지하수 종속 생태계에서의 지하수 유동 및 오염물질 거동 모델링 (Modeling Groundwater Flow and Contaminant Transport in Groundwater Dependent Ecosystems)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 47권 / 3호 / 309 ~ 321페이지
· 저자명 : 현윤정, 이강근, 권덕인, 이성순

초록

지하수 종속 생태환경은 지표수와 지하수가 만나는 혼합대에 주로 형성되며, 이 때 일어나는 다양한 화학적, 생물학적 전이(transition) 등에 의해 중요한 수문-생태학적 변화가 일어나는 곳이다. 본 연구에서는 지하수 종속 생태계에서의 지하수 유동 및 오염물질 거동 분석을 위해, Thornthwaite 방법을 이용하여 증발산량을 계산하는 모듈을 개발하고 이를 변동포화대에서의 3차원 지하수 모델인 Modflow-Surfact 2.2와 연계하는 지하수 모델링 기술을 개발하였다. 또한, 이를 이용하여 경기도 파주시 문산천 일대의 지하수 유동과 오염물질 거동을 예측, 분석하였다. 문산천 일대는 하천수와 일부 지하수에서 질산성 질소의 농도가 매우 높게 나타나는데, 질산성 질소의 농도가 가장 높게 관측되는 지하수 관정을 잠재오염원으로 가정하고, 오염물질의 반응성 정도와 대수층의 특성에 따라 세 가지 경우의 오염물질 거동 모델링을 수행하여, 하천으로 유출되는 지하수의 오염물질 농도를 계산하였다. 모델링 결과, 대수층의 종분산지수가 커질수록 오염물질의 공간적 이동이 확대되어 거리가 꽤 먼 하천으로도 오염지하수가 직접 하상이나 하변을 통해 유출되는 것으로 예측되었다. 또한, 반응성 오염물질의 경우에는 반응률이 오염운의 분포에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 지하수 종속 생태계와 인접한 지역에서 인간의 활동으로 인해 배출되는 오염물질의 정량적 관리 및 제어 예측과 관련하여 그 활용성이 클 것으로 기대된다.

영어초록

Groundwater dependent ecosystems (GDEs) with eco-hydrological changes due to chemical exchange and biological transition often occcur in hyporheic zones where surface water and ground water encounter. In this study, we develop a groundwater modeling technique by coupling Modflow-Surfact 2.2, three-dimensional groundwater simulator in variably saturated porous media, and a module for calculating actual evapotranspiration rates based on Thornthwaite method. Thornthwaite method uses meteorological data, land cover, vegetation, and soil types to estimate evapotranspiration rates. We applied a developed model to the Munsan stream area located in Paju-si, South Korea. In the study site, elevated concentrations of NO_3-N (>10 mg/L) were observed in some stream water and ground water samples. So we assumed a potential groundwater contamination source in the groundwater monitoring well with high NO_3-N concentration, then we simulate contaminant transport and examine contaminant concentration changes of groundwater discharges to the stream. For non-reactive contaminants, longitudinal dispersivity affects distribution of contaminant plume. For reactive contaminants, however, reaction rates has a significant influence on the fate and transport of contaminants, consequently, the quality of groundwater as well as stream water in groundwater dependent ecosystems. This work demonstrates the applicability of groundwater-ecosystem modeling technique to quantitative management and control of anthropogenic contamination due to anthropogenic activities in areas associated with GDEs for protection of water resources and ecosystems.

참고자료

· 없음