KR101261819B1 - 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법 - Google Patents

이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 이중패커 사이에 포화된 대수층(심부 영역)의 지하수위는 하단부 패커 아래에 연결된 진공채수기를 이용하여 시험 대상구간의 지하수를 순간적으로 흡입시켜서, 이중패커구간에서 자동수위측정기를 이용한 시간경과에 따른 회복수위를 측정함으로써 심부영역의 수리특성을 분석하기 위한 순간충격시험 장치에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 관측공 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커; 상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관); 상기 제1패커로부터 하측으로 일정간격 이격되어 구비되며 상기 관측공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커; 상기 관측공 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기; 및 상기 제1패커 및 제2패커 사이의 이격구간인 이중패커구간에서의 수위를 측정하는 수위측정기;를 포함하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공한다.

Description

이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법 { An Apparatus for Slug Test using A Vacuum sampler in Packed-off Test Interval and The Method thereof }
본 발명은 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 이중패커 사이에 포화된 대수층(심부 영역)의 지하수위를 하단부 패커 아래에 연결된 진공채수기로 이중패커 구간에 포화된 물을 순간적으로 제거한 이후에 시간경과에 따른 수위회복 양상을 일련의 과정을 자동수위측정기로 자료를 획득함으로써 심부영역(이중패커 구간)의 수리특성을 추정하기 위한 순간충격시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
대수층의 수리적 특성을 조사하기 위한 대표적인 수리 시험으로 양수시험과 순간수위변화시험(순간충격시험), 펄스반응시험(Pulse response test) 등이 있다.
일반적인 순간수위변화시험인 순간충격시험(slug tests)은 단공(single hole)에 더미(체적)를 이용하거나 물을 주입하여 순간적인 수위변화를 유발시켜 그 회복 양상을 관측함으로써 수리상수 값을 추정하는 방법으로서, 수리상수를 추정하는 다른 방법과 달리 하나의 시추공에서 시행할 수 있기 때문에 경제적이며, 심부대수층으로부터 수위강하를 일으키기 어려운 구간에 순간충격시험 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있음에도 불구하고 많이 수행되고 있다.
상기 순간충격시험은 여러 가지 시험방법들이 있으며, 기존의 시험방법들은 대부분 굴착 심도가 짧은 구간에서 효율이 가장 높다. 그러나 굴착심도가 깊은 대수층 구간에서 순간충격시험을 할 경우 시험구간의 한계성을 가지고 있으며, 또한 시험의 장비설치의 불편성과 시험자료 획득의 어려운 문제점과 해석의 불확실성이 있다.
지금까지의 순간충격시험들은 시험 방법들에 따라 물주입(Water injection), 더미의 주입(Injection) 및 인양(Withdrawal)에 의한 수위강하 및 수위회복, 펄스반응시험(Pulse response test) 등이 있으나, 투수성이 매우 낮은 심부영역로부터 기존의 시험방법들을 이용할시 자료 획득과 해석에 대한 불확실성이 크게 존재한다.
기존의 시험방법들은 지하유류비축시설 및 방사성폐기물부지 주변의 고심도 영역의 민감한 저투수성 구조에서의 수리시험의 한계성이 문제점이다.
특히 이러한 지하유류비축시설 및 방사성폐기물관리 부지의 심부영역의 수리특성 연구는 매우 중요하다. 이러한 부지 건설에 있어서 심부영역의 저투수성 단열암반층에서의 현장수리시험은 매우 민감하고 자료획득과 해석의 불확실성을 항상 포함하고 있다.
일반적인 순간충격시험은 체적을 알고 있는 물체(Dummy)를 관측공 내에 순간적으로 삽입시키면 투입물체에 해당하는 체적만큼 지하수위가 관측공 내에서 순간적으로 상승한 후 천천히 주변대수층으로 배출되어 나가면서 수위강하(drawdown)하는 원리의 시험방법이다.
이와 같은 현장수리시험을 수행하기 위하여, 시추공 내에 더미를 삽입하여 시간경과에 따른 수위강하 자료 획득과 해석을 수행하는 가장 일반적인 현장수리시험장치가 사용되고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 시험구간에서의 수리시험을 수행하는 종래 일반적인 수리시험장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창하기 전 상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창유체에 의해 팽창하고 시추공 내면에 밀착된 상태를 도시한 구성도이다.
종래 지하수(W) 채취장치는 상부와 하부에 구비된 상부 패커(10)와 하부 패커(30), 상기 패커에 팽창유체를 공급하여 유압을 가하는 지지대(공급관)(20,40), 패커들(10,30)을 연결하는 연결관(60) 및 패커들(10,30) 사이의 채취공간에 존재하는 지하수(W)를 시추공(H) 외부로 안내하는 안내관(50)으로 구성된다.
여기서, 상기 한 쌍의 패커는 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(공급관)(20,40)을 통해 유체를 공급받아 외측으로 팽창하면서 시추공(H)의 내면에 밀착되며, 시추공(H) 내에서 패커들(10,30) 사이의 관심영역을 수리적으로 격리시키게 된다.
그리고, 상기 지지대(공급관)(20,40)은 상부 패커(10)에 팽창유체를 공급하는 상부 지지대(공급관)(20)과 상부 지지대(공급관)(20)과 연통되어 하부 패커(30)에 팽창유체를 공급하는 하부 지지대(공급관)(40)으로 구성된다.
따라서, 상기 상부 지지대(공급관)(20)을 통해 상부 패커(10)로 팽창유체를 공급하게 되면, 이와 연통된 하부 지지대(공급관)(40)내에도 팽창유체가 유동하여 하부 패커(30)로 팽창유체가 공급된다. 즉, 상부 지지대(공급관)(20)에 팽창유체를 공급함으로써 상부와 하부 패커(30)를 동시에 팽창시켜 시추공(H) 내면에 밀착되도록 한다.
한편, 상기 연결관(60)에는 패커들(10,30)에 의해 격리된 채취공간에 존재하는 지하수(W)를 유입하기 위한 유입홀(62)이 형성되어 있다. 그리고, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(60)은 복수 개의 세그먼트가 조립식으로 상호 결합되어, 상기 패커들(10,30) 사이의 간격을 유지시킨다. 따라서, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(60)의 세그먼트 수를 조절함으로써, 시추공(H) 내의 원하는 심도 구간내의 지하수(W)를 채취할 수 있다.
그리고, 패커를 한 쌍으로 구성하여 패커들 사이의 관심 시험구간에 대해 현장수리시험을 실시하는 대신, 이중패커로 구성하여 상기 패커의 하부 영역에서의 수위회복을 관측하도록 구성될 수도 있다.
일반적인 순간충격시험은 대부분 굴착 심도가 짧은 시험구간에서 효율이 가장 높다. 그러나 굴착심도가 깊은 대수층 구간에서의 순간충격시험을 할 경우 시험구간의 한계성 가지고 있으며, 순간충격시험의 재료인 물주입, 더미 주입 및 인양에 의한 대수층에 미칠 수 있는 영향성의 평가와 자료획득 및 해석의 불확실성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 지하유류비축시설 및 방사성폐기물 부지선정 단계에서 심부영역의 수리특성을 보다 정확하고 정밀하게 결정할 뿐만 아니라, 천부영역에서의 현장 수리시험에서도 자연상태의 수리특성 해석을 정확하게 반영하므로 시험방법의 활용도가 높은 순간충격시험 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 관측공 내의 케이싱 또는 이중패커 구간 위로 올라가는 작은 관(small tube)에 의한 우물수두손실(well head loss)을 줄여주며, 이중패커구간의 나공상태에서 심부영역의 수리특성을 보다 정확하게 해석하는 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 지하유류비축시설 및 방사성폐기물 부지로 활용되는 저투수성 단열암반층의 암반대수층 특성을 보다 정확하게 조사할 수 있는 이중패커 구간에서 순간 수위강하를 유발하는 진공채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 바람직한 양태로써 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 것이다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 관측공 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커; 상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관); 상기 제1패커로부터 하측으로 일정간격 이격되어 구비되며 상기 관측공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커; 상기 관측공 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기; 및 상기 제1패커 및 제2패커 사이의 이격구간인 이중패커구간에서의 수위를 측정하는 수위측정기;를 포함하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공한다.
이에 상기 지지대(공급관)은, 상기 제2패커 내부에도 팽창 유체를 공급하도록 한다.
그리고, 상기 수위측정기는, 유, 무선에 의해 작동 가능한 자동수위측정기로 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 순간충격시험장치는, 상기 수위측정기에서 측정되는 0.3m 이상의 수위 변화로 수리특성을 산출할 수 있으며, 상기 진공채수기의 최대용적에 따라 이중패커 구간을 조절 가능하다.
그리고, 상기 진공채수기는, 상기 지지대(공급관) 사이에 설치된 조절장치로 작동 가능하다.
이에 더하여 상기 진공채수기는, 내부에 취수공간이 형성되고, 상기 제2패커 하부에 연결되어 설치되며, 제2패커 하측의 지하수를 취수공간으로 흡수함으로써 이중패커구간에 제2패커 하부의 지하수가 유입되지 않도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 진공채수기는, 상기 취수공간에 채워지는 지하수가 취수공간의 용적보다 큰 경우 지하수를 상측으로 안내하는 개폐연결관(조절장치);을 포함할 수 있다.
이에 상기 개폐연결관(조절장치)은, 상기 지지대(공급관)에서 상기 제2패커로부터 하측으로 연장되어 형성되도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 순간충격시험장치는 관측공 내면에 선택적으로 밀착되고 두 개의 패커들 사이에 이격구간인 이중패커구간을 포함하는 이중패커; 상기 이중패커 내부에 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관); 상기 이중패커구간에서 두 개의 패커들을 연결 지지하는 지지관; 및 상기 이중패커 하측에 구비되어 관측공 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기;를 포함하여 심부영역의 수리특성을 측정하기 위하여 순간적으로 수위강하를 시키는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공한다.
이에 본 발명은 상기 이중패커구간에서 심부영역 저투수성 단열암 대수층으로부터 진공채수 후에 회복되는 수위를 측정하는 수위측정기;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 순간충격시험 방법은 측정하고자 하는 관정의 상태 및 재원을 확보하는 단계; 상기 관정 지반에 관측공을 타공하는 단계; 상기 관측공 내부에 이중패커 및 진공채수기가 구비된 순간충격시험장치를 삽입하는 단계; 상기 진공채수기가 관측공 저면의 지하수를 흡입하여 이중패커구간에 지하수유입을 차단하는 단계; 조사대상 영역인 이중패커구간에 심부영역 저투수성 단열암반대수층으로부터 지하수가 유입되면서 순간충격시험장치의 이중패커구간에 구비된 자동수위측정기가 회복수위 상승을 측정하는 단계; 및 상기 자동수위측정기로부터 시간경과에 따른 수위 변화를 획득하여 심부영역의 수리특성을 해석하는 단계;를 포함하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 방법을 제공한다.
이에 상기 이중패커는, 상기 관측공 내면에 선택적으로 밀착되고 이격구간인 이중패커구간을 포함하는 제1패커 및 제2패커를 포함하도록 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은, 관측공에서의 심도별 시험시 펄스시험(Pulse test)에서의 장비보다 장비의 하중이 작으므로 작업의 편의성을 도모할 수 있고, 또한, 장비가 단순한 구조로 형성되므로 자재의 경제적 비용 절감효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 또한, 기존의 순간충격시험에서 보다 투수성 단열을 좀더 정확하게 분석할 수 있고, 심도영역 암반대수층에서의 수리특성 시험뿐만 아니라 천부영역에서의 시험에서도 활용될 수 있다.
본 발명은 또한, 저투수성 단열암반층에서의 수리시험을 제시함으로써 천부 및 심부 영역의 수리특성 시험과 지하유류비축기지 및 방사성폐기물 관리 부지에 적합한 심도영역의 수리시험이 될 수 있는 기준을 마련할 수 있다.
본 발명은 또한, 이중패커 및 진공채수기를 이용한 순간충격시험장치를 이용함으로서 현장자료의 획득과 해석의 불확실성을 감소시키는 효과를 도모하고, 매우 간단한 구조 및 구성에 따라 시험장비의 상용화 및 경제적 기대효과를 도모할 수 있다.
도 1은 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창하기 전 상태를 도시한 구성도
도 2는 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창유체에 의해 팽창하고 시추공 내면에 밀착된 상태를 도시한 구성도
도 3은 본 발명의 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치의 구성을 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 순간충격시험 장치에서 자동수위측정기를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 순간충격시험 장치에서 진공채수기를 도시한 도면
이하에서는 본 발명에 따른 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래의 순간충격시험 장치는, 심부 영역의 관측공 내에 순간충격시험을 하기 위해 사용되는 더미, 가압층으로부터의 펄스시험(Pulse test)을 이용하여 투수성 단열을 관측공에서 확인하는 것으로 불확실성이 많이 존재하기 때문에, 시험해석에 대한 정확성이 낮아진다.
그리고, 심부영역의 단열암반대수층은 대부분 피압대수층(Confined aquifer) 또는 누수피압 대수층(Confined leaky aquifer)의 형태를 가지고 있다. 대부분 단열암반층에서의 대수성시험은 크게 양수시험과 순간충격시험으로 설명할 수 있으며, 이러한 시험방법은 심부영역에서는 시험의 한계 및 획득된 자료로부터 해석의 불확실성을 가지게 된다.
양수시험의 경우 관정 심도가 100m 이상만 증가되어더라도 수중모터 용량의 한계로 현장시험에 어려움을 겪게 되며, 순간충격시험의 경우 피압의 정도에 따라 시험의 유무가 결정된다.
특히, 심부영역에서의 순간시험은 펄스 시험법이 많이 이용되고 있으며, 이때 충격에 의해 상승되는 수위는 내부의 작은 관의 직경 및 내부 마찰 등에 의한 우물수두손실(well head loss) 등이 예상될 수 있어 수리특성 산출에 영향을 미칠 수 있다.
또한 심부영역으로 내려 갈수록 이중패커 구간위로 연결되는 작은 관의 증가된 하중, 시험 자재의 경제적 비용 등의 손실 그리고 피압 정도에 따라 관측되는 정확한 자연수위의 차이를 확인할 수 없으며, 결과적으로 현장시험으로부터 획득된 자료 해석의 불확실성을 가질 수 있다.
이에 본 발명은 저투수성 단열암반층 심도영역에서의 시험에 매우 적합한 이중 패커 사이의 수위상승에 따른 진공채수기를 이용하여 자동수위측정기를 통해 순간충격시험 장치를 제공한다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치의 구성을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 순간충격시험 장치에서 자동수위측정기를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 순간충격시험 장치에서 진공채수기를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 순간충격시험 장치는 천부 및 심부영역으로부터 수리특성을 연구하기 위한 나공(Open hole) 상태의 조사공인 관측공(Observation well, 100), 상기 관측공에 내입되는 패커에 팽창 유체를 공급하고, 이중패커와 진공채수기 사이의 연결 지지대 역할을 하는 지지대(공급관)(200), 진공채수기 및 자동수위측정기의 배선 연결관, 조사대상 영역인 이중패커구간에서 지하수 흐름을 관측하기 위한 차단장치인 이중패커(Double packer, 300), 상기 관측공 내 자동 수위기록장치인 자동수위 측정기(Groundwater level troll, diver, 400) 및 이중패커 내 급격한 수위강하 유도장치 및 수질샘플러의 역할을 하는 진공채수기(Vacuum sampler, 500)을 포함하여 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 순간충격시험 장치는, 관측공(100) 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커(310); 상기 제1패커(310) 내부로 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관)(200); 상기 제1패커(310)로부터 하측으로 일정간격 이격되어 구비되며 상기 관측공(100)의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커(320); 상기 관측공(100) 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기(500); 및 상기 제1패커 및 제2패커 사이의 이격구간인 이중패커구간에서의 수위를 측정하는 수위측정기(400);를 포함하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공한다.
이에 상기 지지대(공급관)(200)은, 상기 제2패커(320) 내부에도 팽창 유체를 공급하도록 한다.
상기 제1패커(310)의 하부에 제2패커(320)가 일정 간격을 두고 구비되어, 상기 제1패커(310)와 제2패커(320) 사이의 조사대상 영역인 관심 구간 내에서의 지하수(W)를 채취하는데, 수위의 변화를 측정함으로써 심부영역 대수층에서의 수리특성을 파악할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 제1패커(310) 및 제2패커(320)에는 팽창유체를 공급할 수 있도록 지지대(공급관)(200)이 구비되는데, 상기 지지대(공급관)(200)은 도 3에서 보는 바와 같이 제1패커(310)와 제2패커(320) 및 진공채수기(500)에까지 연결될 수 있다.
특히 상기 제1패커(310)와 제2패커(320) 사이에 형성되는 지지대(공급관)(200)은 본 발명의 이중패커 구조에서 제1패커와 제2패커의 지지관으로써의 역할을 가지면서 상호 연결할 수 있도록 한다.
상기 제1패커(310) 및 제2패커(320)는 외부에서 팽창유체를 공급받아 부피가 커지면서 관측공(100)의 내주면에 선택적으로 밀착된다.
이와 같이 제1패커(310) 및 제2패커(320)가 관측공(100)의 내면에 밀착됨으로써, 관심구간으로써 조사대상 영역인 패커들 간의 사이 이격공간(이중패커공간)을 수리적으로 격리시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 제1패커(310)는 이중패커공간의 상부를 막고, 상기 제2패커(320)는 이중패커공간의 하부를 막아 서로 수리적으로 격리시키고 이중패커공간에 지하수(W)의 내입을 막을 수 있다.
상기 지지대(공급관)(200)은, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1패커(310) 및 상기 제2패커(320) 내부로 팽창 유체를 공급하는데, 상기 제2패커(320)로의 팽창 유체 공급을 지지관을 통해 구현되며, 상기 제1패커(310) 및 상기 제2패커(320)가 동시에 팽창하도록 함이 바람직하다.
도 3 및 도 5를 참조하면 상기 진공채수기(500)는, 본 발명의 순간충격장치가 관측공(100)으로 삽입되는 경우 관측공(100) 저면의 지하수를 순간적으로 흡수한다. 이에 따라 제2패커(320)의 하부에 존재하는 관측공 저면 지하수의 부력을 상쇄하여 이중패커구간이 관심영역인 조사대상 구간에 순간적으로 위치할 수 있도록 한다.
이에 따라 상기 진공채수기(500)가 흡수할 수 있는 지하수의 채수용량은 본 발명의 순간충격장치가 삽입되는 위치와 관련 있으며, 조사대상 영역인 이중패커구간과 밀접한 관련이 있으므로 이에 따라 시험대상 구간을 결정할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 진공채수기(500)는, 상기 취수공간에 채워지는 지하수가 취수공간의 용적보다 크거나 작을 경우 시험구간을 조절할 수 있도록 하는 개폐연결관(조절장치)(230);을 포함할 수 있다.
이에 상기 개폐연결관(조절장치)(230)은, 상기 지지대(공급관)(200)에서 상기 제2패커(320)로부터 하측으로 연장되어 형성되도록 한다.
또한, 도 5에서 보는 바와 진공채수기(500)의 채수용량에 따라 상기 이중패커구간이 측정하고자 하는 조사대상 구간을 조절할 수 있도록 한다. 상기 진공채수기(500)를 작동하기 위해서는 진공채수기 개폐연결관(230)을 이용하여 작동한다.
그리고, 상기 수위측정기(400)는, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 이중패커구간에 설치되며 자동수위측정기로 마련될 수 있고, 유, 무선에 의해 작동 가능한 자동수위측정기로 구비될 수도 있다. 이에 따라, 상기 수위측정기(400)에서 측정되는 이중패커구간에서의 수위 변화를 측정하여 시간경과에 따른 수위변화에 대하여 해석하여 대수층의 수리특성을 분석한다.
이에 본 발명은, 상기 수위측정기(400)에서 측정되는 수위 변화를 측정할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 진공채수기(500)의 최대용적에 따라 이중패커 구간을 조절 가능하다.
그리고, 상기 진공채수기(500)는, 내부 사이에 개폐연결관(조절장치, 230)을 이용하여 작동 가능하다.
즉, 본 발명에서 이중패커구간과 진공채수기(500)의 용적과의 관계를 살펴보면, 이중패커구간의 수위강하는 진공채수기(500)의 용적과 관련되기 때문에 이중패커 구간의 길이에 따라 진공채수기(500)의 용적이 달라질 수 있다. 그러나 순간충격시험은 최소 0.3m 이상의 수위 변화만으로도 수리특성 산출이 가능하므로 진공채수기(500)의 최대 용적에 따라 이중패커 구간을 자유롭게 조절하는 것이 가능하다.
이에 더하여 상기 진공채수기(500)는, 내부에 취수공간이 형성되고, 상기 제2패커(320) 하부에 연결되어 설치되며, 제2패커(320) 하측의 지하수를 취수공간으로 흡수함으로써 이중패커구간에 제2패커 하부의 지하수가 유입되지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
본 발명의 순간충격시험장치는 관측공(100) 내면에 선택적으로 밀착되고 두 개의 패커들(310, 320) 사이에 이격구간인 이중패커구간을 포함하는 이중패커(300); 상기 이중패커(300) 내부에 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관)(200); 상기 이중패커구간에서 두 개의 패커들(310, 320)을 연결 지지하는 지지관; 및 상기 이중패커 하측에 구비되어 관측공(100) 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기(500);를 포함하여 심부영역의 수리특성을 측정하기 위하여 순간적으로 수위강하를 시키는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치를 제공한다.
이에 본 발명은 상기 이중패커구간에서 심부영역 저투수성 단열암반층의 대수층으로부터 채워지는 회복수위를 측정하는 수위측정기(400);를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 진공채수기를 이용하여 이중패커 구간에서 자동수위측정기를 통하여 심부영역의 수리특성을 산출하는 순간충격시험 방법을 제공한다.
이에 본 발명은, 측정하고자 하는 지반에 관측공(100)을 타공하는 단계; 상기 관측공(100) 내부에 이중패커(300) 및 진공채수기(500)가 구비된 순간충격시험장치를 삽입하는 단계; 상기 진공채수기(500)가 관측공(100) 저면의 지하수를 흡입하여 이중패커구간에 지하수유입을 차단하는 단계; 조사대상 영역인 이중패커구간에 심부영역 저투수성 단열암반층의 대수층으로부터 지하수가 유입되면서 순간충격시험장치의 이중패커구간에 구비된 자동수위측정기(400)가 수위 상승을 측정하는 단계; 및 상기 자동수위측정기(400)로부터 측정되는 수위 변화에 따라 심부영역의 수리특성을 결정하는 단계;를 포함하여 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용하여 순간충격시험을 진행한다.
이에 상기 이중패커(300)는, 상기 관측공(100) 내면에 선택적으로 밀착되고 이격구간인 이중패커구간을 포함하는 제1패커(310) 및 제2패커(320)를 포함하도록 한다.
지금까지 단열암반층에서의 수리특성 측정을 위한 시험은 더미(dummy)를 이용한 주입(Injection) 및 인양(Withrawal), 펄스 시험(pulse test) 방법 등을 이용하여 수리특성을 해석하였으며, 이는 천부영역의 대수층에서는 아주 효과적인 시험 방법으로 알려져 있다.
그러나, 이러한 시험방법은 심부영역에서는 시험의 한계가 있고, 획득된 자료로부터 해석의 불확실성을 가지게 되었고, 유량이 적은 저투수성 단열에 대해 파악하기가 상당히 여러워 이를 간과하게 된다.
이에, 본 발명에 따른 이중패커구간에서의 진공채수기를 이용한 순간충격시험 장치는 심부영역의 수리전도도가
Figure 112011105629638-pat00001
m/sec 이상의 저투수성 단열암반층에서의 시험에 매우 적합하게 구현될 수 있다.
그리고, 관측공에서의 심도별 시험시 펄스시험(Pulse test)보다 장비의 하중이 적으므로 작업의 편의성을 도모할 수 있으며, 구조가 간단하고 단순하여 자재의 경제적 비용 절감효과가 크다.
본 발명을 활용하는 경우, 보다 정확한 투수성 단열의 존재 여부 및 위치를 파악할 수 있으며, 저투수성 단열암반층에서의 수리시험을 좀더 간단하고 정확하게 실시할 수 있으므로 천부 및 심부 영역의 수리특성 시험을 효과적으로 진행할 수 있게 된다.
또한, 저투수성 단열암반층의 수리특성 해석에서 불확실성을 감소시키는 효과를 도모하고, 시험장비를 상용화함으로써 경제적 효과도 창출할 수 있게 된다.
이에 따라 지하유류비축기지 및 방사성폐기물 관리 부지에 적합한 심도영역의 수리시험에서 기준이 될 수 있는 시험방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 저투수성 암반대수층의 현장수리시험 장치에 있어서, 나공 상태의 조사공인 관측공(100), 조사대상 영역의 지하수흐름 관측을 위한 차단장치인 이중패커(300), 관측공 내에 설치되어 회복수위를 변화를 측정하는 자동수위측정기(400), 이중패커구간 내 급격한 수위강하 유도장치 및 수질 샘플러 역할을 하는 진공채수기(500)를 포함하여 천부 및 상부영역 저투수성 단열암반층에서의 수리특성 해석의 신뢰성 향상이 가능한 순간충격시험 장치를 제공한다.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치 및 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
H : 시추공 W : 지하수
10 : 상부패커 20 : 지지대(공급관)
30 : 하부패커 40 : 지지대(공급관)
50 : 안내관 60 : 패커연결관
62 : 유입공
100 : 관측공 200 : 지지대(공급관)
230 : 개폐연결관(조절장치) 300 : 이중패커
310 : 제1패커 320 : 제2패커
400 : 자동수위측정기 500 : 진공채수기

Claims (12)

  1. 관측공 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커;
    상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 지지대(공급관);
    상기 제1패커로부터 하측으로 일정간격 이격되어 구비되며 상기 관측공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커;
    상기 관측공 저면의 지하수를 흡수하는 진공채수기; 및
    상기 제1패커 및 제2패커 사이의 이격구간인 이중패커구간에서의 수위를 측정하는 수위측정기;를 포함하고,
    상기 진공채수기는,
    내부에 취수공간이 형성되고, 상기 제2패커 하부에 연결되어 설치되며, 제2패커 하측의 지하수를 취수공간으로 흡수함으로써 이중패커구간에 제2패커 하부의 지하수가 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지대(공급관)은,
    상기 제2패커 내부에 팽창 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수위측정기는,
    유, 무선에 의해 작동 가능한 자동수위측정기로 구비되는 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순간충격시험장치는,
    상기 수위측정기에서 측정되는 0.3m 이상의 수위 변화로 수리특성을 산출할 수 있으며, 상기 진공채수기의 최대용적에 따라 이중패커 구간을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공채수기는,
    상기 지지대(공급관) 사이에 설치된 조절장치로 작동 가능한 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공채수기는,
    상기 취수공간에 채워지는 지하수가 취수공간의 용적보다 큰 경우 지하수를 상측으로 안내하는 개폐연결관(조절장치);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개폐연결관(조절장치)은,
    상기 지지대(공급관)에서 상기 제2패커로부터 하측으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이중패커 구간에서 진공 채수기를 이용한 순간충격시험 장치.
  9. 삭제
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  11. 삭제
  12. 삭제
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