KR101818925B1 - 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법 - Google Patents

지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101818925B1
KR101818925B1 KR1020160049959A KR20160049959A KR101818925B1 KR 101818925 B1 KR101818925 B1 KR 101818925B1 KR 1020160049959 A KR1020160049959 A KR 1020160049959A KR 20160049959 A KR20160049959 A KR 20160049959A KR 101818925 B1 KR101818925 B1 KR 101818925B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
groundwater
water
amount
injection
objective function
Prior art date
Application number
KR1020160049959A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170121488A (ko
Inventor
정우창
Original Assignee
경남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경남대학교 산학협력단 filed Critical 경남대학교 산학협력단
Priority to KR1020160049959A priority Critical patent/KR101818925B1/ko
Publication of KR20170121488A publication Critical patent/KR20170121488A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101818925B1 publication Critical patent/KR101818925B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F17/50—
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/006—Detection of corrosion or deposition of substances
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

본 발명은 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하 굴착 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법은 분석대상지역의 굴착공사 구간을 중심으로 발생하는 지하수위 강하범위를 고려하여 모델영역을 설정하는 모델영역 설정단계; 상기 분석대상지역의 지질분포와 지층구성을 고려하여 격자망을 구성하는 격자망 구성단계; 상기 분석대상지역에서 수두 손실을 고려하기 위해 배수경계를 설정하고 수리적 분수령을 이루고 있는 경우에는 지하수 흐름이 발생하지 않는 무흐름 경계로 설정하는 경계조건 설정단계; 상기 분석대상지역 내 다수 개의 시추공에서 측정된 지하수위 데이터를 모델링 보정에 활용하는 관측정 설정단계; 상기 분석대상지역 내 유사 수리특성을 갖는 지층은 단일 수문지질단위로 설정하고 상기 지층의 암종별 비산출율, 공극률 및 수리전도도를 모델링 입력 값으로 적용하는 수리지질조건 설정단계; 상기 분석대상지역 내 지하수계를 굴착공사 이전의 자연상태 지하수계와 유사하도록 재현하기 위해서 모델링 보정 수행을 실시하는 정류보정단계; 상기 정류보정단계(S600)를 통해 결정한 입력인자를 기반으로 확정 예측 모델을 이용하여 상기 분석대상지역의 지하수계 현상을 재현하는 굴착 이전 지하수 정류모사단계; 상기 분석대상지역을 굴착공사 수행 심도별로 모델링하는 굴착공사에 따른 지하수 부정류 모사단계; 상기 분석대상지역 내 상기 굴착공사 수행으로 인하여 유입되는 지하수량의 변화를 경과시간별로 분석하는 지하수 유입량 분석단계; 상기 분석대상지역의 기 사용 중인 지하수 정호 위치에서 지하수위 강하 및 회복량을 예측하는 주변 관정 지하수위 영향분석단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법{Quantitative Evaluation Modeling for Discharge of Ground Water}
본 발명은 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하 굴착 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 기술에 관한 것이다.
인위적인 지반 절토 및 굴착은 수리적으로 지하수가 배출되는 역할을 하므로 굴착구간 주변 지하수계에서는 자연상태의 지하수 흐름이 교란되고 지하수위 저하가 초래되어 주변 수리/수문 환경에 직ㆍ간접적인 영향을 미칠 수 있으며 특히 지하수 유출 정도에 따라서는 장기적으로 지반 침하나 생태계의 변화 등 굴착구간 주변의 환경에 심각한 악영향을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 사전에 예측하고 방지하기 위해서는 굴착 공사에 따른 공사 구간 내 유입량 분석을 통해 지하수 유동 시스템의 수리학적 특성의 분석이 선행되어야 한다.
본 발명에 따른 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법을 개시하려는 유사 선행기술에는 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0000261호 ‘지하수 내 오염물 반응 이동 모사 시스템 및 모사 방법’이 있다. 상기 유사 선행기술은 지하수의 흐름, 오염물의 이동 및 지하수와 지하 매질 간의 지화학적 반응을 모사 하기 위한 모델링 영역을 설정하는 모델링영역부; 및 상기 모델링 영역에서 유체 흐름 및 용질 이동에 대해 격자단위로 계산하고, 상기 모델링 영역에서 용질의 농도를 시간단위별로 갱신하며, 상기 모델링 영역에서 지하수와 지하 매질의 지화학 조건을 고려한 지화학 반응을 계산하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제어부에서 계산된 계산치를 토대로 상기 지하수의 흐름, 오염물의 이동 및 지하수와 지하 매질 간의 지화학적 반응을 모사 하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
다른 유사 선행기술에는 2) 대한민국 등록특허공보 제10-1102436호 ‘지리정보시스템 기반 하천 수리 및 수질 모델링 시스템 및 방법’이 있다. 상기 유사 선행기술은 하천 분석 모듈이, 수리 및 수질 모의 대상 구간인 하천의 모의 구간을 설정하고, 하천 수면의 곡선들에 대한 지리정보를 포함하는 수치 표고 모형을 획득하는 분석 환경 설정 과정과, 리치 분할 모듈이, 상기 하천 모의 구간에 대한 수리 및 수질정보에 근거하여 하천 중심선을 따라 리치 분할점을 생성하고, 상기 리치 분할점들을 연결하여 등류구간인 리치를 생성하는 리치 생성 과정과, 세그먼트 분할 모듈이, 상기 생성된 리치별로 등 간격으로 분할되는 엘리먼트를 생성하는 엘리먼트 생성과정과, 메인 모듈이, 상기 생성된 각 엘리먼트들에 대해 공간적 및 환경적 정보를 지정하는 엘리먼트 속성 정의 과정과, 메인 모듈이, 상기 수리 및 수질정보 및 리치 및 엘리먼트 정보로부터 하천 수리 및 수질 모델 모형의 실행에 필요한 수리 및 수질 모델 입력자료 파일을 생성하여 데이터베이스에 저장하는 수리 및 수질 모델 연계 과정을 포함하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
또 다른 유사 선행기술에는 3) 대한민국 등록특허공보 제10-2009-0093174호 ‘지하수오염 취약성 평가방법 및 그 시스템’이 있다. 상기 유사 선행기술은 지하수 오염에 영향을 미치는 인자들 각각의 값들에 대하여 연관분석, 챠트분석, 상관계수분석, 군집분석, 요인분석을 수행함으로써 수집된 데이터들을 표준화 변환하고 추출하는 데이터 표준화 단계와, 상기 표준화된 데이터들에 대하여 t-test, chi-square test를 이용하여 변수의 유의성을 검정함으로써 무의미한 변수를 제외하고 의미있는 입력변수를 선택하는 입력변수 선택단계를 포함하는 제1단계; 상기 제1단계에 의해 추출된 데이터를 이용하여 로지스틱 회귀분석을 실시하는 회귀분석단계와, 상기 제1단계에 의해 추출된 데이터를 이용하여 의사결정나무기법을 적용하는 의사결정나무기법 적용단계와, 상기 제1단계에 의해 추출된 데이터를 이용하여 인공신경망기법을 적용하는 인공신경망기법 적용단계로 구성되는 제2단계와; 상기 제2단계에서 적용된 개별 기법들을 앙상블 방법론으로써 통합하고, 각각의 변수들을 평가기준에 의해 범주화하는 통합화단계;로 구성되는 기술을 개시하는 특징이 있다.
그러나 전술한 종래의 유사 선행기술은 염하구 지역에서 지하수의 과도한 양수로 해수침투가 발생하는 경우 해안대수층에서의 지하수의 유동 양상을 분석하는 기술을 제공하지 못하였다.
KR10-2016-0000261(A) KR10-1102436(B1) KR10-2009-0093174(A)
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 지하 굴착 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법은 분석대상지역의 굴착공사 구간을 중심으로 발생하는 지하수위 강하범위를 고려하여 모델영역을 설정하는 모델영역 설정단계; 상기 분석대상지역의 지질분포와 지층구성을 고려하여 격자망을 구성하는 격자망 구성단계; 상기 분석대상지역에서 수두 손실을 고려하기 위해 배수경계를 설정하고 수리적 분수령을 이루고 있는 경우에는 지하수 흐름이 발생하지 않는 무흐름 경계로 설정하는 경계조건 설정단계; 상기 분석대상지역 내 다수 개의 시추공에서 측정된 지하수위 데이터를 모델링 보정에 활용하는 관측정 설정단계; 상기 분석대상지역 내 유사 수리특성을 갖는 지층은 단일 수문지질단위로 설정하고 상기 지층의 암종별 비산출율, 공극률 및 수리전도도를 모델링 입력 값으로 적용하는 수리지질조건 설정단계; 상기 분석대상지역 내 지하수계를 굴착공사 이전의 자연상태 지하수계와 유사하도록 재현하기 위해서 모델링 보정 수행을 실시하는 정류보정단계; 상기 정류보정단계(S600)를 통해 결정한 입력인자를 기반으로 확정 예측 모델을 이용하여 상기 분석대상지역의 지하수계 현상을 재현하는 굴착 이전 지하수 정류모사단계; 상기 분석대상지역을 굴착공사 수행 심도별로 모델링하는 굴착공사에 따른 지하수 부정류 모사단계; 상기 분석대상지역 내 상기 굴착공사 수행으로 인하여 유입되는 지하수량의 변화를 경과시간별로 분석하는 지하수 유입량 분석단계; 상기 분석대상지역의 주변 반경 500~1,000m 이내의 기 사용 중인 지하수 정호 위치에서 지하수위 강하 및 회복량을 예측하는 주변 관정 지하수위 영향분석단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 인위적인 지반 절토 및 굴착으로 인하여 굴착구간 주변 지하수계에서 자연상태의 지하수 흐름이 교란되고 지하수위 저하가 초래되어 주변 수리/수문 환경에 미치는 문제와 장기적인 지반 침하 거동을 사전에 예측하는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지하수 유동 모델링 방법의 실시 흐름도;
도 2는 본 발명에 따른 최적의 주입정 위치를 평가하는 최적화 모델의 실시 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법은 분석대상지역의 굴착공사 구간을 중심으로 발생하는 지하수위 강하범위를 고려하여 모델영역을 설정하는 모델영역 설정단계(S100); 상기 분석대상지역의 지질분포와 지층구성을 고려하여 격자망을 구성하는 격자망 구성단계(S200); 상기 분석대상지역에서 수두 손실을 고려하기 위해 배수경계를 설정하고 수리적 분수령을 이루고 있는 경우에는 지하수 흐름이 발생하지 않는 무흐름 경계로 설정하는 경계조건 설정단계(S300); 상기 분석대상지역 내 다수 개의 시추공에서 측정된 지하수위 데이터를 모델링 보정에 활용하는 관측정 설정단계(S400); 상기 분석대상지역 내 유사 수리특성을 갖는 지층은 단일 수문지질단위로 설정하고 상기 지층의 암종별 비산출율, 공극률 및 수리전도도를 모델링 입력 값으로 적용하는 수리지질조건 설정단계(S500); 상기 분석대상지역 내 지하수계를 굴착공사 이전의 자연상태 지하수계와 유사하도록 재현하기 위해서 모델링 보정 수행을 실시하는 정류보정단계(S600); 상기 정류보정단계(S600)를 통해 결정한 입력인자를 기반으로 확정 예측 모델을 이용하여 상기 분석대상지역의 지하수계 현상을 재현하는 굴착 이전 지하수 정류 모사단계(S700); 상기 분석대상지역을 굴착공사 수행 심도별로 모델링하는 굴착공사에 따른 지하수 부정류 모사단계(S800); 상기 분석대상지역 내 상기 굴착공사 수행으로 인하여 유입되는 지하수량의 변화를 경과시간별로 분석하는 지하수 유입량 분석단계(S900); 상기 분석대상지역의 주변 반경 500~1,000m 이내의 기 사용 중인 지하수 정호 위치에서 지하수위 강하 및 회복량을 예측하는 주변 관정 지하수위 영향분석단계(S1000);가 포함된다.
상기 S200 단계에 있어서 굴착구간을 포함하는 주 관심대상 구간은 세격자망을 설정하고 그 외의 구간은 조격자망을 설정할 수도 있는 것이 바람직하다.
상기 정류보정단계(S600)는 상기 분석대상지역의 실측 지하수위와 모델링 과정에서 계산된 수위가 일치할 때까지 수리지질인자를 증감시키면서 시행 오차법이 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 굴착 이전 지하수 정류모사단계(S700)에서 획득된 지하수위는 굴착에 따른 부정류모델의 초기 조건으로 활용될 수도 있다.
상기 굴착공사에 따른 부정류 모사단계(S800)에서 굴착구간은 배수경계로 설정하고 굴착공사 수행 심도별로 주변 암질의 수리전도도 데이터를 기반으로 전도계수를 결정하며 상기 굴착공사가 완료된 후에는 바닥면 및 외벽에 차수를 실시하는 것으로 전산모사하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 바닥면 및 외벽에 차수를 실시하는 전산모사 시 수리전도도 입력값은 최소 1.0-7cm/sec인 것이 바람직하다.
본 발명은 지하수 유출의 정량적 평가뿐만 아니라 주입정 설치 후 주변 지역에서 발생한 지하수위 상승량을 통하여 인공함양정의 효용성을 평가할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 양수정의 지하수위를 일정하게 고정시키고 인공함양정 설치 후 양수량의 변화를 모의하는 방법으로 인공함양정의 효용성을 평가하는 방법을 제안한다. 수치모델에서 우물이 설치된 격자에서 계산된 수두는 실제 정호에서의 수두와 다른 값을 가지는데, 이는 정호와 격자의 크기 차이 정도에 따라 달라진다. 따라서 정호의 수위를 일정하게 고정시키기 위해서 정호의 수두와 격자의 수두와의 관계식이 필요하며, 수식(1)이 사용될 수 있다
Figure 112016039413304-pat00001
...수식(1)
여기서
Figure 112016039413304-pat00002
는 반경이
Figure 112016039413304-pat00003
인 우물의 수두(L),
Figure 112016039413304-pat00004
는 격자에서 계산된 수두(L),
Figure 112016039413304-pat00005
는 양수량(
Figure 112016039413304-pat00006
),
Figure 112016039413304-pat00007
는 수리전도도(L/T)이다. 이때
Figure 112016039413304-pat00008
는 우물의 수두와 격자의 수두가 같아지는 유효반경(L)을 뜻하며 정사각형 격자의 경우 다음의 수식(2)로 구할 수 있다.
Figure 112016039413304-pat00009
...수식(2)
여기서
Figure 112016039413304-pat00010
는 정사각형 격자의 크기이다.
따라서 개별 우물의 양수량을 구하기 위해서는 양수량을 변화시키면서 지하수 흐름 모델로부터 격자의 수두를 계산하고 위 식을 이용하여 우물 수두를 계산하는 일련의 연산과정을 반복하면서 우물 수두가 모델에서 가정한 값이 되도록 한다.
최적의 주입정 위치를 고려하기 위하여 주입된 물의 회수율을 최대화하는 것으로 수식(3)과 같이 양수량 변화량을 주입량으로 나누어 백분율로 나타낸 것을 제1목적함수로 사용하였다.
Figure 112016039413304-pat00011
...수식(3)
여기서,
Figure 112016039413304-pat00012
와
Figure 112016039413304-pat00013
는 주입정 설치 전, 후 우물의 양수량(
Figure 112016039413304-pat00014
),
Figure 112016039413304-pat00015
는 주입량(
Figure 112016039413304-pat00016
)을 나타내며 n은 정호 개수이다. 이때 제한조건은 식(4)와 같다.
Figure 112016039413304-pat00017
...수식(4)
여기서
Figure 112016039413304-pat00018
는 우물 수두(L)이고 D는 포화대 두께(L)이다.
제2목적함수는 수식(5)와 같이 주입정 설치 시 주입량을 최대화하는 것으로 양수정 수위뿐만 아니라 주입정 수위도 지표면 고도로 고정하여 총 양수량과 주입 가능량을 추정하였다.
Figure 112016039413304-pat00019
...수식(5)
이때의 제한 조건은 상기 수식(4)와 더불어 수식(6)이 더 추가된다.
Figure 112016039413304-pat00020
...수식(6)
여기서
Figure 112016039413304-pat00021
는 주입정 수위이고 H는 지표면의 고도를 의미한다.
제3목적함수는 양수량 변화량의 변동계를 최소화하는 것으로 수식(7)과 같다.
Figure 112016039413304-pat00022
...수식(7)
여기서
Figure 112016039413304-pat00023
는 주입정 설치 후 정호당 양수량 변화량의 평균이다. 이 경우 제한조건은 상기 제1목적함수의 제한조건인 수식(4)와 동일하다.
제4목적함수는 수식(8)과 같으며 이는 최적의 주입정 위치를 선정하기 위하여 고려해야할 다수 개의 인자를 단일 값으로 나타내면 주입정의 영향을 간소화하여 확인할 수 있으므로 본 발명에서는 정호 클러스터에 대한 주입정의 영향 정도를 고려한 통합목적함수를 제시하고자 한다. 상기 제1목적함수와 상기 제3목적함수인 양수량 변화량과 변동계수를 통합하여 상기 제4목적함수를 나타내면,
Figure 112016039413304-pat00024
...수식(8)
여기서
Figure 112016039413304-pat00025
는 정호당 양수량 변화량의 변동계수,
Figure 112016039413304-pat00026
는 물주입 시 양수량의 변화량이다.
도2는 단일 주입정 설치 시 최적의 주입정 위치를 평가하는 최적화 모델의 흐름도로 상기 도 2를 참조하면 주입정 위치에 따른 양수량 변화를 확인하기 위하여 주입정을 모델 영역 내 모든 격자에서 순차적으로 이동시키면서 각 위치에서의 목적함수의 변화를 살펴볼 수 있다.
먼저 양수량을 변화시키면서 우물 수위가 포화대의 50%가 될 때까지 우물 수위 관계식을 반복 계산하여 주입정 설치 전의 총 양수량을 구하고; 그 후 주입정을 설치하고 계산된 총 양수량의 50%를 재주입하며; 다시 주입정 설치 후 양수량 증가량을 구하고; 상기 제1목적함수 내지 제4목적함수 값을 계산;한다. 주입정을 순차적으로 이동시켜가며 이와 같은 과정을 반복 수행하여 주입정 위치에 따른 목적함수 값을 분석;한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 양수정의 지하수위를 일정하게 고정시키고 인공함양정 설치 후 양수량의 변화를 모의하는 방법으로 인공함양정의 효용성을 평가하는 인공함양정의 효용성 평가 방법에 있어서,
    수치모델에서 우물이 설치된 격자에서 계산된 수두는 실제 정호에서의 수두와 다른 값을 가지는데, 이는 정호와 격자의 크기 차이 정도에 따라 달라지므로 정호의 수위를 일정하게 고정시키기 위해서 정호의 수두와 격자의 수두와의 관계식이 필요하며, 수식(1)이 사용될 수 있고,
    Figure 112017048442116-pat00029
    ...수식(1)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00030
    는 반경이
    Figure 112017048442116-pat00031
    인 우물의 수두(L),
    Figure 112017048442116-pat00032
    는 격자에서 계산된 수두(L),
    Figure 112017048442116-pat00033
    는 양수량(
    Figure 112017048442116-pat00034
    ),
    Figure 112017048442116-pat00035
    는 수리전도도(L/T)이며, 이때
    Figure 112017048442116-pat00036
    는 우물의 수두와 격자의 수두가 같아지는 유효반경(L)을 뜻하며 정사각형 격자의 경우 다음의 수식(2)로 구할 수 있고,
    Figure 112017048442116-pat00037
    ...수식(2)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00038
    는 정사각형 격자의 크기이므로,
    개별 우물의 양수량을 구하기 위해서는 양수량을 변화시키면서 지하수 흐름 모델로부터 격자의 수두를 계산하고 상기 수식(1)과 수식(2)를 이용하여 우물 수두를 계산하는 일련의 연산과정을 반복하면서 우물 수두가 모델에서 가정한 값이 되도록 하며,
    최적의 주입정 위치를 고려하기 위하여 주입된 물의 회수율을 최대화하는 것으로 수식(3)과 같이 양수량 변화량을 주입량으로 나누어 백분율로 나타낸 것을 제1목적함수로 사용하되,
    Figure 112017048442116-pat00039
    ...수식(3)
    여기서,
    Figure 112017048442116-pat00040
    와
    Figure 112017048442116-pat00041
    는 주입정 설치 전, 후 우물의 양수량(
    Figure 112017048442116-pat00042
    ),
    Figure 112017048442116-pat00043
    는 주입량(
    Figure 112017048442116-pat00044
    )을 나타내며 n은 정호 개수이고, 이때 제한조건은 식(4)와 같으며,
    Figure 112017048442116-pat00045
    ...수식(4)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00046
    는 우물 수두(L)이고 D는 포화대 두께(L)이고,
    제2목적함수는 수식(5)와 같이 주입정 설치 시 주입량을 최대화하는 것으로 양수정 수위뿐만 아니라 주입정 수위도 지표면 고도로 고정하여 총 양수량과 주입 가능량을 추정하며,
    Figure 112017048442116-pat00047
    ...수식(5)
    이때의 제한 조건은 상기 수식(4)와 더불어 수식(6)이 더 추가되고,
    Figure 112017048442116-pat00048
    ...수식(6)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00049
    는 주입정 수위이고 H는 지표면의 고도를 의미하며,
    제3목적함수는 양수량 변화량의 변동계를 최소화하는 것으로 수식(7)과 같고,
    Figure 112017048442116-pat00050
    ...수식(7)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00051
    는 주입정 설치 후 정호당 양수량 변화량의 평균이고 이 경우 제한조건은 상기 제1목적함수의 제한조건인 수식(4)와 동일하며,
    제4목적함수는 수식(8)과 같으며 이는 최적의 주입정 위치를 선정하기 위하여 고려해야할 다수 개의 인자를 단일 값으로 나타내면 주입정의 영향을 간소화하여 확인할 수 있으므로 정호 클러스터에 대한 주입정의 영향 정도를 고려한 통합목적함수를 제시하되, 상기 제1목적함수와 상기 제3목적함수인 양수량 변화량과 변동계수를 통합하여 상기 제4목적함수를 나타내면,
    Figure 112017048442116-pat00052
    ...수식(8)
    여기서
    Figure 112017048442116-pat00053
    는 정호당 양수량 변화량의 변동계수,
    Figure 112017048442116-pat00054
    는 물 주입 시 양수량의 변화량이고,
    주입정 위치에 따른 양수량 변화를 확인하기 위하여 주입정을 모델 영역 내 모든 격자에서 순차적으로 이동시키면서 각 위치에서의 목적함수의 변화를 살펴볼 수 있으며,
    먼저 양수량을 변화시키면서 우물 수위가 포화대의 50%가 될 때까지 우물 수위 관계식을 반복 계산하여 주입정 설치 전의 총 양수량을 구하고(제1 과정); 그 후 주입정을 설치하고 계산된 총 양수량의 50%를 재주입하며(제2 과정); 다시 주입정 설치 후 양수량 증가량을 구하고(제3 과정); 상기 제1목적함수 내지 제4목적함수 값을 계산하며(제4 과정), 주입정을 순차적으로 이동시켜가며 상기 제1 내지 제4 과정을 반복 수행하여 주입정 위치에 따른 목적함수 값을 분석하는 것을 특징으로 하는 인공함양정의 효용성 평가 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020160049959A 2016-04-25 2016-04-25 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법 KR101818925B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160049959A KR101818925B1 (ko) 2016-04-25 2016-04-25 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160049959A KR101818925B1 (ko) 2016-04-25 2016-04-25 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170121488A KR20170121488A (ko) 2017-11-02
KR101818925B1 true KR101818925B1 (ko) 2018-01-17

Family

ID=60383304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160049959A KR101818925B1 (ko) 2016-04-25 2016-04-25 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101818925B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101987247B1 (ko) 2018-10-25 2019-06-12 한국건설기술연구원 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템
KR102034868B1 (ko) 2018-12-29 2019-10-22 한국건설기술연구원 광역지하수 거동 해석 결과를 활용한 토류벽 벽체 및 지반변형 해석의 연계를 위한 수치해석 기법
KR20220098550A (ko) * 2021-01-04 2022-07-12 동아대학교 산학협력단 인공함양 최적화 방법
US11732573B2 (en) 2021-01-04 2023-08-22 Dong-A University Research Foundation For Industry-Academy Cooperation Method for optimizing a design of artificial recharge

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101843339B1 (ko) * 2017-11-27 2018-03-29 주식회사 지오그린21 유류 지하저장공동 주변의 지하수위 위험도 평가방법
CN112832756A (zh) * 2021-01-08 2021-05-25 神华神东煤炭集团有限责任公司 一种地下水环境质量评价方法
CN113065689B (zh) * 2021-03-18 2023-11-07 中国水利水电科学研究院 一种多生境城市生态水系构建系统及方法
CN115479750B (zh) * 2022-10-28 2024-07-09 中国地质大学（武汉） 一种地下水回灌化学堵塞作用模拟实验装置及其实验方法
CN116777229B (zh) * 2023-05-10 2024-02-27 南方科技大学 一种地下水位预测方法、系统、终端及存储介质
CN117686064B (zh) * 2024-01-31 2024-04-05 西安华和实业有限公司 一种水文地质勘探水位观测方法
CN118626783B (zh) * 2024-05-25 2024-11-26 中国矿业大学 一种岩溶地下河系统边界确定方法
CN118313699B (zh) * 2024-06-07 2024-08-27 自然资源部第一海洋研究所 海岸带地下卤水资源开发利用的可持续性评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"이문1 재정비 촉진구역 주택재개발 정비사업 3차원 지하수 유동 해석 보고서", 경기방재연구소(pp. 1-16), 2015년 04월*

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101987247B1 (ko) 2018-10-25 2019-06-12 한국건설기술연구원 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템
KR102034868B1 (ko) 2018-12-29 2019-10-22 한국건설기술연구원 광역지하수 거동 해석 결과를 활용한 토류벽 벽체 및 지반변형 해석의 연계를 위한 수치해석 기법
KR20220098550A (ko) * 2021-01-04 2022-07-12 동아대학교 산학협력단 인공함양 최적화 방법
KR102470194B1 (ko) * 2021-01-04 2022-11-22 동아대학교 산학협력단 인공함양 최적화 방법
US11732573B2 (en) 2021-01-04 2023-08-22 Dong-A University Research Foundation For Industry-Academy Cooperation Method for optimizing a design of artificial recharge

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170121488A (ko) 2017-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101818925B1 (ko) 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법
Halford et al. User guide for the drawdown-limited, multi-node well (MNW) package for the US Geological Survey's modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model, versions MODFLOW-96 and MODFLOW-2000
Ahmed et al. Groundwater flow modelling of Yamuna-Krishni interstream, a part of central Ganga Plain Uttar Pradesh
El Alfy Numerical groundwater modelling as an effective tool for management of water resources in arid areas
Passadore et al. Alternative conceptual models and the robustness of groundwater management scenarios in the multi-aquifer system of the Central Veneto Basin, Italy
Eltarabily et al. Computational fluid dynamics and artificial neural networks for modelling lined irrigation canals with low‐density polyethylene and cement concrete liners
Bakker Semi-analytic modeling of transient multi-layer flow with TTim
Abdulla et al. Modeling of groundwater flow for Mujib aquifer, Jordan
Amiri et al. Hydrogeological assessment and estimation of groundwater inflow into the water transmission tunnel to Urmia Lake, Northwestern Iran
Korkmaz et al. Application of the coupled model to the Somme river basin
Shamsuddin et al. Particle tracking analysis of river–aquifer interaction via bank infiltration techniques
Rousseau et al. Overland flow modeling with the shallow water equations using a well-balanced numerical scheme: Better predictions or just more complexity
Azari Rad et al. Three-dimensional numerical modeling of submerged zone of Qanat hydraulics in unsteady conditions
Chaney et al. Two-way coupling between the sub-grid land surface and river networks in Earth system models
Azrag et al. Use of a finite element code to model complex mine water problems
Oyarce et al. Simulating hydraulic behavior of an agricultural drain based on experimental data
Lončar et al. Hydraulic‐hydrology analysis of the turbulent seepage flow within karst aquifer of the Golubinka spring catchment
Kim et al. Contribution of baseflow during dry spells in irregular channel cross section
Saha Groundwater--surface water interaction under the effects of climate and land use changes.
KR101143390B1 (ko) 강변 여과수 개발 효율성의 평가 방법 및 이를 수행하기 위한 평가 장치
Shan et al. Impact of high‐permeability preferential flow zones on pumping‐induced airflow in unconfined aquifer
CN112302638B (zh) 一种油藏的流线场表征方法及装置
Malama et al. Resolving the Stream Depletion Model Paradox: Theory of Depletion with Stream Drawdown near a Pumping Well
Clyde et al. A Groundwater Model of Cache Valley, Utah
Jena et al. Groundwater sustainability: role of monitoring, modeling, and management

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160425

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20170324

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20171220

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20180110

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20180110

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20201229

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220110

Start annual number: 5

End annual number: 5

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20231021