KR101237925B1

KR101237925B1 - 지하수 프로파일 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101237925B1
Application number: KR1020110020979A
Authority: KR
Inventors: 하규철; 원용천
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-02-27
Also published as: US20120227482A1; JP5524161B2; JP2012189575A; KR20120103005A; EP2497897A3; EP2497897A2; EP2497897B1

Abstract

본 발명은 지하수 프로파일 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 지하수의 상태를 센싱하는 지하수 센서; 일단에 상기 지하수 센서가 연결되는 센서케이블을 구비하여 상기 지하수 센서를 수직방향으로 이동시키는 구동부; 상기 지하수 센서가 센싱한 센싱정보를 수신하여 저장하고, 상기 센싱정보를 지정된 서버로 송신하는 데이터로거; 및 태양에너지를 이용하여 전원을 생산하고, 생산된 전원을 상기 구동부 및 상기 데이터로거에 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면 관정의 깊이에 따른 지하수의 프로파일 자료를 지속적으로 수집할 수 있어 정확한 지하수 관련 자료를 더욱 효율적으로 수집할 수 있는 장점이 있다.

Description

지하수 프로파일 모니터링 시스템{Monitoring system for groundwater profile}

본 발명은 지하수 프로파일 모니터링 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지하수 센서 등을 이용하여 지하수 수질 등의 정보를 모니터링하기 위한 지하수 프로파일 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 해안에 인접한 대수층은 해양조석의 변화로 인해 지하수위는 주기적으로 상승과 하강을 반복하며, 해수의 높은 염도는 지하수와의 밀도차이를 발생시키며 해수가 담수 아래로 침투하는 현상이 나타난다.

이때, 담수와 염수가 만나는 경계부분에서 분산작용에 의해 혼합대(dispersion zone)가 나타나며, 이러한 혼합대의 위치, 모양, 범위는 시간, 대수층의 형태, 수리특성, 지하수의 배출량 등에 의해 결정된다.

또한, 해안 대수층은 여러 개의 층으로 이루어져 있기 때문에 매질의 불균질성, 저투수층의 불확실한 형태 및 위치, 그리고 이들의 연장성 등으로 인한 해수의 지하수로의 침투현상을 관측하기 위해서는 지하수 수질을 주기적, 수직적으로 모니터링을 수행하는 것이 필요하다.

우리나라에서는 해안도서지역의 안정적인 지하수 확보를 위해 해수침투를 사전에 예방하고자 전국적으로 100개 이상의‘해수침투관측망’을 운영하고 있다.

2006년 기준으로 131개소가 설치운영되고 있으며, 이들 지하수 수질은 여러 겹으로 이루어진 층상의 대수층이 지하에 분포하고 있기 때문에, 깊이별 지하수 수질은 다양하게 나타난다.

그러나, 현재의 모니터링 시스템은 초기에 설치된 한 지점에서만 수질을 관측할 수 있도록 되어 있기 때문에 적절한 해수침투 관측이 이루어 지지 못하고 있다. 특히, 불투수층/투수층이 여러 겹으로 분포하고 있는 불균질성이 심한 곳에서는 담수와 염수가 교호되고 있기 때문에 수직적인 모니터링 작업이 필수적이라고 하겠다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 일정한 시간간격으로 지하수 수질에 대한 프로파일 자료를 수집할 수 있으며, 불균질한 대수층에서의 해수침투 관측 또는 수직적인 지하수질 관측이 필요한 곳에서 지하수의 수질을 효과적으로 관측할 수 있는 지하수 프로파일 모니터링 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지하수의 상태를 센싱하는 지하수 센서; 일단에 상기 지하수 센서가 연결되는 센서케이블을 구비하여 상기 지하수 센서를 수직방향으로 이동시키는 구동부; 상기 지하수 센서가 센싱한 센싱정보를 수신하여 저장하고, 상기 센싱정보를 지정된 서버로 송신하는 데이터로거; 및 태양에너지를 이용하여 전원을 생산하고, 생산된 전원을 상기 구동부 및 상기 데이터로거에 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템을 제공한다.

여기서 상기 구동부는 상기 센서케이블을 권취하는 권취부, 상기 권취부를 회전시키는 권취모터 및 상기 권취모터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 권취모터를 구동시켜 상기 지하수 센서를 상승 또는 하강시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는 상기 센서케이블이 상기 권취부에 고르게 감기도록 가이드하는 케이블가이드, 상기 케이블가이드에 연결되어 상기 케이블가이드의 이동경로를 가이드하는 가이드레일, 상기 케이블가이드의 대향하는 양측에 각각 연결되는 이송케이블 및 상기 제어부에 의해 선택적으로 구동되고, 각각의 상기 이송케이블을 견인하여 상기 케이블가이드를 좌우방향으로 이동시키는 한 쌍의 가이드모터를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 가이드레일에는 서로 마주보며 배치되는 한 쌍의 이동제한부가 결합되고, 상기 케이블가이드는 상기 이동제한부에 의해 이동범위가 제한되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동제한부는 상기 케이블가이드가 미리 정해진 거리 이내로 접근하면 이에 대한 센싱신호를 송신하는 근접감지부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 센싱신호를 수신하여 구동중인 어느 일측의 상기 가이드모터를 정지시키고 타측의 상기 가이드모터를 구동시켜, 상기 케이블가이드가 진행하던 방향의 반대방향으로 이동하도록 할 수 있다.

또한, 상기 이동제한부는 상기 케이블가이드에 접하여 작동되는 전환스위치를 구비하고, 상기 제어부는 상기 전환스위치의 접점신호를 수신하여 구동중인 어느 일측의 상기 가이드모터를 정지시키고 타측의 상기 가이드모터를 구동시켜, 상기 케이블가이드가 진행하던 방향의 반대방향으로 이동하도록 할 수 있다.

또한, 상기 케이블가이드는 상기 센서케이블의 권취길이를 측정하여 상기 지하수센서의 깊이를 산출하는 깊이측정부를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면 관정의 깊이에 따른 지하수의 프로파일 자료를 지속적으로 수집할 수 있어 정확한 지하수 관련 자료를 더욱 효율적으로 수집할 수 있는 장점이 있다. 또한, 시스템의 운영을 위한 별도의 송전시스템을 구비할 필요가 없어 전력수급이 용이하지 않은 지역에서도 용이하게 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템의 구동부를 도시한 도면이다.
도 3은 구동부의 일부분을 도시한 도면이다.
도 4는 구동부의 측면을 도시한 도면이다.
도 5는 케이블가이드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 지하수센서의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 데이터로거의 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템의 구동부를 도시한 도면이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템(100)을 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템(100)은 구동부(110), 지하수센서(140), 전원공급부(150) 및 데이터로거(160)를 포함한다.

구동부(110)는 센서케이블(118)을 구비하여 센서케이블(118)의 일단에 연결된 지하수 센서(140)를 수직방향, 즉, 도 1에서의 상하방향으로 이동시킨다.

더욱 구체적으로 설명하면, 구동부(110)는

중심에 축이 삽입되고 상기 축을 중심으로 회전하여 케이블(118)을 권취하는 권취부(112)와 권취부(112)를 회전시키는 권취모터(114)를 구비하며, 권취부(112)와 권취모터(114)는 지지프레임(116)에 의해 지지된다.

또한, 구동부(110)는 권취모터(114)의 구동간격과 회전방향을 제어하는 제어부를 구비하는데, 제어부(115)는 미리 정해진 시간 간격에 따라 권취모터(114)를 구동시켜 지하수 센서(140)를 상승 또는 하강시킨다.

지하수센서(140)는 지하수의 상태를 센싱하는 것으로, 구체적으로는 지하수의 수위, 온도, 전기전도도, 총용존고용물질(TDS: Total Dissolved Solide) 및 용존산소 등과 관련된 정보를 수집하여 데이터로거(160)로 송신한다.

이때, 지하수센서(140)는 미리 정해진 시간간격에 따라 지하수의 상태를 센싱하도록 설정하는 것이 가능하며, 무선통신수단을 구비하여 데이터로거(160)로 수집된 정보를 송신하도록 하는 것이 바람직하다.

지하수센서(140)는 자신이 위치한 곳의 깊이를 측정하는 깊이센서를 자체적으로 구비할 수 있다. 이 경우 후술하는 깊이측정부(132)를 구비하지 않고도 지하수센서(140)의 깊이를 확인할 수 있다.

전원공급부(150)는 태양에너지를 이용하여 전원을 생산하는 태양광 발전수단 또는 태양열 발전수단으로 구현될 수 있으며, 바람직하게 전원공급부(150)는 축전수단을 구비한 태양광 또는 태양열 발전수단으로 구현한다.

전원공급부(150)는 구동부(110) 및 데이터로거(160) 등과 같이 전원의 공급이 필요한 부분에 생산된 전원을 공급한다.

이와 같이 전원공급부(150)를 태양에너지를 이용하는 발전장치로 구현하면, 전기시설이 갖추어지지 않아 전원의 공급이 어려운 지역에서도 용이하게 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템(100)을 설치하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 프로파일 모니터링 시스템(100)의 경우, 미리 정해진 일정 시간 간격에 따라 구동부(110) 및 데이터로거(160) 등이 구동하기 때문에 소비되는 전력은 매우 적다.

따라서, 기상변화에 따라 발전량의 차이를 보이는 태양광 또는 태양열 발전수단으로 전원공급부(150)를 구현하여도, 이미 발전되어 축전된 전력을 이용하여 전원공급이 필요한 각 부분에 충분한 전원을 안정적으로 공급하는 것이 가능하다.

데이터로거(160)는 지하수 센서(140)가 센싱하여 수집한 센싱정보를 수신하여 저장하고, 센싱정보를 지정된 서버(미도시)로 송신한다.

데이터로거(160)는 지하수 센서(140) 및 상기 서버(미도시)와 무선통신수단을 통해 데이터를 송수신하도록 구비된다. 예를 들어, 데이터로거(160)는 CDMA(Code-Division Multiple Access) 모뎀을 구비하고 이를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 것이 가능하다.

데이터로거(160)는 일정한 수준의 전원이 공급되지 않거나, 낙뢰 등에 의해 기기이상이 발생하여 데이터의 송수신 등이 원활히 수행되지 않을 경우 상기 CDMA모뎀을 통하여 이상신호를 관리자 및 이용자에게 송신하도록 구비된다.

도 3은 구동부의 일부분을 도시한 도면이고, 도 4는 구동부의 측면을 도시한 도면이며, 도 5는 케이블가이드의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

구동부(110)는 센서케이블(118)이 권취부(112)에 고르게 감기도록 가이드하여 권취되는 센서케이블(118)이 권취부(112)의 어느 한쪽에만 집중적으로 감기는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 구동부(110)는 케이블가이드(120)와 케이블가이드(120)를 구동시키기 위한 구성을 더 구비한다.

이하 도 3 내지 도 5를 참고하여 케이블가이드(120) 및 케이블가이드(120)를 구동시키기 위한 구성에 대해 설명한다.

케이블가이드(120)는 센서케이블(118)이 권취되는 위치를 가이드하기 위해 좌우방향으로 이동하는 동안 센서케이블(118)이 케이블가이드(120)에서 이탈되는 것을 방지하기 위한 홈을 구비한다.

도 5에 도시된 바와 같이 케이블가이드(120)는 내륜과 외륜 사이에 베어링이 개재된 형태로 형성될 수 있으며, 센서케이블(118)에 의해 내륜이 회전하고 외륜에는 이송케이블(126)이 연결되는 형태로 구비될 수 있다.

케이블가이드(120)는 가이드레일(122)에 연결된 상태로 가이드레일(122)의 축방향을 따라 좌우방향으로 이동된다. 이때, 가이드레일(122)은 지지프레임(116)에 결합되어 지지되며, 권취부(112)의 축방향과 평행하게 배치된다.

케이블가이드(120)의 대향하는 양측면, 즉, 도 3에서 케이블가이드(120)의 좌측면과 우측면에는 이송케이블(126)이 각각 연결된다.

이송케이블(126)은 지하수 프로파일 모니터링 시스템(100)의 좌측과 우측에 각각 하나씩 구비된 한 쌍의 가이드모터(124)에 의해 각각 견인됨으로써 케이블가이드(120)가 좌우방향으로 이동될 수 있게 되는 것이다.

이때, 가이드레일(122)에는 서로 마주보며 배치되는 한 쌍의 이동제한부(128)가 결합될 수 있다.

이동제한부(128)는 가이드레일(122)을 따라 좌우로 이동하는 케이블가이드(120)가 권취부(112)의 권취범위를 벗어나게 되는 것을 방지한다. 즉, 케이블가이드(120)의 이동범위는 이동제한부(128)에 의해 제한되는 것이다.

이러한 이동제한부(128)는 센서케이블(118)이 권취되는 공간인 권취부(112) 내부의 좌우폭에 대응되는 위치에 배치된다.

한편, 케이블가이드(120)를 이동시키는 한 쌍의 가이드모터(124)는 제어부(115)의 제어를 받아 선택적으로 구동된다.

이를 위해 이동제한부(128)에는 케이블가이드(120)가 미리 정해진 거리 이내로 접근하면 이에 대한 센싱신호를 제어부(115)로 송신하는 근접감지부(130)를 구비한다.

제어부(115)는 상기 센싱신호를 수신하면 구동중인 어느 일측의 가이드모터(124)를 정지시키고 반대편의 가이드모터(124)를 구동시킴으로써, 케이블가이드(120)가 진행하고 있던 방향의 반대방향으로 이동하도록 한다.

예를 들어, 도 2의 좌측에 구비된 가이드모터(124)가 구동되어 케이블가이드(120)가 좌측으로 견인되는 동안에는 우측의 가이드모터(124)는 정지된 상태를 유지한다. 이 상태에서 케이블가이드(120)가 계속해서 좌측으로 이동하여 근접감지부(130)가 케이블가이드(120)의 접근상태를 감지하면 이에 대한 센싱신호는 제어부(115)로 송신되고, 제어부(115)는 구동중이던 좌측의 가이드모터(124)를 정지시키고 우측의 가이드모터(124)를 구동시킨다. 우측의 가이드모터(124)가 구동되면 케이블가이드(120)는 우측으로 견인되어 이동되는 것이다.

이러한 방식에 의해 케이블가이드(120)는 좌우로 왕복하며 이동하면서 센서케이블(118)이 권취부(112)에 고르게 감기도록 하는 것이다.

이동제한부(128)는 근접감지부(130) 대신 케이블가이드(120)에 접하여 작동되는 전환스위치(미도시)를 구비하고, 상기 전환스위치의 접점신호를 수신한 제어부(115)에 의해 각각의 가이드모터(124)가 상기와 같이 선택적으로 구동되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 케이블가이드(120)는 센서케이블(118)의 권취길이를 측정하여 관정에 삽입된 지하수센서(140)의 깊이를 산출하는 깊이측정부(132)를 더 구비할 수 있다.

이러한 깊이측정부(132)는 센서케이블(118)에 접하여 회전하는 릴을 구비한 장치나 엔코더 등의 장비를 이용하여 구현될 수 있다.

깊이측정부(132)에 의해 측정된 지하수센서(140)의 깊이정보는 깊이측정부(132)에 구비된 무선통신수단에 의해 데이터로거(160)로 전송된다.

도 6은 지하수센서의 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 데이터로거의 예를 나타낸 도면인 바, 지하수센서(140)와 데이터로거(160)는 도시된 형태와 같이 제작된 제품을 이용하는 것이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 지하수 프로파일 모니터링 시스템
110 : 구동부 112 : 권취부
114 : 권취모터 116 : 지지프레임
118 : 센서케이블 120 : 케이블가이드
122 : 가이드레일 124 : 가이드모터
126 : 이송케이블 128 : 이동제한부
130 : 근접감지부 132 : 깊이측정부
140 : 지하수센서 150 : 전원공급부
160 : 데이터로거

Claims

지하수의 상태를 센싱하는 지하수 센서;
일단에 상기 지하수 센서가 연결되는 센서케이블을 구비하여 상기 지하수 센서를 수직방향으로 이동시키는 구동부;
상기 지하수 센서가 센싱한 센싱정보를 수신하여 저장하고, 상기 센싱정보를 지정된 서버로 송신하는 데이터로거; 및
태양에너지를 이용하여 전원을 생산하고, 생산된 전원을 상기 구동부 및 상기 데이터로거에 공급하는 전원공급부를 포함하되,
상기 구동부는 상기 센서케이블을 권취하는 권취부, 상기 권취부를 회전시키는 권취모터, 미리 정해진 시간 간격에 따라 상기 권취모터를 구동시켜 상기 지하수 센서를 상승 또는 하강시키는 제어부, 상기 센서케이블이 상기 권취모터에 고르게 감기도록 가이드하는 케이블가이드, 상기 케이블가이드에 연결되어 상기 케이블가이드의 이동경로를 가이드하는 가이드레일, 상기 케이블가이드의 대향하는 양측에 각각 연결되는 이송케이블 및 상기 제어부에 의해 선택적으로 구동되고 각각의 상기 이송케이블을 견인하여 상기 케이블가이드를 좌우방향으로 이동시키는 한 쌍의 가이드모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 가이드레일에는 서로 마주보며 배치되는 한 쌍의 이동제한부가 결합되고,
상기 케이블가이드는 상기 이동제한부에 의해 이동범위가 제한되는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 이동제한부는
상기 케이블가이드가 미리 정해진 거리 이내로 접근하면 이에 대한 센싱신호를 송신하는 근접감지부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 센싱신호를 수신하여 구동중인 어느 일측의 상기 가이드모터를 정지시키고 타측의 상기 가이드모터를 구동시켜, 상기 케이블가이드가 진행하던 방향의 반대방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 이동제한부는
상기 케이블가이드에 접하여 작동되는 전환스위치를 구비하고,
상기 제어부는 상기 전환스위치의 접점신호를 수신하여 구동중인 어느 일측의 상기 가이드모터를 정지시키고 타측의 상기 가이드모터를 구동시켜, 상기 케이블가이드가 진행하던 방향의 반대방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 케이블가이드는
상기 센서케이블의 권취길이를 측정하여 상기 지하수센서의 깊이를 산출하는 깊이측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 지하수 프로파일 모니터링 시스템.