심부 균열암반 시추공에서의 이중패커 기반 수리화학 조사: 국내외 사례 및 적용 제한 요인 분석

Double-packer-based Hydrochemical Investigations in Deep Fractured Rock Boreholes: Case Studies and Application Constraints

본 연구는 고준위방사성폐기물 처분 후보 부지의 수리화학 특성을 정밀하게 규명하기 위해, 심부 균열암반 시추공에서의 이중 패커 기반 지하수 채취 기술의 원리, 적용 절차, 국내외 적용 사례 및 기술적 제한 요인을 종합적으로 분석하였다. 심부 지하수의 수리화학 특성은 처분 시스템의 장기 안전성 확보를 위해 반드시 파악되어야 할 핵심 변수로, 신뢰도 높은 시료 확보를 위한 정밀한 채취 기술과 정량적 수행 기준이 함께 수반되어야 한다. 연구 결과, 시추공 설계 및 시료 채취 전 사전 계획 수립의 중요성과 함께, 교란수 제거, 현장 수질 안정화, 폐쇄계 채수 환경 유지 등 각 수행 단계에서 고려해야 할 기술적 요건을 제시하였다. 또한 스웨덴, 스위스, 일본 등 처분 선도국의 적용 사례를 정리하고, 국내 적용 사례와 비교함으로써 기술 수준의 차이와 운용 절차의 정교화 정도를 분석하였다. 더불어 복잡한 균열망에 따른 유동 단락, 극저투수성 구간의 양수 한계, 고밀도 균열대에서의 물리적 안정성 저하, 심부 고압 조건에서의 장비 성능 한계 등 주요 기술적 제한 요인을 정리하고, 이에 대한 대응 방향과 국내 기술 고도화를 위한 보완 과제를 제안하였다.

This study presents a comprehensive analysis of the principles, application procedures, domestic and international case studies, and application constraints of double-packer-based groundwater sampling in deep fractured rock boreholes, with the aim of precisely identifying the hydrochemical characteristics of the candidate sites for the disposal of high-level radioactive waste. The hydrochemical characteristics of deep groundwater are crucial factors that must be identified to ensure the long-term safety of the disposal system. To obtain reliable data on these factors, both precise groundwater sampling techniques and clearly defined quantitative criteria for the application procedures must be established and implemented. The results of this study highlight the technical requirements that must be considered at each stage of the groundwater sampling process, which include drilling methods, preliminary planning before the sampling, removal of drilling-disturbed fluid, stabilization of water quality, and maintenance of closed-system sampling conditions. In addition, application cases from leading countries in geological disposal, such as Sweden, Switzerland, and Japan, were reviewed and compared with domestic cases to analyze differences in technological maturity and the level of procedural refinement. Furthermore, key technical limitations were identified, including short-circuiting caused by fracture networks, pumping constraints in ultra-low permeability zones, reduced mechanical stability in highly fractured zones, and equipment performance limitations under highpressure deep subsurface conditions. Based on these findings, potential countermeasures and supplementary tasks were proposed to address these challenges and enhance domestic technological capabilities.