국내 중·저준위 방사성폐기물 처분시설로 고려되고 있는 표층처분시설의 불포화대에서 핵종 이동을 야기하는 지하수 유동을 평가하기 위하여 유한요소법 기반의 COMSOL Multiphysics을 이용한 수치모델을 개발하였다. 그리고, 처분장 가장자리 를 대상으로 처분고, 뒤채움재, 처분덮개로 구성되는 표층처분시설과 그 아래에 위치한 불포화대를 포함한 수직 2차원의 모델 영역을 구성하여, 시나리오 별 모델링을 수행하였다. 지속적 강수 유입 조건과 간헐적 강수 유입 조건 비교에서 포화도의 파동 현상을 제외하고는 뚜렷한 차이점을 보이지 않는 것으로 판단되었다. 불포화대의 공극률이나 잔류함수비와 같은 입력 자료는 전반적으로 불포화대 지하수 유동에 큰 영향도가 없는 것으로 판단되었다. 하지만, 불포화대의 수리전도도는 지하수 유동에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 즉, 처분고로의 지하수 유입 속도를 판단하기 위해서는 불포화대의 수리전도도 특성이 신중하게 고려되어야 할 것으로 판단되었다.

We used numerical models to reliably analyze the groundwater flow and hydraulic conductivity on Jeju Island. To increase reliability, improvements were made to model application factors such as hydraulic watershed classification, groundwater recharge calculation by precipitation, hydraulic conduction calculation using the pilot point method, and expansion of the observed groundwater level. Analysis of groundwater flow showed that the model-calculated water level was similar to the observed value. However, the Seogwi and West Jeju watersheds showed large differences in groundwater level. These areas need to be analyzed by segmenting the distribution of the hydraulic conductivity. Analyzing the groundwater flow in a sub watershed showed that groundwater flow was similar to values from equipotential lines; therefore, the reliability of the analysis results could be improved. Estimation of hydraulic conductivity distribution according to the results of the groundwater flow simulation for all areas of Jeju Island showed hydraulic conductivity > 100 m/d in the coastal area and 1 45 m/d in the upstream area. Notably, hydraulic conductivity was 500 m/d or above in the lowlands of the eastern area, and it was relatively high in some northern and southern areas. Such characteristics were found to be related to distribution of the equipotential lines and type of groundwater occurrence.

가상의 심층처분 부지의 지하수 유동 모의 결과를 통해 처분 심도에 위치하는 처분공 지점에서의 지하수 유동량 및 해당 지 점에서 지표 환경까지 지하수가 유동하는 경로의 거리와 경로를 통과하는데 걸리는 시간에 대한 수량적, 공간적 분포를 분 석하여 그 결과를 처분공의 위치 결정에 이용할 수 있는 방안을 제시하였다. 지하수 유동량은 처분공 위치에서 계산된 지하 수위를, 유동 거리와 경과 시간은 입자 추적 기법(particle tracking)을 이용하여 계산하였다. 지하수 유동량 및 유동 거리와 경과 시간의 공간적 분포를 이용하여 처분시설의 성능을 유지하는데 상대적으로 유리한 위치를 선별하고 특정한 제한 조건 이 주어진 경우 제외되어야 하는 처분공 위치를 결정하여 처분공 배치에 이용할 수 있은 방안을 제시하였다. 또한 세 가지 정보를 함께 고려하여, 추가적인 처분공의 위치를 선정할 필요가 있을 경우 보다 유리한 확장 방향을 제시할 수 있는 방안도 논의되었다. 처분 심도에서의 지하수 유동 정보를 활용하여 처분공의 배치 방안을 결정하는 것은 처분시설의 성능 및 안전 성 확보를 위해 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

To estimate water balance of Pyosun watershed in Jeju Island, a three-dimensional finite difference model MODFLOW was applied. Moreover, the accuracy of groundwater flow modeling was evaluated through the comparison of the recharge rate by flow modeling and the existing one from water balance model. The modeling result under the steady-state condition indicates that groundwater flow direction was from Mt. Halla to the South Sea and groundwater gradient was gradually lowered depending on the elevation. Annual recharge rate by the groundwater flow modeling in Pyosun watershed was calculated to 236 million m3/year and it was found to be very low as compared to the recharge rate 238 million m3/year by the existing water balance model. Therefore, groundwater flow modeling turned out to be useful to estimate the recharge rate in Pyosun watershed and it would be available to make groundwater management policy for watershed in the future.

This study analyzed on characteristics of the ground-water capture zone in coastal areas and mid-mountainous area according to pumping rate. For this study, it targeted Jejudo island where is the volcanic island. To analyze, MODFLOW model and MODPATH model, which are the ground-water flow analysis models, were used. As a result of research, the following conclusions could be obtained. As a result of analyzing influence of a change in pumping time upon length of capture zone, the length of capture zone in coastal area was indicated to be greater in the changing ratio compared to the length of capture zone in mid-mountainous area. Next, in the coastal area, the pumping rate and the capture-zone length are changing similarly. However, in mid-mountainous area, the length of capture zone was indicated to grow when the pumping rate comes to exceed 1,500m3/day. As a result of analyzing influence of a change in pumping time upon capture area, the tendency of a change in the area was indicated similarly in coastal areas and mid-mountainous area. Especially, it could be known that the larger pumping rate leads to the more definite increase in tendency to a change in capture area. Based on this study, it was allowed to be possibly used in the suitable pumping rate in coastal areas and mid-mountainous area of the volcano island in the future. A follow-up research is judged to necessarily analyze the influence of tubular-well group upon capture zone by additionally analyzing a change in capture zone targeting the concentrated tubular well.

겨울철 작물재배를 위해서 비닐하우스 보온을 위한 수막시설의 이용이 늘어나고 있어 과다한 지하수 이용에 따른 수위 강하 및 하천수 감소를 유발하고 있다. 따라서 수막시설재배 지역에서의 지하수 양수가 지하수 대수층과 연결된 하천에 어떠한 영향을 미치는 지를 정량적으로 평가해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 경기도 이천시 신둔면 수하리 일대 수막시설재배지역에 지하수위와 온도를 계측하기 위한 지하수 관측공을 제내지와 제외지에 설치하고 관측 결과를 분석하여 지하수 양수에 따른 하천-지하수 상호 유동계의 변화를 평가하였다. 연구대상지역은 수위와 수온 관측 결과, 수막시설재배 기간 동안 지하수 양수의 영향으로 하천수가 지하수계로 유입되는 손실하천의 양상을 나타내었다. 하천바닥층에 대해 침윤계 실험을 통해서 유도한 수두차와 침윤량간의 관계에 자동관측된 수위자료를 대입하여 하천과 지하수계 상호간 유동량의 연속적인 변화를 산정한 결과 수막시설재배가 한창인 2월말에는 지하수 이용량의 약 16% 만큼의 하천수가 감소하는 것으로 분석되었다.

한국원자력연구원의 지하처분연구시설인 KURT 부지에 가상의 심지층 처분 시설을 가정하고 안전성평 가를 수행하기 위해 필요한 지하수 유동 자료를 작성하기 위한 지하수 유동 모의가 수행되었다. 연구지역 의 전반적인 지하수 유동 특성을 고려하기 위해, 광역 규모의 지하수 유동 모의를 먼저 실시하여 국지 규 모 지하수 유동 모의에서 이용될 경계 조건을 구하고, 현장에서 확인된 단열 자료를 반영하여 국지 규모 에서의 지하수 유동계가 모의되었다. 같은 방식으로 국지 규모에서 지하수 유동에 관한 경계 조건을 뽑아 내어 KURT 부지 규모의 지하수 유동 모의에 이용하였다. 국지 규모의 지하수 유동 모의 결과로 얻어진 지하수위 분포를 통해 입자 추적(particle tracking) 모의를 수행하여 가상의 처분 부지 위치에서 지표로 흐르는 지하수의 유동 경로를 확인하고, 경로의 길이와 지하수의 시간당 유동량(discharge rate)을 구하였다. 본 연구에서 이용된 일련의 지하수 유동 모의 및 입자 추적 모의 방법은 향후 심지층 처분 시설의 안전성 평가에 필요한 자료를 작성하는데 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.