to characterize groundwater quality and contamination in Sasang industrial area of Busan Metropolitan City where metalworking, machinery and footwear factories are located. Busan Metropolitan City is the highest in the utilization of groundwater resources among the metropolitan cities in Korea. $K^+,\;Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-}\;and\;HCO_3^-$ concentrations, and electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS) and salinity are high in the areas near the Nakdong River. The results are attributed to the influence of salt water which intruded into the coastal sediments during sedimentation. In addition, the dominant chemical type of Ca-Cl indicates the influence of salt water in the geological formations as well as anthropogenic pollution. $SiO_2$ ion is interpreted to originate from both water-silicate mineral reactions and the decomposition of cement concretes. Trichloroethylene (TCE) was detected at 12 sites of total 18 sites. However, tetrachloroethylene (PCE) was detected at f sites and 1.1.1-trichloroethane (TCA) at 3 sites. According to the factor analysis, factor 1 was explained by 49.8%, factor 2 19.8%, and factor 3 11.0% with total 80.6% explanation. pH, TDS, salinity, $Ca^{2+},\;K^+,\;Mg^{2+},\;Na^+,\;Al^{3+},\;As^{3+},\;Cl^-\;and\;Fe^{2+}$ were positively highly loaded to factor 1. The chemical components loaded to factor 1 represent the chemical characteristics of both industrial pollution and influence by salt water. Based on the cluster analysis and distribution pattern of chemical components, the concentration of $Na^+,\;Ca^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-}\;K^+,\;and\;Mg^{2+}$ is high in the riverside area of the Nakdong River composed of coastal sediments that is influenced by salt water. The downstream area of the Hakjang Stream is judged to be affected by both salt water and artificial pollution. The other part of the study area is interpreted by anthropogenic pollution.

Dual-permeability Fractal Model of Groundwater Flow in Fissured Aquifers

함세영,Bidaux, Pascal,Hamm, Se-Yeong 대한자원환경지질학회 1997 자원환경지질 Vol.30 No.5

균열암반 이중대수층 (1대수층과 2대수층)내 지하수흐름을 모식화한 프락탈모델이 개발되었다 이때 양수정내 지하수유입은 1대수층에서만 유래한다. 본 모델은 우물저장과 우물손실을 고려할 수 있어서 양수초기의 지하수위 변화를 정확하게 파악할 수 있는 잇점이 있다. 여러 가지 유동차원에 대해서, 1대수층의 수리전도도가 2대수층보다 더 크고, 비저유율이 2대수층보다 더 낮은 경우 (case 1)와 1대수층의 수리전도도가 2대수층보다 더 작고, 비저유율이 2대수층보다 더 큰 경우 (case 1)에 대해서 표준곡선을 작성하였으며, 이들 곡선의 특성을 분석하였다. 본 모델은 양수정과 관측정의 수위하강이 서로 다른 거동을 보여주는 양수시험자료를 해석하는데 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. A dual-permeability fractal model of fluid flow is proposed. The model simulates groundwater flow in fissured dual aquifer system composed of Aquifer 1 and Aquifer 2. For this model. groundwater flow originates only from Aquifer 1 on the pumping well. The model considers wellbore storage and skin effects at the pumping well and then shows exact drawdown at the early time of pumping. Type curves for different flow dimensions and for two cases are presented and analyzed. The case 1 represents the aquifer system which consists of Aquifer 1 with low permeability and high specific storage and Aquifer 2 with high permeability and low specific storage. The case 2 is inverse to the case 1. Dimensionless drawdown curves in Aquifer 1 and Aquifer 2 shows characteristic trend each other. Consequently, the model will be useful to analyze pumping test data of different draw down patterns on the pumping well and observation wells.

DRASTIC과 지하수 수질에 의한 창원시 지하수 오염취약성 평가

함세영,정재열,김무진,김인수,황한석,Hamm Se-Yeong,Cheong Jae-Yeol,Kim Moo-Jin,Kim In-Soo,Hwang Han-Seok 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.6

본 연구는 DRASTIC 기법과 지하수 자료를 이용하여 창원시의 공단지역과 주거상업지역의 지하수 오염취약성을 평가하였다. DRASTIC 기법은 원래 오염원이 지표에 있으며 강우의 침투와 함께 오염물질이 지하수로 유입되는 조건에 적용시켰었다. 공단지역은 대체로 주거상업지역보다 높은 DRASTIC 평가지수를 가진다. 그러나, 주거상업지역 중 용지동지역은 연구지역 중에서 가장 낮은 DRASTIC 평가지수를 가짐에도 불구하고 지하수 오염정도가 높다. 이러한 사실은 도시지역의 지하수 오염이 과잉양수와 이에 따른 지하수위 하강과 밀접하게 관련된다는 것을 지시한다. 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 먹는물 수질 부적합의 상관계수는 0.4로서 비교적 낮다. 그러나, 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 지하수 사용량의 상관계수는 0.70이고, 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 지하수 공 분포밀도의 상관계수는 0.87로서 높게 나타난다. 따라서, 도시지역에서 지하수 오염취약성을 평가하기 위해서는 기존의 DRASTIC 평가요소뿐만 아니라 지하수 사용량과 지하수 공 분포 밀도와 같은 인위적인 요소도 함께 고려하는 것이 필요하다. This study assesses groundwater vulnerability to contaminants in industrial and residential/commercial areas of the city of Changwon, using DRASTIC technique and groundwater data. The DRASTIC technique was originally applied to situations in which the contamination sources are at the ground surface, and the contaminants flow into the groundwater with infiltration of rainfall. Mostly the industrial area has higher DRASTIC indices than the residential/commercial area. However, a part of the residential/commercial area having much groundwater production and great drawdown is more contaminated in groundwater than other industrial and the residential/commercial areas even if it has lowest DRASTIC indices in the study area. It indicates that groundwater contamination in urban areas can be closely related to excessive pumping resulting in a lowering of the water level. The correlation coefficient between minimum DRASTIC indices and the degree of poor water quality for 10 districts is as low as 0.40. On the other hand, the correlation coefficients between minimum DRASTIC indices and the groundwater discharge rate, and between minimum DRASTIC indices and well distribution density per unit area are 0.70 and 0.87, respectively. Thus, to evaluate the potential of groundwater contamination in urban areas, it is necessary to consider other human-made factors such as groundwater withdrawal rate and well distribution density per unit area as well as the existing seven DRASTIC factors.

구간양수시험과 수질검층자료에 의한 균열암반내 지하수 유동 분석

함세영 ( Se Yeong Hamm ),성익환 ( Ig Hwan Sung ),이병대 ( Byeong Dae Lee ),장성 ( Seong Jang ),정재열 ( Jae Yeol Cheong ),이정환 ( Jeong Hwan Lee ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.4

본 연구의 목적은 나주시에 위치하는 시추공 NJ-11호공과 SJ-8호공에서 구간양수시험, 순간충격시험, 수질검층, 공내 TV검층을 실시하여 균열암반내에서 심도에 따른 지하수 유동 특성을 파악하는데 있었다. 본 연구에서는 특히 깊이에 따른 균열암반의 지하수 유동 특성 변화를 규명하기 위하여 단일팩커를 사용한 구간양수시험을 실시하였다. 구간양수시험 결과, NJ-11호공에서는 팩커 설치심도가 가장 깊을 때(56.9 m) 1.6차원정도의 유동차원을 보이고 팩커 설치심도가 얕아질수록 유동차원이 감소하여 팩커 설치심도 24 m에서는 1차원을 나타내었다. 이는 NJ-11호공에서는 하부에 유동성 균열이 더 균일하게 발달되어 있음을 지시한다. 한편 SJ-8호공에서는 팩커 설치심도가 가장 깊은 50 m 심도에서 1.7차원정도이고, 팩커 설치심도 32 m에서는 1.8차원 그리고 팩커 설치심도 19 m에서는 1.4차원을 나타내고 있다. 이와 같이 팩커 심도에 따라서 유동차원이 달라지는 것은 균열암반에서 심도에 따라 유동성 균열의 발달정도가 달라지기 때문으로 해석된다. 구간양수시험분석에 의하면, 균열암반의 일반적인 수리적 특성을 잘 대변하는 Moench(1984)의 이중공극모델이 대체로 잘 들어맞는다. 수질검층에 의하면, 심도가 깊어질수록 지온이 증가하고 물-광물반응에 의해서 pH가 높아지며, 지하수흐름에 따라 용존산소량은 감소하는 일반적인 경향성을 보여주고 있다. 그리고 대부분의 균열대 구간에서 전기전도도가 증가하고, 용존산소량이 감소하는 경향성을 보여주었다. This study aimed to recognize characteristics of groundwater flow in fractured bedrocks based on zonal pumping 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 single 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.

Pumping Test Analysis Using a Portable Micro Computer

Se Yeong Hamm(咸世榮) 대한지질학회 1987 지질학회지 Vol.23 No.2

창원시 대산면 강변여과수 취수부지 주변의 지하수 유동 모델링

함세영(Se-Yeong Hamm),정재열(Jae-Yeol Cheong),김형수(Hyoung-Su Kim),한정상(Jeong-Sang Hahn),차용훈(Yong-Hoon Cha) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.1

선진국에서 강변여과수 개발은 150년 정도의 역사를 가지고 있다. 우리나라에서는 90년대에 강변여과수에 대한 조사가 한강, 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강 유역을 중심으로 시작되었다. 낙동강 하류는 지리적으로 상수원수인 표류수의 수질이 상류지역보다 상대적으로 좋지 않은 지역이다. 본 연구에서는 낙동강 하류 창원시 대산면 낙동강 본류 하안의 강변여과수 취수장 주변지역의 물수지분석과 지하수 모델링을 하였다. 물수지분석 결과, 강수량 1,251.32 mm에 대하여, 지표유출량은 153.49 mm, 증발산량은 723.95 mm, 기저유출량은 127.63 mm(강수량의 10.20%), 지하수 함양량 245.26 mm(강수량의 19.68%)이다. 지하수모델링에 의하면, 강변여과수 취수시에 낙동강으로부터의 유입량은 취수 량의 65%, 배후지의 지하수 유입량은 13%, 낙동강에 평행하게 강변대수층의 동측과 서측으로부터 유입량은 22%이 다. 입자 추적 모델링에 의하면, 취수정을 중심으로 낙동강쪽으로부터 입자의 이동은 50일 만에 약 100 m이고, 배후 지로부터는 100일 만에 약 100 m인 것으로 나타났다. Riverbank filtration has been used in advanced countries for 150 years. In Korea, investigations for producing riverbank filtrate started in the Han River, Nakdong River, Geum River, Yeongsan River and Seomjin River basins in the 1990s. The lower part of the Nakdong River has a poorer water quality than the upper part of the river. A water balance analysis and groundwater flow modeling were conducted for the riverbanks of the Nakdong River in Daesan-Myeon, Changwon City. The results of the water balance analysis revealed the groundwater infiltration rate into the aquifer to be 245.26 mm/year (19.68% of the average annual precipitation, 1,251.32 mm). Direct runoff accounts for 153.49 mm/year, evapotranspiration is 723.95 mm/year and baseflow is 127.63 mm/year. According to the groundwater flow modeling, 65% of the total inflow to the pumping wells originates from the Nakdong River, 13% originates from the aquifer in the rectilinear direction, and 22% originates from the aquifer in the parallel direction. The particle tracking model shows that a particle moving from the river toward the pumping wells travels 100 m in 50 days and a particle from the aquifer toward the pumping wells travels 100 m in 100 days.

균열 스킨을 포함하거나 포함하지 않는 균열 대수층내 지하수 유동에 관한 비정상류의 이중공근 프락탈 모델

함세영 ( Se Yeong Hamm ),( Bidaux Pasal ) 대한지질공학회 1994 지질공학 Vol.4 No.3

크리깅 기법을 이용한 금정산-백양산 일대 용천수의 물리화학적 성분의 공간적 분포 특성 연구

함세영 ( Se Yeong Hamm ),정재열 ( Jae Yeol Cheong ),류상민 ( Sang Min Ryu ),강래수 ( Lae Soo Kang ) 대한지질공학회 2002 지질공학 Vol.12 No.4