균열 대수층에서 프렉탈 이론을 적용한 지하수 유동 시뮬레이션

초록

국내 지질구조에서는 대소단층, 파쇄대, 절리, 균열 등의 파괴구조가 발달되어 있기 때문에, 균열 대수층에서의 지하수 흐름을 정확히 파악하는 것이 매우 중요하다. 그러나 국내에서 사용되고 있는 대부분의 모델들은 지하수의 흐름을 다공성 매질을 통한 흐름으로만 해석하 므로 많은 문제를 야기할 수 있다. 균열이 있는 매질을 통과하는 지하수의 흐름을 모사하기 위하여 여러 가지 모델들이 제안 되었으며, 이 중에서 이중-공극률 모델(double-porosity model), 단일 균열 모델(single- fracture model),추계론적 분리균열 모델(stochastic discrete fracture model)등이 가장 널리 사용되고 있다. 이중-공극률 모델과 단일 균열 모델은 실제 균열대수층에서의 지하수 흐름을 모사하기에는 지나치게 단순화되어 불충분한 면이 있으며, 추계론적 분리균열모델은 균열 대수층에서의 지하수 흐름을 좀 더 정확하게 모사할 수 있으나 자료획득이 어렵고 계산이 복잡하다는 단점이 있다. 프랙탈 모델은 매우 복잡하고 불규칙한 기하학적 형상이나 불연속적으로 관측된 자료의 변화 양상 등을 실질적으로 나타낼 수 있는 프랙탈이론을 지하수 유동에 적용한 것으로서, 이중-공극률 모델이나 단일 균열 모델보다 더 발전되고 추계론적인 모델보다 간단하면서도 비교적 정확히 지하수의 흐름을 모사할 수 있는 모델이다. 본 연구에서는 국내외적으로 가장 널리 사용되고 있는 지하수 유동 전산모델인 MODFOLW (A Modular Tree-Dimentional finite-Defference Groundwater Flow Model)와 호환하여 사용 할 수 있는 지하수 유동 전산모델을 개발한 후, 프랙탈 이론을 적용한 새로운 알고리즘을 개발하여, 이를 첨가한 3차원 프랙탈 지하수 전산모델을 개발하였으며, 실질적인 자 료를 이용하여 그 타당성을 검증하였다.