MODFLOW 및 DRASTIC 모델을 사용한 질산염 오염 및 지하수 자원의 취약성 시뮬레이션

Jul 06, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8211(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

지하수 자산은 특히 건조 및 반건조 지역의 사람들이 접근할 수 있는 담수의 가장 중요한 자산입니다. 지하수 질산염 오염의 시간적 변화와 지하수 오염에 대한 농업 및 기타 원인의 역할을 조사하기 위해 이란 중심부의 Bouin-Daran 평야에 적절한 분포를 갖는 42개의 식수 우물에 대한 정보를 사용했습니다. 결과는 정상 상태에서 교정 후 다양한 지역에 대한 평원의 수력 전도도 양이 0.8~34m/일로 계산되었음을 보여줍니다. 영구적인 조건에서 모델을 교정한 후, 2년 동안 비영구적인 조건에서 모델을 교정했습니다. 그 결과, 해당 지역의 넓은 지역에서 질산염 이온 농도가 25mg/L 이상의 값을 갖는 것으로 나타났습니다. 이는 해당 지역에서 이 이온의 평균 농도가 일반적으로 높다는 것을 보여줍니다. 평원의 대수층에서 가장 높은 오염 수준은 평원의 남쪽 및 남동부 부분과 관련이 있습니다. 이 평원에서는 다량의 비료를 사용하는 농업 활동으로 인해 모든 곳이 오염될 가능성이 있으며, 농업 운영과 지하수 이용에 대한 성문화된 실행 계획이 필요합니다. DRASTIC 취약성 추정 방법은 오염 가능성이 높은 영역을 추정하는 데에만 유용하며 검증 테스트에 따르면 적절한 추정도 제공했습니다.

지하수자원은 인간이 이용할 수 있는 가장 중요한 담수자원이다. 인구증가에 따른 농업의 발달과 식량안보에 대한 요구로 인해 토양침식, 과도한 비료 및 농약 사용 등 여러 가지 요인으로 지하수 오염이 발생하고 있습니다. 적절한 관리방안을 적용하지 못하면 오염된 물로 인한 질병 확산, 수생동물의 폐사, 습지 및 하천 파괴 등 복잡하고 더 큰 문제가 발생합니다1,2.

반면에 농업은 항상 담수의 가장 큰 소비자로 간주됩니다. 농업에 사용되는 물은 항상 연쇄적으로 지표수와 지하수로 되돌아갑니다. 그러나 농업은 수질 오염의 원인이자 희생자입니다3,4. 따라서 농업 부문의 발전과 지하수 자원의 질을 모두 관리하는 것이 중요합니다.

지하수란 지표면 아래에 있는 물을 말하며, 우물, 터널, 배수로 등에 모일 수 있습니다. 또한 지하수는 샘의 형태로 지구 표면으로 자연적으로 흐를 수 있습니다5. 지하수 자원은 지구의 단단한 지각의 모든 부분에 균일하게 분포되어 있지 않습니다. 이 문제는 이러한 리소스를 관리하고 시뮬레이션하는 프로세스를 복잡하게 만듭니다. 지하수위 모델링 과정에서 기존 방정식은 해석적 방법과 수치적 방법 두 가지를 통해 수학적 모델의 형태로 풀 수 있다. 대수층 시스템의 복잡성, 지질 구조의 이질성, 서로 다른 시기에 서로 다른 펌핑 및 공급량 등으로 인해 수치 모델이 자연 환경의 분석 모델을 대체하게 됩니다6,7.

컴퓨터 사용을 기반으로 한 수치적 방법은 자연 환경의 문제를 해결하는 주요 도구가 됩니다. 지하수 흐름의 지배 방정식을 분석적으로 해결하려면 일련의 단순화가 필요합니다. 이러한 단순화에서는 균질성, 1차원 또는 2차원 흐름과 같은 가정이 고려됩니다. 분석 방법은 일반적으로 우물의 수리학에 사용됩니다. 수치 해법은 매우 광범위하며 오늘날의 컴퓨터에 접근할 수 있으므로 복잡한 분석 해법보다 더 유용합니다8. 지하수 모델링에는 유한차분법, 유한요소법, 경계적분방정식법, 포괄적 유한차분법, 해석요소법 등 5가지 수치법이 사용됩니다.