In order to monitor the contamination of groundwater due to unplanned release of radioactive materials and the spread to off-site environments, the nuclear power plants (NPPs) conduct groundwater monitoring program (GWMP) in Korea. The GWMP should be established based on the groundwater flow model reflecting the conceptual site model (CSM) of the NPP’s site. In this study, in order to optimize the GWMP, the existing CSM and the groundwater flow model of the domestic NPPs site was updated by reflecting the latest groundwater level. As part of the CSM improvement, the hydrogeological units were subdivided more detailed from three to six through the review of hydrogeological characteristics of the NPPs site. In addition, major variables that affect groundwater flow, such as water conductivity, have been updated. The groundwater flow model was revised overall as the CSM was improved. In particular, the excavation depth of the structure and backfill area generated during the construction stage of the NPP structures was accurately reflected, and the drainage boundary conditions were realistically reflected. To verify the revised groundwater flow model, steady-state correction was performed using the groundwater level measured in April, 2021. As a results of the steady-state correction, the standard error of estimate, root mean square (RMS), normalized RMS, and the correlation coefficient were 0.32 m, 1.692 m, 5.608%, and 0.964, respectively. This means that the groundwater flow model is reasonably constructed. The CSM and groundwater flow model improved in this study will be used to optimize the monitoring location of groundwater in NPPs.

The design of the high-level radioactive waste (HLW) repository is made for isolating the HLW from the groundwater system by using artificial and natural barriers. Granite is usually considered to be a great natural barrier for the HLW repository in various countries including Sweden, Canada, and Korea due to its low hydraulic permeability. However, many fractures that can act as conduits for groundwater and radionuclides exist in granite. Furthermore, the decay heat generated by the HLW can induce groundwater acceleration through the fracture. Since the direction, magnitude, and lasting time of the heat-induced groundwater flow can be differed depending on the fracture geometry, the effect of fracture geometry on the groundwater flow around the repository should be carefully analyzed. In this study, groundwater models were conducted with various fracture geometries to quantify the effect of various properties of fractures (or fracture networks) on the heat-induced groundwater flow. In all models, the pressure around the repository only lasted for a short period after it peaked at 0.1 years. In contrast, the temperature lasted for 10,000 years after the disposal inducing the convective groundwater flow. Single fracture models with different orientations were conducted to evaluate the variations in groundwater velocities around the repository depending on the fracture slope. According to the results, the groundwater velocity on the fracture was the fastest when the regional groundwater flow direction and the fracture direction coincided. In double fracture models, various inclined fractures were added to the horizontal fracture. Due to the intersecting, the groundwater flow velocity showed a discontinuous change at the intersecting point. Lastly, the discrete fracture network models were conducted with different fracture densities, length distributions, and orientations. According to the modeling results, the groundwater flow was significantly accelerated when the fracture network density increased, or the average fracture length increased. However, the effect of the fracture orientation was not significant compared to the other two network properties.

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.

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.

가상의 심지층 처분 부지에서 이루어진 지하수 유동 모의 결과를 이용하여 처분 심도의 지하수 유량 분포를 분석하고 그 결 과를 처분 안전성 평가에 이용할 수 있는 방안을 제시하였다. 처분 심도의 지하수 유동량은 가상의 처분 부지를 대상으로 한 광역 및 국지적 지하수 유동 모의 결과의 지하수두 분포를 이용하여 분석하였다. 지하수 유동량 분포를 이용하여 처분공 위 치의 지하수 유동량을 분석하고 최대값을 기준으로 지하수 유동량을 표준화하여 처분공에서의 처분 용기 파손 가능성을 확 률적으로 도시하였다. 확률적으로 제시된 처분 용기의 파손 가능성을 이용하여, 처분 용기로부터 누출이 일어날 것으로 가 정된 위치에서 지표 환경으로 이동하는 방사성 핵종의 이동량에 대한 확률론적 기대값을 계산하여 결정론적으로 평가된 이 전 연구 결과와 비교하였다. 이런 평가 방법은 현장 조건을 더욱 많이 반영할 수 있는 안전성 평가 방안 구축에 기여할 수 있 을 것으로 생각된다.

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.

핀란드 Okiluoto 섬 중앙부에 방사성폐기물 처분장으로 예정된 부지에서 블록 규모 지하수 유동 모의를 수행하였다. 현장에 설치된 심부 관측공에서 관찰된 단열대에 관한 자료를 이용하여 단열망을 구성하였다. 이 단열망을 이용하여 3차원 유한 요소 격자망의 수리전도도장를 생성하고, 이를 지하수 유동 모의에 이용하였다. 현장에서 이루어진 양수시험 전과 후에 심부 관측공에서 측정된 수위와 구간별 유입, 유출량을 이용하여 시추공과 교차하는 단열대의 투수량계수와 부지의 함양률을 조절하며 지하수 유동 모형을 보정하였다. 양수 시험 전과 후를 순차적으로 보정해가며 모의한 결과, 보정된 지하수 유동 모형으로 계산한 지하수위는 관측 자료와 비교적 일치하지만, 관측공에서의 지하수 유입, 유출량은 상당한 차이를 보이는 구간도 있는 것으로 확인되었다. 이런 불일치는 지하수 유동로가 될 수 있는 구조가 지하수 유동 모의를 위한 개념모형에 충분히 반영되지 않아 생기는 것으로 생각되며, 이에 배경단열과 같은 국지적인 유동로 구조가 개념모형에 반영되어야 할 것으로 판단되었다.

중ㆍ저준위 방사성폐기물 처분 부지의 부지특성조사 결과를 이용하여 처분장 부지의 지하수 유동체계를 이해하기 위한 수치 모델링을 수행하였다. 부지의 투수성 단열대 및 암반단열의 분포 특성에 근거하여 단열망 모델을 구축하고, 이를 이용하여 생성된 10개의 수리전도도장을 지하수 유동 모델링에 반영한 추계론적 Hybrid-EPM 방법으로 수치 모델을 구성하였다. 10회의 지하수 유동 모델링 결과, 처분 부지의 지하수두 및 지하수 흐름은 지표 근처에서 지형적인 요소에 크게 지배를 받는 것으로 나타나며 처분장 심도에서는 주변에 존재하는 투수성이 높은 단열대에 의해 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 특히, 처분 시설 건설 중 사일로 주변 지역에서 수위 강하가 크게 발생하는 것으로 분석되었다. 처분 시설 폐쇄한 후 지하수위는 1년 이내에 급속히 회복되며, 대략 2년이 지난 후 완전히 회복 될 것으로 분석되었다.

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.

This study was carried out to identify the problems of the underground watersheds on Jeju Island, and to establish the hydraulic groundwater basin to be used as basis for the analysis of the groundwater model. In order to evaluate the adequacy of the groundwater basin on Jeju Island, a correlation analysis between elevation and groundwater level was conducted using data from 125 observation wells. The analysis, conducted with an elevation step of 100 m, exhibited values of R2 in the range 0.1653-0.8011. No clear correlation was observed between elevation and groundwater level. In particular, the eastern and western areas showed an inverse proportionality between elevation and groundwater level. The Kriging technique was used to analyze the underground water level data and to define the equipotential lines for all areas of Jeju Island. Eight groundwater watersheds were delineated by considering the direction of groundwater flow, the positions of the observation wells, and the long and short axes of the watersheds.

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.

Groundwater level hydrographs from observation wells in Jeju island clearly illustrate distinctive features of recharge showing the time-delaying and dispersive process, mainly affected by the thickness and hydrogeologic properties of the unsaturated zone. Most groundwater flow models have limitations on delineating temporal variation of recharge, although it is a major component of the groundwater flow system. Recently, a convolution model was suggested as a mathematical technique to generate time series of recharge that incorporated the time-delaying and dispersive process. A groundwater flow model was developed to simulate transient groundwater level fluctuations in Pyoseon area of Jeju island. The model used the convolution technique to simulate temporal variations of groundwater levels. By making a series of trial-and-error adjustments, transient model calibration was conducted for various input parameters of both the groundwater flow model and the convolution model. The calibrated model could simulate water level fluctuations closely coinciding with measurements from 8 observation wells in the model area. Consequently, it is expected that, in transient groundwater flow models, the convolution technique can be effectively used to generate a time series of recharge.