고준위방사성폐기물 심층처분 부지 수리 지질 안전 규제를 위한 국내 지질환경 수리 특성 평가

소수완,정지호,박재성,이형목,이수비,김수진,쎈다 음바키,정진아 대한자원환경지질학회 2024 자원환경지질 Vol.57 No.4

본 연구에서는 국내 고준위방사성폐기물 심층처분용 천연방벽의 수리특성 안전 기준을 평가하기 위해 심부 지질환경 수리지질 특성 평가를 수행하였다. 특히, 국내 지질환경에 적합한 심도에 따른 수리전도도와 투수계수의 분포와 추세를 평가하였으며, 이를 위해, 지하수 개발 및 관리 목적으로 수집된 다양한 현장 수리시험 자료가 사용되었다. 국내 환경에 적합한 심도-수리특성 관계 모델을 개발하기 위하여 다양한 해외 연구사례를 검토하고 심도에 따른 수리전도도 및 투수계수 추세를 설명하는 대표 모델을 확보 및 연구에 적용하였다. 국내에 적합한 수리특성 관계 모델 개발에는 확보된 자료가 포함하는 다양한 요인의 불확실성을 고려하기 위하여 앙상블 회귀분석을 적용하였다. 연구 결과, 기존 해외의 심도-수리특성 관계 모델이 국내 지질환경의 수리지질 특성을 적절히 설명하는 것을 확인할 수 있었으며, 스웨덴, 독일, 캐나다 등의 해외 국가가 제시하는 선호 수리특성 기준을 고려하였을 때, 국내 환경 또한 이에 적합한 지질환경이 존재할 가능성이 높음을 확인하였다. 또한, 저투수환경을 지시하는 수리특성 기준을 적용하였을 때, 처분고 건설에 적합한 환경이 존재할 가능성이 300m 이상의 심도부터 증가함을 보여주었으며, 500m 이상의 심도에서 단열이 지하수 흐름에 미치는 영향력이 낮을 수 있음을 보여주었다. 본 연구는 국제 규제 지침에맞춰 국내 천연방벽의 수리지질학적 안전 기준을 수립하기 위한 기초정보로 활용될 수 있을 것이다. This study assessed the hydrogeological properties of the deep geological environment to develop safety criteria for the natural barriers used in the deep geological disposal of high-level radioactive waste in Korea. The assessment focused on the distribution and trends of hydraulic conductivity and permeability properties appropriate for the domestic geological environment, using various in-situ hydraulic test data collected for groundwater development and management. To develop a depth-hydrogeological property relationship model suitable for domestic conditions, the study reviewed various international research examples and applied a representative model that explains the trends of hydraulic conductivity and permeability with depth. The development of the model suitable for Korea involved applying ensemble regression analysis to account for the uncertainty of various factors in the collected data. The results confirmed that existing international depthhydrogeological property relationship models adequately describe the characteristics of the domestic geological environment. Considering the preferred hydrogeological criteria suggested by countries like Sweden, Germany, and Canada, there is a high likelihood that a suitable geological environment exists in Korea. Additionally, the application of hydrogeological criteria indicative of low-permeability environments showed that suitable conditions for disposal construction increase at depths greater than 300 m, where the influence of fractures on groundwater flow might be minimal at depths exceeding 500 m. This research can serve as foundational information for establishing hydrogeological safety standards for natural barriers in Korea according to international regulatory guidelines.

처분부지의 수리지질특성

김경수,김천수,배대석,지성훈,윤시태 한국방사성폐기물학회 2008 방사성폐기물학회지 Vol.6 No.4

중·저준위방사성폐기물 처분부지에 대한 건설 및 운영 인허가 취득을 위한 종합적인 부지 특성조사가 사업자인 한국수력원자력(주)의 책임 하에 이루어졌으며, 수리지질조사는 부지의 수리지질학적 특성 해석과 방사선적 안전성 평가를 위한 기초자료 생산을 목적으로 수행되었다. 처분부지의 수리지질특성은 주로 지표에서 이루어진 지질조사, 시추조사, 각종 수리시험 및 지구물리탐사 자료를 종합적으로 분석하여 수리지질체계의 특성을 평가하고, 이를 토대로 수리토양영역, 3 개의 수리암반영역 및 5 개의 투수성구조영역으로 구성되는 수리-구조모델을 제시하였다. 본 논문에서 제시된 수리-구조모델과 수리인자는 지하수유동 모델 해석 업무에 직접 이용되었다. 본 논문의 결과는 지표조사단계에서 얻어진 자료에 근거한 것이므로 수리지질특성과 관련된 제반 조사방법에 가정과 불확실성이 내재되어 있다. 따라서 현재 진행 중인 지하시설 건설과정에 취득되는 직접적인 수리지질특성 관련 자료를 종합적으로 재 해석함으로써 부지특성조사 단계에서의 가정과 불확실성을 저감시킬 수 있고, 최종적인 수리-구조모델의 신뢰성 향상을 기대할 수 있다. Korea Hydro and Nuclear Power Company (KHNP) conducted site investigations for a low andintermediate-level nuclear waste repository in the Gyeong Ju site. The site characterization workconstitutes a description of the site, its regional setting and the current state of the geosphere andbiosphere. The main objectives of hydogeological investigation aimed to understand thehydrogeological setting and conditions of the site, and to provide the input parameters for safetyevaluation. The hydogeological characterization of the site was performed from the results ofsurface based investigations, i.e geological mapping and analysis, drilling works and hydraulictesting, and geophysical survey and interpretation. The hydro-structural model based on thehydrogeological characterization consists of one-Hydraulic Soil Domain, three-Hydraulic RockDomains and five-Hydraulic Conductor Domains. The hydrogeological framework and thehydraulic values provided for each hydraulic unit over a relevant scale were used as the baseline forthe conceptualization and interpretation of flow modeling. The current hydrogeologicalcharacteristics based on the surface based investigation include some uncertainties resulted fromthe basic assumption of investigation methods and field data. Therefore, the reassessment of hydro-structure model and hydraulic properties based on the field data obtained during the construction isnecessitated for a final hydrogeological characterization.

KURT 지역에서 지질모델 요소에 대한 수리지질특성

박경우,김경수,고용권,최종원 한국방사성폐기물학회 2012 방사성폐기물학회지 Vol.10 No.3

방사성폐기물처분을 위한 부지특성평가 기술 개발을 위해 지질특성조사와 수리지질특성조사가 1997년부터 지표기반 조사, 시추공 조사, 터널조사를 포함하여 수행되었다. 특히, 2006년에는 지하처분연구시설 (KURT, KAERI Underground Research Tunnel)을 건설하여 지하 환경에서 심부지질환경에 대한 연구 뿐 만 아니라 용 질이동특성, 미생물특성, 공학적 방벽 시스템 연구 등 방사성폐기물처분을 위한 다양한 수행하고 있다. 본 연 구는 한국원자력연구원내 건설된 지하처분연구시설 주변 지역을 연구지역으로 부지특성모델 구축의 일환으로 수행되었다. 연구지역의 지질모델구축을 위해 선형구조분석, 시추공/터널 조사, 지구물리탐사를 포함한 다양 한 연구를 수행하여, 암질모델과 지질구조모델을 구축하였으며, 현장수리시험의 결과를 이용하여 암질모델과 지질구조모델을 포함한 지질모델에 입력된 요소에 대한 수리지질특성이 평가되었다.

Synthetic Study on the Geological and Hydrogeological Model around KURT

Kyung Woo Park,Kyung Su Kim,Yong Kwon Koh,Jong Won Choi 한국방사성폐기물학회 2011 방사성폐기물학회지 Vol.9 No.1

한국원자력연구원의 연구지역에서 고준위방사성폐기물처분을 위한 부지특성평가 기술 구축을 위해 지질특성조사가 1997년부터 지표기반 조사, 시추공 조사를 포함하여 수행되었다. 2006년에는 지하처분연구터널(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)을 준공하여 연구지역에 대한 심부지질환경 규명을 위해 노력하고 있다. 본 연구는 한국원자력연구원내 건설된 지하처분연구시설 주변 지역을 연구대상지역으로 하여 지질모델에 대한 수리지질모델의 통합 구축을 목적으로 한다. 본 연구를 위해 연구지역에서 굴착된 9개의 시추공에 대한 현장 수리시험 자료를 이용하였으며, 지질모델에서 도출한 풍화대, 상부저경사단열대, 심부 영역에 존재하는 결정론적 단열대에 대한 수리지질특성을 분석하였다. 본 연구 결과제시된 수리지질모델은 향후 지하수 유동모델링에 이용될 것이다.

고준위 방사성 폐기물 지질처분을 위한 해외 선진국의 심부 지하수 환경 연구 동향 분석 및 시사점 도출

최재훈,유순영,박선주,박정훈,윤성택 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.6

고준위 방사성 폐기물(High-level radioactive waste; HLW)의 지질처분을 위해서는 심부 지하 환경에 대한 이해가 선행되어야 하며, 이는 지질학적, 수리지질학적, 지구화학적, 지질공학적 조사를 통해 가능하다. 우리나라는 HLW의 지질처분을 계획하고 있으나, 심부 지하 환경의 지구화학적 특성에 관한 연구가 부족한 편이다. 이에 본 논문에서는 지질처분 부지 선정을 위한 지구화학적 조사를 중심으로 선진국의 심부 지하수 연구 동향을 살펴봄으로써 앞으로 국내 수리지구화학 분야의 연구 과제를 도출하는데 참고하고자 하였다. 해외 8개 국가(미국, 캐나다, 핀란드, 스웨덴, 프랑스, 독일, 일본, 스위스)의 심부 지하 환경 조사 방법 및 결과와 함께 지질처분 부지 결정 과정과 향후 연구 계획을 살펴본 결과, 해외 선진국에서는 심부 지하 환경의 지구화학적 특성화를 위해 지하수 및 난대수층 내 간극수의 수화학과 동위원소(예: SO4 2-의 34S, 18O, DIC의 13C, 14C, H2O의 2H, 18O), 균열 충전광물(fracture-filling minerals), 유기물, 콜로이드, 산화-환원 지시자(예: Eh, Fe2+/Fe3+, H2S/SO4 2-, NH4+/NO3-) 등을 조사하고 있으며, 이들 지구화학 자료의 통합 해석을 통해 해당 심부 환경이 지질처분에 적합한지를 평가하였다. 국내의 경우, 인공신경망을 이용한 Self-Organizing Map(자기조직화 지도), 다변량 통계 기반 M3 모델링(지하수 혼합 모델), 반응-경로 모델(reaction path model) 등을 이용하여 심부 지하수의 수화학적 유형 분류 및 진화 패턴 규명, 천부 지하수 혼합 영향, 균열 충전광물과 지하수 화학 사이의 관계를 규명한 바 있다. 그러나 지질처분 부지를 선정하는데 있어 과학적 근거를 확보하기 위해 중요한 기타 지구 화학 자료(예: 동위원소, 산화-환원 지시자, 용존유기물)가 매우 부족한 현실이며, 따라서 최적의 지질 처분지를 찾기 위해서는 지역별/유형별 심부 지하수에 대한 지구화학적 자료 구축이 요구된다.

판별분석을 이용한 토지이용별 토양 특성 변화 연구

고경석(Kyung-Seok Ko),김재곤(Jae Gon Kim),이진수(Jin-Soo Lee),김탁현(Tack Hyun Kim),이규호(Gyoo Ho Lee)조춘희(Choon Hee Cho),오인숙(In Suk Oh),정영욱(Young Wook Cheong) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.3

The physical and chemical characteristics of soils in a small watershed were investigated and the effect of geology and land use on soil quality were examined by using multivariate statistical methods, principal components analysis and discriminant analysis. The soil developed from andesite had finer texture and higher contents of water extractable inorganic components, clay, and mafic minerals than the soil developed from granite. It is considered that the accumulation of salts in the farmland soils indicated by electrical conductivity, contents of cations and anions and pH was caused by fertilizer input during cultivation. The low contents of organic matter in the farmland soils was due to the enhanced oxidation of organic matter by tillage and by the harvest of crops. The contents of inorganic components are increased as following order: upland 〉 orchard 〉 paddy field 〉 forest. The high contents of water soluble SO 4 2− of paddy soils is due to the oxidation of sulfides mineral formed during the flooding period during the air-dry and extraction. The results of principal components analysis show the difference of soil quality was controlled by geology and land use. PC1 indicate the input of fertilizer, mineral weathering and ion exchange reaction by application of nitrogenous fertilizers. The results of two discriminant analyses using water extractable inorganic components and their ratios by land use were also clearly classified by discriminant function 1 and 2. In discriminant analysis by components, discriminant function 1 indicated the effect of fertilizer application and increased as following order: upland 〉 orchard 〉 paddy field 〉 forest soil. The investigated and predicted data for land use from discriminant analysis showed similar results. The discriminant analysis can be used as a useful method certifying the change of land use. 본 연구에서는 회동저수지 상류 수영강 유역에 발달된 토양을 대상으로 지질 및 토지이용별로 토양의 물리화학적 특성을 조사하고 그 영향을 다변량 통계분석법인 주성분 및 판별분석을 이용하여 고찰하였다. 연구지역내 토양의 토성은 안산암에서 발달한 토양이 화강암의 것보다 세립질이며 용출 무기성분, 점토 및 유색광물의 함량도 높았다. 경작지 토양 내 염류 집적(EC, 양이온, 음이온)과 pH 증가는 대부분 경작과정에 투입된 비료의 영향에 의한 것이며 임야 토양에 비해 상대적으로 낮은 유기물 농도는 경운에 의한 유기물의 산화 촉진 및 작물 수확에 기인하는 것이다. 토지이용별 무기성분의 함량은 밭〉과수원〉논〉임야 토양 순으로 나타났으며, 논 토양의 높은 SO 4 2 − 함량은 담수 상태 환원조건하 침전된 황화광물형태가 산화조건의 용출 실험에 의해 용해되어 증가되는 것에 기인한다. 주성분 분석 결과는 토지 이용이나 지질에 따른 토양 특성을 잘 나타내었으며, 주성분 1은 시비, 광물 풍화작용 및 질소질 비료에 의한 이온교환 반응의 영향을 나타내었다. 토양 용출 성분과 성분비를 이용한 두 종류의 판별분석결과는 모두 토지이 용별로 판별함수 1과 2에 의해 뚜렷하게 구분되며, 토양 성분을 이용한 판별분석에서 판별함수 1은 경작에 의한 비료의 영향을 나타내며 밭, 과수원, 논, 임야 토양 순서로 증가하였다. 판별분석에 의한 토지이용 특성의 조사 및 예측 자료는 비교적 잘 일치하였으며 토지 이용의 변화를 확인할 수 있는 방법으로도 사용될 수 있었다.

강우특성과 지질특성을 고려한 급경사지 주민대피 관리기준 연구

김열,류지협,서상훈 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.3

For mitigating the damages of the steep slopesí collapse, their collapse time should be expected in advance and then used to effectively evacuate the residents. For evacuation, evacuation management criteria has to be made yet by considering both the regional rainfall characteristics and the regional characteristics. As of now, evacuation management criteria have nationally included the same rainfall. With above in mind, this article comes to propose evacuation management criteria for the residents, which are protected under the authorities of local governments, by analyzing the five year rainfall and the soil characteristics. In particular, we are to set up the regional rainfall criteria by using not only about 700 cases of slope disaster but also related rainfall data. We continues to establish up the evacuation management criteria for the residents by utilizing the geological space in each administrative unit as well as the geological rainfall. 급경사지 피해를 경감시키기 위해서는 급경사지 붕괴시기를 미리 예측하고 위험한 급경사지 주변에 거주하고 있는 주민을 효과적으로대피시키는 것이 매우 중요하다. 이러한 주민대피를 위해서는 지역별 강우특성 및 지역특성이 반영된 주민대피 관리기준이 필요하다. 그러나 현재 적용되고 있는 급경사지 주민대피 관리기준은 전국적으로 동일한 강우기준을 적용하고 있는 실정이다. 이에 따라 최근 5 년간 급경사지 피해지역의 강우량 및 지질특성을 분석하여 각 지방자치단체에서 관리중인 급경사지 관리대상지에 적합한 주민대피 기준을 제안하고자 한다. 본 연구를 위해 약 700여개의 급경사지 재해사례와 강우데이터를 활용하여 권역별, 지질별 강우기준을 설정하였고, 지질별 강우기준과 행정구역별 지질분포 면적을 활용하여 각 지자체별 주민대피 관리기준을 설정하였다.

해수 침투 특성 평가를 위한 장심도 GPR 탐사 적용성 연구

유희은,현승규 대한지질공학회 2024 지질공학 Vol.34 No.4

방사성 폐기분 처분시설(이하 ‘방폐장’)은 방사성 핵종의 누출 평가를 위해 건설 중, 운영 중 및 폐쇄 후에도 안전성 확보를 위한 지속적인 부지특성 모니터링이 필요하다. 특히, 해안 부근의 방폐장은 해수의영향을 받아 결정질암의 투수성이 증가하거나 단열대의 생성 가능성이 높아 지속적인 모니터링이 요구된다. 시추공에서 취득한 시료를 활용한 모니터링은 높은 정확성을 제공하지만, 제한된 지점 정보만 제공하기 때문에 공간적 해석에는 한계가 있다. 반면, 지구물리탐사는 2차원, 3차원의 자료를 확보하여 넓은영역의 지하구조를 평가할 수 있는 유용한 기법이다. 그 중 지표투과레이더(ground penetrating radar, GPR)는 비파괴적이며, 짧은 시간 안에 깊은 심도의 자료를 취득할 수 있어 활용도가 높다. 이 연구에서는 경주 중 ‧ 저준위 방폐장이 위치한 해안선을 따라 장심도 GPR 탐사를 수행하여 해수 침투 특성을 평가하였다. 더불어, 방폐장 부지에 대한기존 지하수 유동 모델링 결과와 지하수 전기전도도 모니터링 자료와 비교 ‧ 검토하여 장심도 GPR 탐사가 해수 침투 관련 모니터링에 적용할수 있는지를 확인하였다. 장심도 GPR 탐사 자료와 지하수 관정 내 전기전도도 자료를 비교 검토하여 해수 침투 특성 평가를 위한 장심도 GPR 의 정확도가 확보됨을 확인하였다. 이는 GPR 탐사가 해수 침투 평가를 위한 지하수 유동 모델링의 검증을 위한 방법으로 이용될 수 있으며, 수리지질학적 특성과 연계되는 구조 지질학적 특성 조사 및 부지특성 모니터링과 연계하여 사용될 수 있음을 확인하였다. To ensure the safety of radioactive waste disposal facilities, continuous monitoring during const ruction and after closure is essential, particularly for coastal sites where seawater can increase the permeability of crystalline rocks and promote fracture zone formation. While borehole sampling provides high-accuracy data, its limited spatial coverage restricts broader interpretations. In contrast, geophysical surveys enable the acquisition and analysis of 2D and 3D data, offering valuable insights into extensive subsurface structures. Ground penetrating radar (GPR) is particularly advantageous due to its ability to non-destructively acquire deep subsurface data in a short time. This paper evaluate the possibility of seawater intrusion using the results of long-range GPR survey along the coast near a low- and intermediate-level radioactive waste disposal facility is located. The applicability of long- range GPR surveys for monitoring seawater intrusion was evaluated by comparing the previously published groundwater flow modeling scenarios and groundwater electrical conductivity data. A comparative analysis of long-range GPR survey data and the conductivity of groundwater validated the accuracy of long-range GPR in accessing seawater intrusion characteristics. Long-range GPR can be employed to verify groundwater flow model for seawater intrusion evaluations, and can also be applied to structural geological investigations related to hydrogeological characteristics, as well as site characterization monitoring.

Study on the Geological Structure around KURT Using a Deep Borehole Investigation

Kyung Woo Park,Kyung Su Kim,Yong Kwon Koh,Jong Won Choi 한국방사성폐기물학회 2010 방사성폐기물학회지 Vol.8 No.4

고준위방사성폐기물처분을 위한 부지특성평가 기술을 구축하고, 이를 활용하여 심부지질환경을 이해 하기 위해 1997년부터 지금까지 한국원자력연구원 주변 지역을 고준위폐기물처분을 위한 연구지역으로 선정하여 다양한 지질 관련 연구를 수행해왔다. 특히, 2002년에는 고준위폐기물의 처분 대상 심도의 시 추공(지하 500 m)을 굴착하였으며, 2006년에는 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)을 준공하여 연구지역에 대한 심부지질환경 규명을 위해 노력하고 있다. 현재, 지하처 분연구터널의 좌측 연구용 모듈 내에 500 m 길이의 장심도 시추공을 굴착하여 다양한 부지특성평가 연 구를 수행 중에 있다. 본 연구는 고준위폐기물의 심지층 처분을 위한 요소 기술인 심부영역의 부지특성평가기술 구축을 위해 장심도 시추공 자료를 이용하여 KURT 주변의 지질구조 분석하였다. 연구지역의 장 심도 시추공에서 지구물리탐사, 시추공 지질조사 등 다양한 현장 조사를 수행하였으며, 그 결과 총 7개의 지질구조를 도출하였다. 이 연구 결과는 KURT 지역의 부지특성연구의 주요한 한 부분으로서 기존에 구 축된 지질모델을 보완하는데 이용될 예정이다.

갯벌 표층의 지질환경 특성자료를 이용한 데이터셋: 2021년 시범연구 곰소만 갯벌지역의 퇴적상 특성자료 활용

박경규,우한준,정회수,정주봉,유주형,이준호 (사)지오에이아이데이터학회 2022 GEO DATA Vol.4 No.2

곰소만 갯벌은 전라북도 부안군과 고창군 사이에 위치하고 반폐쇄 형태의 만(bay) 지형을 가지고 있으며 파랑에 비해 조류가 우세한 지역에 속한다. 갯벌은 주로 남쪽 고창군 지역에 발달해 있으며 갯벌 북쪽에 위치한 주조류로의 깊이는 약 15 m, 폭은 저조시 약 900 m에 달한다고 알려져 있다. 조간대 갯벌의 지질환경 특성자료 분석을 위한 직접적인 정점 시료 채취는 출입이 허용되는 간조시간 및 조사항목 수량에 따라 매우 제한적으로 진행될 수밖에 없다. 본 연구에서는 시범연구지역인 곰소만 갯벌에서 퇴적상 특성자료 활용 및 지질환경 특성자료 구축을 위한 현장 측정 항목 및 실험실 분석 항목을 선정하여 총 30개 정점에 대해 2021년 6월 22일 및 24일(실제 갯벌 조사 시간: 2일간 약 5시간)에 진행하였다. 연구지역에 대해 현장 측정 항목은 샘플일 일시(년/월/일/시간/분), GPS-RTK를 이용한 정밀 지형 표고 측량 타원체 고도(m), 전단강도(kg/cm2), 색도를현장에서 측정 및 기재하였으며 현장조사 이후 실험실 분석을 위해 입도(Φ, phi), 전용적밀도(가밀도), 공극률(%),함수률(%), 총유기탄소(%), 총탄소(%) 및 총질소(%)용 샘플을 각각 2개 용기(지퍼백 및 폴리프로필렌 병)에 채취하였다. 입도 습식 실험 이후 Folk 및 Ward (1957)에 의한 퇴적상 분류, 입도분석 결과에 기반한 유기물 특성등 각 실험 결과물에 대한 검증을 진행하였다. 향후 이번 시범 연구지역의 지질환경 특성자료를 이용한 데이터셋 사례는 2021년 6월 곰소만 갯벌 현장에서의 연구항목 데이터 선정, 갯벌 지형변화 및 퇴적환경 변화 파악을 위한 기초자료로 활용이 가능하다. 이러한 자료들은 융합적 연구, 갯벌 환경보전관리 자료 및 관련 연구자사용자 위한 데이터 무료 개방 등에 유용하게 이용될 것이다.