Three-dimensional numerical modeling of impacts of fresh water injection on groundwater flow and salt transport in a coastal aquifer due to urbanization of Suyeong-gu, Busan, Korea

이지민; 김준모

doi:10.14770/jgsk.2015.51.2.203

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이지민 (서울대학교) 김준모 (서울대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제51권 제2호

발행연도: 2015.4

수록면: 203 - 219 (17page)

DOI: 10.14770/jgsk.2015.51.2.203

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한국 부산광역시 수영구 지역의 도시화에 의한 해안 대수층 내의 해수 침투 저감을 위한 담수 주입 기법의 영향을 효과적으로 예측하고 정량적으로 평가하기 위하여 기존의 폐공 및 방치공을 활용한 다양한 담수 주입시나리오(주입 위치, 주입 심도, 주입률)에 대해서 범용 다차원 수리동역학적 분산 수치 모델을 이용한 일련의 밀도 의존적 지하수 유동 및 염분 이동 삼차원 수치 모델링을 수행하였다. 수치 모델링 결과들은 담수 주입에 의해 해안 대수층 내의 밀도 의존적 지하수 유동 및 염분 이동이 크게 영향을 받음을 보여준다. 담수 주입에 의해 특히 산지 및 평지의 지하수면이 전반적으로 상승하며, 도시화에 의해 산지까지 침투한 해수는 해안 쪽으로 크게 후퇴한다. 그리고 담수 주입에 의한 해안 대수층 내의 총지하수량(부피) 증가 및 총염분량(질량) 감소는 담수 주입 위치, 주입률 및 주입 심도 순서로 민감하게 반응한다. 총지하수량 증가에 가장 효과적인 담수 주입 위치는 산지 6개 공(Case A)이며, 담수 주입 위치가 산지에서 해안 쪽으로 이동할수록 그 효과는 감소한다. 산지 6개 공(Case A) 또는 평지 5개 공(Case B)에서 담수를 주입하는 경우 그 주입률이, 그리고 다음으로 주입 심도가 증가할수록 총지하수량이 증가한다. 하지만 해안 6개 공(Case C) 또는 해안 7개 공(Case D)에서 담수를 주입하는 경우 그 주입률이, 그리고 다음으로 주입 심도가 증가하여도 총지하수량은 거의 증가하지 않는다. 총염분량 감소에 가장 효과적인 담수 주입 위치는 해안 7개 공(Case D)이며, 담수 주입 위치가 해안에서 산지 쪽으로 이동할수록 그 효과는 감소한다. 모든 담수 주입 위치(Cases A, B, C, D)에서 담수를 주입하는 경우 그 주입률이, 그리고 다음으로 주입 심도가 증가할수록 총염분량이 감소한다. 그러한 경향은 담수 주입 위치가 산지에서 해안 쪽으로 이동할수록 더욱 뚜렷하다. 이러한 수치 모델링 결과들은 담수 주입 기법이 도시화에 의한 도시해안 대수층 내의 해수 침투 저감에 매우 효과적임을 보여준다.

A series of three-dimensional numerical modeling of density-dependent groundwater flow and salt transport using a generalized multidimensional hydrodynamic dispersion numerical model is performed with respect to various fresh water injection scenarios (injection location, injection depth, injection rate) to predict effectively and to evaluate quantitatively impacts of fresh water injection schemes for mitigating seawater intrusion in a coastal aquifer due to urbanization of Suyeong-Gu, Busan, Korea. The results of the numerical modeling show that density-dependent groundwater flow and salt transport in the coastal aquifer are intensively and extensively impacted by fresh water injection. As fresh water injection progresses, the groundwater table overally rises especially in the mountain and plain areas, and seawater, which intrudes up to the mountain area due to urbanization, significantly regresses toward the coast area. In addition, the increase in the total groundwater amount (volume) and the decrease in the total salt amount (mass) due to fresh water injection respond sensitively to the location, rate, and then depth of fresh water injection. The most effective location of fresh water injection for increasing the total groundwater amount is the 6 wells in the mountain area (Case A), and such effectiveness reduces as the location of fresh water injection shifts from the mountain area to the coast area. When fresh water is injected at the 6 wells in the mountain area (Case A) or the 5 wells in the plain area (Case B), the total groundwater amount increases as its rate and then depth increase. However, when fresh water is injected at the 6 wells in the coast area (Case C) or the 7 wells in the coast area (Case D), the total groundwater amount almost does not increases even though its rate and then depth increase. The most effective location of fresh water injection for decreasing the total salt amount is the 7 wells in the coast area (Case D), and such effectiveness reduces as the location of fresh water injection shifts from the coast area to the mountain area. When fresh water is injected at every locations (Cases A, B, C, D) of fresh water injection, the total salt amount decreases as its rate and then depth increase. Such trends are more distinct as the location of fresh water injection shifts from the mountain area to the coast area. These results of the numerical modeling show that fresh water injection schemes are very effective for mitigating seawater intrusion in urban coastal aquifers due to urbanization.

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참고문헌 (32)

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1. [학술대회논문] - Abd-Elhamid, H.F / 2008 / An investigation into control of saltwater intrusion considering the effects of climate change and sea level rise / Proceedings of the Twentieth Salt Water Intrusion Meeting (SWIM) : 4 ~ 7

2. [학술대회논문] - Abd-Elhamid, H.F / 2010 / A simulation- optimization model to study the control of seawater intrusion in coastal aquifers using ADR methodology / Proceedings of the Twenty-First Salt Water Intrusion Meeting (SWIM) : 173 ~ 176

3. [단행본] - Atkinson, S.F / 1986 / Salt Water Intrusion: Status and Potential in the Contiguous United States / Lewis Publishers : 390 ~

4. [보고서] - Barlow, P.M / 2003 / Ground water in freshwater-saltwater environments of the Atlantic coast. Circular 1262 : 113 ~

5. [보고서] - Booh, S.A / 2005 / A study on prevent seawater intrusion and artificial groundwater recharge : 55 ~

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