파쇄대 응회암 대수층의 지하수 유동 특성화 기법

김용제,김태희,김구영,황세호,채병곤,Kim Yong-Je,Kim Tae-Hee,Kim Kue-Young,Hwang Se-Ho,Chae Byung-Gon 한국지하수토양환경학회 2005 지하수토양환경 Vol.10 No.4

On the basis of a stepwise and careful integration of various field and laboratory methods the analysis of groundwater flow characterization was performed with five boreholes (BH-1, -2, -3, -4, -5) on a pilot site of Natural Forest Park in Guemsan-gun, Chungcheongbook-do, Korea. The regional lineaments of NW-SE are primarily developed on the area, which results in the development of many fractures of NW-SE direction around boreholes made in the test site for the study. A series of surface geological survey, core logging, geophysical logging, tomography, tracer tests, and heat-pulse flowmeter logging were carried out to determine fracture characteristics and fracture connectivity between the boreholes. In the result of fracture connectivity analysis BH-1 the injection well has a poor connectivity with BH-2 and BH-3, whereas a good with BH-4 and BH-5. In order to analyse the hydraulic connectivity between BH-1 and BH-5, in particular, a conspicuous groundwater outflux in the depth of 12 m and influx in the depth of 65 m and 70 m, but partly in/outflux occurred in other depths in BH-5 were observed as pumping from BH-1. On the other hand, when pumping from BH-5 the strong outflux in the depths of 17 m and 70 m was occurred. The spatial connectivity between the boreholes was examined in the depth of 15 m, 67 m, and 71 m in BH-1 as well as in the depth of 15 m, 17 m, 22 m, 72 m, and 83 m in BH-5. 국내 수리지질환경에 적합한 다양한 방법론적 접근을 통해 균열암반에서의 지하수 유동 특성을 해석하기 위하여 금산군 남이면 남이자연휴양림 내 연구지역에서 시험시추공 5개(BH-1, -2, -3, -4, -5)를 대상으로 연구를 수행하였다. 연구지역의 균열발달 특성을 파악하기 위한 기초조사로서 광역 선구조선 분포를 분석한 결과 북서-남동 방향의 연장 성이 좋은 구조선들이 우세하게 분포하는데, 이 영향으로 남북방향으로 배열된 시추공들 사이에 파쇄대의 발달과 연 결성이 좋다. 현장 지질조사, 시추코아 로깅, 물리검층, 전기비저항 토모그래피, 열추적자시험, 유향 유속검층을 통해 각 시추공에 대한 파쇄대 특성 및 시추공 간의 투수성과 상호 연결성을 해석하였다. 시추공 간의 파쇄대 연결성음 분석한 결과 주입정인 BH-1 호공과 BH-2, BH-3은 연결성이 매우 나쁜 반면에 BH-1, BH-4, BH-5 호공은 연결성 이 매우 좋다. 특히, BH-1 호공과 BH-5 호공의 수리적 연결성을 파악하기 위하여 BH-1에서 양수하고 BH-5에서 측정한 경우 심도 12 m 지점에서 강한 지하수의 유출이 있으며 이 외의 지점에서는 부분적인 지하수의 유출업이 있다. 주된 지하수 유입은 심도 65 m와 70 m 지점에서 발생하는 것으로 나타났다. 반면에 BH-5에서 양수하고 BH-1에서 측정한 경우에는 심도 17 m 지점에서 시추공으로부터 강하게 지하수의 유출이 발생하고 있음이 확인되었고, 이외에 70 m 지점에서도 유출이 일어나고 있다. 또한 투수성을 가지는 균열대 중 공간 상호 연결성을 가지는 것으로 확인된 것은 BH-1의 경우 15 m, 67 m, 71 m 지점이며, BH-5는 15 m, 17 m, 22 m, 72 m, 83 m 심도의 균열 혹은 균열대에서 BH-1과 상호 연결성이 있다.

논단 1 - 기후변화 대응 녹색기술 J-ART

김용제,김용철,Kim, Yong-Je,Kim, Yong-Cheol 한국하천협회 2009 하천과 문화 Vol.5 No.3

극 저준위 액체섬광계수기를 이용한 지하수 중 라돈($^{222}Rn$) 측정법 연구

김용제,조수영,윤윤열,이길용,Kim Yong-Je,Cho Soo-Young,Yoon Yoon-Yeol,Lee Kil-Yong 한국지하수토양환경학회 2006 지하수토양환경 Vol.11 No.5

환경물질에 함유된 극 저준위 알파, 베타핵종의 측정에 효과적인 것으로 알려진 극 저준위 액체섬광계추기(ultra low-level liquid scintillation counter, ULL-LSC)를 이용하여 지하수 중 라돈($^{222}Rn$의 최적 측정방법에 대한 연구를 수행 하였다. 액체섬광계수기의 장점임과 동시에 중요한 실험조건인 파형분석(pulse shape analysis, PSA) 준위의 최적화를 위하여 $^{241}Am$과 $^{90}Sr/^{90}Y$의 두 표준선원을 이용하는 방법과 $^{226}Ra$ 하나의 표준선원과 측정효율 및 백그라운드를 이용하는 방법을 비교 검토하였다. 또한, 섬광 생성을 방해(chemical quenching)하거나 생성된 광자의 광전증배관(photo multiplier tubes, PMT) 도달을 방해(color quenching)하여 결과적으로 측정효율을 저하시키고 최적 PSA 준위와 백그라운드를 변화 시킬 수 있는 지하수 중 불순물의 영향을 조사하였다. 두 종류 혹은 한 종류의 표준방사선 선원을 사용하여 PSA 준위를 조사한 결과 90에서 110이 최적 이었으며 이 범위에서의 측정효율 차이는 5% 미만이었다. 측정효율에 대한 일반 불순물의 영향은 불순물의 농도차이에 따라서 약 10% 정도의 차이가 발생하였다. 소광시 약(quenching agent)으로 클로로포름(chloroform)의 양을 변화시키면서 조사한 결과 측정효율에 대한 영향이 매우 컸으며 클로로포름의 농도가 2%일 때 측정효율은 약 20%가 낮아졌다. Optimal method of radon analysis in groundwater was studied using ultra low-level liquid scintillation counter (ULLLSC) which is well known as an analytical instrument for analyzing the alpha and beta radionuclides in environmental materials. Optimization of pulse shape analyzer (PSA) in operating the LSC was performed with $^{241}Am\;and\;^{90}Sr/^{90}Y$ as well as $^{226}Ra$ Also, the chemical quenching of scintillation generation and the color quenching of the generated photon to photomultiplier tubes (PMT) were determined their effects not only to decrease the analytical efficiency but also to change the optimal PSA level and background due to high ion contents of groundwaters. The optimal PSA level was shown in the range of 90 to 110 with less than 5% error. The effects of high ion contents in groundwater for the analytical efficiency show within 10% error from the different ion contents. The chloroform as a quenching agent was used to determine the analytical efficiency with the different amount, showing that the efficiency decreases 20% using the 2% of chloroform.

지하수 함양량 추정시 공간상에서의 자료 Sampling 방법에 따른 Minimum Entropy Deconvolution의 적용성에 관한 검토

김태희,김용제,이강근,Kim Tae-Hee,Kim Yong-Je,Lee Kang-Keun 한국지하수토양환경학회 2006 지하수토양환경 Vol.11 No.3

Kim and Lee(2005)는 기존의 지하수위 변동법과는 달리 지진학에서 관측된 지진파 자료로부터 진원에서의 최초 파형을 추정하기 위해 제안된 방법인 Minimum Entropy Deconvolution(MED) 방법을 이용하여 지하수 함양량의 시간적 변화의 추정 가능성을 검토하였다. 하지만, 이 연구는 MED 자체의 적용 기능성에 대한 검토만을 다루고 있을 뿐, 다양한 경우에 대한 고려는 사실상 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 함양지의 공간적 분포 및 함양지와 수위 관측지점 간의 공간적 분포에 따라 ME 적용성이 어떻게 달라지는가를 살펴보고자 하였다. 이를 위해 전체 수치모의 영역의 일부에만 지하수 함양량을 적용하고, 함양지로부터 거리에 따라 수치모의 결과를 모니터링 하였다. 이 때 적용된 수리전도도 분포는 균질한 경우와, 수리전도도의 난수장의 경우 두가지를 적용하였다. 각각의 수치모의 결과에 MED 를 적용하여 상대 지하수함양량의 시계열을 추정하고, 이 결과를 원래 가정한 지하수 함양량의 시계열과 상호상관성을 이용하여 비교하였다. 이 때 거의 모든 추정값은 원래 가정한 함양량의 시계열과 0.8 이상의 상호상관성을 보여 주었다. 이와 함께, 필터 길이의 불리적, 수학적 의미를 함께 살펴보았는데, 이를 통해 필터의 길이는 지하수위 변화의 겉보기 모양과 함양지로부터의 거리와 밀접히 관련되는 것을 확인하였다. Kim and Lee (2005) suggested Minimum Entropy Deconvolution (MED) to estimate the temporal sequence of the relative recharge. However this study by Kim and Lee (2005) was just related to the verification of the conceptual approach with MED. In this study, we try to characterize the applicability of MED in the case of spatially heterogeneous recharge (distance from recharge area). Simulated results were recorded with some specific sampling points. Estimated results from this study show higher than 0.8 in cross-correlation with the original recharge sequence. In addition, the physical and mathematical meanings of the applied filter length was also investigated. It was revealed that the length of filter is highly related to the spatial distance between recharge area and the monitoring site, and the apparent shape of hydraulic head change.

열분해 반응조건에 따른 염화탄화수소 생성물 분포 특성

김용제(Yong-Je Kim),원양수(Yang-Soo Won) 한국청정기술학회 2010 청정기술 Vol.16 No.3

염화탄화수소 열분해와 생성물분포 특성을 고찰하기 위해 등온 관형 반응기를 이용해 두 가지 실험을 수행하였다. 첫 번째는 반응분위기에 따른 열분해 특성을 파악하기 위해 H2 또는 Ar 반응분위기에서 dichloromethane (CH₂Cl₂) 분해율과 생성물분포 특성을 고찰하였다. Ar 반응분위기(CH₂Cl₂/Ar 반응계)에서 보다 H₂ 반응분위기(CH₂Cl₂/H₂ 반응계)에서 CH₂Cl₂ 분해율이 더 높았다. 이는 반응성 기체인 H₂ 분위기에서 CH₂Cl₂ 분해를 촉진시키며 수소 첨가 탈염소반응을 통해 탈염소화된 탄화수소화합물을 생성시키며, 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon: PAH)와 soot 생성을 억제하기 때문이다. CH₂Cl₂/H₂ 반응계에서 주요생성물로 탈염소화합물인 CH₃Cl, CH₄, C₂H6, C₂H₄, HCl 등이 생성되었으며, 미량 생성물로 chloroethylene이 검출되었다. CH₂Cl₂/Ar 반응계에서는 탄소물질수지가 낮았으며 특히 반응온도 750 ℃ 이상에서 탄소물질 수지가 더 낮게 나타났다. 주요 생성물로는 chloroethylene과 HCl이 검출되었으며, 미량 생성물로는 CH₃Cl과 C₂H₂이 검출되었다. 고온 Ar 반응분위기에서 CH₄ 주입에 따른 chloroform(CHCl₃) 분해와 생성물분포 특성을 비교 고찰하였다. CHCl₃ 분해율을 비교해 보면 CH₄을 주입할 경우(CHCl₃/CH₄/Ar 반응계)가 CH₄을 주입하지 않았을 경우(CHCl₃/Ar 반응계)보다 분해율이 낮았다. 이는 CHCl₃가 분해되면서 생성되는 활성도가 큰 이중라디칼(diradical)인 :CCl₂가 첨가물로 주입된 CH₄와 반응하여 소모됨으로써 CHCl₃ 분해율이 상대적으로 감소되기 때문이다. Ar 반응분위기에서 CH₄ 첨가 여부에 따라 CHCl₃이 분해되면서 생성되는 생성물 분포는 큰 차이를 나타내고 있었다. 앞에서 고찰된 각 반응계에서 분해율 비교와 생성물 분포특성을 고려하고 열화학이론 및 반응속도론을 기초로 주요 반응경로를 제시하였다. Two sets of thermal reaction experiment for chlorinated hydrocarbons were performed using an isothermal tubular-flow reactor in order to investigate thermal decomposition, including product distribution of chlorinated hydrocarbons. The effects of H₂ or Ar as the reaction atmosphere on the thermal decomposition and product distribution for dichloromethane(CH₂Cl₂) was examined. The experimental results showed that higher conversion of CH₂Cl₂ was obtained under H₂ atmosphere than under Ar atmosphere. This phenomenon indicates that reactive-gas H₂ reaction atmosphere was found to accelerate CH₂Cl₂ decomposition. The H₂ plays a key role in acceleration of CH₂Cl₂ decomposition and formation of dechlorinated light hydrocarbons, while reducing PAH and soot formation through hydrodechlorination process. It was also observed that CH₃Cl, CH4, C₂H6, C₂H₄ and HCl in CH₂Cl₂/H₂ reaction system were the major products with some minor products including chloroethylenes. The CH₂Cl₂/Ar reaction system gives poor carbon material balance above reaction temperature of 750℃. Chloroethylenes and soot were found to be the major products and small amounts of CH₃Cl and C₂H₂ were formed above 750℃ in CH₂Cl₂/Ar. The thermal decomposition reactions of chloroform(CHCl₃) with argon reaction atmosphere in the absence or the presence of CH₄ were carried out using the same tubular flow reactor. The slower CHCl₃ decay occurred when CH₄ was added to CHCl₃/Ar reaction system. This is because :CCl₂ diradicals that had been produced from CHCl₃ unimolecular dissociation reacted with CH₄. It appears that the added CH₄ worked as the :CCl₂ scavenger in the CHCl₃ decomposition process. The product distributions for CHCl₃ pyrolysis under argon bath gas were distinctly different for the two cases: one with CH₄ and the other without CH₄. The important pyrolytic reaction pathways to describe the important features of reagent decay and intermediate product distributions, based upon thermochemistry and kinetic principles, were proposed in this study.

생물살수여과법을 이용한 공기중 VOC 및 H₂S 제거

김경옥,김용제,원양수,Kim, Kyoung-Ok,Kim, Yong-Je,Won, Yang-Soo 한국공업화학회 2008 공업화학 Vol.19 No.5

생물살수여과법을 이용하여 대표적인 휘발성 유기물질인 toluene, styrene과 악취물질인 $H_2S$를 운전조건에 따른 제거 특성에 대해 실험적 고찰을 중심으로 진행하였다. $H_2S$ 제거 특성 고찰을 위한 autotroph과 mixotroph 조건하에서는 $H_2S$ 부하율이 낮은 조건($10g/m^3{\cdot}hr$)에서는 두 조건에서 모두 제거율이 99% 이상을 나타냈다. 부하율이 증가하면서 제거율이 감소하였으며, mixotroph 조건하에서 제거율이 다소 높았다. 방향족 휘발성 유기화합물질인 toluene과 styrene 농도변화에 따른 부하율과 제거용량 관계에서 toluene 부하율이 $40g/m^3{\cdot}hr$ 이하에서는 농도에 관계없이 제거율이 거의 99%를 나타내나 부하율이 증가함에 따라서 제거율은 감소하며 부하율이 증가해도 제거용량이 더 이상 증가하지 않는 최고제거용량을 나타내고 있으며 toluene 농도가 0.2, 0.5과 $1.0g/m^3$일 때 최고제거용량은 각각 40, 45, $60g/m^3{\cdot}hr$으로 나타내고 있다. toluene으로 순응된 살수여과탑에 styrene을 주입하여 순응시킨 후 styrene 제거 실험결과는 toluene 실험결과와 유사한 경향을 나타내었으나 전체적으로 제거효율이 낮게 나타났다. 순환살수액 유량 등의 적정 운전조건은 탑내 미생물의 활성도, 반응기 물리/화학적 특성에 따라 물질전달, 탑내 주입된 공기의 분배, 살수액 통과 경로, 미생물 분포도, 공극율 등에 따라 제거효율이 달라지므로 이를 고려한 적정 운전조건이 결정되어야 한다. Biodegradation of toluene, styrene and hydrogen sulfide as model compounds of volatile organic compounds and odor from waste gas was investigated experimentally in a biotrickling filter. This study focussed on the description of experimental results with regard to operating conditions. The effect of varying $H_2S$ load rate and inlet concentration was investigated under autotropic and mixotropic environmental conditions. The $H_2S$ removal efficiencies of greater than 99% were achieved at $H_2S$ loads below $10g/m^3{\cdot}hr$ for each environment. It was observed that the maximum elimination capacity of mixotrophic filter was achieved a little greater than the one of autotrophic filter. The biofiltration of toluene and styrene in trickling bed was examined under different gas flow rates, load rates, and inlet concentrations. Below $40g/m^3{\cdot}hr$ of toluene loading, the elimination capacity and loading were identical and it was completely destroyed. In high loading of toluene, the biotrickling filter was operated at its maximum elimination capacity. In the inlet concentration of 0.2, 0.5, and $1.0g/m^3$, the maximum elimination capacity of toluene showed 40, 45, and $60g/m^3{\cdot}hr$, respectively. After a short adaptation period, it was demonstrated that the results of styrene in originally toluene adapted bioreactor was similar with the ones of toluene. However, the performance of filer for styrene is generally a little lower than for toluene. The operating conditions (including liquid flow rate etc.) allowing the highest removal efficiency should be determined experimentally for each specific case.

기후변화 대응 지하수 인공함양 기술

김용철,김용제,Kim, Yong-Cheol,Kim, Yong-Je 한국수자원학회 2009 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.42 No.5

지하수 인공함양을 위한 제주도 한천의 홍수 유출 특성 분석

김용철,문덕철,김용제,Kim, Yong-Cheol,Mun, Deok-Cheol,Kim, Yong-Je 한국수자원학회 2009 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.42 No.11

Experimental Evaluation of an Analytical Method for Chlorofluorocarbons (CFSs) in Air and Water Using Gas Chromatography

고동찬,최범규,김용제,Koh, Dong-Chan,Choi, Beom-Kyu,Kim, Yong-Je The Korean Society of Economic and Environmental G 2007 자원환경지질 Vol.40 No.1

대기와 물에서의 CFCs(CFC-12, CFC-11, CFC-113)를 분석할 수 있는 시스템을 자체 제작된 퍼지-트랩 추출 장치와 전자포획검출기가 설치된 가스 크로마토그래피를 이용하여 구축하였다. 대기와 물에 대한 시료 채취방법도 확립되었다. 분석 시스템은 실험적으로 최적화되어 최근 대기 시료는 2% 이내, 제주도의 지하수 시료 (CFC-12 농도가 $160{\sim}180pg/kg$)는 5% 이내의 삼중복시료에 대한 재현성을 보였고, 미국지질조사소(USGS)의 분석시스템과 교차 분석을 실시하였으며, 10% 오차 범위내에서 일치하였다. 한반도 중부 지역의 세 지점에 대해 19개월에 걸쳐 대기 중의 CFCs를 관측하여 이 지역에서 국지적인 CFCs 근원이 크지 않음을 확인하였다. 제주도의 한 농업용 공공 관정에서 2개월 간격으로 1년 동안 지하수의 CFCs를 관측한 결과 8월까지 지하수의 CFCs 농도가 감소하고 10월 이후에 다시 증가하는 계절적인 변동을 보여 주었다. 이것은 여름철 우기에 발생한 지하수 함양이 수 개월 지연되어 나타난 결과로 볼 수 있으며, 제주도 현무암 대수층의 높은 투수성을 지시한다. CFC(CFC-12, CFC-11 and CFC-113) analytical system for air and water was constructed using a customized purge and trap extraction device and a gas chromatograph with an electron capture detector. Sampling methods of air and water for CFCs were also established. The analytical system was experimentally optimized to result in reproducibilities of triplicates less than 2% for current air samples and less than 5% for groundwater samples with CFC-12 concentration of 160 to 180 pg/kg, and verified with respect to the CFC system in USGS, which showed analytical results were in agreement within 10%. CFCs in air were monitored at three sites over 19-month period in the central part of South Korea, and the result indicates no significant local sources of CFCs in those areas. For groundwater in Jeju Island, CFCs were measured over a year with a two-month interval. The time-series data showed seasonal fluctuations which could be interpreted by the effect of recharge pulse derived from large amount of rainfall during monsoon period with a few month delay, which indicates high permeability of basaltic rocks in Jeju Island.

지하수 모델의 주요 경계조건에 대한 민감도 분석 사례

나한나,구민호,차장환,김용제,Na, Han-Na,Koo, Min-Ho,Cha, Jang-Hawn,Kim, Yong-Je 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.3

Appropriate representation of hydrologic boundaries in groundwater models is critical to the development of a reliable model. This paper examines how the model predictions are affected by the uncertainty in the conceptualization of the hydrologic boundaries including groundwater divides, streams, and the lower boundaries of the flow system. The problem is analyzed for a study area where a number of field data for model inputs were available. First, a groundwater flow model is constructed and calibrated for the area using the Visual Modflow code. Recharge rate is used for the unknown variable determined through the calibration process. Secondly, a series of sensitivity analyses are conducted to evaluate the effects of model uncertainties embedded in specifying boundary conditions for streams and groundwater divides and specifying lower boundary of the bedrock. Finally, this paper provides some guidelines and discussions on how to deal with such hydrologic boundaries in view of developing a reliable conceptual model for the groundwater flow system of Korea. 지하수 모델 개발 시 수문 경계를 실제 지하수계에 부합되도록 개념화하는 것은 모델의 신뢰도를 결정하는데 매우 중요하다. 본 논문에서는 지하수 분수령, 하천, 대수층의 하부 경계면 등의 수문 경계를 모델에서 개념화할 때 수반되는 불확실성이 모델 결과에 미치는 영향을 고찰하였다. 첫째, 연구지역을 대상으로 현장시험을 수행하여 모델 입력 자료를 확보하였으며, Visual Modflow 프로그램을 이용하여 연구지역에 대한 지하수 흐름 모델을 개발하였다. 지하수 함양량을 모델 보정 인자로 설정하였으며, 현장에서 관측된 지하수위 자료를 이용하여 모델을 보정하였다. 둘째, 민감도 분석을 통하여 지하수 분수령의 위치, 하천 지류들의 경계조건 설정 여부, 암반의 하부 경계면의 위치 등이 모델 결과에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 셋째, 민감도 분석 결과에 근거하여, 국내 지하수계를 대상으로 신뢰성 있는 개념 모델을 개발하고자 할 때 요구되는 주요 내용들을 토의하였으며, 현장조사 단계에서 부지특성화를 위해 필요한 효과적인 전략을 제시하였다.