지구과학 · 해양·기후·물 순환 / 원리와 탐구
지하수와 오염 이동 실험 해설
지하수는 지하에 고인 물 전체가 한꺼번에 같은 방향으로 움직이는 것이 아니라 수두 차이에 따라 흐릅니다. 수리전도도·우물 양수량·오염원과 우물의 위치를 바꾸며 흐름선을 비교해 보세요. 우물이 주변 흐름을 바꾸면 오염 물질의 이동 경로도 달라질 수 있습니다.
어떤 원리인가요?
수두가 낮은 쪽으로 흐르고 우물 주변에서는 흐름이 모여요. 오염의 도달 시간은 유속과 위치·확산·양수 조건에 따라 달라져요.
핵심 관계
q=−K∇h · v=q/n · n=0.25
이렇게 관찰해 보세요
- 먼저 정상류 수두를 반복 계산한 뒤 오염 100 kg을 이동시켜요. 배경색·등수두선·화살표와 빨간 오염 구름을 살펴봐요. 우물 칸에 0.01 kg 이상 도달하면 소리가 나요.
- 같은 위치·양수량에서 K=10과 5 m/day를 실행해 300일의 분포·모형 도달 시간을 기록해요.
- K=10을 유지하고 양수량 또는 우물 세로 위치만 바꿔요. 경계 유출·양수 제거를 포함한 전체 질량수지를 비교해요.
결과를 읽는 기준
K=10 m/day, 수두 경사 크기 0.01, n=0.25이면?
다르시 유속의 크기는 K×경사=0.1 m/day이고 실유속은 q/n=0.4 m/day예요. 균일 직선 흐름의 시간은 거리/속력이에요.
모형의 범위와 한계
40×20 격자, 간격 5 m, 두께 1 m, 균일 K·공극률 n=0.25·확산계수 0.2 m²/day예요. 좌우 고정 수두 11.95/10 m, 위아래 불투수 경계예요. 정상류 수두는 회당 최대 12회, 총 1800회 또는 변화량 1e-8 m까지 반복해요. 풍상 이류와 보존형 확산을 안정 시간 분할로 계산해요. 도달 시간은 우물 칸 0.01 kg 기준의 모형값이고 관측 예측이 아니에요. 반응·흡착·불균질층은 제외해요.