KR101319270B1 - 지하수 염수면 위치 추적장치 및 그 설치기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 해안지역의 지하수를 측정하는 관측정에 무선측정센서를 삽입하여 담염수 경계면의 위치를 추적하는 장치는, 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐된 부력유도체; 상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡; 상기 밀폐용 캡에 부착된 가변형 금속부재; 상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 상기 부력유도체의 하부에 설치되어 상기 무선측정센서의 외부를 감싸는 타공관을 포함하고, 상기 부력 유도체에는 증류수를 넣어 증류수의 양으로 부력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

지하수 염수면 위치 추적장치 및 그 설치기{Position-tracking device for freshwater-saltwater interface and A device for installing thereof}

본 발명은 지하수 염수면 위치 추적장치 및 그 설치기에 관한 것이다.

일반적으로 해안지역에서는 과다한 지하수 사용으로 지하수의 수위가 낮아짐으로써 지하수에 염수(바닷물)가 유입되어 오염이 되고, 이로 인하여 지하수를 식수뿐만 아니라 농업용수나 공업용수로도 사용하지 못하는 위험에 노출되고 있다.

그러므로 해안지역에서는 지하수 관측정을 뚫고, 관측정에 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하는 유선 또는 무선 측정센서를 설치하여 지하수의 변화를 감시하는 지하수 관측정을 운영해오고 있다.

담염수 경계면(지하수와 염수의 경계면)은 두 가지의 기작에 의하여 변화한다. 첫째는 담수층의 두께가 감소하는 현상이고, 다른 하나는 염수층의 두께가 변화하는 현상이다.

담수층의 두께는 강우에 의해 증가하기도 하고, 주변의 양수활동에 의해 감소하기도(얇아지기도) 한다.

염수층은 조석현상에 의해 해수면의 높이가 주기적으로 변함에 따라 변화한다.

최근에는 지구의 온난화 현상에 의해 해수면이 점진적으로 상승하고 있다.

여러가지 현상에 의하여 기준시점보다 담수층의 두께가 얇아지고 염수층의 두께가 두꺼워지면 담염수 경계면이 상승하고, 담수층의 두께가 두꺼워지고 염수층 두께가 낮아지면 담염수 경계면이 하강한다.

이와 같이 지하수의 과다한 양수활동, 강우, 조석현상, 지구온난화에 의한 해수면의 상승 등 다양한 복합적인 현상에 의하여 담염수의 경계면이 위치가 수시로 변화한다.

그러나 실제 해안지역의 지하수 관측정에 설치되는 측정센서는 유무선과 관계없이 고정된 심도에 설치되어 측정하기 때문에 실시간으로 담염수 경계면의 위치를 파악하기 어려운 문제점이 있었고, 지하수 염수면 추적장치를 지하수 관측정에 삽입 제거하는데 있어서 관측정의 직경에 따라 이를 회수하는 장치를 정확하게 지하수 염수면 추적장치의 상부에 위치시켜 설치 및 제거하는데 어려움이 있었다.

또한, 지하수 담수와 염수의 경계면에 정확히 지하수 염수면 추적장치를 위치시키기 위해 부력을 조절하기 위해 염수 농도와 동일한 수조를 준비하여 중력을 조절함에 있어서 농도 조절의 어려움과 중력 조절을 위해 일일히 수조에서 중력을 조절해야 되는 불편이 있었다.

또한 도 18에 도시된 바와 같이, 종래의 공개특허 제10-2005-0036057호의 "양수 추적자 시험방법"에서도 복잡한 계산식을 이용하여 지하수 경계면을 추적하는 방법이 개시되어 있으나 담염수 경계면의 수시변화를 측정하는데 한계가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명은 해안지역의 지하수 관측정에 설치되어 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하는 무선측정센서를 지하수 관정의 담수와 염수의 경계면의 위치에 따라 함께 이동할 수 있는 중성부력장치를 이용한 지하수 염수면 위치 추적장치를 제공하는데 목적이 있고, 부력에 영향을 줄 수 있는 중력부력장치 내부의 공기 양을 조절함으로써 보다 정교한 부력조절이 가능하고, 담염수 경계면의 부력과 동일 부력을 조절함에 있어서, 중성부력장치의 외주면에 형성된 부피 측정이 가능한 눈금을 통해 계산상으로 중성 부력이 되도록 조절하는데 용이하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하기 위해 담염수의 경계면의 위치에 따라 이동할 수 있는 중성부력장치를 이용한 지하수 염수면 위치 추적장치를 해안지역의 지하수 관측정에 설치 및 회수하기 위한 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기를 제안하고, 설치 및 회수시 지하수 관측정의 직경에 따라 지하수 염수면 위치 추적장치의 위치를 정확히 찾지 않더라도 이를 회수하기 용이하도록 중성부력장치와 지하수 염수면 위치 추적장치에 지하수 관측정의 직경과 유사한 크기의 금속부재를 탈부착 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해안지역의 지하수를 측정하는 관측정에 무선측정센서를 삽입하여 담염수 경계면의 위치를 추적하는 장치는, 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐된 부력유도체; 상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡; 상기 밀폐용 캡에 부착된 가변형 금속부재; 상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 상기 부력유도체의 하부에 설치되어 상기 무선측정센서의 외부를 감싸는 타공관을 포함하고, 상기 부력 유도체에는 증류수를 넣어 증류수의 양으로 부력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 가변형 금속부재는 지하수 관측정의 직경에 따라 원주방향으로 확장가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 부력유도체는 투명재질이고, 외벽에 눈금이 표시되어, 상기 지하수 염수면 위치 추적장치의 중량에 따른 상기 부력유도체에 인입되는 증류수의 양을 계산하여 상기 부력유도체의 부력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 부력유도체와 상기 타공관의 연결부에 공기 배출구가 형성되어 상기 타공관의 공기를 외부로 유출가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 해안지역의 지하수를 측정하는 관측정에 무선측정센서를 삽입하여 담염수 경계면의 위치를 추적하는 장치는 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐된 부력유도체; 상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡; 상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 상기 부력유도체의 하부에 설치되어 상기 무선측정센서와 연결되는 연결부재; 및 상기 부력 유도체에는 증류수를 넣어 증류수의 양으로 부력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치를 설치 및 제거하는 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기는, 전원 케이블; 상기 전원 케이블이 감기고 회전가능한 회전 원통; 상기 회전 원통의 중심에 위치하여 상기 회전 원통의 회전축이 되는 고정 원통; 상기 전원 케이블의 일단에 연결되는 전자석; 상기 전원 케이블의 타단과 연결되며, 상기 회전 원통에 고정된 제1막대형 부재; 및 상기 제1막대형 부재와 외주면에서 접촉하며, 상기 고정 원통에 부착된 링형 부재; 상기 전자석을 둘러싼 수밀부재; 상기 전자석에 탈착가능한 가변형 금속부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 링형 부재는 상기 고정 원통의 내주면에서 제2막대형 부재와 연결되고, 상기 제2막대형 부재는 상기 고정 원통에 연결된 전원공급부를 통해 인가된 전원이 상기 제2막대형 부재에 인가되도록 상기 전원공급부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 제2막대형 부재는 상기 고정 원통의 중공 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 제1막대형 부재, 상기 링형 부재, 상기 제2막대형 부재는 전도체인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 제1막대형 부재는 절연체인 피복부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 피복부의 내부에는 스프링을 포함하여, 상기 스프링의 탄성력에 의해 상기 제1막대형 부재가 회전하면서 상기 링형 부재와 접촉을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 방법은 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐된 부력유도체; 상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡; 상기 밀폐용 캡에 부착된 가변형 금속부재; 상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 상기 부력유도체의 하부에 설치되어 상기 무선측정센서의 외부를 감싸는 타공관을 포함하는 지하수 염수면 위치 추적장치의 상기 부력 유도체에 증류수를 넣어 부력을 조절하는 부력 조절단계; 상기 부력 조절단계에서 상기 부력유도체의 부력이 지하수의 담염수 경계면에 위치도록 하고, 상기 무선 측정센서가 상기 담염수 경계면의 위치변화를 추적하는 담염수 경계면 추적단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치방법은 전원 케이블; 상기 전원 케이블이 감기고 회전가능한 회전 원통; 상기 회전원통의 중심에 위치하여 상기 회전 원통의 회전축이 되는 고정 원통; 상기 전원 케이블의 일단에 연결되는 전자석; 상기 전자석의 하부에 부착된 가변형 금속부재; 상기 전원 케이블의 타단과 연결되며, 상기 회전원통에 고정된 제1막대형 부재; 및 상기 제1막대형 부재와 외주면에서 접촉하며, 상기 고정 원통에 부착된 링형 부재를 포함하는 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치기의 상기 링형 부재에 전원을 인가하는 전원 인가 단계; 상기 전원 인가 단계를 통해 인가된 전원에 의해 상기 전자석에 자기장이 형성되어 자화되고, 자화된 상기 전자석에 의해 지하수 염수면 위치 추적 장치를 부착하는 부착단계; 상기 가변형 금속부재를 지하수 관측정의 직경에 따라 가변시키는 직경가변단계; 및 상기 직경가변단계를 거쳐 부착된 상기 지하수 염수면 위치 추적 장치를 지하수 관측정에 삽입하는 삽입단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명인 중성부력장치를 이용한 지하수 염수면 위치 추적장치는 유체를 이용하여 부력을 조절하는 부력유도체를 무선측정센서에 설치됨으로써 담염수 경계면의 위치변화에 따라 이동함으로써 실시간으로 보다 정확하게 해안지역 지하수의 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 상기와 같이 이루어지는 본 발명인 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기는, 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하기 위해 담염수의 경계면의 위치에 따라 이동할 수 있는 중성부력장치를 이용한 지하수 염수면 위치 추적장치를 해안지역의 지하수 관측정에 전자석을 이용하여 용이하게 설치 및 회수하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치가 지하수를 측정하는 관측정에 설치된 개략상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치가 지하수를 측정하는 관측정에 설치되어 작동하는 개략상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 분리사시도이다.
도 5은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 가변형 금속부재의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 분리단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 공기 배출구를 나타내는 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 또 다른 실시예이다.
도 9는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 또 다른 실시예를 이용한 염수면 변화 측정방법이다.
도 10은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 설치단계를 나타낸 개략도이다.
도 11는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 사시도이다.
도 12은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 측면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석 확대도이다.
도 14는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 절단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 확대도이다.
도 16은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 방법의 순서도이다.
도 17은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치방법의 순서도이다.
도 18은 종래의 지하수 염수면 추적방법을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

본 발명인 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 도 1과 도 2와 같이 해안지역의 지하수 변화를 측정하기 위하여 뚫린(천공) 관측정(2)에 삽입되어 지하수의 담염수 경계면의 변동에 따라 상하로 이동하는 것으로, 도 3과 도 4와 같이 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 크게 유체를 이용하여 부력의 크기를 조절하는 부력유도체(10)와,상기 부력유도체(10)의 하부에 설치되어 지하수의 지하수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하는 무선측정센서(20)와, 부력유도체(10)의 하부에 무선측정센서(20)를 감싸도록 설치된 타공관(30)으로 구성된다.

부력유도체(10)는 도 4 내지 도 6과 같이 유체를 포함할 수 있도록 내부공간(11a)을 가지며, 상부에 유체를 삽입할 수 있도록 개구부(11b)가 형성된 하부가 막힌 파이프(관) 형태의 부력몸체(11)와, 부력몸체(11)의 하부에는 무선측정센서(20)를 설치하기 위한 관통홀(12a)이 형성된 부라켓(12)과, 부라켓(12)의 외측으로 타공관(30)을 설치하기 위한 나사부(13)가 형성되고, 부력몸체(11)의 상부에는 내부공간(11a)에 유체를 삽입하고 개구부(11b)를 밀폐시키는 자석에 붙는 가변형 금속부재(15)를 포함하는 밀폐용 캡(14)이 설치된다.

도 5에 도시된 바와 같이 가변형 금속부재(15)는 원주방향으로 금속날개(17)를 확장가능하여 사이즈를 확장 축소 가능한 형상이다.

그러나 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고, 가변형 금속부재(15)를 서로 다른 사이즈의 금속부재를 밀폐용 캡(14)에 교체하여 부착하거나, 밀폐용 캡(14)에 금속부재를 부착하고, 금속부재에 원주방향으로 더 큰 사이즈의 또 다른 금속 부재를 덧붙여 사이즈를 가변시킬 수도 있다.

이렇게 가변형 금속부재(15)를 밀폐용 캡(14)에 부착시키는 것은 지하수 관측정(2)에 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 설치회수할 때, 이후 설명할 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석(100)을 이용하여 부착한 후 설치 회수하게 되고, 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석(100)이 정확히 가변형 금속부재(15)의 상부에 위치해야 자력에 의해 지하수 염수면 위치 추적장치(1)가 회수가능하게 된다.

이 때, 지하수 관측정(2)의 직경에 비해 가변형 금속부재(15)의 직경이 작으면, 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석(100)이 정확히 가변형 금속부재(15)에 위치하는 것이 어렵고 이로 인해 회수의 어려움이 있으므로, 가변형 금속부재(15)를 지하수 관측정(2)의 직경보다 약간 작게 설정하여 삽입함으로써, 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석(100)이 지하수 관측정(2)의 어느 위치에 위치하더라도 회수가 용이하게 하기 위함이다.

가변형 금속부재(15)와 밀폐용 캡(14)은 나사에 의해 결합할 수도 있고, 가변형 금속부재(15) 자체에 나사산이 형성된 돌출부가 형성되어 밀폐용 캡(14)의 상단부에 형성된 암나사산부에 결합할 수도 있다.

또한, 개구부(11b)와 밀폐용 캡(14)에는 보통 서로 대응되게 나사홈이 형성되어 있고, 기밀 확보용 고무재질의 패킹(16)이 개구부(11b)와 밀폐용 캡(14) 사이에 위치하며, 개구부(11b)를 통하여 유체(40)를 내부공간(11a)에 삽입하여 부력의 크기를 조절한 후 밀폐용 캡(14)으로 밀폐시킨다.

무선측정센서(20)는 해안지역의 지하수수위, 온도, 전기전도도의 값 등을 측정하는 통상의 것으로, 무선측정센서(20)는 지하수의 변화를 측정하여 지상에 설치된 기록장치에 무선통신으로 신호를 보내어 지상에서 담염수 경계면의 위치변화를 확인할 수 있도록 한다.

이러한 무선측정센서(20)에는 도 4와 같이 상부에 부력유도체(10)에 형성된 부라켓(12)에 설치되도록 관통홀(22)이 구비된 연결구(21)가 형성된다.

이와 같이 이루어진 무선측정센서(20)는 도 6과 같이 부력유도체(10)의 부라켓(12)에 형성된 관통홀(12a)과 연결구(21)의 관통홀(22)을 일치시킨 후 핀을 삽입하여 부력유도체(10)의 하부 일체로 고정설치한다.

타공관(30)은 무선측정센서(20)의 감싸도록 둘레에 설치되어 무선측정센서(20)를 보호하는 것으로, 도 4와같이 지하수 및 염수가 내측에 위치하는 무선측정센서(20)로 유입되도록 한다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 타공몸체(31)의 외주면에는 복수개의 유입홀(32)이 형성되어, 유입홀(32)을 통해 지하수 및 염수가 타공몸체(31)의 내측으로 유입되어 무선측정센서(20)와 접촉하게 되고, 타공몸체(31)의 상부면에는 나사홈(33)이 형성되어 타공몸체(31)와 부력몸체(11)의 하부에 형성된 나사부(13)간의 나사결합이 가능하다.

복수개의 유입홀(32)은 타공몸체(31)의 길이방향으로 형성된다.

지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 지하수 관측정(2)에 삽입시, 타공몸체(31)의 하부에 위치한 유입홀(32)부터 지하수 및 염수가 유입되고, 상부에 형성된 유입홀(32)을 통해서는 타공몸체(31)에 잔류하던 공기가 배출되게 된다.

그러나, 타공몸체(31)의 최상부, 즉 타공몸체(31)의 상부면에 형성된 수나사부(33)과 부력몸체(11)의 하부에 형성된 암나사부(13)간의 나사결합된 결합부에 미소 공간이 있고 이 부분에 공기가 잔류하여 부력에 영향을 줄 수 있다.

이러한 타공몸체(31) 상부에 잔류하는 미소 공기를 배출시켜 담염수 경계면의 변화에 따라 정확히 부력이 변동되도록 하기 위해 수나사부(33)에는 공기 배출구(34)가 형성되어 있고, 암나사부(13)에도 대응되는 위치에 공기 배출구(34)가 형성된다.

따라서, 수나사부(33)와 암나사부(13)가 결합된 상태에서 수나사부(33)에 형성된 공기 배출구(34)와 암나사부(13)에 형성된 공기 배출구(34)가 서로 연통가능하여, 타공몸체(31)의 최상부에 잔류하는 미소 공기가 공기 배출구(34)를 통해 완전히 배출되게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치(1)의 또 다른 실시예이다.

타공관(30)은 무선측정센서(20)를 보호하기 위해 무선측정센서(20)의 외주면에 탈착되도록 설치가능하나, 타공관(30)이 없는 형태로도 무선측정센서(20)를 직접 부력유도체(10)에 설치하여 사용가능하다.

일반적으로 무선측정센서(20)의 상부 외주면에는 나사산이 형성되어 연결구(21)와 나사결합되게 된다.

연결구(21)를 제거한 무선측정센서(20)의 상부 외주면에는 나사산이 형성되어 있고, 이를 부력유도체(10)의 하부면에 나사산을 형성하고 나사결합을 직접적으로 할 수도 있다.

도 8은 이러한 실시예를 도시한 것으로서, 무선측정센서(20)는 다양한 형태가 있을 수 있고, 크기 또한 다양할 수 있으며, 크기에 따라 상부 외주면의 직경이 상이하고 이를 일정 크기의 부력유도체(10)에 나사결합하기 위해, 연결부재(16)를 사용한다.

연결부재(16)의 상부 외주면에는 제1나사산(24)이 형성되고, 하부 내주면에는 제2나사산(18)이 형성되어 있어 제2나사산(18)은 무선측정센서(20)의 상부에 형성된 나사산과 결합하고, 제1나사산(24)은 부력유도체(10) 중 부력몸체(11)의 하부 내주면에 형성된 나사산과 결합하여 부력유도체(10)와 무선측정센서(20)가 결합된다.

연결부재(16)의 제2나사산(18)의 직경은 무선측정센서(20)의 직경에 따라 다양한 사이즈로 형성될 수 있고, 제1나사산(24)의 직경은 부력몸체(11)의 하부 내주면 직경에 따라 고정된다.

부력유도체(10)는 도 8에 도시된 바와 같이, 유체를 포함할 수 있도록 내부공간(11a)을 가지며, 상부에 유체를 삽입할 수 있도록 개구부(11b)가 형성된 하부가 막힌 파이프(관) 형태의 부력몸체(11)이고, 그 하부 내주면에는 나사산이 형성되어 무선측정센서(20)가 결합되는데, 막힌 파이프(관)의 하부면에 형성된 나사산으로 인해 내부에 포함된 유체가 유출되지 않도록 실링부재(19)가 내부공간(11a)의 하단부에 형성되어 나사산과 내부공간(11a)을 격리시켜 수밀시킨다.

도 9는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치의 또 다른 실시예를 이용한 염수면 변화 측정방법이다.

일반적으로 무선측정센서(20)의 상부에는 저장매체와 근거리 통신가능한 적외선 통신장치가 매설되어 있고, 이를 통해 무선측정센서(20)에 저장된 데이터를 저장매체로 전송한다.

따라서, 무선측정센서(20)에 저장된 데이터를 근거리 통신을 이용하여 저장매체로 저장하는 대신, 도 8에 도시된 실링부재(19)의 상부에 소형 DB와 중장거리 통신이 가능한 송신부가 결합된 송신모듈(21)을 설치하고, 지하수관측정(2)의 입구에 수신모듈(23)을 설치하면, 실시간으로 무선측정센서(20)로부터 전송된 데이터를 지하수관측정(2) 외부에서 수집가능하고, 이를 통해, 담염수경계면(5)의 변화를 실시간 관측가능하다.

본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 도 10에 도시된 바와 같은 방법으로 해안지역의 지하수 변화를 측정하기 위하여 뚫린(천공) 관측정(2)에 삽입되어 사용되는 것으로, 관측정(2)에 삽입 및 제거를 위한 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)에 대해서는 후술할 것이다.

조립이 완료된 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 준비한 후, 실험실과 같은 장소 내에 준비된 수조(6)의 염도 농도를 조절하여 지하수 염수면 위치 추적장치(1)가 사용될 장소의 환경요소와 동일하게 한다.

준비된 수조(6)를 이용하여 지하수 염수면 위치 추적장치(1)의 부력유도체(10)의 부력몸체(11) 내부공간(11a)에 유체(40)를 삽입하여 부력유도체(10)의 부력을 조절한다.

상기 부력유도체(10)의 부력조절은 지하수 염수면 위치 추적장치(1)가 담염수 경계면(5)에 위치하도록 조절한다.

유체(40)는 순수한 유체를 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 순수한 물인 증류수를 사용하는 것이 좋다.

이러한 실험적 방법에 의해서도 부력유도체(10)의 부력을 조절할 수 있으나, 이는 수조(6)의 염도 농도를 정확히 조절해야 되는 불편이 있어, 도 4에 도시된 바와 같이, 부력유도체(10)가 투명 재질로 구성되고, 부력유도체(10)의 외주면에 부력유도체 내부의 중공에 채워질 증류수의 부피를 측정가능한 눈금(18)이 표시되어 있고 이를 통해 계산을 통해서도 부력유도체(10)의 부력을 예측가능하다.

즉, 부력유도체(10) 내부에 채워질 증류수의 부피를 알면, 지하수 염수면 위치 추적장치(1)의 무게를 측정하면, 담염수 경계면에 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 위치시키기 위한 중성부력을 계산할 수 있어 간단한 계산을 통해 중성부력을 도출가능하다.

부력이 조절된 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 도 10의 (d)와 같이 말단에 전자석이 설치된 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)를 사용하여 관측정(2)에 설치된다.

지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석에 의하여 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 전자석(100)에 매달려 관측정(2)에 삽입된 후 분리되어 관측정(2)에 담염수 경계면(5)에 안정적으로 설치된다.

상기와 같이 구성되어 해안지역의 지하수를 측정하기 위한 지하수 관측정의 관측정(2) 설치되는 담염수 경계면위치 추적장치(1)는 도 2와 같이 지하수의 수위 변동과 담염수의 경계면의 변동에 따라 상하로 이동하여 지하수의 변화를 측정한다.

즉, 도 2와 같이 해안지역의 지하수 수위(4)는 양수량 및 강우 등의 요인과 조석현상에 의한 해수면(3)의 높이변화에 따라 변화하고, 담염수 경계면(5)도 변화한다.

이러한 지하수의 수위(4)와 담염수 경계면(5)의 변화에 따라 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 부력유도체(10)에 의하여 관측정(2) 내에서 상하로 이동하며 무선측정센서(220)는 지하수의 변화를 측정하여 지상에 설치된 기록장치에 무선통신으로 신호를 보내게 되어 지상에서 담염수 경계면의 위치변화를 확인할 수 있다.

이미 설명한 바와 같이, 중성부력장치를 이용한 지하수 염수면 위치 추적장치(1)는 가변형 금속부재(15)를 포함하는 밀폐용 캡(14)에 전자석(100)을 이용하여 탈부착함으로써, 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)로 설치 및 회수가 가능하다.

도 11은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 사시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 측면도이며, 도 13은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전자석 확대도이고, 도 14는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 B-B에서의 절단면도이고, 도 15은 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 C에서의 확대도이다.

도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)는 전자석(100), 전원케이블(400), 회전원통(200), 고정원통(300), 링형 부재(320), 제1막대형 부재(330), 전자석(100)에 탈착가능한 가변형 금속부재(15)를 포함한다.

전원케이블(400)의 일단은 전자석(100)이 연결되고, 회전원통(200)의 외주면에 감겨 회전원통(200)의 회전에 따라 전원케이블(400)도 회전하면서 전원케이블(400)이 풀리고, 감길 수 있다.

고정원통(300)은 회전 원통(200)의 중심에 위치하여 회전 원통(200)의 회전축 역할을 수행하고, 고정원통(300)은 중공형이고, 외주면에 링형 부재(320)가 부착되어 있고 링형부재(320)는 고정원통(300)의 내주면과 외주면을 관통하여 고정설치된다.

전원케이블(400)의 타단에는 제1막대형 부재(330)의 일단과 연결되고, 제1막대형 부재(330)는 회전원통(200)에 고정되어 회전원통(200)의 회전에 따라 같이 회전하고, 제1막대형 부재(330)의 타단은 고정원통(300)에 고정된 링형부재(320)에 단속없이 지속적으로 접촉을 유지하도록 연결된다.

링형부재(320)와 제1막대형 부재(330)는 제1막대형 부재(330)가 회전하면서도 지속적으로 접촉하여야 하고 이를 위해 제1막대형 부재(330)는 스프링(미도시)과 결합되어 스프링의 탄성력에 의해 지속적으로 제1막대형 부재(330)를 링형부재(320)를 향해 밀어주어 접촉시킨다.

제1막대형 부재(330)는 전도체이고, 링형 부재(320)와 접촉되는 부위 및 전원 케이블(400)과 연결되는 부위를 제외하고는 절연부재(340)에 의해 둘러싸여 있고, 절연부재(340) 내부에 스프링이 위치하게 된다.

절연부재(340)로 제1막대형 부재(330)를 감싸는 것은 전원 인가과정에서 전류가 전자석 이외의 부재에 흘러 감전의 위험을 방지하기 위함이다.

링형 부재(320)는 중공형의 고정 원통(300)의 내주면에서 제2막대형 부재(310)와 연결되고, 제2막대형 부재(310)는 고정 원통(300)의 측면에 연결된 전원공급부를 통해 인가된 전원이 제2막대형 부재(310)에 인가되도록 전원공급부와 전기적으로 연결된다.

즉, 제2막대형 부재(310)는 고정원통(300)의 중공 내부에 고정되어 위치하고, 여기서, 전기적으로 연결된다는 의미는 전원공급부에서 공급된 전원이 전도체인 제2막대형 부재(310)에도 인가되어 전류가 흐름을 의미한다.

제2막대형 부재(310)와 링형부재(320)는 일체형의 전도체 금속부재일 수 있고, 고정 원통(300)에 고정되어 전원공급부로부터 인가된 전원을 링형부재(320)까지 공급하고 링형부재(320)와 접촉하면서 회전하는 제1막대형 부재(330)를 통해 전원케이블(400)을 거쳐 전자석(100)에 전원을 인가하여 자기장을 형성시키게 된다.

전자석(100)의 세기는 제2막대형 부재(310)와 전원공급부 사이에 설치된 제어부(500)에서 저항을 조절하여 자기장 세기를 변화시킴으로써 조절한다.

고정원통(300)의 측면에는 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)를 지면에 고정시키기 위한 지지대(600)가 설치되어 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)를 지지 고정시킨다.

또한, 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 이동의 편의성을 위해 전자석(100)을 수납할 수 있는 지지대(600)에 고정된 수납통(800)이 설치된다.

전자석(100)은 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 지하수 관측정(2)에 설치 및 제거시 지속적으로 담수와 염수에 접촉되고, 담염수 경계면의 수심까지 수중에 삽입되므로 약 200m 수심에서의 수압에 견디어야 하기 때문에 부식과 수압에서 전자석을 보호하기 위해 전자석은 수밀부재(700)로 감싸져서 씰링된다.

또한, 전자석(100) 뿐만아니라, 전자석(100)과 전원케이블(400)이 연결된 연결부(410)까지도 수밀부재(700)에 의해 전체가 감싸져서 수밀상태를 유지시킬 수 도 있다.

전자석(100)과 연결부(410)를 포함하여 수밀부재(700)로 둘러쌈으로써, 부식방지, 수압에 견디는 내압특성 향상 뿐만아니라, 연결부(410)에서 전원케이블(400)의 단락시 물을 통해 전달되는 전류에 의한 감전사고 방지 효과도 기대할 수 있다.

수밀부재(700)의 외부에는 도 13에 도시된 바와 같이, 가변형 금속부재(15)가 탈부착가능하다.

가변형 금속부재(15)의 형상은 도 5에 도시된 바와 같이, 금속날개(17)가 펼쳐졌다 접혔다 하는 형태일 수도 있고, 도 13에 도시된 바와 같이, 금속판을 추가적으로 연장시킬 수도 있다.

가변형 금속부재(15)는 전자석(100)을 둘러싼 수밀부재(700)의 외부에 설치될 수도 있고, 전자석(100)의 하단부에 바로 연결될 수도 있다.

전자석(100)의 자력이 가변형 금속부재(15)에 전달되어 가변형 금속부재(15) 전체에 걸쳐 전자석 기능을 수행하게 되고, 이미 도 5에서 설명한 바와 같이, 지하수 관측정의 직경과 무관하게 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 용이하게 지하수 관측정(2) 내에서 찾을 수 있도록 하기 위해 지하수 관측정(2)의 직경과 유사하게 하는데 이용된다.

본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)의 전원케이블(400)은 회전원통(200)에 감고 풀기 용이하기 때문에 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기(A)를 이동시킬 때는 감아서 이동하고, 지하수 관측정(2)에 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 설치하기 위해 전자석에 지하수 염수면 위치 추적장치(1)를 부착하고, 지하수 관측정(2)에 하강시킬 때는 회전원통(200)에 감긴 전원케이블(400)을 풀어주면서 지하수 관측정(2)에 삽입할 수 있다.

도 16는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 방법의 순서도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 방법은 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐된 부력유도체(10); 상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡(14); 상기 밀폐용 캡(14)에 부착된 가변형 금속부재(15); 상기 부력유도체(10)의 하부에 설치되는 무선측정센서(20); 상기 부력유도체(10)의 하부에 설치되어 상기 무선측정센서(10)의 외부를 감싸는 타공관(30)을 포함하는 지하수 염수면 위치 추적장치(1)의 상기 부력 유도체(10)에 증류수를 넣어 부력을 조절하는 부력 조절단계(S10); 상기 부력 조절단계에서 상기 부력유도체(10)의 부력이 지하수의 담염수 경계면에 위치도록 하고, 상기 무선측정센서(20)가 상기 담염수 경계면의 위치변화를 추적하는 담염수 경계면 추적단계(S20)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 17는 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치방법의 순서도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치방법은 전원 케이블(400); 상기 전원 케이블(400)이 감기고 회전가능한 회전 원통(200); 상기 회전원통(200)의 중심에 위치하여 상기 회전 원통(200)의 회전축이 되는 고정 원통(300); 상기 전원 케이블(400)의 일단에 연결되는 전자석(100); 상기 전자석(100)의 하부에 부착된 가변형 금속부재(15); 상기 전원 케이블(400)의 타단과 연결되며, 상기 회전원통(200)에 고정된 제1막대형 부재(330); 및 상기 제1막대형 부재(330)와 외주면에서 접촉하며, 상기 고정 원통(300)에 부착된 링형 부재(320)를 포함하는 지하수 염수면 위치 추적 장치 설치기(A)의 상기 링형 부재(320)에 전원을 인가하는 전원 인가 단계(S100); 상기 전원 인가 단계(S100)를 통해 인가된 전원에 의해 상기 전자석(100)에 자기장이 형성되어 자화되고, 자화된 상기 전자석(100)에 의해 지하수 염수면 위치 추적 장치(1)를 부착하는 부착단계(S200); 상기 가변형 금속부재(15)를 지하수 관측정(2)의 직경에 따라 가변시키는 직경가변단계(S300); 및 상기 직경가변단계(S300)를 거쳐 부착된 상기 지하수 염수면 위치 추적 장치(1)를 지하수 관측정에 삽입하는 삽입단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1: 담염수 경계면위치 추적장치 2: 지하수 관측정
3: 해수면 4: 지하수면
5: 담염수 경계면 6 : 수조
10 : 부력유도체 11 : 부력몸체
12 : 부라켓 13 : 나사부
14 : 밀폐용 캡 15 : 가변형 금속부재
20 : 무선측정센서 21: 연결구
12a, 22: 관통홀 30 : 타공관
A: 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기
100: 전자석 200: 회전원통
300: 고정원통 310: 제2막대형 부재
320: 링형부재 330: 제1막대형 부재
400: 전원케이블 500: 제어부
600: 지지대 700: 수밀부재
800: 수납통
S100: 전원 인가 단계 S200: 부착단계
S300: 삽입단계

Claims (12)

1. 해안지역의 지하수를 측정하는 관측정에 무선측정센서를 삽입하여 담염수 경계면의 위치를 추적하는 지하수 염수면 위치 추적장치에 있어서,
   투명재질로 외벽에 눈금이 표시되고 내부공간을 가지는 관으로 형성되며 하부는 밀폐된 부력유도체;
   상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡;
   상기 밀폐용 캡에 부착되고 지하수 관측정의 직경에 따라 원주방향으로 확장가능한 가변형 금속부재;
   상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 및
   상기 무선측정센서의 외부를 감싸며 상기 부력유도체의 하부에 나사결합되는 타공관;을 포함하고,
   상기 부력유도체와 상기 타공관이 나사결합된 결합부에 공기 배출구가 형성되어 상기 결합부에 잔류하는 공기를 외부로 유출가능하며,
   상기 지하수 염수면 위치 추적장치의 중량에 따른 상기 부력유도체에 인입되는 증류수의 양을 계산하여 상기 부력유도체의 부력을 조절하는 것을 특징으로 하는 지하수 염수면 위치 추적장치.
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5. 해안지역의 지하수를 측정하는 관측정에 무선측정센서를 삽입하여 담염수 경계면의 위치를 추적하는 지하수 염수면 위치 추적장치에 있어서,
   투명재질로 외벽에 눈금이 표시되고 내부공간을 가지는 관으로 형성되며 하부는 밀폐된 부력유도체;
   상기 부력유도체의 상부에 탈착가능하게 설치된 밀폐용 캡;
   상기 밀폐용 캡에 부착되고 지하수 관측정의 직경에 따라 원주방향으로 확장가능한 가변형 금속부재;
   상기 부력유도체의 하부에 설치되는 무선측정센서; 및
   상기 부력유도체의 하부와 상기 무선측정센서의 상부 사이에 설치되어 상기 부력유도체와 상기 무선측정센서를 서로 연결하는 연결부재;를 포함하고,
   상기 연결부재는,
   상부 외주면에 형성되어 상기 부력유도체의 하부 내주면에 형성된 나사산과 결합하는 제1나사산; 및
   하부 내주면에 형성되어 무선측정센서의 상부 외주면에 형성된 나사산과 결합하는 제2나사산;을 포함하며,
   상기 지하수 염수면 위치 추적장치의 중량에 따른 상기 부력유도체에 인입되는 증류수의 양을 계산하여 상기 부력유도체의 부력을 조절하는 것을 특징으로 하는 지하수 염수면 위치 추적장치.
6. 지하수 염수면 위치 추적장치를 설치 및 제거하는 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기에 있어서,
   전원 케이블;
   상기 전원 케이블이 감기고 회전가능한 회전 원통;
   상기 회전 원통의 중심에 위치하여 상기 회전 원통의 회전축이 되는 고정 원통;
   상기 전원 케이블의 일단에 연결되는 전자석;
   상기 전원 케이블의 타단과 연결되며, 상기 회전 원통에 고정된 제1막대형 부재;
   상기 제1막대형 부재와 외주면에서 접촉하며, 상기 고정 원통에 부착된 링형 부재;
   상기 전자석을 둘러싼 수밀부재; 및
   상기 전자석에 탈착가능한 제1항 또는 제5항의 가변형 금속부재를 포함하고,
   상기 링형 부재는 상기 고정 원통의 내주면에서 상기 고정 원통의 중공 내부에 위치하는 제2막대형 부재와 연결되며,
   상기 제2막대형 부재는 상기 고정 원통의 측면에 연결된 전원공급부를 통해 인가된 전원이 상기 제2막대형 부재에 인가되도록 상기 전원공급부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기.
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9. 제6항에 있어서,
   상기 제1막대형 부재, 상기 링형 부재, 상기 제2막대형 부재는 전도체인 것을 특징으로 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기.
10. 제6항에 있어서,
    상기 제1막대형 부재는 절연체인 피복부를 포함하고,
    상기 피복부의 내부에는 스프링을 포함하여, 상기 스프링의 탄성력에 의해 상기 제1막대형 부재가 회전하면서 상기 링형 부재와 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 지하수 염수면 위치 추적장치 설치기.
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