최적화 기법을 이용한 지하수 종속 생태환경에서의 오염지하수 제어 설계 (Optimal Design of Contaminated Groundwater Control in Groundwater Dependent Ecosystems)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 47권 / 3호 / 299 ~ 308페이지
· 저자명 : 현윤정, 고낙열, 이강근, 양재하

초록

생태학적으로 민감한 지역인 지하수 종속 생태계에서의 지하수 관리에 대한 중요성과 필요성에 대한 인식이 증대되고 있다. 본 연구에서는 지하수 오염물질 거동 모델링과 최적화 기법을 이용하여 지하수 종속 생태계에서 최적의 오염지하수 제어 설계를 제시하였다. 지하수 유동 및 오염물질 거동 모델링은 MODFLOW와 MT3D를 이용하였고, 최적화기법은 유전자 알고리즘을 이용하였다. 강 주변에 지하수가 오염된 가상의 대수층에서 수리학적 봉인 시스템을 적용하여 오염지하수가 강으로 유입되는 것을 막기 위한 최적의 양수율과 주입률을 구하기 위한 수치실험을 수행하였다. 계산 결과, 지하수 내 잔존 오염물 질량의 최소화를 목표로 설정했을 때와 총양수량 최소화를 목표로 설정한 두 가지 경우 모두 최적 총양수율과 최적 주입률이 수리학적 밸런스를 충족시키는 비슷한 결과를 얻었고, 최대 양수량 제한기준인 200 ㎥/day을 만족시켰다. 뿐만 아니라, 총주입량이 총양수량에 비해 조금 높게 계산되어졌는데, 이는 결과적으로 오염운이 강 쪽으로 이동하는 것을 수리학적으로 억제하기 위한 것으로 판단된다. 최적의 오염제어 설계 결과를 적용하여 향후 1년간 지하수 내 오염물질의 농도를 예측한 결과, 오염지하수가 강으로 유출되는 것을 제어했을 뿐만 아니라 지하수 오염원이 있던 영역의 농도도 제한 기준인 10 mg/L이하로 감소된 것으로 예측되었다. 본 연구는 하천이나 강과 연계된 대수층에서의 지하수 오염제어를 위한 예비 연구로서 향후 실제 지하수 종속 생태환경에서의 지하수오염 제어 및 관리 연구의 기초로 활용될 수 있다.

영어초록

It increases the need and importance of groundwater management and control in groundwater dependent ecosystems (GDEs). This paper presents the optimal design of contaminated groundwater control in GDEs using a simulation-optimization technique. For the simulation-optimization technique, MODFLOW and MT3D were used for simulating groundwater flow and mass transport and genetic algorithm (GA) was used for optimization. Numerical experiments were performed to obtain optimized total pumping rates and injection rates for hydraulic contaminant systems to control movement of contaminated groundwater to adjacent river or stream in a hypothetical aquifer. Results show that optimized total pumping rate is similar to optimized injection rate, which satisfies both hydraulic balance in the system and pumping constraint. Optimized total injection rate is estimated to be a little larger than optimized pumping rate so that injected water can prevent contaminated groundwater from moving towards river. Simulation results show that optimized hydraulic containment system successfully control contaminated groundwater movement and remediate contaminated groundwater within the period of application (=one year). This work is a preliminary study to control and manage groundwater contamination in groundwater systems adjacent to rivers or streams, thus provide a basic implication for groundwater contamination management in GDEs

참고자료

· 없음