To secure approval for a decommissioning plan in Korea, it is essential to evaluate contamination dispersion through groundwater during the decommissioning process. To achieve this, licensees must assess the groundwater characteristics of the facility’s site and subsequently develop a groundwater flow model. It is worth noting that Combustible Radioactive Waste Treatment Facility (CRWTF) is characterized by their simplicity and absence of liquid radioactive waste generation. Given these facility characteristics, the groundwater flow model for CRWTF utilizes data from neighboring facilities, with the feasibility of using reference data substantiated through comparative analysis involving groundwater characteristic testing and on-site modeling. To enable a comparison between the actual site’s groundwater characteristics and the referenced modeling, two types of hydraulic constant characterization tests were conducted. First, hydraulic conductivity was determined through long-term pumping and recovery tests. The ‘Theis’ and ‘Cooper-Jacob’ equations, along with the ‘Theis recovery’ equation, were applied to calculate hydraulic conductivity, and the final result adopted the average of the calculated values. Secondly, a groundwater flow test was conducted to confirm the alignment between the main flow direction of the referenced model and the groundwater flow in the CRWTF, utilizing the particle tracking technique. The evaluation of hydraulic conductivity from the hydraulic constant test revealed that the measured value at the actual site was approximately 1.84 times higher than the modeled value. This variance is considered valid, taking into consideration the modeling’s calibration range and the fact that measurements were taken during a period characterized by wet conditions. Furthermore, a close correspondence was observed between the groundwater flow direction in the reference model (ranging from 90° to 170°) and the facility’s actual flow direction (ranging from 78° to 95°). The results of reference data for the CRWTF, based on the nearby facility’s model, were validated through the hydraulic properties test. Consequently, the modeling data can be employed for the demolition plan of CRWTF. It is also anticipated that these comparative analysis methods will be instrumental in shaping the groundwater investigation plans for facilities with characteristics similar to CRWTF.

Solubility and species distributions of radionuclides in domestic groundwater conditions are required for the safety assessment of deep underground disposal system of spent nuclear fuel (SNF). Minor actinides including Am contribute significant extents to the long-term radiotoxicity of SNF. In this study, the solubility of Am was evaluated in synthetic groundwater (Syn-DB3), which were simulated for the groundwater of the DB3 site in the KAERI Underground Research Tunnel (KURT). Geochemical modeling was performed based on the ThermoChimie_11a (2022) thermochemical database from Andra to estimate the solubility and species distributions of Am in the Syn-DB3 condition. Dissolved Am concentrations in the Syn-DB3 were experimentally measured under oversaturation conditions. Am(III) stock solution in perchlorate media was sequentially diluted in Syn-DB3 to prepare 8 μM Am(III) in Syn-DB3. The pH of the solutions was adjusted to be in the range of 6.4–10.5. A portion of the samples was transferred to quartz cells for UV-Vis absorption and time-resolved laser fluorescence spectroscopy studies and the rest were stored in centrifuge tubes. The absorption spectra of the samples were monitored over 70 days and the results suggest that Am colloidal particles were formed initially in all the samples and precipitated rapidly within two days. Over the experimental period of 236 days, small volume (10 μL) of the samples in the centrifuge tubes were periodically withdrawn after centrifugation (18000 rpm, 1 hr) for the liquid scintillation counting to measure the concentrations of Am dissolved in Syn-DB3. In the end of the experiments, pH of the samples was checked again and the final dissolved Am concentrations were determined after ultrafiltration (10 kDa) to exclude the contribution of colloidal particles. In the pH range of 8-9, which is relevant to the KURT-DB3 groundwater condition, the measured dissolved Am(III) concentrations were converged to around 10-8 M. These values are higher than the solubility of AmCO3OH:0.5H2O(s), but lower than that of AmCO3OH(am). There was no indication of transformation of the amorphous phase to the crystalline phase in our observation time window.

The solubility and species distribution of radionuclides in groundwater are essential data for the safety assessment of deep underground spent nuclear fuel (SNF) disposal systems. Americium is a major radionuclide responsible for the long-term radiotoxicity of SNF. In this study, the solubility of americium compounds was evaluated in synthetic groundwater (Syn- DB3), simulating groundwater from the DB3 site of the KAERI Underground Research Tunnel. Geochemical modeling was performed using the ThermoChimie_11a thermochemical database. Concentration of dissolved Am(III) in Syn-DB3 in the pH range of 6.4–10.5 was experimentally measured under over-saturation conditions by liquid scintillation counting over 70 d. The absorption spectra recorded for the same period suggest that Am(III) colloidal particles formed initially followed by rapid precipitation within 2 d. In the pH range of 7.5–10.5, the concentration of dissolved Am(III) converged to approximately 2×10−7 M over 70 d, which is comparable to that of the amorphous AmCO3OH(am) according to the modeling results. As the samples were aged for 70 d, a slow equilibrium process occurred between the solid and solution phases. There was no indication of transformation of the amorphous phase into the crystalline phase during the observation period.

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.

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.

본 연구에서는 핵폐기물 매립장의 인공 방벽으로 사용되는 시멘트 물질들과 주변 지하수 반응 결과로 형성되는 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응을 통해 변화되는 지하수 특성을 지구화학 모델링을 통해 예측하고자 하였다. 연구 결과 시멘트 수화반응을 통해서 pH는 13.3를 나타내었으며 이때 생성되는 광물들은 Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH 1.1), Ettringite, Hematitie, Portlandite였다. 이들 광물들과 경주 지역에서 채취된 지하수의 반응 모델링에서는 지하수의 pH가 12.4로 예측되었다. 이러한 강알칼리성 지하수와 주변 화강암과의 반응은 년 동안 반응속도 모델링을 통해 모사하였다. 그 결과 지하수의 최종 pH는 11.2였으며 pH는 규산염 광물과 CSH 광물들의 용해 침전에 의해 조절되고 있었다. 또한 지하수 수질도 이들 광물들과 점토광물 및 산화광물들의 용해 침전에 의해 결정되고 있었다. 본 연구 결과는 장기간 동안의 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응 모델링을 통해 지구화학 및 수질 변화를 예측함으로서 인공 방벽의 안정성 평가에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

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.

When constructing tunnels, it is important to understand structural, geological and hydrogeological conditions. Geumgeong tunnel that has been constructed in Mt. Geumjeong for the Gyeongbu express railway induced rapid drawdown of groundwater in the tunnel construction area and surroundings. This study aimed to analyze groundwater flow system and baseflow using long-term monitoring and groundwater flow modeling around Geumgeong tunnel. Field hydraulic tests were carried out in order to estimate hydraulic conductivity, transmissivity, and storativity in the study area. Following the formula of Turc and groundwater flow modeling, the annual evapotranspiration and recharge rate including baseflow were estimated as 48% and 23% compared to annual precipitation, respectively. According to the transient modeling for 12 years after tunnel excavation, baseflow was estimated as 9,796 - 9,402 m3/day with a decreasing tendency.

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.

To investigate groundwater variation characteristics in the Hancheon watershed, Jeju Island, an integrated hydrologic component analysis was carried out. For this purpose, SWAT-MODFLOW which is an integrated surface-groundwater model was applied to the watershed for continuous watershed hydrologic analysis as well as groundwater modeling. First, ephemeral stream characteristics of Hancheon watershed can be clearly simulated which is unlikely to be shown by a general watershed hydrologic model. Second, the temporally varied groundwater recharge can be properly obtained from SWAT and then spatially distributed groundwater recharge can be made by MODFLOW. Finally, the groundwater level variation was simulated with distributed groundwater pumping data. Since accurate recharge as well as abstraction can be reflected into the groundwater modeling, more realistic hydrologic component analysis and groundwater modeling could be possible.

본 연구에서는 대상유역인 경안천 유역 (유역면적 )에 대한 지하수 함양량 추정을 위해, 완전 분포형 모형인 MIKE SHE를 적용하였다. 모형 입력자료로서 DEM 토지이용도, 정밀토양도 등과 같은 GIS 자료를 구축하고, 기상자료를 이용하여 증발산 입력자료를 생성하였다. 유역 최종 출구점인 경안 수위표 지점에서의 유출자료를 활용하여 모형 보정과 검증을 수행한 결과, 관측치의 경향을 잘 모의하는 것으로 나타났으며, 유역내 운영되고 있는 마평 지하수위 관측

지하수 함양량을 추정하기 위한 방법으로 격자기반의 일변 토양수분 추적기법을 모델링하였다. 본 모델은 GRASS-GIS를 이용하여 모델에 필요한 자료들을 준비하고, 모델은 이들을 ASCII 형태로 받아들여 일별 수행결과(유역출구에서의 유출량, 지표유출 분포도, 토양수분 분포도 등)들을 GRASS상에서 도시하여 주는 형태로 구성하였다. 보청천유역의 일부인 이평교 유역()을 대상으로 모델의 적용성을 검토하였다. '95년 및 '96년도의 IHP유역 연구보고서

The adsorption of Cs-137 and Sr-90 onto kaolinite in prescence of major groundwater cations (Ca2+, K+, Na+) with different concentrations was simulated by using triple-layer surface complexation model (TL-SCM). The site density (8.73 sites/nm2) of kaolinite used for TL-SCM was calculated from it's CEC and specific surface area. TL-SCM modeling results indicate that concentrations dependence on 137Cs and 90Sr adsorption onto kaolinite as a function of pH is best modeled as an outer-sphere surface reaction. This suggests that Cs+ and Sr2+ are adsorbed at the β-layer in kaolinite-water interface where the electrolytes, Nacl, KCl and CaCl2, bind. However, TL-SCM results on Sr adsorption show a discrepancy between batch data and fitting data in alkaline condition. This may be due to precipitation of SrCO3 and complexation such as SrOH+. Intrinsic reaction constants of ions obtained from model fit are as follows: Kintcs=10-2.10, KintSr=10-2.30, KintK=10-2.80, KintCa=10-3.10 and KintNa=10-3.32. The results are in the agreement with competition order among groundwater ions (K+〉Ca2+〉Na+) and sorption reference of nuclides (Cs-137〉Sr-90) at kaolinite-water interface showed in batch test.