KR101142005B1 - 수직정 집수공법 및 이를 이용한 수직정 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하수 확보를 위한 방법으로서 수직정 집수공법을 개시한다. 본 발명에 따른 수직정 집수공법은, 지질조사를 통해 선정된 위치에서 경암층에 도달할 때까지 수직정을 굴착하는 단계; 수직정의 내부에 콘크리트관을 설치하는 단계; 수직정의 바닥면 또는 측면 하단부에서 수직선에 대하여 0도 내지 45도의 각도로 다수의 집수공을 굴착하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 집수공법은, 경암층에 형성된 수직정에서부터 다시 하방으로 다수의 굴착공을 형성하여 경암층의 내부에 존재하는 피압수를 집수하는 방식이어서, 지표수의 영향을 거의 받지 않는 경암층 내부의 피압수를 집수하는 데 효과적으로 사용될 수 있다. 즉, 지표수가 거의 존재하지 않는 지역에서 지하수를 확보하는데 유용하게 활용될 수 있다.

지하수, 피압수, 수직정

Description

수직정 집수공법 및 이를 이용한 수직정 구조{Water collecting method using vertical well and vertical well structure thereof}

본 발명은 수직정을 굴착하여 지하암반수를 집수하는 공법에 관한 것으로서, 구체적으로는 수직정을 굴착한 후에 수직정의 바닥에서 하방으로 다수의 집수공을 형성하는 수직정 집수 공법에 관한 것이다.

지하수는 눈이나 비가 지하로 스며든 후 지중의 불투수층에 의해 정체되어 집적된 것으로서, 통상 자갈, 모래, 점토나 이들의 혼합물로 이루어진 미고결된 암석의 틈새에 함유된 간극수와 고결된 암석의 절리나 파쇄대를 따라 존재하는 열극수로 구분될 수 있다.

본 발명은 이러한 지하수를 개발하여 수자원으로 활용하기 위한 집수공법에 관한 것이다. 예전에는 풍화,퇴적층 내의 대수층까지 굴착하여 지하수를 확보하는 경우가 대부분이었으나, 지하수의 수질이나 수량이 주변 환경에 큰 영향을 받기 때문에 안정적인 수자원으로 활용하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 최근에는 보다 깨끗한 지하수를 확보하기 위하여 고결된 암반속의 대수층까지 굴착하는 경우가 늘어나고 있다. 그런데 암반대수층에서 지하수를 확보하기 위해서는 경암층까지 우물을 굴착해야 하는데 경암층까지 우물을 굴착하고서도 대수층을 관통하지 못하는 경우에는 막대한 비용손실을 감수해야 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 경암층까지 수직정호를 굴착한 후에 수직정호에서 수평방향으로 다수의 수평굴착공을 방사상으로 굴착함으로써 집수확률을 높이는 방법이 소개되기도 하였다. 그러나 이 방법은 연암층과 경암층 사이의 암반수를 집수하기 위한 것이어서 연암층과 경암층 사이에 암반수가 존재할 가능성이 큰 지역, 즉, 하천이나 계곡과 같이 지표수가 흐르는 지역의 주변에서 시행해야만 효과를 얻을 수 있고, 지표수가 없는 지역에서 지하수를 집수하는 데는 적용하기 어려운 방법이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주변에 지표수가 흐르지 않는 지역에서도 지하암반수를 효과적으로 집수할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 지질조사를 통해 선정된 위치에서 경암층에 도달할 때까지 수직정을 굴착하는 단계; 수직정의 내부에 콘크리트관을 설치하는 단계; 수직정의 바닥면 또는 측면 하단부에서 수직선에 대하여 0도 내지 45도의 각도로 집수공을 굴착하는 단계를 포함하는 수직정 집수공법을 제공한다.

또한 본 발명은, 하단부가 경암층의 내부까지 형성된 수직정; 상기 수직정의 내부에 설치된 콘크리트관; 상기 수직정의 바닥면 또는 측면 하단부에서 수직선에 대하여 0도 내지 45도의 각도로 형성된 집수공을 포함하는 수직정 구조를 제공한다.

본 발명에 따른 집수공법은, 경암층에 형성된 수직정에서부터 다시 하방으로 다수의 굴착공을 형성하여 경암층의 내부에 존재하는 피압수를 집수하는 방식이어서, 지표수의 영향을 거의 받지 않는 경암층 내부의 피압수를 집수하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 즉, 지표수가 거의 존재하지 않는 지역에서 지하수를 확보하는데 유용하게 활용될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 수직정 집수공법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직정 집수공법의 순서도이고, 도 2는 수직정 집수공법이 적용된 지층의 단면도이고, 도 3은 수직정(10)의 구조를 확대하여 도시한 단면도이다.

먼저 지질조사를 통해 지하수가 존재할 가능성이 높은 지역을 선정한다. 특히 본 발명은 주변에 지표수가 흐르지 않는 지역에서도 지하수를 확보하기 위한 것이므로 지질조사는 주로 단층지대에 존재하는 파쇄대나, 불투수층과 투수층이 반복되는 지점을 발견하는데 초점을 두고 진행되어야 한다. (ST11)

지질조사 결과 지하수 부존 가능성이 높은 지역이 선정되면, 수직정(10)을 굴착한다. 수직정(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 표층(52), 풍화퇴적암층(54) 및 보통암층(또는 연암층)(56)을 지나 경암층(58)에 도달할 때까지 수직으로 20~30m 정도 굴착된다. (ST12)

수직정(10)을 굴착한 후에는 표층(52), 풍화퇴적암층(54). 보통암층(56) 등이 내부로 무너지는 것을 방지하기 위하여 원형의 콘크리트관(20)을 수직정(10)의 내부로 다수 개 삽입 및 적층하여 측벽을 형성한다. 이때 콘크리트관(20)은 2~5m의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

콘크리트관(20)은 수직정(10)의 바닥까지 설치될 수도 있으나, 경암층(58)은 매우 단단하여 그 자체로서 내력벽의 기능과 저수탱크의 기능을 수행하므로 보통암층(56)까지만 콘크리트관(20)을 설치하는 것이 바람직하다. (ST13)

콘크리트관(20)을 설치한 후에는 수직정(10)의 바닥에서 하방으로 다수의 집수공(30)을 굴착한다. 이러한 집수공(30)은 단단한 경암층의 내부에 형성되는 것이어서 별다른 집수관을 삽입하거나 보강재를 설치하지 않더라도 자연스럽게 집수통로의 역할을 하게 된다.

이때 집수확률을 높이기 위하여 각 집수공(30)은 서로 다른 방향으로 설치되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 집수공(30)은 100~200m 정도의 길이로 굴착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

경암층(58)의 내부에도 투수층과 불투수층이 반복해서 존재하는 경우가 많고, 특히 단층지역의 경우에는 파쇄대에 다량의 지하수가 함유되어 있을 가능성이 매우 높다. 따라서 수직정(10)의 바닥에서 하방으로 다양한 방향의 집수공(30)을 굴착함으로써 집수확률을 크게 높일 수 있다.

또한 본 발명의 집수공법은 주변에 지표수가 없는 지역에서 적용하기 위한 것이므로 수평방향으로 집수공을 굴착하여서는 집수 가능성이 매우 낮아진다. 따라서 사전에 지질조사를 철저히 하여 지하수 부존 가능성이 있는 지역을 엄격하게 선정한 후에 수직선을 기준으로 0도 내지 45도의 범위내에서 집수공(30)을 굴착하는 것이 바람직하다. (ST14)

도 2에 도시된 바와 같이 굴착된 집수공(30)이 예를 들어 파쇄대(59) 등의 대수층을 관통하면, 대수층의 지하수가 집수공(30)을 따라 수직정(10)의 내부로 집 수된다. 특히 경암층(68)의 내부에 지하수를 함유한 투수층과 불투수층이 교대로 존재하거나 지하수를 함유한 파쇄대(59)가 존재하면, 이들 영역에 존재하는 지하수는 대기압보다 높은 압력을 받기 때문에 집수공(30)을 통해 빠르게 분출되어 수직정(10)의 내부로 집수된다. 이러한 영역의 지하수를 피압지하수(또는 피압수)라 한다. (ST15)

다수의 집수공(30)을 통해 수직정(10)의 내부로 충분한 피압수가 집수되면, 집수공(30) 굴착을 중단하고, 오염된 지하수의 유입을 방지하기 위하여 콘크리트관(20)의 측면과 지층의 사이에 소결제를 주입하여 그라우팅을 한다. 이어서 수직정(10)의 내부에 수중모터(24)와 집수파이프(22)를 설치하여 수직정(10)의 내부에 집수된 물을 외부로 공급한다. (ST16)

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 수정 또는 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 전술한 실시예 뿐만 아니라 이와 균등하거나 등가적으로 변형된 사항들을 모두 포함한다고 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직정 집수공법을 나타낸 순서도

도 2는 본 발명의 수직정 집수공법이 적용된 지층의 단면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 굴착된 수직정을 확대한 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 수직정 20: 콘크리트관

22: 집수파이프 24: 수중모터

30: 집수공 52: 표층

54: 풍화암층 56: 보통암층

58: 경암층 59: 파쇄대

Claims (2)

1. 지질조사를 통해 선정된 위치에서 경암층에 도달할 때까지 수직정을 굴착하는 단계;

   수직정의 내부에 콘크리트관을 설치하는 단계;

   수직정의 바닥면 또는 측면 하단부에서 수직선에 대하여 0도 내지 45도의 각도로 상기 경암층의 내부에 집수공을 굴착하는 단계;

   피압수가 상기 집수공을 통해 상승하여 상기 수직정의 내부로 집수되는 단계

   를 포함하는 수직정 집수공법
2. 하단부가 경암층의 내부까지 형성된 수직정;

   상기 수직정의 내부에 설치된 콘크리트관;

   상기 수직정의 바닥면 또는 측면 하단부에서 수직선에 대하여 0도 내지 45도의 각도로 상기 경암층의 내부에 형성된 집수공;

   을 포함하며, 피압수가 상기 집수공을 통해 상승하여 상기 수직정의 내부로 집수되는 것을 특징으로 하는 수직정 구조

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