한국지하수토양환경학회 춘계학술발표회 2013년 4월 11일-12일 한화리조트 제주
양수처리 공법을 사용한 TCE 오염확산 방지 및 억제 최적화 설계
송 산․박유철* 강원대학교 지구물리학과
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요 약 문
본 연구는 지하수환경이 독성유기화합물에 의해 오염된 지역에서 DNAPL의 일종인 TCE에 대한 양 수처리 공법 최적화 설계를 이용하여 오염확산 방지 및 억제를 목적으로 하고 있다. TCE에 대한 오염운 농도 분포를 모사하기 위해 2011년 11월, 2012년 2월, 5월, 8월에 측정된 지하수 수질을 바탕으로 관정별 농도에 대 해 기하평균으로 모사하여 모델에 적용하였으며, 오염 물질 거동 프로그램인 MT3D로 모사하였다. 연구 지역 은 불균질한 대수층의 특성을 보이므로, 이를 보다 정확하게 반영하기 위하여 2012년에 여러 관정을 동시에 사용하여 수행한 양수 시험의 결과를 바탕으로 수치해석 모델을 작성하였다. 현장에서 이용된 양수정은 총 3 공이며, 수위 관측은 총 10 공에서 수행되었다. 양수일과 수위관측 기간은 2012년 10월 16일부터 12월 7일까지 총 53일이었다. 현장에서 측정된 양수율과 수위강하 값은 정류 상태 및 부정류 상태의 지하수 흐름을 보정하 는데 사용되었으며, 특히 각 관정에서 적용된 양수율과 관측된 수위강하 값을 모델에서 세세하게 적용시켜 부 정류 상태 지하수 흐름을 보정하는데 많은 노력을 하였다. 양수정과 거리가 짧은 관측정 5 공을 모델에서 보 정공으로 사용하였으며, 세 개의 보정공에서 관측된 수위변화와 모델에서의 수위 변화가 특히 부합되었다. 보 정된 수치해석 모델을 사용하여 최적화 설계를 수행하였으며, 유전알고리즘 기법과 더불어 분산컴퓨팅 기법을 접목시켜 최적화 설계의 계산 시간을 획기적으로 단축시켰다.
최적화 설계에서 목표로 한 모사 기간은 총 3650일이며 제한 농도에 따라 각각 CASE 1과 CASE 2 로 분류하였다. 연구지역의 대수층은 2 층의 구조로 단순화하여 상부층은 풍화대, 하부층은 암반층으로 설정하 였다. 평균적인 포화된 대수층의 두께는 20 m로 설정하였고, 과도한 채수에서 발생하는 지하수 고갈 현상을 방지하기 위해 수위 강하를 20 m 이하로 제한하여 최적 양수량을 계산하였다. CASE 1은 제한 농도를 0.2 mg/L, CASE 2는 0.1 mg/L로 설정하여 주 오염원에서 하류 방향으로의 오염 확산을 제한하고자 하였다.
CASE 1에서는 총 양수량이 21.85 m3/day로 계산되었으며 양수량이 적용되는 관정은 5 공 중 3 공이었다.
CASE 2에서는 총 양수량이 30.81 m3/day로 계산되었으며 양수량이 적용되는 관정은 4 공이었다. 연구지역의 대수층의 특성을 최대한 반영한 모델이 사용되었고, 장기 채수에서 발생 할 수 있는 지하수 고갈 현상을 고려 하여 제한 수위강하를 설정하여 최적화 설계를 하였기 때문에 전체적으로 과도한 수준의 양수량은 계산되지 않았다. 한편, 정화 사업 후의 오염물질의 농도에 대한 허용 기준을 낮추어 최적화를 수행하면, 허용 오염 농 도가 높은 경우보다 상당히 많은 양수량의 증가가 발생하였다. CASE 1의 경우는 허용된 오염 농도보다 낮은 농도 분포를 보여주는 결과를 얻을 수 있었으나, CASE 2의 경우에는 허용된 오염 농도보다 낮은 농도 분포 를 보여주는 결과를 얻지 못하였다. 따라서 현장여건에 따른 최적화 설계시 오염 농도에 대한 다각적인 판단 및 정보가 필요하며 이는 최적화 양수처리 공법의 설계에서 상당히 중요한 요인으로 작용 될 것으로 판단된 다.
key words : MODFLOW, MT3D, 유전알고리즘, 분산컴퓨팅, 최적화기법, 양수처리공법.
사 사 : 본 연구는 환경부 “토양지하수오염방지기술개발사업(173-092-010)”으로 지원받은 과제임.
