KR101239692B1

KR101239692B1 - 토양 투수계수 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR101239692B1
Application number: KR1020110053924A
Authority: KR
Inventors: 이대성
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2013-03-06
Also published as: KR20120134773A

Abstract

본 발명에 따른 토양 투수계수 측정장치는 좌측에 가스 유입구가 형성되고, 우측에 가스 유출구가 형성되며, 상기 가스 유입구를 통해 질소가스가 내부에 주입되는 가스 실린더와, 상기 가스실린더의 하부에 결합되어 내부에 물이 주입되고 상기 가스 실린더로부터 질소가스의 압력에 의해 하단에 형성된 물 유출공을 통해 물이 유출되는 워터 실린더와, 상기 워터 실린더로부터 물이 내부로 유동되도록 유동 통로가 형성되어 워터 실린더의 하부에 결합되는 관입 로드와, 상기 관입 로드의 하단에 결합되어 상기 워터 실린더로부터 상기 관입 로드를 통해 투수계수를 측정하고자 하는 지반으로 물이 유출되도록 다수의 환상 슬릿이 적층되어 형성되는 유출봉을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

토양 투수계수 측정장치 및 측정방법{Device for measuring hydraulic conductivity and method thereof}

본 발명은 토양 투수계수 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장에서 직접 토양의 투수계수를 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지하수 개발 또는 지반 내의 오염물질 확산과정의 추적 등을 위해 토양의 투수계수 측정이 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 토양의 투수계수를 측정하기 위한 종래의 방법으로서는 현장에서 시추공을 천공한 다음 투수계수를 얻고자 하는 깊이에서 토양 샘플을 채취하여 실험실에서 투수계수를 측정하는 방법이 많이 이용되어 왔다.

그러나, 이와 같이 현장에서 채취한 토양 샘플을 실험실로 운반하여 투수계수를 측정할 경우 샘플의 변형 등으로 인해 현장에서의 실제 투수계수와 차이가 날 수 있는 문제점이 있고, 투수계수를 얻기 위해 수 일이 걸리는 등 비교적 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점으로 인해 현장에서 직접 투수계수를 측정하는 방법 또한 시도되고 있으나, 한 곳에서 깊이를 달리하여 연속적으로 투수계수를 측정하는 것은 실질적으로 곤란하였다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 현장에서 직접 투수계수를 측정함과 동시에 깊이를 달리하여 연속적으로 투수계수를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 토양 투수계수 측정장치는,

좌측에 가스 유입구가 형성되고, 우측에 가스 유출구가 형성되며, 상기 가스 유입구를 통해 질소가스가 내부에 주입되는 가스 실린더와, 상기 가스실린더의 하부에 결합되어 내부에 물이 주입되고 상기 가스 실린더로부터 질소가스의 압력에 의해 하단에 형성된 물 유출공을 통해 물이 유출되는 워터 실린더와, 상기 워터실린더로부터 물이 내부로 유동되도록 유동 통로가 형성되어 워터 실린더의 하부에 결합되는 관입 로드와, 상기 관입 로드의 하단에 결합되어 상기 워터 실린더로부터 상기 관입 로드를 통해 투수계수를 측정하고자 하는 지반으로 물이 유출되도록 다수의 환상 슬릿이 적층되어 형성되는 유출봉을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유출봉(도1)의 하단에는 역 원뿔형상의 관입콘이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 워터 실린더의 외주면에는 유량을 측정할 수 있도록 눈금이 형성된다.

또한, 상기 유출봉(도 2)은 토양의 변형을 최소화하기 위해 하부로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 형성되고 하단부에 다수의 환상 슬릿이 일정 간격 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 토양 투수계수 측정방법은 하부에 유출봉이 결합된 관입 로드를 토양에 관입시키는 단계와, 상기 관입 로드의 상부에 워터 실린더와 가스 실린더를 결합시키는 단계와, 상기 가스 실린더에 주입된 질소 가스의 압력에 의해 워터 실린더에 주입된 물을 관입 로드를 거쳐 외주면에 다수의 환상 슬릿이 적층되는 유출봉을 통해 유출시키는 단계와, 상기 워터 실린더로부터 유출되는 물의 유량을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 소정 깊이에서 측정이 완료된 다음 측정 깊이를 변화시켜 투수계수를 측정하기 위해 기매립된 관입 로드로부터 워터 실린더와 가스 실린더를 제거하는 단계와, 기매립된 관입 로드의 상부에 또 다른 관입 로드를 결합시키는 단계와, 또 다른 관입 로드를 토양에 관입시키는 단계와, 또 다른 관입 로드의 상부에 워터 실린더와 가스 실린더를 결합시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 현장에서 깊이를 달리하면서 연속적으로 투수계수를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 질소가스를 이용함으로써 빠른 시간 내에 측정이 가능한 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 토양 투수계수 측정장치를 도시한 도면이고,
도2는 도1에서 유출봉의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토양 투수계수 측정장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 토양 투수계수 측정장치를 보여주는 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 토양 투수계수 측정장치는 가스 실린더(10)와, 가스 실린더(10)의 하부에 결합되는 워터 실린더(20)와, 워터 실린더(20)의 하부에 결합되는 관입 로드(30)와, 관입 로드(30)의 하단에 결합되는 유출봉(40)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 가스 실린더(10)는 내부에 질소 가스가 충진되는 곳으로, 좌측에 가스 유입밸브가 구비된 가스 유입구(11)가 형성되고, 우측에는 가스 유출밸브가 구비된 가스 유출구(12)가 형성된다. 또한, 가스 실린더(10)의 하부에는 워터 실린더(20)로 물을 주입하기 위해 물 유입밸브가 구비된 물 유입구(13)가 형성되고, 가스 실린더(10)의 상부에는 내부의 가스 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(14)가 설치된다.

상기 워터 실린더(20)는 가스 실린더(10)의 하부에 결합되어 내부에 물이 유입되는 곳으로, 외주면에는 세로로 유량을 측정할 수 있도록 눈금(22)이 새겨져 있고, 상부에는 정확한 측정을 위해 필요시 공기를 배출시키도록 공기 배출밸브가 구비된 공기 배출구(21)가 형성되며, 하단에는 워터 실린더(20)로부터 물이 관입 로드(30)로 유출되는 물 유출공(23)이 형성된다. 가스 실린더(10)와 워터 실린더(20) 사이 및 워터 실린더(20)와 관입 로드(30) 사이에는 각각 기밀 커플러(15,24)가 결합된다.

상기 관입 로드(30)는 하부에 유출봉이 결합되어 측정초기에 관입기(미도시)에 의해 토양에 매립되는 것으로, 내부에는 워터 실린더(20)로부터 유출된 물이 이동되는 유동 통로가 형성되고, 워터 실린더(20)의 하부와 탈부착 가능하게 결합되도록 나사결합된다.

상기 유출봉(40)은 관입 로드(30)의 하단에 결합되어 워터 실린더(20)로부터 관입 로드(40)를 통해 투수계수를 측정하고자 하는 지반으로 물이 유출되도록 하는 것으로, 외주면에 다수의 환상(環像, annular) 슬릿(41)(slit)이 일정간격으로 적층되어 형성된다. 이에 의해 워터 실린더(20)로부터 물이 다수의 슬릿(41)을 통해 토양으로 유출되게 된다. 유출봉(40)의 하단에는 토양으로의 관입을 용이하게 하기 위해 역원뿔 형상의 관입콘(50)이 결합된다.

한편, 도2는 유출봉(40)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도2에 도시된 유출봉(40)은 하부로 갈수록 직경이 점차 작아지는 역원뿔 형상(42)으로 이루어지고 하단부에 다수의 환상 슬릿(41)이 일정 간격 길이방향으로 형성되어 있다. 도2에 도시된 유출봉(40)은 긴 역원뿔 형상으로 이루어져 토양으로의 관입이 보다 용이하고 별도의 관입콘이 불필요한 장점과 토양의 변형을 최소화하는 장점을 가진다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 토양 투수계수 측정장치를 이용하여 토양의 투수계수를 측정하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 하부로부터 순차 결합되는 관입콘(50), 유출봉(40) 및 관입 로드(30)를 별도의 관입기(도면 미도시)를 이용하여 투수계수를 측정하고자 하는 토양에 수직으로 관입시킨다.

관입 단계가 완료되면, 관입 로드(30)로부터 관입기를 분리시킨 다음 관입 로드(30)의 상부에 워터 실린더(20)와 가스 실린더(10)를 결합시킨다.

그 다음, 물 유입구(13)를 통해 워터 실린더(20)에 물을 주입하고, 가스 실린더(10)에 가스 유입구(11)를 통해 질소 가스를 소정 압력으로 주입하여 유출봉(40)의 외주면에 형성된 다수의 환상 슬릿(41)을 통해 물을 유출시킨다.

이와 같이 유출봉(40)을 통해 물을 유출시키면서 워터 실린더(20)로부터 유출봉(40)을 통해 유출되는 물의 시간당 유량을 워터 실린더(20)의 외주면에 형성된 눈금을 통해 측정한다.

유출되는 물의 시간당 유량이 측정되면 원하는 측정 깊이에서 투수계수는 다음의 수식으로 도출될 수 있다(이 때 질소가스의 압력은 물기둥의 높이로 환산하여 Δh 에 반영될 수 있다).

------------------(식1)

여기서,

K : 투수계수

Q : 시간당 유량

Δh : 워터 실린더(20)에서 지하수위(W)까지의 깊이

a_s : 유효 반경

a : 유출봉(40)의 반경

l : 유출봉(40)의 길이

이와 같은 과정에 의해 소정 깊이에서 투수계수를 측정하게 되고, 측정이 완료된 후에는 측정 깊이를 달리하여 연속적으로 측정을 수행하기 위해 다음의 과정을 거친다. 먼저, 소정 깊이에서 측정이 완료된 후 두 기밀 커플러(15,24)를 분리하여 관입 로드(30)로부터 워터 실린더(20)와 가스 실린더(10)를 제거한 다음 기매립된 관입 로드(30)의 상부에 또 다른 관입 로드(30)를 연결하여 관입기를 통해 토양에 관입시킨다. 그 다음, 또 다른 관입 로드(30)의 상측에 워터 실린더(20)와 가스 실린더(10)를 결합시켜 전술한 바와 같은 측정과정을 수행한다.

이와 같이 본 발명은 상기의 구성에 의해 실시간 현장에서 투수계수를 측정할 수 있음과 더불어 한번의 관입으로 측정 깊이를 달리하여 투수계수를 연속적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 토양 투수계수 측정장치 및 방법은 질소가스를 이용하여 물을 유출시킴으로써 빠른 시간에 측정할 수 있어 측정시간을 줄일 수 있는 장점과 함께 긴 워터 실린더(20)를 사용할 필요가 없게 되는 효과 또한 가진다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 수 있을 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가스 실린더 20 : 워터 실린더
30 : 관입 로드 40 : 유출봉
50 : 관입콘

Claims

토양 투수계수 측정장치로서,
좌측에 가스 유입구가 형성되고, 우측에 가스 유출구가 형성되며, 상기 가스 유입구를 통해 질소가스가 내부에 주입되는 가스 실린더와,
상기 가스 실린더의 하부에 결합되어 내부에 물이 주입되고 상기 가스 실린더로부터 질소가스의 압력에 의해 하단에 형성된 물 유출공을 통해 물이 유출되는 워터 실린더와,
내부에는 상기 워터 실린더로부터 유출되는 물이 이동하는 유동 통로가 형성되어 워터 실린더의 하부에 결합되는 관입 로드와,
상기 관입 로드의 하단에 결합되어 상기 워터 실린더로부터 상기 관입 로드를 통해 투수계수를 측정하고자 하는 토양으로 물이 유출되도록 다수의 환상 슬릿이 적층되어 형성되는 유출봉을 포함하여 이루어지는 토양 투수계수 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 유출봉의 하단에는 역 원뿔형상의 관입콘이 더 구비되는 토양 투수계수 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 워터 실린더의 외주면에는 유량을 측정할 수 있도록 눈금이 새겨져 있는 것을 특징으로 하는 토양 투수계수 측정장치.
제1항에 있어서,
측정 깊이를 변화시켜 투수계수를 측정하기 위해 관입 로드와 워터 실린더 사이에 또 다른 관입 로드가 결합되는 토양 투수계수 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 실린더의 상부에는 내부의 가스 압력을 측정하기 위한 압력 게이지가 더 구비되는 토양 투수계수 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 유출봉은 하부로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 형성되고 하단부에 다수의 환상 슬릿이 일정 간격 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 토양 투수계수 측정장치.
토양 투수계수 측정방법으로서,
하부에 유출봉이 결합된 관입 로드를 토양에 관입시키는 단계와,
상기 관입 로드의 상부에 워터 실린더와 가스 실린더를 결합시키는 단계와,
상기 가스 실린더에 주입된 질소 가스의 압력에 의해 워터 실린더에 주입된 물을 관입 로드를 거쳐 외주면에 다수의 환상 슬릿이 적층되는 유출봉을 통해 유출시키는 단계와,
상기 워터 실린더로부터 유출되는 물의 유량을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 토양 투수계수 측정방법.
제7항에 있어서,
소정 깊이에서 측정이 완료된 다음 측정 깊이를 변화시켜 투수계수를 측정하기 위해 기매립된 관입 로드로부터 워터 실린더와 가스 실린더를 제거하는 단계와,
기매립된 관입 로드의 상부에 또 다른 관입 로드를 결합시키는 단계와,
또 다른 관입 로드를 토양에 관입시키는 단계와,
또 다른 관입 로드의 상부에 워터 실린더와 가스 실린더를 결합시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 토양 투수계수 측정방법.