• Estimation of the Interface of Seawater Intrusion in a Coastal Aquifer System with SHARP Model
  • SHARP 모델을 이용한 해안 대수층의 해수침투 경계면 추정
  • 심병완;정상용;
  • 부경대학교 환경지질과학과;부경대학교 환경지질과학과;
Abstract
SHARP numerical model was used to estimate the interface, ranges and seasonal variations of seawater intrusion. The interface obtained from the SHARP model represented more sensitive to seasonal variations than that estimated from the monitoring wells. When TDS and groundwater velocity vector distributions generated by SUTRA simulations are compared to the interfaces obtained from SHARP simulation, the difference of the range on seawater intrusion is less than 50 m, and the range of seawater intrusion from seasonal variations has the difference of about 12 m. These differences are small for the numerical simulation of the coastal aquifer at regional scale. Therefore, the model with sharp interface is very useful to estimate the interface at this study site, where is regional aquifer system in the scale of seawater infusion. However the SHARP model have some limitations in simulating the range of seawater intrusion, when the hydrodynamic dispersion is significant for seawater intrusion at local aquifer system.

본 연구에서는 해안 대수층에서 SHARP수치모델을 이용하여 해수와 담수의 경계면 및 해수침투 범위를 추정하고, 계절적인 영향에 대한 모델의 민감도를 분석하였다. SHARP수치모사에 의한 해수와 담수의 경계면이 연구지역내 관측정에서 측정된 해수와 담수의 경계면보다 계절적인 변화에 대하여 더 민감하게 반응하였다. 분산형 모델인 SUTRA를 이용하여 TDS와 벡터 분포를 계산하고, SHARP모델에 의하여 만들어진 Ghyben-Herzberg 경계면과 비교한 결과, 해수침투 범위의 차이는 50m이하이며, 계절적인 영향에 의한 해수침투 변동폭의 차이는 약 12m로 나타났다. 이러한 해수침투 범위의 차이는 해안 대수층의 수치모사에 이용된 광역적인 규모에 비하면 작은 편이다. 본 연구지역과 같이 광역적인 규모의 해안 대수층에서 해수와 담수의 경계면을 추정하는데, SHARP모델은 매우 유용한 것으로 사료된다. 그러나 경계면 모델은 확산이 우세한 국지적인 규모의 모델링에서는 정확한 해수침투의 범위를 모사하는데 약간의 한계가 있는 것으로 보인다.

Keywords: sea water intrusion;sharp interface model;disperse model;SHARP;SUTRA;Ghyben-Herzberg interface;

Keywords: 해수침투 범위;경계면 모델;분산형 모델;Ghyben-Herzberg 경계면;

References
  • 1. Bear, J., Cheng, A.H.-D., Sorek, S., Ouazar, D., and Herrera, I., Seawater Intrusion in Coastal Aquifers-Concepts, Methods and Practices, Kluwer Academic Publ., 625p. (1999)
  •  
  • 2. Shamir, U. and Dagan, G., 'Motion of the seawater interface in coastal aquifers: A numerical solution', Water Resources Research, 7(3), pp. 644-657 (1971)
  •  
  • 3. Wilson, J. L., and Sa Da Coasta, A., 'Finite element simulation of a saltwater-freshwater interface with interface toe tracking', Water Resources Research, 18, pp. (1982)
  •  
  • 4. Ledoux, E., Sauvagnac, S., and Rivera A., 'A compatible single-phase/two -phase numerical model: 1. Modeling the transient salt-water/fresh-water interface motion', Ground Water, 28(1), pp. 79-87 (1990)
  •  
  • 5. Rivera A., Ledoux, and E., Sauvagnac, S., 'A compatible single-phase/two-phase numerical model: 2. Application to a coastal aquifer in Mexico', Ground Water, 28(2), pp. 215-223 (1990)
  •  
  • 6. Essaid, H. I., A multilayered sharp interface model of coupled freshwater and saltwater flow in coastal system: Model development and application, Water Resources Research, 26(7), pp. 1431-1454 (1990a)
  •  
  • 7. Essaid, H. I., The computer model SHARP, A Quasi-Three-Dimensional Finite-Difference Model to Simulate Freshwater and Saltwater Flow in Layered Coastal Aquifer Systems, USGS WRIR 90-4130, 181p. (1990b)
  •  
  • 8. Huyakorn, P. S., Wu, Y. S., and Park, N. S., Multiphase approach to the numerical solution of a sharp interface salt water intrusion problem. Water Resources Research, 32(1), pp. 93-102 (1996)
  •  
  • 9. Person, M., Taylor, J. Z., and Dingman, S. L., 'Sharp interface models of salt water intrusion and wellhead delineation on Nantucket Island, Massachusetts', Ground Water, 36(5), pp. 731-742 (1998)
  •  
  • 10. Padilla, F., and Cruz-Sanjulin, J., 'Modeling sea-water intrusion with open boundary conditions', Ground Water, 35(4), pp. 704-712 (1997)
  •  
  • 11. Kontis, A. L., Simulation of freshwater-saltwater interface in the Brooklyn-Queens aquifer system, Long Island, New York, USGS WRIR 98-4067, 26p. (1999)
  •  
  • 12. Naji, A., Cheng, A.H.-D., and Ouazqr, D., BEM solution of stochastic seawater intrusion problems, Engineering Analysis with Boundary Elements, 23, pp. 529-537 (1999)
  •  
  • 13. 제주도 . 농업기반공사, 제주도지하수보전 . 관리계획 보고서, 588 p. (2000)
  •  
  • 14. 부성안, 정교철, '제주도 동부권역 담지하수 대수층에서의 염수침입', 대한지질공학회지, 10(2), pp. 115-130 (2000)
  •  
  • 15. 박윤석, 고기원, 강봉래, 함세영, '제주도 동부지역 수문지질에 관한 연구(I)', 한국지하수토양환경학회 춘계학술대회 논문집, pp. 81-84 (2002)
  •  
  • 16. 과학기술부 . 한국자원연구소, 해수침투 평가, 예측 및 방지기술 개발, 474p. (1999)
  •  
  • 17. 심병완, 정상용, 김희준, 성익환, 김병우, '지구물리 탐사자료의 지구통계학적 분석에 의한 부산 동남해안 지역의 해수침투 특성', 지하수토양환경, 7(3), pp. 3-17 (2002a)
  •  
  • 18. 정상용, 강동환, 박희영, 심병완, '부산지역 지하수 오염현황 분석을 위한 지구통계 기법의 응용', 대한지질공학회지, 10(3), pp. 247-261 (2000)
  •  
  • 19. 부성안, 이기철, 김진성, 정교철, 고양수, 2002, '지하수댐 물막이벽 시공법과 해안지역 염수침입 방지기술 개선 방안', 대한지질공학회지, 12(2), pp. 215-234
  •  
  • 20. Voss, C. I., SUTRA-Sautrated Unsaturated Transport, USGS WRIR 84-4369, 409p. (1984)
  •  
  • 21. 부경대학교, 대연 전화국 연결 통신구 공사로 인한 부경대학교 시설물 피해영향조사 연구(4/4), 168p. (1997)
  •  
  • 22. Toad, D. K, Groundwater Hydrology, John Wiley & Sons, 535p. (1980)
  •  
  • 23. 심병완, 정상용, 김희준, 성익환, '수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따른 해수침투 범위 변화에 관한 연구', 한국지하수토양환경학회지 , 7(4), pp. 59-67 (2002b)
  •  
  • 24. Holzbecher, E. Modeling Density-Driven Flow in Porous Media, New York: Springer-Verlag, 286p. (1998)
  •  
  • 25. Ritzi Jr., R. W., Bukowski, J. M., Carney, C. K., and Boardman, M. R., 'Explaining the thinness of the fresh water lens in the pleistocene carbonate aquifer on Andros isalnd, Bahamas', Ground Water, 39(5), pp.713-720 (2001)
  •  
  • 26. Xu M., and Eckstein Y., 'Use of weighted least-squares method in evaluation of the relationship between dispersivity and fie1d scale', Ground Water, 33(6), pp. 905-908 (1995)
  •  
  • 27. Gelhar, L. W., Welty, C., and Rehfeldt, K. R., 'A Critical Review of Data on Field-Scale Dispersion in Aquifers', Water Resources Research, 28(7), pp. 1955-1974 (1992)
  •  
  • 28. Freeze, R. A. and Cherry, J. A., Groundwater, Prentice-Hall, 604p. (1979)
  •  

This Article

  • 2003; 8(1): 68-74

    Published on Mar 1, 2003