"옛말에 한 우물만을 파라"고 한 말이 생각난다. 회고해 보면 저자는 지난 35년간 국
내외에서 수리지질학과 이와 관련된 업무에만 고집스럽게도 한우물만 파온 것이 아닌
가 하는 생각을 가끔 해보기도 한다. 우리들이 한 일에 비해 시간이란 time frame은
너무나 짧고 빨리 지나는 것 같다. 지난 35년간 한 우물만 판 내가 지금 이 시점에 무
엇을 한 것이 있느냐고 누가 반문한다면 분명히 말할 수 있는 대답은 해놓은 것이 별
로 없다란 답이리라.

1960년 초만 해도 지질학을 전공하고서 수리지질학과 지하수환경분야를 전공한 사람
은 국내에 찾아보기 힘들 정도였는데, 어쩌면 저자의 한 사람인 나도 왜 수리지질학
을 하려고 했는지도 모르게 이 분야에서 내 생애를 거의 모두 보낸 것 같다.

그런데 1970년부터 국내에 불어닥친 경제개발은 공공부문보다는 사기업쪽에서 간편
하면서도 단시일 내에 용수를 개발확보할 수 있는 지하수자원을 그들이 필요로 하는
공장부지에서 적기에 개발이용하게 되면서부터 국내에도 top head drive형 최신 고성
능지하수개발 장비가 도입되기 시작했다. 이러한 고가의 장비가 도입될 수 있었던 사
실은 삼성그룹과 벽산그룹을 위시한 대기업들이 이 사업을 수행했기 때문이다. 즉 우
리 나라에서 지하수자원을 그래도 과학적인 최신방법으로 조사하고 개발 할 수 있도
록 동기를 부여한 집단은 바로 이들 대기업들임을 부정할 수 없는 사실이다. 뿐만 아
니라 1960년대 초반 부터 지하수조사개발 사업을 전담해 온 농어촌진흥공사의 업적을
높이 평가해야 할 것이다.

그 후 지하수조사개발 사업이 일종의 최첨단기술을 이용해서 무에서 유를 창조해 내
는 사업인 양 인식되어 우후죽순격으로 너도나도 이 사업에 손을 대기 시작했고, 현
재 한대에 백만불에 가까운 고가의 착정장비가 국내에 100여대나 도입되어 무분별하
게 지하수자원을 개발하기에 이르렀으며, 국내에 굴착되어 있는 우물수가 현재
980,000개를 상회한다고 한다.

이와 같이 무분별 지하수개발은 결국 지금과 같은 돌이킬 수 없는 지하수자원의 오
염을 유발하게 되었다. 1998년 정부에서 실시한 전국지하수자원의 오염현황을 살펴보
면 먹는 물로 개발된 우물 중 일반세균과 대장균군에 의해 오염된 곳이 각각 100.85%
~7.18%에 이르고, 질산성질소에 의해 오염된 지하수는 4.1%이며, TCE를 위시한 유해
한 유기화학물질로 오염된 지하수가 1%에 이른다고 한다.

미국의 경우 약 330,000개소의 비조절불량 유해폐기물처분장으로부터 누출된 오염물
질에 의해 저질화된 지하수자원은 조사.정화하는데 30년간 무려 3,730억불에서 1조 7
천억불을 투자해야 한다고 한다.(USEPA, 1993). 뿐만아니라 1개 오염부지를 처리하는
데 소요되는 비용이 평균 2,700만불(USEPA. 1993)에 이른다고 하니, 우리들로서는 상
상도 할 수 없는 어마어마한 액수이다.

따라서 지하수자원의 최적관리기법은 순수하고 깨끗한 지하수자원을 사전예방차원에
서 인간활동에 의해 발생된 각종 외부오염원으로부터 오염되지 않도록 보호하면서 최
적개발가능량 이내에서 이를 이용하도록 하는 데 있다. 그래서 정부는 국내지하수자원
을 최적관리기법에 의거 관리하기 위해 1993년에 지하수법과 1995년에 먹는물관리법
을 제정하여 현재 시행중에 있다.

이와 때를 맞추어 (사)대한지하수환경학회는 지하수자원의 최적관리기법에 있어서
하나의 도구(tool)이며, 또한 필수요건인 3차원 지하수유동과 오염물질의 지하거동과
운명에 관한 기초이론과 모델링에 관한 단기교육을 1990년대 초부터 주로 미국에서만
이코스를 시행해 왔으나 우리나라는 1996년도부터 이 코스를 개설한 바 있으며, 1990
년대 말에 스웨덴, 브라질에서 일부 시행한 바 있고, 중국이 작년(1998년 1월)에 이
코스를 처음으로 개설하였다고 한다.

저자들은 상술한 국내모델링 단기교육과정의 수강생을 위해 1995년에 3-D지하수유동
과 오염물질거동 모델이란 단기교유굥 책자를 발간한 바 있으며, 이 코스의 주강사로
참여해 왔다. 본 책자의 내용은 주로 수강생의 교육용 요약분으로 작성되어 있었기 때
문에 내용이 너무 단편적이고 간단해서 이 코스를 수강하지 않는 이들에게는 크게 도
움을 줄 수 없었다. 따라서 모든 분들이 지하수의 3-D모델링을 쉽게 취급할 수 있도
록 보다 자세하고 이론적이며 실무적인 전문서적으로 바꾸면 어떻겠느냐는 주위의 권
고가 있어 이를 기준으로 해서 이 책을 집필.발간하게 되었다.

본서의 제1장~제6장까지는 일반적인 지하수의 유한차분모델과 프로그램작성법을
H.F. Wang과 M.P. Anderson의 지하수모델링개요를 기초로 해서 작성하였고, 제7장,
제8장 및 제9장은 대표적인 지하수유동모델인 MODFLOW와 MODPATH의 원리와 입
력방법 또한 대표적인 오염물질의 지하거동모델인 MT3D96의 원리와 입력방법을 중심
적으로 다루었다.

제10장은 독자들이 상술한 지하수모델을 이용해서 직접적으로 전산작업을 수행할 수
있도록 개념모델과 격자망의 설정, 각종 경계조건의 처리,입.출력방법과 출력결과의
해석 등 총 15가지의 예제와 62가지의 부예제로 구성되어 있다. 본 예제들로
PREMOD, MODEL-CAD와 같은 전처리프로그램을 이용하여 각종 패키지를 작성한 후
MODFLOW, MODPATH 및MT3D를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 상술한 3개의 통합모
델인 Visual MODFLOW에 직접 사용할 수 있도록 작성되었다.

제11장은 지하수유동모델에서 가장 불확실성이 많이 내재된 지하수함양률을 산정하
는 이론과 산정법을 서술하였고, 제12장은 국내암반대수대의 수리지질 특성인자를 결
정하는 방법을 중점적으로 다루어 MODFLOW가 필요로 하는 상술한 2가지 불확실성인
자의 결정방법을 제시하였다.

특히 제13장은 비포화대에서 오염물질의 거동과 운명특성을, 그리고 마지막 장인 제
14장은 포화대 내에서 오염줄질의 거동특성과 운명을 다루는 MT3D가 요구하는 각종
오염물질의 거동특성에 관해 독자들이 보다 넓은 지식을 가질 수 있도록 편성하였다.

그러나 막상 탈고를 하고 보니 이 분야에서 종사하는 선.수해 및 관련 기술자에게
부끄러운 마음이 앞선다. 그 동안 본 졸고가 발간될 수 있도록 많은 시간과 수고를 아
끼지 않았던 (주)한서엔지니어링의 조윤선 학사와 김은주 학사에게 감사를 드리며, 특
히 지금처럼 어려운 IMF시데에 출판을 허락해 주신 박영사의 안종만 사장님과 오랜 시
간동안 원고 교정을 하느라 애쓰신 편집부의 이일성 선생님께 심심한 감사를 드리는
바이다.

1999년을 맞이하면서
저자를 대표하여

한정상

한양대학교 원자력공학과 수료
서울대학교 지질학과 졸(이학사:지질학)
서울대학교 대학원 졸(이학석사:수리지질학)
고려대학교 대학원 졸(이학박사:지학수환경)
USGS 지하수조사과정 수료
(주)한서엔지니어링 대표이사
응용지질기술사, 지구물리기술사, 미국/Certified
현 : 연세대학교 지구시스템학과 객원교수
(사)대한지하수환경학회 회장
(사)물관력학술단체연합회 이사
환경부/중앙환경보전위원회 위원
건교부/중앙하천관리위원회 위원
환경부/먹는물자문위원회 . 지하수영향
조사심의위원회 위원
서울시 지하수관리위원회 부위원장
수도권매립지 기술자문위원

한 찬

서울대학교 지질과학과 졸(이학사:지질학)
서울대학교 대학원 졸(이학석사:지구화학)
서울대학교 대학원 박사과정 수료(지구화학:지하수환경)
현 : 한국수자원공사/수자원연구소 연구원
3D 지하수모델링 단기교육 강사

제1편 지하수오염의 심각성
제1장 서론
1.1 미국의 물관련법 중 지하수자원의 보호.관리와 문제점
1.2 지하수환경을 오염시키는 각종 유독성오염물질

제2편 지하수모델의 기본이론
제2장 지하수모델과 유한차분이론
2.1 모델
2.2 지하수유동
2.3 Laplace방정식
2.4 광역지하수흐름계
2.5 유한차분-정유흐름
2.6 Gauss-Seidel전산프로그램
2.7 경계조건
제3장 유한차분--정유흐름(포아송식)
3.1 서론
3.2 포아송식
3.3 소규모섬지역의 지하수함량문제
3.4 유한차분모델
3.5 Dupuit가정과 자유면대수층
3.6 수치해의 타당성입증
제4장 유한차분--부정유흐름
4.1 부정유흐름식
4.2 전향(혹은 양) 유한차분근사법
4.3 우향(흑은 음) 유한차분근사법
4.4 Dupuit가정을 기초로 한 자유면대수층
제5장 기타 해법
5.1 서 언
5.2 연립방정식과 행렬
5.3 삼각행렬
5.4 교대방향후향법
5.5 PRICKETT-LONNQUIS와 TRESCOTT-PINDER-LARSON모델
5.6 보정과 검증
제6장 지하수모델링과 모델설정방법
6.1 지하수모델과 모델링
6.2 지하수모델링의 목적
6.3 지하수모델의 종류
6.4 모델의 적용과 작업순서
6.5 지하수모델의 규약과 모델설정방법
6.6 지하수모델의 보정시 예측사례와 모델의 흐름
6.7 오차의 형태와 원인(수치모델의 정확도)
6.8 모델의 한계성
6.9 모델응용시 모델러들이 반드시 수행해야 할 사항

제3편 대표적인 3차원 지하수모델들
7.1 서론
7.2 대표적인 지하수거동모델인 MODFLOW의 기본이론
7.3 MODFOW프로그램설계
7.4 BASIC PACKAGE(BAS)
7.5 BLOCK-CENTERED PACKAGE(BCF2)
7.6 강패키지
7.7 함양패키지
7.8 우쿨패키지
7.9 배수로패키지
7.10 증발산패키지
7.11 일반 수두경계패키지
7.12 수평유동차수막 패키지
7.13 하천유수추적패키지
7.14 저투수성세립-협재지층의 저유패키지
7.15 각종 연산해법패키지
7.16 시간변동고정수두 패키지
7.17 기타 신규패키지
제8장 입자추적의 이론과 입력구조
8.1 서론
8.2 입자추적방법
8.3 MODPATH모델
8.4 입력파일
8.5 입자좌표출력파일
8.6 MODPATH와 MODPATH-PLOT실행에 필요한 자료파일
제9장 대표적인 오염물질의 지하거동모델(MT3D)과 입력구조
9.1 오염물질거동모델의 기본이론
9.2 Euler와 Lagrange해
9.3 수치분석의 구현
9.4 MT3D의 구조와 설계
9.5 입력방법

제4편 3차원모델링의 응용
제10장 지하수모델링의 종합예제
10.1 서론
10.2 예비예제: Visual MODFLOW프로그램의 속달을 위한 예제
10.3 예제1: Theis의 해와 모델격자간격이 모델링결과에 미치는 영향
10.4 예제2 : 이방성의 처리방법
10.5 예제3 : 피압-자유면 전환모델
10.6 예제4 : 정류상태의 모델링
10.7 예제5 : 물수지분석
10.8 예제6 : 모델보정과 유사성
10.9 예제7 : 중첩의 원리
10.10 예제8 : 하천유출량을 알고 있을때 st-st보정과 예측
10.11 예제9 : 부정류의 보정
10.12 예제10 : 준대수층의 처리방법과 수직이산
10.13 예제11 : 대표적인 수두종속경계(제3형 경계)
10.14 예제12 : 입자추적법과 포획구간
10.15 예제13 : 오염물질거동
10.16 예제14 : 불규칙다층구조 - 통합모델링(1)
10.17 예제15 : TCE의 누출로 오염된 지역의 정화대안모사 - 통합모델링(2)

제5편 수리특성인자
제11장 지하수개발가능량(최적채수량)산정방법
11.1 물수지분석방법에 의한 지하수함양량산정
11.2 기저유출분리법에 의한 지하수함양량
11.3 무강우지속일수 동안 지하수위감수곡선을 이용하는 방법
11.4 염소이온농도를 이용한 함양률산정
11.5 수학적인 전산모델링
11.6 지하수수역분석법
11.7 충적대수층에서 지하수개발시 충적대수층의 지하수저수지로서의 능력검토
제12장 결정질파쇄매체의 수리시험분석
12.1 파쇄결정질암의 특성
12.2 단공시험시 공벽효과의 우물저유효과에 따른 영향
12.3 균질매체에서 주입 및 수위강하 시험
12.4 균질대수층에서 수위회복(상승) 및 강하시험-회복시험
12.5 2중공극매체
12.6 분리단열대와 교차하는 시험정에서의 시험
12.7 순간충격반응시험
12.8 파쇄매체의 Moench법
12.9 비양수량(SPC)으로부터 투수량계수산정법

제6편 오염물질의 지하거동과 운명
제13장 비포화대내에서 오염물질의 거동과 운명
13.1 오염토양과 오염수리지질학
13.2 비포화대 내에서 물의 유동
13.3 비포화대 내에서 용질거동
13.4 NAPL
13.5 다상유동
13.6 LNAPL의 거동
13.7 지하수면상에 떠있는 LNAPL의 두께계산
13.8 DNAPL의 거동
13.9 지하환경에서 NAPL의 운명
13.10 비포화대내에서 유기오염물질의 거동지배식
제14장 포화대 내에서 오염물질의 거동과 운명
14.1 수리분산이론
14.2 다공질매체 내에서 비반응오염물질의 거동
14.3 수리분산식의 해석학적인 해
14.4 오염물질거동의 추계론적인 모형과 결정론적인 모형
14.5 반응물질의 비생물학적 작용과 저감능
14.6 유기오염물질의 종류와 분류
14.7 생물학적인 작용과 유기물질