KR101405298B1 - Evaluation of high or low permeability of fractured rock using well head losses from step-drawdown test - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단계양수시험시 양수율에 따른 수위강하 값을 비선형 방법(Labadie and Helweg's least-squares method)으로 산정된 우물수두손실항의 우물두손실계수(C)와 우물수두손실지수(P)의 관계를 이용하여 단열암반층에서의 고저 투수성을 평가할 수 있는 기법이다. 따라서, 단계양수시험 해석을 이용하여 관정내의 투수성을 해석기법만으로도 평가 가능하며, 투수성이 높은 대수층 구간 파악, 양수정 개발 확장, 정밀 부지조사를 하기 위한 예비조사 기법으로도 활용가능하다.The present invention relates to the relationship between the water loss factor (C) and the well head loss index (P) of the well head loss term calculated by the nonlinear method (Labadie and Helweg's least-squares method) Is a technique for evaluating the high and low permeability in an insulating rock layer. Therefore, it is possible to evaluate the permeability in the river by using the stepwise pumping test analysis, and it can be used as a preliminary investigation method for grasping the aquiferous aquifer section, expanding the pumped storage development, and investigating the precise site.

Description

단계양수시험으로부터 우물수두손실항을 이용한 단열암반대수층의 고저 투수성 평가방법{Evaluation of high or low permeability of fractured rock using well head losses from step-drawdown test}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating high and low permeability of an aquifer,

본 발명은 단계양수시험으로부터 우물수두손실항을 이용한 단열암반대수층 고저 투수성 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비선형으로 산정된 우물수두손실항의 우물두손실계수와 우물수두손실지수의 관계를 이용하여 단열암반층에서의 고저 투수성 단열을 평가하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of evaluating an anechoic chamber anechoic chamber permeability using a well head loss term from a stepwise pumping test, and more particularly, to a method of evaluating an anechoic chamber anechoic chamber permeability by using a relationship between a well loss factor and a well head loss index To a method for evaluating high and low permeability in an insulating rock layer.

우리나라 대수층은 대부분 파쇄된 암반대수층의 특성을 가지고 있으며, 충적층에 비하여 단열암반층에 대한 연구가 미비한 실정이다. 그러므로 우리나라 실정에 맞는 대수층 개발 및 수리특성 해석법 평가방법을 개발하기 위하여 여러 가지 양수시험 해석과 같은 평가방법은 매우 중요하다. Most of the aquifer in Korea has the characteristics of fractured rock aquifer, and the study on insulated rock layer is insufficient compared to the alluvial layer. Therefore, it is very important to develop evaluation methods for the development of aquifers and hydraulic analysis methods appropriate to our country.

이와 같이 단계양수시험 해석을 이용한 단열암반층의 수리특성 분석은 시간과 비용측면에서 경제 효과가 있을 것으로 판단된다. 이러한 단계양수시험은 Jacob(C. E. Jacob, Drawdown test to determine effective radius of artesian well, Transactions, ASCE, 112, pp. 1047~1070(1947))에 의해 처음으로 소개되었으며, 그 이후에는 Rorabough(M. I. Rorabaugh, Graphical and theoretical analysis of step-drawdown tests of artesian wells, Proc. Am. Soc. Civ. Eng., 79, 362p(1953))는 Jacob의 그래픽 방법을 이용하여 sw = BQ + CQp으로 산정하였다. 현재에도 단계양수시험 해석에 대한 다양한 방법들이 개선되거나 개발되어 왔다.Analysis of the hydraulic characteristics of the adiabatic rock layer using the stepwise pumping test is expected to be economical in terms of time and cost. This phase pumping test was first introduced by Jacob (CE Jacob, Drawdown test to determine effective radius of artesian well, Transactions, ASCE, 112, pp. 1047-1070 (1947)) and then Rorabough (MI Rorabaugh, (1953)) were calculated using s Jacob's graphical method, s w = BQ + CQ p . The graphs of the step-drawdown tests of artesian wells, Proc. At present, various methods for analyzing the stepping test have been improved or developed.

국외의 경우 Jacob과 Rorabough 외에 Lennox(D. H. Lennox, Analysis and application of step-drawdown tests, J. Hydraul. div., Am. Soc. Civ. Eng., 92(HY6), pp. 25~47(1966)), Sheanhan(N. T. Sheahan, Type-curve solution of step-drawdown test, Ground Water, 9(1), pp. 25~29(1971)), Birsoy and Summers(Y. K. Birsoy and W. K. Summers, Determination of aquifer parameters from step tests and intermittent pumping data, Ground Water, 18(2), pp. 137~146(1980)) 그리고 Kruseman and de Ridder(G. P. Kruseman and de N. A. Ridder, Analysis and evaluation of pumping test data, International institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, the Netherlands, 2nd de. (completely revised), 377p(1991))는 그래픽 방법을 이용하였다.In addition to Jacob and Rorabough, Lennox (DH Lennox, Analysis and Application of Step-Drawdown Tests, J. Hydraul., Div., Am. Soc. ), Sheanhan (NT Sheaan, Type-curve solution of step-drawdown test, Ground Water, 9 (1), pp. 25-29 (1971)), Birsoy and Summers (YK Birsoy and WK Summers, Determination of aquifer parameters from (2), pp. 137-146 (1980)) and Kruseman and de Ridder (GP Kruseman and Ridder, Analysis and evaluation of pumping test data, International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, the Netherlands, 2nd ed., (completely revised), 377p (1991)).

또, Bierschenk(W. H. Bierschenk, Determining well efficiency by multiple step-drawdown tests, International Association of Scientific Hydrology, 64, pp. 494~507(1963))와 Kasenow(M. C. Kasenow, Production Well Analysis: New Methods and a computer program in well hydraulics. Water Resources Publications, LLC, Highlands Ranch, Colorado, 355p(1996))는 산술연산 방법을 제시하였고, Labadie and Helweg (J. W. Labadie, and O. J. Helweg, Step-drawdown test analysis by computer, Ground Water, 13(5), pp. 438~444(1975)), Sheahan(N. T. Sheahan, Discussion of step-drawdown test analysis by computer, Ground Water, 13(5), pp. 445~449(1975)), Gupta(A. D. Gupta, On analysis of step-drawdown data, Ground Water, 27(6), pp. 874~881(1989)), Singh(S. K. Singh, Optimization of confined aquifer parameters from variable rate pump test, J. Hydraul. Eng., 4(1), pp. 61~70(1998)) 및 Shekhar(S. Shekhar, An approach to interpretation of step drawdown tests, Hydrogeology Journal, 14, pp. 1018~1027(2006))는 수치 및 최적화 방법을 제시하였다. In addition, Bierschenk (WH Bierschenk, Determining well efficiency by multiple step-drawdown tests, International Association of Scientific Hydrology, 64, pp. 494-507 (1963)) and Kasenow (JW Labadie, and OJ Helweg, Step-drawdown test analysis by computer, Ground Water, 1995) 13 (5), pp. 438-444 (1975)), Shehan (NT Sheahan, Discussion of step-drawdown test analysis by computer, Ground Water, AD Gupta, On analysis of step-drawdown data, Ground Water, 27 (6), pp. 874-881 (1989)), Singh (SK Singh, Optimization of confined aquifer parameters from variable hydraulic pump test, J. Hydraul. Eng (Shekhar, An approach to interpretation of step drawdown tests, Hydrogeology Journal, 14, pp. 1018-1022 (2006)), Presented the numerical and optimization methods.

그리고 Miller and Weber(C. T. Miller and W. J. Weber, Rapid solution of the nonlinear step-drawdown equation, Ground Water. 21(5), pp. 584~588(1983))는 반복법을 이용하여 최적의 수리상수 B, C 및 P값을 산정하는 방법을 개발하였다.Using the iterative method, the optimal mathematical constants B, C (), and C () are obtained by using Miller and Weber (CT Miller and WJ Weber, Rapid solution of the nonlinear step-drawdown equation, And a method for estimating the P value.

국내의 경우, 이철우 외(이철우, 이대하, 정지곤, 김구영, 김용제, 양수시험시 방사상흐름을 보이는 균열암반 대수층에서의 우물손실, 한국지하수토양환경학회, 7(4), pp. 17-23(2002))는 국내 단열암반층내의 단열특성이 유체의 속도를 지배하므로 정확한 P값의 산정은 단열암반층을 이해하는 중요한 인자가 된다고 하였다. 7 (4), pp. 17-23 (2008), pp. 17-23 (2008), pp. 17-23 (Korean Institute of Soil Science and Ocean Engineering, Seoul, Republic of Korea) 2002) reported that the correct P value is an important factor in understanding the adiabatic rock layer since the thermal properties in the thermal insulation bed dominate the fluid velocity.

또, 이진용 외(이진용, 송성호, 이강근, 단계양수시험 해석시 시간선택이 해석결과에 미치는 영향, 한국지하수토양환경학회, 10(2), pp. 59~65(2005))는 단계양수시험 해석시 시간선택이 우물과 관련된 대수층 상수 등에 상당한 오차가 발생할 수 있다는 연구결과를 제시하였다. 정상용 외(정상용, 김병우, 김규범, 권해우, 단계양수시험 해석시 우물상수 산정 방법이 우물효율에 미치는 영향, 대한지질공학회지, 19(1), pp. 71~79(2009))는 Jacob이 제시한 P=2.0으로 산정할 경우 우물수리상수가 우물효율에 미치는 영향과 단열암반층에 적용시 우물효율 평가에 부적절성을 제시하였으며, 그 반면에 다공질매질과 단열암반층에서 비선형모델의 적합성을 제시하였다. 그리고 이진용(이진용, 단계양수시험을 통한 적정채수량 산정의 문제점, 대한지질학회, 46(5), pp. 485~495(2010))은 취수량의 적정채수량 산정의 문제점을 제시하였다. In this study, the effect of time selection on the analytical results in the analysis of the pumping test, Lee, Jin - Yong, Song, Sung - Ho, Time selection can cause significant errors in the aquifer constants related to wells. 19 (1), pp. 71 ~ 79 (2009)), the effect of well-constants calculation method on the well efficiency, When the proposed P = 2.0 is estimated, the effect of well water constants on the well efficiency and inadequacy of the well efficiency evaluation in the adiabatic rock layer are suggested, while the compatibility of the nonlinear model in the porous medium and the adiabatic rock layer is suggested . And the problems of the estimation of the optimum water intake of the withdrawn water have been suggested by Lee Jin-yong (Lee Jin-yong, Problems of Calculation of the Optimum Water Flow Rate through Phase Pumping Test, Korean Geological Society, 46 (5), pp. 485 ~ 495 (2010)).

현재 단계양수시험 해석은 비선형 방정식을 이용한 해를 요구하고 있는 실정이다. 단계양수시험시 단열암반에서의 층류흐름(laminar flow)와 난류흐름(turbulence flow)에 관하여 연구가 어느 정도 진행되고 있으나, 우물수두손실 계수와 우물수두손실지수(well head exponent)의 관계에서 투수성에 관한 연구는 미미한 것으로 판단된다. 또, 이러한 단계양수시험 해석을 통한 단열암반에서의 응용적인 적용은 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다. The present phase pumping test analysis requires a solution using nonlinear equations. In order to investigate the laminar flow and turbulence flow in adiabatic rocks during the pumping test, the permeability is measured in relation to the well head loss factor and the well head exponent. The research on this subject is considered to be insignificant. In addition, application of this step pumping test is hardly applied to the insulating rock mass.

이에 대한 원인은 우물을 개발하기 위해 실시되는 단계양수시험은 최대 양수량, 우물의 적정양수량, 우물효율, 양수량 증가에 따른 수위강하 예측 등에 관한 해석 기법만으로 사용되기 때문이다.
The reason for this is that the pumping tests conducted to develop the wells are used only for the analysis of the maximum pumping capacity, the optimal pumping capacity of the well, the well efficiency and the prediction of the water level drop due to the increase of the pumped water.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 단계양수시험으로부터 우물수두손실항의 우물두손실계수와 우물수두손실지수의 관계를 이용하여 단열암반층에서의 고저 투수성 단열을 평가하는 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention which has been devised to solve the problems described above is to evaluate a method of evaluating the high and low permeability of an insulating rock layer by using the relationship between the well loss factor and the well loss factor To provide.

특히, 본 특허에서는 단계양수시험시 양수율에 따른 수위강하 값을 최소제곱법(Labadie and Helweg's least-squares method)으로 산정한 우물손실 항(CQP)을 이용하여 단열암반층에서의 난류흐름 구간의 고저투수성 단열들을 평가하고자 한다.
Particularly, in this patent, by using the well-loss term (CQ P ) calculated by the least square method (Labadie and Helweg's least-squares method) in the step pumping test, We want to evaluate the high and low permeability insulation.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양수정의 단계양수시험으로부터 단계별 양수율의 시간경과에 따른 수위강하(sw)를 구하는 단계; 얻어진 수위강하(sw)로부터 최적의 대수층수두손실계수(B)와 우물수두손실계수(C)와 우물수두손실지수(P)를 구하는 단계; 및 단계양수시험의 수위강하식(sw = BQ + CQp)으로부터 우물수두손실(CQp)의 C와 P의 관계를 파악하여 선형흐름 구간과 난류흐름 구간으로 나누어 단열 투수성 흐름을 평가하는 단계를 포함하고, 상기 BQ는 층류흐름에 의한 대수층수두손실, CQp는 난류흐름에 의한 우물수두손실이며,Q는 양수율인 것을 특징으로 하는 고저투수성 평가방법이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of measuring a water level drop (s w ) of a water yield according to a time elapsed from a step pumping test of pumping water, Obtaining an optimal aquifer head loss coefficient (B), a well head loss coefficient (C) and a well head loss index (P) from the obtained water level drop (s w ); And a water level of the step pumping test drop equation (s w = BQ + CQ p ) to evaluate the well head loss (CQ p) linear flow region and the turbulence heat insulating water-permeable flow divided by the flow section to identify the relationship between the C and P from Wherein BQ is an aquifer head loss by a laminar flow, CQ p is a well head loss by a turbulent flow, and Q is a positive yield rate.

상기 최적의 B, C, P는 단계양수시험의 수위강하식(sw = BQ + CQp)에 비선형 모델의 최소제곱법을 적용하여 산정하는 것을 특징으로 한다.The optimum B, C, and P are calculated by applying the least squares method of the nonlinear model to the water descent formula (s w = BQ + CQ p ) of the step pumping test.

또, 선형흐름 구간과 난류흐름 구간의 구분은, 단열암반대수층으로부터 수위강하가 선형적으로 증가하는 층류흐름은 고투수성 단열구간으로, 수위강하가 지수적으로 증가하는 난류흐름은 저투수성 단열구간으로 구분하는 것을 특징으로 한다.The linear flow section and the turbulent flow section are classified into the following two types: a laminar flow in which the water level descent linearly increases from the adiabatic rock aquifer; a high-water insulation period; and a turbulent flow in which the water- As shown in FIG.

또, 우물수두손실항의 C와 P의 관계는 회귀분석으로부터 얻어지는 것을 특징으로 한다.
Also, the relationship between C and P in the well head loss term is characterized by being obtained from a regression analysis.

본 발명에서는 수위강하 방정식(sw = BQ + CQp)의 우물수두손실 항(CQp)을 이용하여 단공에서의 고저 투수성을 평가하는 기법을 제안하였으며, 다음과 같은 기대효과를 예상할 수 있다.In the present invention, a technique of evaluating the high and low permeability in a single hole using the well head loss term (CQ p ) of the water drop equation (s w = BQ + CQ p ) is proposed and the following expected effects can be expected have.

단열암반층에서 우물손실항을 이용한 CQp의 관계식에서 관정에서의 주대수층 구간을 파악할 수 있고, 고저 투수성 구간의 상태를 비교할 수 있다.In the relation of CQ p using the well loss term in the adiabatic rock layer, it is possible to grasp the main aquifer section in the reservoir and to compare the state of the high and low permeability section.

그리고, 공내물리검층으로부터 해석된 전체 단열의 수리단열(hydraulic fracture) 구간을 파악하는데 근거자료로 이용할 수 있다.Also, it can be used as a basis to identify the hydraulic fracture section of the whole insulation analyzed from the balloon physics logging.

수리단열과 단열 구간을 판별하므로서, 수리특성(K, T, S)을 산정 시 대수층 두께(thickness)로 인한 과대평가 및 과소평가의 불확실성을 감소시킬 것으로 판단된다. 예를 들어, 수위가 급격히 강하하는 난류흐름 구간은 대수층 층후(두께)는 투수량계수(T)가 과대평가되기 때문에 제외시키는 근거를 제시할 수 있다. It is considered that the uncertainty of overestimation and underestimation due to the thickness of the aquifer during the calculation of the hydraulic characteristics (K, T, S) will be reduced by discriminating the thermal insulation and the insulation. For example, the turbulent flow interval in which the water level drops sharply can provide a basis for excluding an aquifer layer (thickness) because the permeability coefficient (T) is overestimated.

또한, 본 발명의 단열암반대수층의 고저 투수성 평가방법을 이용하여 관정내의 투수성을 해석기법만으로도 평가 가능하며, 투수성이 높은 대수층 구간 파악, 양수정 개발 확장, 정밀 부지조사를 하기 위한 예비조사 기법으로도 활용가능할 것으로 판단된다.
In addition, it is possible to evaluate the permeability in the tank by using the analytical technique only by using the method of evaluating the high and low permeability of the adiabatic rock aquifer of the present invention, and to grasp the aquifer-rich aquifer section, It is possible to use it.

도 1은 본 발명의 시험예에 사용된 양수정의 위치도이다
도 2는 양수정의 지질단면도이다.
도 3은 도 1의 양수정에 대한 단계양수시험에서 시간별 수위강하 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 양수정의 케이싱의 수위강하량의 그래프이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 대수층수두손실과 우물수두손실의 합의 그래프이다.
도 6은 단계양수시험으로부터 단계별 수위강하에 따른 단열분포도이다.
도 7a , 도 7b, 및 도 7c는 단계양수시험으로부터 얻어지는 대수층 및 양수정의 수두손실 그래프이다.
도 8은 CR-1, CR-2호공 및 SR-1호공의 C값과 P값에 대한 회귀분석 결과 그래프이다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 단계양수시험시 단계별 수위강하에 따른 개구성 및 패쇄성 단열 분포와의 관계 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 고저 투수성 평가방법의 플로우 챠트이다.
1 is a positional diagram of a pumping cell used in the test example of the present invention
Figure 2 is a geological cross-sectional view of amphibious pits.
Fig. 3 is a time-dependent water level drop graph in the step pumping test for the pumping water shown in Fig.
Figs. 4A and 4B are graphs of the water level drop amount of the casing of the amphibious type.
Figures 5A, 5B and 5C are graphs of the sum of aquifer head loss and well head loss.
6 is an adiabatic distribution chart according to the water level drop from the step pumping test.
7A, 7B, and 7C are graphs of head loss of aquifer and amphibian obtained from the step pumping test.
FIG. 8 is a graph showing a regression analysis result of C value and P value of CR-1, CR-2, and SR-1.
Figs. 9A, 9B and 9C are graphs showing the relationship between open and closed thermal insulation distributions according to the water level drop in the step pumping test.
10 is a flow chart of the method for evaluating the porosity of the bottom and the bottom according to the present invention.

이하, 본 발명을 바람직한 시험예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would unnecessarily obscure the gist of the present invention.

본 발명에 따라, 위의 내용을 토대로 단계양수시험에서 우물수두손실계수와 우물수두손실지수를 구하여 단열암반층에서의 고저 투수성 단열을 평가하는 방법 은 다음과 같다(도 10 참조).According to the present invention, the method of evaluating the well head loss factor and the well head loss index in the step pumping test based on the above description and evaluating the high and low permeability in the insulating rock layer is as follows (see FIG. 10).

수위강하(sw)는 단계양수시험으로부터의 대수층수두손실과 우물수두손실과의 합으로 표현할 수 있다(sw = BQ + CQp , 도 2 참조). 여기서 (BQ)는 대수층수두손실, (CQp)는 우물수두손실이며, B는 대수층수두손실계수, C는 우물수두손실계수, P는 우물수두손실지수이다. 또, 수위강하(sw)를 구하기 위하여 Labidie-Helweg(1974)가 제시한 비선형방정식(nonlinear equation)을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Water level drop (see s w = BQ + CQ p, Fig. 2) (s w) can be expressed as the sum of the aquifer and the head loss and the well head loss from the step pumping test. Where (BQ) is the aquifer head loss, (CQ p ) is the well head loss, B is the aquifer head loss factor, C is the well head loss factor, and P is the well head loss index. In addition, nonlinear equations proposed by Labidie-Helweg (1974) can be used to obtain the water drop (s w ), but are not limited thereto.

수위강하식으로부터 각 파라미터인 우물수리상수(well parameter)를 산정한다.The well parameters are calculated from the water descent formula.

그리고, 단계양수시험의 수위강하식으로부터 우물수두손실항(CQp)의 C와 P의 관계를 파악하여 투수성을 층류흐름 및 난류흐름으로 구분한다(도 8 참조). 이때, C와 P의 관계는 회귀분석을 이용하여 얻을 수 있다.The permeability is divided into laminar flow and turbulent flow (see FIG. 8) by determining the relationship between C and P of the well head loss term (CQ p ) from the water level drop of the step pumping test. At this time, the relationship between C and P can be obtained by regression analysis.

도 4b의 각 단계별 수위강하 구간의 선형흐름과 난류흐름 구간을 구별분류한 후에 분류된 구간을 C와 P의 관계로 적용하여 투수성을 판단한다.4B, the permeability is determined by classifying the linear flow and the turbulent flow interval in the water level drop interval and applying the classified interval in the relationship of C and P, respectively.

이러한 단열암반층에서의 고저 투수성 단열을 평가하는 방법에서, 먼저 우물상수를 산정하는 과정에 대해서 설명한다.In the method for evaluating the high and low permeability in such an insulating rock layer, the process of calculating the well constants will be described first.

단계양수시험은 양수정 및 대수층에 관한 많은 정보(우물효율, 수량, 개발 가능량, 최대양수량, 적정양수량)를 제공하는 현장시험 방법으로 Jacob(1947)에 의해 최초로 제안되었으며, 양수율에 대한 수위강하의 관계를 해석할 수 있는 방법이다.Step pumping test was first proposed by Jacob (1947) as a field test method to provide a lot of information about pumping and aquifer (well efficiency, quantity, development potential, maximum pumped water, adequate pumped water) It is a way to interpret the relationship.

이에 대한 다공질매질과 단열암반대수층에서 단계양수시험으로부터 최적의 우물상수인 대수층수두손실계수(aquifer head loss coefficient; B), 우물수두손실계수(well head loss coefficient; C) 그리고 우물수두손실지수(well head loss exponent; P)를 산정하기 위하여 선형 모델의 그래픽 방법(Jacob's method)과 비선형 모델의 최소제곱 방법(Labadie and Helweg's least-squares method)을 이용하였다(표 2 참조).The aquifer head loss coefficient (B), the well head loss coefficient (C), and the well head loss index (well), which are the optimal well constants, were measured from the stepwise pumping test in the porous medium and the adiabatic rock aquifer. The Jacob's method of the linear model and the least squares method of the nonlinear model were used to calculate the head loss exponent P (see Table 2).

여기서, 우물수두손실 계수(C)는 대수층으로부터 유입되는 수두손실을 말하면 수량(water quality)이 증가하면 공내로 유입되는 계수는 작아진다. 그 반면 수량이 감소하면 공내로 유입되는 지하수흐름은 난류에 의해 계수가 커지게 된다. 우물수두손실 계수는 층류흐름을 보이는 상부층의 투수성을 잘 반영한다. 또, 우물수두손실 지수(P)는 수리단열로 인한 유입되는 지하수 흐름으로 수리단열의 빈도가 높으면 지수는 낮아지게 되어 고투수성을 보이고, 수리단열의 빈도가 적으면 지수는 증가하여 저투수성을 보인다. 우물수두손실 지수는 양수량 증가에 의한 난류흐름을 보여줄 수 있는 하부 대수층의 투수성을 잘 반영한다.Here, the loss coefficient of well head (C) refers to the head loss flowing from the aquifer, and as the water quality increases, the coefficient that flows into the air decreases. On the other hand, as the water quantity decreases, the groundwater flow into the ball becomes larger by the turbulence. The well head loss coefficient reflects the permeability of the upper layer with laminar flow. In addition, the well head loss index (P) is the groundwater flow due to hydraulic insulation. As the frequency of hydraulic insulation increases, the index decreases and the water permeability becomes higher. When the frequency of hydraulic insulation decreases, the index increases, see. The well head loss index reflects the permeability of the lower aquifer, which can show turbulent flow due to the increase in pumped water.

Jacob의 그래픽 방법은 단계양수시험 자료를 분석하기 위한 가장 일반적인 그래픽 기법이다. 이러한 그래픽 방법은 우물손질지수 P가 2일 때, 방정식(sw = BQ + CQp)에서 양변을 Q로 나누면, (sw/Q)가 비수위강하량이 된다. 단열암반층에서 적용된 선형모델(그래픽 방법)의 경우 대수층수두손실은 과소평가 되며, 우물수두손실은 과대평가 된다. 또한 매우 급격한 수위강하의 영향으로 대수층손실이 음(-)의 값을 보이거나 적용할 수 없다.Jacob's graphical method is the most common graphical technique for analyzing phase pumping data. In this graphical method, when the well finishing exponent P is 2, dividing both sides by Q in the equation (s w = BQ + CQ p ), (s w / Q) becomes a non-level drop. For a linear model (graphical method) applied in an insulating rock bed, the aquifer head loss is underestimated and the well head loss is overestimated. Also, the aquifer loss can not be seen or applied due to the very rapid water level drop.

또, 단계양수시험 해석에서 비선형 모델의 해석해(solution)를 구하는 과정과 모델 등은 선형모델에 비해 더 복잡하지만, 각 구성 요소에 더 근사적으로 접근하기 때문에 선형모델보다 비선형모델이 단열암반층에서의 난류흐름 발생시의 조건을 더 적합한 모델로 반영할 수 있다. 따라서 비선형으로 산정된 우물수두손실항의 우물두손실계수와 우물수두손실지수로부터의 관계를 이용하여 단열암반층의 투수성을 평가할 수 있다(도 4a 내지 도 4b 참조).In addition, the process of obtaining the solution of the nonlinear model and the model are more complicated than the linear model in the stepwise pumping test analysis, but the nonlinear model is more approximated to the linear model than the linear model. The conditions at the time of turbulent flow generation can be reflected in a more suitable model. Therefore, the permeability of the adiabatic rock layer can be evaluated by using the relationship between the well loss factor and the well head loss index of the well head loss equation estimated in the nonlinear manner (see FIGS. 4A to 4B).

그리고, 단열암반층에서 획득된 단계양수시험으로부터의 비선형 해석 방법은 수위강하를 이상적으로 예측할 뿐만 아니라 단열암반층의 수리단열(hydraulic fracture), 주대수층 구간(main aquifer), 수리특성 파악 및 분석하는데 중요한 요인이 될 수 있다.In addition, the nonlinear analysis method from the stepwise pumping test obtained from the adiabatic rock layer not only predicts the water level drop ideally, but also predicts hydraulic fracture, main aquifer, .

비선형 모델은 방정식(sw = BQ + CQp)의 해에서, B,C 및 P를 산정하기 위하여 최소제곱법을 이용한 수치해석 방법으로, 오차(B(P))가 최소가 되는 , B,C 및 P값을 산정하게 된다. 수학식 1~3으로부터 B와 C에 대한 편미분으로 최소제곱값을 산정하기 위한 연립방정식이며, B,C 및 P값들을 산정하기 위하여 비선형 최소제곱법을 이용하였다. The nonlinear model is a numerical analysis method using the least squares method to calculate B, C, and P in the solution of the equation (s w = BQ + CQ p ) C and P values are calculated. From the equations (1) to (3), a simultaneous equations for estimating the least squares values as partial derivatives of B and C, and nonlinear least squares method is used to calculate B, C and P values.

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여기서 B는 대수층수두손실계수, C는 우물수두손실계수, BQ는 층류에 의한 대수층수두손실, CQp는 난류에 의한 우물수두손실, P는 우물수두손실지수, Q는 양수율[L3 /T], sw는 양수정에서의 수위강하이다. Where B is the aquifer loss coefficient, C is the well head loss factor, BQ is the aquifer head loss due to laminar flow, CQ p is the well head loss due to turbulence, P is the well head loss index, Q is the positive yield [L 3 / T ], s w is the water level drop in the pumping water.

다음으로, 난류흐름에 의한 우물수두손실에 대해 설명한다.Next, the loss of well head due to the turbulent flow is described.

양수정에서 양수시 다공질매질에서는 케이싱(casing) 및 스크린(screen), 시추시 공벽 변형 등의 복합적인 원인에 의해서 우물수두손실이 발생하게 된다. 그러나 다공질매질과 달리 단열암반대수층에 시추된 양수정의 케이싱은 도 4a에 도시된 바와 같이, 지표로부터 풍화대까지 설치하며, 그 이후 구간은 나공(open hole) 상태의 관정이 많다. 시추시 충격으로 인한 양수정 공내 공벽에서 단열이 손상되거나 확장되는 경향이 있으나, 물리검층 결과에서는 공벽의 단열 손상에 의한 영향은 크지 않는 것으로 나타났다.In the case of pumping water in pumping water, the loss of well head is caused by multiple causes such as casing and screen, and deformation of pore wall during drilling. However, unlike the porous medium, the casing of the pumped irrigation aquifer is installed from the surface to the weathering zone, and thereafter, the section of the pumped aquifer is open-hole. Insulation in the pore wall of the amphibious pore due to impact during drilling tends to be damaged or expanded, but the effect of the pore wall thermal insulation damage is not significant in the physical log results.

따라서, 단열암반대수층에서의 우물수두손실은 다공질매질에 설치된 스크린에 의한 우물수두손실과 같은 유사한 요인들을 가지게 된다. 그리고 양수정을 관통하는 단열들은 마치 스크린과 같은 역할을 하게 되며, 이때 관통된 단열특성에 따라 지하수 유속은 변하게 된다. 즉 지하수 유속의 변화에 따라 층류 및 난류가 발생하게 되는데, 이러한 기하학적인 두 흐름은 레이놀즈 수(reynolds number, Re)(Re = (v·d)/υ, 여기서, v는 다르시안의 단위 속도, d는 다공성기질의 거리(some length dimension of the porous matrix), υ는 동역학적 점성계수이다)에 의하여 판별되기도 한다. Thus, the well head loss in the adiabatic rock aquifer has similar factors, such as loss of well heads due to screens installed in the porous media. And, the insulations penetrating the pumped water act like a screen, and the groundwater flow rate changes according to the thermal insulation characteristics penetrated. In this case, the two flows of the geometry are reynolds number (Re) (Re = (v · d) / υ, where v is the unit velocity of Darcyan, d is the length of the porous matrix, and v is the kinetic viscosity coefficient.

층류에 의한 흐름은 점성력이 지배적인 유동으로서 평탄하면서 일정한 유동의 특징이 나타나며, 이때 레이놀즈 수는 낮게 나타난다. 반면에 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 불규칙적인 와류(eddy)와 유동변동(flow perturbation) 등의 복잡한 특징으로 레이놀즈 수는 높다. 이때 양수정에서 양수율을 증가할 경우 양수정을 관통하는 단일단열 및 단열 빈도가 낮고 좁은 단열 틈을 따라 흐르는 지하수 속도의 증가와 유입량의 감소로 인하여 양수정 내에서의 수위강하는 급격히 증가되어 우물수두손실이 크게 발생하게 된다.Laminar flow is a dominant flow of viscous force, characterized by a flat and constant flow, at which time the Reynolds number is low. On the other hand, turbulence is the dominant flow of inertia, and the Reynolds number is high due to the complex features of irregular eddy and flow perturbation. In this case, when the yield is increased in the pumping water, the single waterproofing through the pumping water and the low frequency of adiabatic cooling, the increase of the groundwater velocity flowing along the narrow insulation gap and the decrease of the inflow volume, .

유체의 속도와 관련된 난류는 C와 P값의 단열특성과 상관관계를 가진다고 볼 때, C와 P값의 산정은 단열암반대수층을 해석하는데 매우 유용하다. 이론적으로 양수율과 수위강하는 도 4b와 같이 층류흐름 조건에서 선형으로 비례된다. 그러나, 일정한 양수율 이상에서 나타난 난류흐름은 양수율 증가에 따라 난류흐름 구간이 상대적으로 크게 확장될 경우에 수위강하는 급격히 나타나며, 이때 수위강하는 지수적으로 증가하게 된다. 즉, 수위강하가 선형적으로 증가하는 층류흐름 구간은 투수성이 높은 구간을 가지게 되고, 수위강하가 지수적으로 증가하는 난류흐름 구간은 단열을 통한 지하수의 유입이 급격히 떨어져 투수성이 낮아지게 된다. 따라서 단열암반대수층으로부터 수위강하가 선형적으로 증가하는 층류흐름은 고투수성 단열구간으로 해석하였으며, 수위강하가 지수적으로 증가하는 난류흐름은 저투수성 단열구간으로 해석하였다.
Estimation of C and P values is very useful for the analysis of adiabatic rock aquifers, given that the turbulence associated with fluid velocity correlates with the adiabatic properties of C and P values. Theoretically, both the yield and the water level drop are linearly proportional to the laminar flow conditions, as shown in Figure 4b. However, the turbulent flow over a certain positive yield rate shows a sudden drop in the water level drop when the turbulent flow interval is greatly expanded as the water yield increases, and the water level drop increases exponentially. That is, the laminar flow section in which the water level descent linearly increases has a high permeability section, and the turbulent flow section in which the water level descent exponentially increases decreases the permeability of the groundwater through the insulation . Therefore, the laminar flow that linearly increases the water level drop from the adiabatic rock aquifer is interpreted as a highly water - insulated section, and the exponentially increasing turbulent flow is interpreted as a low - permeability insulated section.

<시험예><Test Example>

본 발명에 따른 단열암반대수층에서 단계양수시험해석의 우물수두손실항을 이용한 고저 투수성 평가방법을 이용하여, 충북 청원에 위치하는 CR-1, CR-2호공과, 부산 사직동 일원에 위치하는 SR-1호공으로부터 단계양수시험을 실시하였다(도 1 참조).Using CR-1 and CR-2 mortars located in Chungbuk Cheongwon and SRs located in the area of Sajik-dong, Busan, by using the high and low porosity evaluation method using the well head loss term in the stepwise pumping test in the adiabatic rock aquifer according to the present invention, -1 step pumping test (see Fig. 1).

충북 청원 지역은 운교리층과 쥬라기 대보화강암류인 화강암류가 분포하고 있다. 그 중에 화강암류는 쥬라기화강암류로써 청주 화강암, 보은화강암, 흑운모 화강암, 복운모화강암 등이 있으며, 도 2a 및 도 2b의 CR-1, CR-2호공이 위치한 암상은 청주 화강암이다. 부산 사직동 일원은 백악기 하양층군에 속하는 퇴적암층인 이천리층, 유천층군의 안산암류이다. 그리고 이들을 후기에 관입한 화강섬록암으로 구성되어 있으며, 도 2c의 SR-1호공이 위치한 암상은 안산암류이다. 각 양수정이 위치한 지점의 수직적인 지질특성은 상부로부터 충적층(모래, 자갈, 점토) 및 풍화대 구간이며, 그 하부에는 단열들이 발달된 암반층이 형성되어 있다.In Chungbuk Cheongwon area, there are Ungryri and Jurassic Daebo granitic rocks. Among them, granitoids are Jurassic granitic rocks such as Cheongju Granite, Boeun Granite, Biotite Granite, and Biomite Granite. The crater where CR-1 and CR-2 are located is Cheongju Granite. The members of Sajikdong in Busan are the andesites of the Icheonri and Yucheon strata belonging to the Cretaceous Haeyang Group. And granodiorite rocks intruded later, and the rock phase where the SR-1 coffin in Figure 2c is located is an andesite. Vertical geologic characteristics at the location of each amphibious pile are composed of alluvial layers (sand, gravel, clay) and weathering zone from the upper part, and a rock layer with adiabatic development is formed in the lower part.

단열암반대수층에 굴착된 3개의 양수정에서 단계양수시험이 실시되었으며, 각 양수정의 굴착심도, 내경, 케이싱심도 및 수중펌프 설치심도는 표 1에 정리하였다. 단계양수시험의 양수량은 V-notch로 측정하였으며, 양수 단계는 각 지점으로 부터 최소 5단계에서 최대 6단계로 실시하였다. 그 결과는 도 3에서 보는 바와 같이 시간별 수위강하 그래프로 나타내었다.
Table 1 shows the depth of drilling, depth of drilling, depth of casing, and depth of submerged pump installation for each amphibious pavement excavated in the aquifer. The pumping water of the step pumping test was measured by V-notch, and the pumping step was performed from at least 5 steps to 6 steps at maximum. The results are shown in the graph of the time-dependent water level drop as shown in FIG.

구분division 우물 깊이(m)Well depth (m) 우물 직경(m)Well diameter (m) 케이싱 깊이(m)Casing depth (m) 수중펌프 깊이(m)Underwater pump depth (m) CR-1CR-1 100100 0.20.2 5454 9090 CR-2CR-2 100100 0.20.2 99 9090 SR-1SR-1 100100 0.20.2 2525 8080

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본 발명은 단열암반대수층에서 획득된 단계양수시험 자료로부터 비선형 모델이 단계양수시험 해석에 매우 적합하고 효과적임을 제시하기 위하여 선형과 비선형 모델의 우물상수를 비교 및 분석하였다(표 2 참조). 그리고 비선형모델로 산정된 우물수두손실 항은 단열암반대수층으로부터 고저 투수성 단열특성을 분석하는데 있다. The present invention compares and analyzes the well constants of the linear and nonlinear models (see Table 2) to demonstrate that the nonlinear model is very suitable and efficient for the analysis of the stepped amphibious test from the stepped amphibolite data obtained from the adiabatic rock aquifer. And the well head loss term estimated from the nonlinear model is to analyze the high and low permeability characteristics of the anther rock aquifer.

단열암반대수층으로부터 비선형 모델로 산정된 , B,C 및 P 값은 양수율 증가에 따른 수위강하 값과 거의 일치하는 것으로 나타났다. 이것은 선형 회귀곡선의 경사 및 y-절편의 구조와 관련된 주관적인 오차를 제거하기 때문이다. 그리고 선형 모델로 산정된 CR-1, 2호공은 매우 급격한 수위강하로 인한 우물상수(B, C)가 과소평가된다. 이때 CR-1호공에서의 급격한 수위강하(Step 5~6: 41.09m)로 인한 B와 C값은 낮으며, CR-2호공에서는 매우 급격한 수위강하(Step 2~5: 78.91m)로 인한 B의 음(-)의 값과 급한 기울기로 인한 C값은 조금 큰 값을 보였다. 그리고 SR-1호공의 B값은 선형 모델 보다 약간 적은 값을 보였으며, C값은 약간 높게 나타났다. 이는 선형 방정식이 각 단계 또는 증가된 단계양수의 조합으로 산정된 계수의 평균값으로 결정되기 때문이다. 특히 수위강하가 매우 급격히 나타나는 CR-1, 2호공에서는 선형 모델이 적합하지 않음을 보여준다.The values of B, C and P estimated from the nonlinear model from the adiabatic rock aquifer were found to agree with the water level drop with increasing positive yield. This is because it eliminates the slope of the linear regression curve and the subjective error associated with the structure of the y-intercept. In the CR-1 and 2 complexes estimated as linear models, the well constants (B, C) due to very rapid water level drops are underestimated. B and C values are low due to the rapid water level drop in CR-1 pool (Step 5 ~ 6: 41.09m), while the B and C values due to very rapid water drop (Step 2 ~ 5: 78.91m) And the C value due to the steep slope showed a slightly larger value. The B value of SR-1 was slightly lower than the linear model, and the C value was slightly higher. This is because the linear equation is determined as the average value of the coefficients calculated by the combination of each step or the increased step positive. In particular, the linear model is not suitable for CR-1, 2, where the water level drop is very rapid.

단열암반대수층에서 비선형 모델로 적용한 SR-1호공에서 측정된 수위값은 유사한 값을 보였으나, 선형 모델과 비교할 때 비선형 모델로 산정된 B값은 조금 낮으며, C값은 약간 높게 나타났다. 이는 Jacob 방법의 그래프에서 직선의 기하학적인 기울기이기 때문이다. 따라서 CR-1, 2호공에서의 Jacob 방법을 이용할 경우 지수적으로 매우 급격히 증가하는 수위강하 그래프에서는 직선의 기하학적인 기울기가 나타나지 않았다. The water level measured in the SR-1 simulator applied as a nonlinear model in the adiabatic rock aquifer was similar, but the B value calculated by the nonlinear model was slightly lower than that of the linear model, and the C value was slightly higher. This is because it is the geometric slope of the straight line in the Jacob method graph. Therefore, the geometric slope of the straight line did not appear in the graph of the water level drop which exponentially increases very rapidly when the Jacob method in CR-1, 2 is used.

상기 결과들을 이용한 단열암반대수층에서의 수위강하는 대수층수두손실과 우물수두손실의 합을 도 5a 내지 도 5c에서 보는 바와 같이 나타낼 수 있다. 이때 단열암반대수층의 CR-1, 2호공 및 SR-1호공에서 선형 모델을 이용한 경우 양수율이 크게 증가 될수록 추정된 수위강하는 과소평가된다. CR-1, 2 그리고 SR-1호공의 RMSE는 선형 및 비선형 모델을 비교하였을 때 비선형 모델에서 낮은 값을 보이며, 결정계수(R2)는 선형보다 비선형 모델에서 높은 값을 보인다. 이때 P값은 3.459~8.290의 범위로 산정되었으며, 이는 단열암반대수층에서의 수리특성이 매우 다양하게 나타나는 것을 의미한다.The water level drop in the adiabatic rock aquifer using the above results can be represented by the sum of aquifer head loss and well head loss as shown in FIGS. 5A to 5C. When the linear model is used for CR-1, 2 and SR-1 in the adiabatic aquifer aquifer, the estimated water level drop is underestimated as the yield rate increases significantly. The RMSE of CR-1, 2 and SR-1 are low in the nonlinear model when compared with the linear and nonlinear models, and the coefficient of determination (R 2 ) is higher in the nonlinear model than in the linear model. The P value is estimated to be in the range of 3.459 ~ 8.290, which means that the hydraulic characteristics in the adiabatic rock aquifer are very diverse.

또, 단열암반대수층에서 지하수유동은 단열의 길이(length), 간격(spacing), 틈(aperture), 충전물(infilling materials), 연결성(connectivity), 거칠기(roughness) 등과 같은 단열의 특성에 의해 크게 좌우된다. 특히 지하수유동은 도 6에서 보는 바와 같이 단계양수시험시 수리단열의 상호 연결성에 따라 수위강하가 높거나 낮게 나타난다. 도 6의 (a)에서 보는바와 같이 CR-1호공은 상부가 풍화암으로 발달되어 있으며, 하부로 내려 갈수록 단열분포가 매우 적다. 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이 CR-2호공은 천부의 단열분포가 높으며, 개구성 단열(open fracture)들은 지표면하 15~30m 구간에 많이 발달하고 있다. 또한 하부로 내려 갈수록 단열분포가 적게 나타난다. 도 6의 (c)에서 보는바와 같이 SR-1호공은 개구성 및 미세 단열(hair fracture)은 전 심도에 걸쳐 고루 발달하고 있다. 일반적으로 단열분포와 지하수 흐름은 상호 상관성을 가지는 것으로 알려져 있으나, CR-2호공은 CR-1호공보다 단열분포가 높음에도 불구하고 수위강하가 매우 급격히 나타난다. 이는 지하수 흐름의 통로가 되는 단열들의 상호 연결성이 약하기 때문으로 양수시 양수정으로 향하는 지하수 유속이 증가되어 난류가 발생하게 된다. 이때 수위강하는 매우 급격히 증가하게 된다.The groundwater flow in the adiabatic rock aquifer is largely influenced by the adiabatic characteristics such as insulation length, spacing, aperture, infilling materials, connectivity, and roughness. do. In particular, as shown in Fig. 6, the groundwater flow shows a high or low water level drop depending on the interconnection of the repair insulation in the step pumping test. As shown in FIG. 6 (a), the upper part of the CR-1 pool is developed as weathered rock, and the lower it goes down, the less the adiabatic distribution is. As shown in FIG. 6 (b), the CR-2 openings have a high thermal insulation distribution, and the open fractures are highly developed in the 15-30 m section of the surface. Also, the lower the temperature, the less the adiabatic distribution is. As shown in FIG. 6 (c), the SR-1 cavity is uniformly developed and the hair fracture is uniform throughout the entire depth. Generally, it is known that the adiabatic distribution and groundwater flow are correlated with each other. However, the water level drop is very rapid even though CR-2 is higher than CR-1. This is because the interconnection of the insulation of the groundwater flow is weak, so that the groundwater flow toward the pumping water at amphibia is increased and turbulence is generated. At this time, the water level drops very rapidly.

이와 같이 난류와 관련된 P값은 우물수두손실에 대한 지수에 해당하므로 그 값에 따라 우물수두손실이 크게 좌우된다. 그리고 단열암반대수층에서 우물수두손실은 단열의 특이성에 의해 나타나며, P값이 크면 양수정에서 난류 구간이 크게 확장되고, P값이 작으면 난류구간이 작게 확장된다. 따라서, 단열암반대수층에서 단열분포가 많이 발달되어 있다 하더라도 단열의 상호 연결성이 없으면 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이 양수정에서 난류구간이 상대적으로 확장되어 수위강하는 매우 급격히 증가하게 된다.Thus, the P value associated with turbulence corresponds to the exponent for the loss of well head, so the loss of well head depends largely on the value. And, the loss of well head in the adiabatic rock aquifer is indicated by the adiabatic specificity. The larger the P value, the larger the turbulent section is expanded in the pumping water. The smaller the P value, the smaller the turbulent section is expanded. Therefore, even if the adiabatic distribution is much developed in the adiabatic rock aquifer, if there is no interconnection of the adiabatic space, the turbulent flow interval is relatively expanded in the pumping water as shown in FIG. 6 (b)

단열암반대수층에 설치된 양수정으로부터 각 양수율에 따른 수위강하를 도 7에서 보는 바와 같이 비선형 모델로 나타내었다. 이때 C의 범위는 3.689×10-19 ~ 5.825×10-7, P값은 3.459~8.290의 범위를 보였다. 단열암반대수층에 굴착된 양수정의 경우 상부의 풍화암과 단열 분포 및 상호연결성이 매우 높은 구간에서는 양수정 내로 2~3차원의 지하수 흐름이 발생되어 층류흐름이 나타난다. 그리고 양수율 증가시 양수정에서의 급격한 수위강하는 단열의 상호 연결성과 관련이 있으며, 양수정으로 유입되는 지하수 흐름은 좁은 단열을 따라 유입되기 때문에 양수율에 따른 우물수두손실과 난류 흐름은 관련성이 크게 나타난다. 따라서, 양수시험시 양수정 부근으로 유입되는 지하수 흐름은 우물수두손실지수 P값에 따라 우물수두손실과 난류흐름의 구간이 커지거나 작게 나타난다. 즉, 양수율 증가에 따라 P값이 증가하면 우물수두손실과 난류흐름 구간도 상대적으로 크게 나타나며, 반면에 P값이 작으면 우물수두손실과 난류구간이 작게 나타난다.As shown in Fig. 7, the water level drop according to each positive yield from the pumping water installed in the adiabatic rock aquifer is represented by a nonlinear model. The range of C was 3.689 × 10 -19 to 5.825 × 10 -7 and the P value was in the range of 3.459 to 8.290. In the case of pumice excavated in the aquifer in the adiabatic rock aquifer, the groundwater flow is generated in the pumping water in the upper part of the weathered rock and in the region where the insulation distribution and interconnectivity are very high. As the yield increases, the rapid water level drop in the pumping water is related to the interconnection of the adiabatic fluid. Since the groundwater flow flowing into the pumping water flows along the narrow insulation, the loss of the well head and the turbulent flow are highly related to the water yield . Therefore, the groundwater flow into the pumping well in the amphibolite test shows that the well head loss and the turbulent flow interval are larger or smaller depending on the well head loss index P value. That is, if the P value increases with increasing the yield rate, the loss of well head and the turbulent flow interval are relatively large. On the other hand, if the P value is small, the loss of well head and the turbulent flow interval are small.

양수정에서 양수시 급격한 수위강하는 우물수두손실에 좌우되며, 이러한 우물수두손실은 단열의 특성에 따라 크게 나타나거나 작게 나타난다. 이때 우물수두손실 항(CQp)의 우물수두손실계수(C)와 우물수두손실지수(P)값은 단열의 수보다는 단열의 상호 연결성에 따라 우물수두손실이 좌우되는 주요인이 된다. 따라서 CR-1, CR-2호공 및 SR-1호공의 C값과 P값에 대한 회귀분석 결과는 도 8에서 보는 바와 같이 반비례적으로 증가하였다. 이에 대한 C와 P값의 회귀분석 식은 수학식 4와 같으며, R2는 0.9245로 매우 높게 나타났다. The rapid water level drop in the pumping water depends on the loss of the well head. The loss of the well head appears to be large or small depending on the characteristics of the insulation. At this time, the well head loss coefficient (C) and the well head loss index (P) value of the well head loss term (CQ p ) are the main cause of the well head head loss depending on the interconnectivity of the insulation rather than the number of the insulation. Therefore, the regression results for the C and P values of CR-1, CR-2, and SR-1 were inversely increased as shown in FIG. Regression analysis of C and P values is shown in Equation 4, and R 2 is 0.9245.

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Figure 112012019823808-pat00005

여기서 SR-1호공의 C가 1×10-7<C≤1×100일 때, P는 1.79<P≤4.32의 범위를 가지며, 전체적으로 고투수성(high permeability) 흐름을 보인다. CR-1호공의 C가 1×10-15<C≤1×10-7 일 때 P는 4.32<P≤7.20 범위를 보였다. 이때 지표면하 3.08~46.81m의 지하수 흐름은 저투수성(low permeability) 흐름을 보이며, 지표면하 46.81~100m에서는 매우 낮은 저투수성(very low permeability) 흐름이 나타났다. 그리고 CR-2호공의 C가 1×10-25<C≤1×10-15 일 때, P는 7.20<P≤10.80의 범위를 가진다. 이때, 지표면하 3.80~10.79m에서는 매우 높은 고투수성 흐름이 나타나며, 지표면하 10.79~100m에서는 지하수 흐름이 매우 낮은 저투수성을 보였다. 이와 같이 C와 P값이 작게 되면 난류의 영향이 작기 때문에 층류흐름이 발달되며, C와 P값이 크게 되면 대수층의 투수투성은 낮기 때문에 난류흐름의 영향이 크게 나타난다. 그리고 C값은 매우 적고 P값은 매우 크면, 상부층은 투수성이 매우 높은 층류 흐름이 발달하고, 하부로 내려 갈수록 난류흐름이 크게 발달하게 된다. 따라서 C와 P값의 관계를 통하여 도 9에서와 같이 난류흐름 구간과 수리단열의 특성을 파악할 수 있다.Here, when C of SR-1 is 1 × 10 -7 <C ≤ 1 × 10 0 , P has a range of 1.79 <P ≤ 4.32 and shows a high permeability as a whole. When the CR-1 hogong of C 1 × 10 -15 <C≤1 × 10 -7 P showed a 4.32 <P≤7.20 range. At this time, the groundwater flow of 3.08 ~ 46.81m below the surface showed low permeability flow and very low permeability flow at 46.81 ~ 100m below the surface. When C of CR-2 is 1 × 10 -25 <C ≤ 1 × 10 -15 , P has a range of 7.20 <P ≤ 10.80. At this time, a very high permeability flow was observed at 3.80 ~ 10.79m below the surface, and a low permeability of groundwater flow at 10.79 ~ 100m below the surface. As C and P values decrease, laminar flow develops because of the small turbulence effect. Turbulent flow is dominant because the permeability of the aquifer is low when C and P values are large. If the C value is very small and the P value is very large, the laminar flow with high permeability is developed in the upper layer, and the turbulent flow is greatly developed in the lower part. Therefore, the characteristics of the turbulent flow region and the thermal insulation can be grasped through the relationship between C and P values as shown in FIG.

다공질매질층에서의 우물수두손실은 케이싱 및 스크린, 시추시 공벽 변형 등의 다양하고 복합적인 원인에 의해서 발생하게 되지만, 단열암반대수층에서의 우물수두손실은 다공질매질층에 설치된 스크린과 같은 나공(open hole) 상태의 단열특성에 의한 영향이 대부분일 것으로 판단된다. 관정을 향하는 단열들은 좁은 단열의 통로를 따라 지하수 흐름이 발생하거나 단열특성에 따라 지하수 흐름이 고투수성 또는 저투수성 흐름을 가진다. 또한 단열에 대한 연결성이 없거나 단열에 퇴적된 광물(depositional minerals) 및 거칠한 면의 접촉부(contact on asperity)로 인한 불투수성 구간에서는 수위강하가 발생한다. 단열특성에 따라 지하수 유속변화는 층류 및 난류흐름이 발생하게 되는데, 층류와 난류흐름에 의한 지배적인 유동 변동의 특징에 의해서 나타난다. 이와 같이 다공질매질에서의 우물수두손실(CQp)은 케이싱 및 스크린 등에 의한 것이나, 단열암반대수층에서 관통된 관정의 특성은 나공 상태에서의 단열들이 스크린과 같은 우물수두손실로 해석되어 자연적 단열(natural fracture)에 의한 수두손실을 해석하는데 매우 유용하다.The loss of the well head in the porous medium layer is caused by various and complex causes such as casing, screen, and wall deformation during drilling. However, the loss of well head in the adiabatic rock aquifer is caused by the open hole) state is considered to be most affected by the adiabatic characteristics. Insulations directed to the gutters have groundwater flow along narrow aisle passages or groundwater flow with high watertight or low permeable flow depending on the insulation characteristics. There is also a level drop in the impervious section due to lack of connectivity to the insulation, depositional minerals and contact on asperity. Depending on the adiabatic characteristics, groundwater flux changes occur as laminar and turbulent flows characterized by dominant flow fluctuations due to laminar and turbulent flows. The characteristic of the well head loss (CQ p ) in the porous medium is due to the casing and the screen, but the characteristics of the wells penetrated in the adiabatic rock aquifer are interpreted as loss of well heads such as screen, It is very useful to analyze head loss due to fracture.

각 단계별 양수율에 따른 단열암반대수층 구간에서의 수위강하는 비수위강하량(sw/Q)으로 산정한 결과 값으로 고저 투수성 단열에 대한 분석이 가능하다. 또한 단열암반대수층에서의 우물수두손실항은 C, Q, 그리고 P값의 크고 작음에 따라 수리단열의 구간을 정량적 해석이 가능할 것으로 판단된다.Water level drop in the insulation section of the bedrock aquifer yield for each step the amount is capable of analysis of the high and low water-permeable insulation to the calculated result in a non-water level drop (s w / Q). Also, it can be concluded that the quantitative analysis of the thermal insulation loss can be done according to the values of C, Q, and P in the well head loss terms in the adiabatic rock aquifer.

따라서, 단계양수시험 해석을 이용하여 우물상수 B, C, P를 결정할 수 있고, 이 때, B, C, P의 값을 알게 되면 시험해석으로부터 영향을 받지 않는 연장된 수위강하를 보다 이상적으로 예측할 수 있다. 또한 단열암반대수층의 경우 최소제곱법으로 산정된 C와 P값의 범위에서 난류와 수리단열의 특성을 해석할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 최소제곱법은 비선형 함수를 기본으로 하는 단열암반대수층 뿐만 아니라 다공질매질에도 매우 적합한 것으로 분석되었다.Therefore, the stepwise pumping test analysis can be used to determine the well constants B, C, and P, where knowing the values of B, C, and P will ideally predict an extended water level drop that is not affected by the test analysis. . It also has the advantage of analyzing the characteristics of turbulence and thermal insulation in the range of C and P values calculated by Least Squares method in adiabatic rock aquifer. These least squares methods are well suited for porous media as well as for adiabatic rock aquifers based on nonlinear functions.

단열암반대수층에서 시추된 양수정내에서 수위강하는 대수층의 고유의 기질(geometry) 뿐만 아니라 양수정에서 양수 시에 대수층의 비선형 변형에 영향을 받게 된다. 이러한 비선형 모델을 이용한 대수층의 수리특성은 우물수두손실 항의 C와 P값의 관계로 해석할 수 있으며, 양수율 증가에 따른 B, C, P 값의 산정은 층류와 난류흐름 구간을 파악할 수 있다. 단열암반대수층에서의 P값은 매우 중요하며 민감하다. 일반적으로 Jacob은 양수율에 따른 수위강하의 기울기는 다공질매질층이나 투수성이 높은 단열암반대수층에서는 선형적으로 증가하기 때문에 값을 2로 고정하였다. 그러나 Rorabaugh는 저양수량(low pumping)에서 값은 2.43~2.82의 범위를, Labade and Helweg는 1~4의 범위를, Jha et al.는 수치해석적인 전통적 방법(Levengerg-Marquardt 방법과 Gauss-Newton Technique 방법) 및 비전통적 방법(Genetic Algorithms)으로 산정한 P값의 범위는 1.60~6.03의 범위를 갖는다고 하였다. 본 발명의 시험예로부터 산정된 P값의 범위는 3.459~8.290의 범위로 높게 나타났다. 이와 같이 투수성이 매우 낮은 단열 구간에서는 급격한 비선형적 기울기를 보이며, 이때 우물수두손실과 관련된 P값과 난류흐름 구간은 확장되어 나타난다. 그러나 동일 관정에서 투수성 단열 구간까지 수위강하를 시키게 되면, 양수율에 따른 수위강하는 선형적으로 증가하기 때문에 P값은 2값에 가깝게 나타난다. 저투수성 단열 구간에서 양수율 증가에 따른 수위강하 구간 범위를 어떻게 선택하는 것에 따라 우물수두손실과 난류흐름 구간이 다르게 나타난다. 따라서 단열암반대수층에서 P값과 난류흐름 구간은 수리단열 특성에 따라 그 범위가 다르게 나타나기 때문에 대수층 저심도까지 수위강하 구간을 대상으로 수리단열 특성을 해석하는 것이 보다 정확할 것으로 판단된다.
The water level drop in the pumped aquifer in the adiabatic rock aquifer is affected not only by the inherent geometry of the aquifer but also by the nonlinear deformation of the aquifer during pumping in the pumping water. The hydraulic characteristics of the aquifer using this nonlinear model can be interpreted as the relationship between the C and P values of the well head loss term. The calculation of B, C, and P values according to the increase of the yield yields the laminar and turbulent flow periods. The P value in the adiabatic rock aquifer is very important and sensitive. In general, the value of Jacob is fixed at 2 because the slope of the water level drop due to the positive yield increases linearly in the porous medium layer and in the aquiferous aquifer with high permeability. However, Rorabaugh found that the values for the low pumping range ranged from 2.43 to 2.82, for Labade and Helweg ranged from 1 to 4, and Jha et al. Showed the numerical analytical methods (Levengerg-Marquardt method and Gauss-Newton Technique And the range of P values estimated from genetic algorithms ranged from 1.60 to 6.03. The range of P values estimated from the test examples of the present invention was high in the range of 3.459 to 8.290. In this case, the P value and the turbulent flow interval related to the loss of the well head are extended. However, if the water level drops from the same water column to the permeable adiabatic section, the water level decrease due to the positive yield increases linearly, so that the P value is close to 2. The water head loss and the turbulent flow interval are different according to the selection of the range of the water level drop due to the increase of the positive yield in the low permeability adiabatic section. Therefore, it is considered more accurate to analyze the thermal insulation characteristics of the aquifer under the aquifer down to the aquifer depth because the range of the P value and the turbulent flow interval in the adiabatic rock aquifer are different according to the thermal insulation characteristics.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시사례를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시사례에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Will be possible.

Claims (4)

양수정의 단계양수시험으로부터 단계별 양수율의 시간경과에 따른 수위강하(sw)를 구하는 단계;
얻어진 수위강하(sw)로부터 대수층수두손실계수(B)와 우물수두손실계수(C)와 우물수두손실지수(P)를 구하는 단계; 및
단계양수시험의 수위강하식(sw = BQ + CQp)으로부터 우물수두손실(CQp)의 C와 P의 관계를 파악하여 선형흐름 구간과 난류흐름 구간으로 나누어 단열 투수성 흐름을 평가하는 단계를 포함하고,
상기 BQ는 층류흐름에 의한 대수층수두손실, CQp는 난류흐름에 의한 우물수두손실이며,Q는 양수율이며,
C와 P의 관계는 P=1.7940-0.1565×ln C이고,
C와 P의 관계에 이용한 단열암반의 고저투수성흐름평가는,
C가 1×10-7<C≤1×100일 때 P는 1.79<P≤4.32의 범위를 가지면 고투수성(high permeability) 흐름이고,
C가 1×10-15<C≤1×10-7 일 때 P는 4.32<P≤7.20 범위를 가지면 저투수성(low permeability) 흐름이며,
C가 1×10-25<C≤1×10-15 일 때, P는 7.20<P≤10.80의 범위를 가지면, 매우 낮은 저투수성(very low permeability) 흐름으로 구분하는 것을 특징으로 하는 고저투수성 평가방법.
Obtaining a water level drop (s w ) according to the elapsed time of the positive yield from the step pumping test of the pumping water;
Obtaining the aquifer head loss coefficient (B), the well head loss coefficient (C) and the well head loss index (P) from the obtained water level drop (s w ); And
Water level drop in the step pumping test expression (s w = BQ + CQ p ) evaluating a well head loss (CQ p) linear flow region and the turbulence heat insulating water-permeable flow divided by the flow section to identify the relationship between the C and P from Lt; / RTI &gt;
Where BQ is the aquifer head loss due to laminar flow, CQ p is the well head loss due to turbulent flow, Q is the positive yield,
The relationship between C and P is P = 1.7940-0.1565 x ln C,
The evaluation of the high and low permeability of the adiabatic rock mass used for the relationship between C and P,
When C is 1 x 10 &lt; 7 < C x 1 x 10 0 , P has a high permeability flow when it has a range of 1.79 < P &
When C is 1 × 10 -15 <C ≤ 1 × 10 -7 , P has a low permeability flow if it has a range of 4.32 <P ≤ 7.20,
Characterized in that when C is in the range of 1 x 10 &lt; 25 &lt; C x 1 x 10 &lt; -15 &gt;, P has a very low permeability flow, Sexuality evaluation method.
제1항에 있어서, 상기 B, C, P는 단계양수시험의 수위강하식(sw = BQ + CQp)에 비선형 모델의 최소제곱법을 적용하여 산정하는 것을 특징으로 하는 고저 투수성 평가방법.
The method according to claim 1, wherein B, C, and P are calculated by applying a least squares method of a nonlinear model to a water descent formula (s w = BQ + CQ p ) .
제1항에 있어서, 선형흐름 구간과 난류흐름 구간의 구분은, 단열암반대수층으로부터 수위강하가 선형적으로 증가하는 층류흐름은 고투수성 단열구간으로, 수위강하가 지수적으로 증가하는 난류흐름은 저투수성 단열구간으로 구분하는것을 특징으로 하는 고저 투수성 평가방법.
The method according to claim 1, wherein the linear flow section and the turbulent flow section are classified into a laminar flow type in which the water level drop linearly increases from the adiabatic rock aquifer, a high-water-temperature adiabatic section, and a turbulent flow in which the water level descent exponentially increases And a water permeable heat insulating section.
제1항에 있어서, 우물수두손실항의 C와 P의 관계는 회귀분석으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 고저 투수성 평가방법.The method according to claim 1, wherein the relationship between C and P in the well head loss term is obtained from a regression analysis.
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