KR101817560B1

KR101817560B1 - 지하수 인공함양 실험 시스템

Info

Publication number: KR101817560B1
Application number: KR1020170046439A
Authority: KR
Inventors: 박창희; 이명재; 장호준; 천정용
Original assignee: 주식회사 지오그린21
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-02-21

Abstract

수조모형을 이용하여 인공함양을 구현하는 지하수 인공함양 실험 시스템이 개시된다. 지하수 인공함양 실험 시스템은, 메인 저장 탱크, 인공함양 수조, 지중 샘플 누적부, 복수의 관정들, 펌프 및 제1 배출관로를 포함한다. 메인 저장 탱크에는 인공함양 실험을 위한 실험수가 저장된다. 인공함양 수조는 일정 높이를 갖는다. 지중 샘플 누적부는 인공함양 수조의 높이보다 낮은 높이를 갖고서 지중을 구성하는 지중 재료가 누적되어 구성된다. 관정들은 지중 샘플 누적부에 삽관된다. 펌프는 메인 저장 탱크에 저장된 실험수를 펌핑한다. 제1 배출관로는 인공함양 수조의 제1 측벽과 지중 샘플 누적부 사이에 형성된 일정 폭의 제1 공간에 제1 높이를 갖고서 배치되고, 펌프에 의해 메인 저장 탱크에서 제공되는 실험수가 제1 공간에 제공된 후 제1 공간에서 유입되는 실험수를 메인 저장 탱크에 배출한다.

Description

지하수 인공함양 실험 시스템{EXPERIMENTAL SYSTEM FOR A GROUNDWATER ARTIFICIAL RECHARGE}

본 발명은 지하수 인공함양 실험 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수조모형을 이용하여 인공함양을 구현하는 지하수 인공함양 실험 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 정부(국토교통부)의 재원으로 국토교통과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: No. 16AWMP-B066761-04, 과제명: 도서·산간지역 우기주입-건기회수 소규모 청정 지하저수지 구축 기술].

전 세계적으로 기후변화에 따른 수자원 확보와 관리가 새로운 위기로 인식되고 있으며, 현재 미국, 유럽, 호주 등에서는 지하수를 이용하거나 지하 대수층(aquifer)을 이용한 수자원 개발 및 관리 방법의 적용이 증가하는 추세이다.

또한, 국내의 상황을 살펴볼 때, 기후변화의 가장 큰 패턴은 주로 홍수기의 국지성 집중호우로 나타나며, 이에 따라 하천, 댐을 이용한 전통적인 방식의 수자원 확보 및 관리에 대한 어려움이 커져가고 있고, 이에 따라 기후 변화에 적극적으로 대처하기 위한 지하수 인공함양에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 해안, 도서 지역은 기후변화 이외에도 지형적, 지리적 특성으로 인하여 강우에 의한 지표수 또는 지하수 등의 수자원 확보가 곤란하다.

따라서, 이러한 기후변화, 지형-지리적 특성에 의한 지하수자원의 손실에 대처할 수 있는 관정을 이용한 지하수 인공함양 또는 대수층 저장 및 회수 기술 등의 도입이 요구되고 있다.

여기서, 지하수 인공함양이란, 대수층으로 물이 들어가도록 하거나, 대수층의 수량을 늘려줄 목적으로 디자인된 공학적인 시스템을 말하는 것으로서, 강우가 땅속으로 침투하여 대수층으로 이동하는 자연적인 함양과는 달리, 침투저류조, 주입정, 트렌치 등 인위적인 시설물을 이용하여 물을 땅속으로 주입시켜 대수층의 수량을 증대시키는 인위적인 방법이다.

대한민국에서는 비가 여름에 집중적으로 내려 물난리가 발생하지만, 나머지 계절엔 늘 물이 부족하고, 특히 제주도는 심각한 상황인데, 한라산을 중심으로 중앙은 고지가 높고 섬 주변은 해발고도가 낮아, 비가 내리면 급속히 바다로 빠져나감으로써, 물기 하나 없는 건천이 불과 6시간 만에 풍부한 유량을 자랑하는 하천으로 탈바꿈한다.

따라서, 보를 포함하여 다양한 인위적인 시설물을 활용하되, 빗물이 지하 50여 미터에 이르는 깊이로 관통 형성된 인공함양정을 통하여 지하수층에 주입됨으로써, 지하수층의 수량이 증대된다.

인공함양기법은 설치된 관정을 통해 물을 인위적으로 주입하여 지하수위를 유지 및 회복하기 때문에 최적의 주입정 배치와 적정 주입량을 산정하는 것이 중요하다.

한국등록특허 제10-1596711호 (2016. 02. 23. 공고)(인공함양 주입조절밸브 및 그 운용방법) 한국등록특허 제10-1658730호 (2016. 09. 22. 공고)(지하저수지 주입 양수 계통의 최적 설계 방법) 한국등록특허 제10-1262244호 (2013. 05. 08. 공고)(우수 인공함양 가능한 지질 순환식 수막재배시스템)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 인공함양을 위해 설치된 관정들을 통해 물을 인위적으로 주입하고 양수하여 지하수위를 유지 및 회복하도록 최적의 주입정 배치와 적정 주입량을 산정할 수 있는 인공함양 구현을 위한 지하수 인공함양 실험 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템은, 메인 저장 탱크, 인공함양 수조, 지중 샘플 누적부, 복수의 관정들, 펌프 및 제1 배출관로를 포함한다. 상기 메인 저장 탱크에는 인공함양 실험을 위한 실험수가 저장된다. 상기 인공함양 수조는 일정 높이를 갖는다. 상기 지중 샘플 누적부는 상기 인공함양 수조 내에 배치되고, 상기 인공함양 수조의 높이보다 낮은 높이를 갖고서 지중을 구성하는 지중 재료가 누적되어 구성된다. 상기 관정들은 상기 지중 샘플 누적부에 삽관된다. 상기 펌프는 상기 메인 저장 탱크에 저장된 실험수를 펌핑한다. 상기 제1 배출관로는 상기 인공함양 수조의 제1 측벽과 상기 지중 샘플 누적부 사이에 형성된 일정 폭의 제1 공간에 제1 높이를 갖고서 배치되고, 상기 펌프에 의해 상기 메인 저장 탱크에서 제공되는 실험수가 상기 제1 공간에 제공된 후 상기 제1 공간에서 유입되는 실험수를 상기 메인 저장 탱크에 배출한다.

일실시예에서, 상기 제1 배출관로의 높이는 가변될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 배출관로에는 실험수의 유입을 위해 복수의 홀들이 형성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 지하수 인공함양 실험 시스템은 상기 제1 측벽과 마주하는 상기 인공함양 수조의 제2 측벽과 상기 지중 샘플 누적부 사이에 형성된 일정 폭의 제2 공간에 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 갖고서 배치되고, 상기 지중 샘플 누적부를 투과한 실험수가 상기 제2 공간에 제공된 후 상기 제2 공간에서 유입되는 실험수를 상기 메인 저장 탱크에 배출하는 제2 배출관로를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제2 배출관로의 높이는 가변될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제2 배출관로에는 실험수의 유입을 위해 복수의 홀들이 형성될 수 있다.

일실시예에서, 지하수 인공함양 실험 시스템은 상기 메인 저장 탱크에 배치되어 실험수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 수위 측정 센서에 의해 측정된 실험수의 높이가 균일하게 유지되는 것으로 체크되면 상기 펌프의 동작은 차단될 수 있다.

일실시예에서, 지하수 인공함양 실험 시스템은 상기 지중 샘플 누적부의 표면을 통해 수분이 증발하는 것을 차단하기 위해 상기 지중 샘플 누적부를 덮도록 배치된 증발방지판을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 지하수 인공함양 실험 시스템은 상기 복수의 관정들 중 하나의 관정과 상기 펌프를 서로 연결하는 가압배관을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 펌프는 상기 가압배관을 실험수를 가압 주입 방식으로 공급할 수 있다.

일실시예에서, 지하수 인공함양 실험 시스템은, 상기 인공함양 수조 보다 높은 위치에 배치되고, 실험수가 저장된 서브 저장 탱크; 및 상기 복수의 관정들 중 하나의 관정과 상기 서브 저장 탱크를 서로 연결하는 자연 유하 배관을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 서브 저장 탱크에 저장된 실험수는 상기 자연 유하 배관을 통해 자연 유하 방식으로 관정에 낙하할 수 있다.

이러한 지하수 인공함양 실험 시스템에 의하면, 인공함양 수조의 제1 측벽과 상기 인공함양 수조 내에 배치된 지중 샘플 누적부 사이의 제1 공간에 제1 배출관로를 배치하고, 펌프에 의해 실험수가 상기 제1 공간에 제공된 후 상기 제1 공간에서 유입되는 실험수를 메인 저장 탱크에 배출하도록 상기 제1 배출관로를 설계함으로써, 인공함양을 위해 설치된 관정을 통해 물을 인위적으로 주입하여 지하수위를 유지 및 회복하도록 최적의 주입정 배치와 적정 주입량을 갖는 지하수 인공함양을 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 배출관로와 지지부재를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 3a은 도 1에 도시된 인공함양 수조의 정면도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 평면도이고, 도 3c는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 좌측면도이고, 도 3d는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 우측면도이다.
도 4는 가압 주입 방식으로 인공?t양 실험이 수행되는 예를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 자연 유하 방식으로 인공함양 실험이 수행되는 예를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제1 배출관로와 지지부재를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 도 3a은 도 1에 도시된 인공함양 수조의 정면도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 평면도이고, 도 3c는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 좌측면도이고, 도 3d는 도 1에 도시된 인공함양 수조의 우측면도이다.

도 1 내지 도 3d를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템은 메인 저장 탱크(110), 인공함양 수조(120), 지중 샘플 누적부(130), 복수의 관정들(140), 펌프(150), 제1 배출관로(160), 제2 배출관로(162), 수위 측정 센서(170) 및 증발방지판(180)을 포함한다.

메인 저장 탱크(110)에는 인공함양 실험을 위한 실험수가 저장된다.

인공함양 수조(120)는 일정 높이를 갖는다. 인공함양 수조(120)는 사각박스형상을 가질 수도 있고, 원통형상을 가질 수도 있다.

지중 샘플 누적부(130)는 인공함양 수조(120)의 높이보다 낮은 높이를 갖고서 지중을 구성하는 지중 재료가 누적되어 구성된다. 상기 지중 재료는 지하수 인공함양 구현을 위해 실험되는 지역에 따라 해당 지역 내의 상부 모래층, 중간 실트질 모래층, 하부의 굵은 모래층 순서로 구성될 수 있다.

예를 들어, 지표하 10-30 m 심도 구간에 위치하는 실트질 모래 혹은 점토층을 중심으로 상부 모래층은 주수 지하수 대수층(perched aquifer)을 이루고, 하부의 굵은 모래층이 주요 대수층 역할을 한다. 인공함양의 주 대상층인 굵은 모래층은 평균적으로 약 30 m 정도의 심도에 분포하며, 그 이하의 심도에는 풍화암과 기반암이 분포한다. 이러한 구조로 지층이 형성된 경우, 심도 구간을 축소하여 상부 모래층, 중간 실트질 모래층, 하부 굵은 모래층의 순서로 본 실시예에의 지충 샘플 누적부에 적용될 수 있다.

인공함양 수조(120)가 사각박스형상을 갖는다면, 지중 샘플 누적부(130)는 사각박스형상의 제1 측벽으로부터 일정 간격 이격되고, 상기 제1 측벽에 마주하는 제2 측벽으로부터 일정 간격 이격되도록 배치된다. 지중 샘플 누적부(130)와 제1 측벽간의 간격과 지중 샘플 누적부(130)와 제2 측벽간의 간격은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 지중 샘플 누적부(130)는 사각박스형상의 상기 제1 측벽의 일단과 상기 제2 측벽의 일단을 연결하는 제3 측벽에 접하도록 배치되고, 상기 제1 측벽의 타단과 상기 제2 측벽의 타단을 연결하는 제4 측벽에 접하도록 배치된다.

관정들(140)은 지중 샘플 누적부(130)에 삽관된다. 관정들(140)은 평면상에서 관찰할 때 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다. 관정들(140)의 길이나 직경은 동일할 수 있다. 인공함양 실험이 수행될 때, 관정들(140)은 주입정으로 이용될 수도 있고, 양수정으로 이용될 수도 있다.

관정(140)의 하부 영역에는 복수의 슬릿들이 형성된다. 형성된 슬릿을 통해 지중 샘플 누적부(130)에 충진된 샘플수가 유입될 수도 있고, 가압 주입 방식이나 자연 유하 방식으로 샘플수가 지중 샘플 누적부(130)에 투입될 수도 있다.

관정(140) 내부에 어떠한 재질도 없는 나공 상태라면, 실험수의 주입에 의해 수조 내 다짐토가 유실될 가능성이 높고, 비정상적인 수리전도도 상승이 유발할 가능성이 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 관정(140) 내부에 투수성 재료를 채워 배치할 수 있다. 투수성 재료가 관정(140) 내부에 채워지므로 실험수의 주입 동작시, 수조 내 다짐토가 유실될 가능성을 줄일 수 있고, 비정상적인 수리전도도의 상승 가능성을 줄일 수 있다.

또한, 관정(140)에는 눈금자가 형성될 수 있다. 이에 따라, 카메라 등을 관정(140) 내에 삽입하여 실험수의 높이를 측정할 수 있다.

펌프(150)는 메인 저장 탱크(110)에 저장된 실험수를 펌핑하여 제1 배출관로(160)가 배치된 영역, 즉 인공함양 수조(120)의 제1 측벽과 지중 샘플 누적부(130)간의 공간에 공급한다.

제1 배출관로(160)는 인공함양 수조(120)의 제1 측벽과 지중 샘플 누적부(130) 사이에 형성된 일정 폭의 제1 공간에 제1 높이를 갖고서 배치되고, 펌프(150)에 의해 메인 저장 탱크(110)에서 제공되는 실험수가 상기 제1 공간에 제공된 후 상기 제1 공간에서 유입되는 실험수를 메인 저장 탱크(110)에 배출한다. 즉, 상기 제1 공간에 실험수가 점차적으로 채워지고 제1 배출관로(160)의 높이에 도달됨에 따라, 실험수는 제1 배출관로(160)에 형성된 홀들을 통해 유입된 후 메인 저장 탱크(110)에 배출된다.

제1 배출관로(160)는 복수의 홀들이 형성된 제1 유입관(162) 및 제1 경로파이프(164)를 포함한다. 제1 유입관(162)은 2개의 제1 지지부재들(210)에 의해 지지된다. 제1 유입관(162)의 일측부위는 제1 지지부재(210)에 의해 지지되고 제1 유입관(162)의 타측부위는 제1 지지부재(210)에 의해 지지된다.

제1 지지부재(210)는 지지판넬(212), 지지판넬(212) 위에 체결된 지지봉(214), 지지봉(214) 내에 삽입되고 스프링 등에 의해 완충되는 완충봉(216), 및 U-자 형상을 갖고서 완충봉(216)에 체결되고 제1 유입관(162)을 지지하는 지지받침대(218)를 포함한다.

제2 배출관로(162)는 제1 측벽과 마주하는 인공함양 수조(120)의 제2 측벽과 지중 샘플 누적부(130) 사이에 형성된 일정 폭의 제2 공간에 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 갖고서 배치되고, 지중 샘플 누적부(130)를 투과한 실험수가 상기 제2 공간에 제공된 후 상기 제2 공간에서 유입되는 실험수를 메인 저장 탱크(110)에 배출한다.

제2 배출관로(162) 역시 복수의 홀들이 형성된 제2 유입관(도면부호 미부여) 및 제2 경로파이프(도면부호 미부여)를 포함한다. 제2 배출관로(162) 역시 2개의 제1 지지부재들(210)에 의해 지지된다.

본 실시예에서, 제1 배출관로(160)가 배치된 공간에 제1 배출관로(160)의 높이만큼 실험수가 채워지므로 상류수두가 정의될 수 있다. 또한, 제2 배출관로(162)가 배치된 공간에 제2 배출관로(162)의 높이만큼 지중 샘플 누적부(130)를 투과한 실험수가 채워지므로 하류수두가 정의될 수 있다.

수위 측정 센서(170)는 메인 저장 탱크(110)에 배치되어 실험수의 수위를 측정한다. 수위 측정 센서(170)에 의해 측정된 실험수의 높이가 균일하게 유지되는 것으로 체크되면 펌프의 동작은 차단될 수 있다.

증발방지판(180)은 지중 샘플 누적부(130)의 표면을 통해 수분이 증발하는 것을 차단하기 위해 지중 샘플 누적부(130)를 덮도록 배치된다.

도 1에 도시된 관정들(140)은 인공함향 실험을 위해 주입정으로 이용될 수도 있고, 양수정으로 이용될 수도 있다.

도 4는 가압 주입 방식으로 인공?t양 실험이 수행되는 예를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 인공함양 수조(120) 내에는 지중 샘플 누적부(130)가 배치되되, 지중 샘플 누적부(130)의 측벽과 인공함양 수조(120)의 일측벽간에는 제1 공간이 마련되고, 지중 샘플 누적부(130)의 측벽과 인공함양 수조(120)의 타측벽간에는 제2 공간이 마련되도록 배치된다. 제1 공간에는 제1 배출관로(160)가 배치되고, 제2 공간에는 재2 배출관로가 배치된다.

포화대수층을 유지하기 위해, 펌프(150)는 메인 저장 탱크(110)에 저장된 실험수를 일정 수량으로 균일하게 인공함양 수조(120)의 제1 공간에 공급한다. 펌프(150)를 통해 인공함양 수조(120)의 제1 공간에 공급되는 실험수의 주입 용량은 균일하게 유지될 수 있다.

인공함양 수조(120)의 제1 공간에 주입된 실험수의 일부는 지중 샘플 누적부(130)의 하측부를 경유하여 인공함양 수조(120)의 제2 공간에 이동된다. 이때 지중 샘플 누적부(130)의 하측부의 투수도 등에 따라 실험수가 인공함양 수조(120)의 제2 공간으로 이동되는 양이나 도달 시간은 달라질 것이다. 지중 샘플 누적부(130)의 하측부의 투수도가 높다면 이동되는 실험수는 제2 공간에 도달하는 시간은 짧을 것이고, 짧은 시간에 많은 양의 실험수가 도달될 것이다. 지중 샘플 누적부(130)의 하측부의 투수도가 낮다면 이동되는 실험수는 제2 공간에 도달하는 시간은 길 것이다.

또한, 제1 공간에 공급되어 잔류하는 실험수의 나머지는 제1 배출관로(160)를 통해 메인 저장 탱크(110)에 회수된다. 제1 배출관로(160)의 높이에 따라 실험수가 메인 저장 탱크(110)에 회수되는 시기는 달라질 것이다. 예를들어, 제1 배출관로(160)의 높이가 낮다면 실험수는 보다 이른 시간부터 메인 저장 탱크(110)에 회수될 것이고, 제1 배출관로(160)의 높이가 높다면 실험수는 보다 늦은 시간에 메인 저장 탱크(110)에 회수될 것이다.

또한, 제2 공간에 공급되어 잔류하는 실험수는 제2 배출관로(162)를 통해 메인 저장 탱크(110)에 회수된다. 제2 배출관로(162)의 높이에 따라 실험수가 메인 저장 탱크(110)에 회수되는 시기는 달라질 것이다. 예를들어, 제2 배출관로(162)의 높이가 낮다면 실험수는 보다 이른 시간부터 메인 저장 탱크(110)에 회수될 것이고, 제2 배출관로(162)의 높이가 높다면 실험수는 보다 늦은 시간에 메인 저장 탱크(110)에 회수될 것이다.

메인 저장 탱크(110)에 수용된 실험수는 펌프(150)를 통해 추출되어 제1 공간에 공급되므로 실험수의 높이는 낮아지고, 인공함양 수조(120)에 투입된 실험수는 제1 배출관로(160) 및 제2 배출관로(162)를 통해 회수되므로 실험수의 높이는 높아진다. 메인 저장 탱크(110)에 수용된 실험수의 높이는 수위 측정 센서(170)에 의해 측정된다.

수위 측정 센서(170)에 의해 측정된 실험수의 높이가 균일하게 유지되면 포화대수층은 유지되는 것으로 가정할 수 있다. 이에 따라, 펌프(150)의 동작은 차단되고, 인공함양 구현을 위해 펌프(150)에 연결된 연결배관을 지중 샘플 누적부(130)에 삽관된 관정들(140) 중 하나의 관정(140)에 연결하여 샘플수를 가압 주입한다. 가압 주입된 샘플수는 지중 샘플 누적부(130)에 침투수로서 충진되어 지중 샘플 누적부(130) 내에서 지하수위가 상승된다.

이러한 방식으로 포화대수층을 유지한 상태에서 여러 관정들(140)에 실험수를 가압 주입하여 지하수위의 상승 높이, 상승 시간 등을 실험하여 인공함양 구현을 실현할 수 있다.

또한, 인공함양 구현을 위해 양수펌프(미도시)에 연결된 연결배관을 지중 샘플 누적부(130)에 삽관된 관정들(140) 중 하나의 관정(140)에 연결하여 샘플수를 양수한다. 샘플수가 양수됨에 따라, 지중 샘플 누적부(130)에 충진된 샘플수는 줄어들어 지중 샘플 누적부(130)내에서 지하수위가 하강한다.

이러한 방식으로 포화대수층을 유지한 상태에서 여러 관정들(140)을 통해 실험수를 양수하여 지하수위의 하강 높이, 하강 시간 등을 실험하여 인공함양 구현을 실현할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 가압 주입 방식으로 인공함양 실험을 위해, 펌프(150)의 제1 출력파이프는 제1 공간까지 배치되고, 펌프(150)의 제2 출력파이프는 관정(140)에 연결된다. 이에 따라, 펌프(150)에 의해 양수된 실험수는 인공함양 수조(120)의 제1 공간 및 지중 샘플 누적부(130)에 삽관된 관정(140)에 각각 투입된다.

도 5는 자연 유하 방식으로 인공함양 실험이 수행되는 예를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 인공함양 수조(120) 내에는 지중 샘플 누적부(130)가 배치되되, 지중 샘플 누적부(130)의 측벽과 인공함양 수조(120)의 일측벽간에는 제1 공간이 마련되고, 지중 샘플 누적부(130)의 측벽과 인공함양 수조(120)의 타측벽간에는 제2 공간이 마련되도록 배치된다. 제1 공간에는 제1 배출관로(160)가 배치되고, 제2 공간에는 재2 배출관로가 배치된다.

수위 측정 센서(170)에 의해 측정된 실험수의 높이가 균일하게 유지되면 포화대수층은 유지되는 것으로 가정할 수 있다. 이에 따라, 인공함양 구현을 위해 투입전 실험수를 저장하는 서브 저장 탱크(190)에 연결된 연결배관을 지중 샘플 누적부(130)에 삽관된 관정들(140) 중 하나의 관정(140)에 연결하여 샘플수를 자연 유하 방식으로 주입한다. 자연 유하 방식으로 주입된 샘플수는 지중 샘플 누적부(130)에 침투수로서 충진되어 지중 샘플 누적부(130)내에서 지하수위가 상승된다.

이러한 방식으로 포화대수층을 유지한 상태에서 여러 관정들(140)에 실험수를 자연 유하 방식으로 주입하여 지하수위의 상승 높이, 상승 시간 등을 실험하여 인공함양 구현을 실현할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 자연 유하 방식으로 인공함양 실험을 위해, 투입전 실험수를 저장하는 서브 저장 탱크(190)는 지하수 인공함양 실험 시스템 보다 높은 위치에 배치된다. 이에 따라, 서브 저장 탱크(190)에 저장된 투입전 실험수는 서브 저장 탱크(190)와 관정(140)간에 연결된 연결배관을 통해 관정(140)에 투입된다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템은 건기에 1일 일정 규모의 지하수 양수를 목적으로 하는 소규모 인공함양(Artificial Recharge) 지하저수지 설치를 위한 적지선정 기법에 활용될 수 있다. 예를들어, 수리모델 실험결과 다양한 인자에 부응하는 적지 후보지 형상을 정의하고, 본 발명에 따른 지하수 인공함양 실험 시스템을 통해 주입과 양수모델링 실험을 수행하여 적합한 양수효율을 산정한 후, 최적 후보지 선정을 위하여 각종 지형공간정보를 처리하여 GIS(Geographic Information System) DB를 구축할 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 메인 저장 탱크 120 : 인공함양 수조
130 : 지중 샘플 누적부 140 : 관정들
150 : 펌프 160 : 제1 배출관로
162 : 제2 배출관로 170 : 수위 측정 센서
180 : 증발방지판 190 : 서브 저장 탱크

Claims

인공함양 실험을 위한 실험수가 저장된 메인 저장 탱크;
일정 높이를 갖는 인공함양 수조;
상기 인공함양 수조 내에 배치되고, 상기 인공함양 수조의 높이보다 낮은 높이를 갖고서 지중을 구성하는 지중 재료가 누적되어 구성된 지중 샘플 누적부;
상기 지중 샘플 누적부에 삽관된 복수의 관정들;
상기 메인 저장 탱크에 저장된 실험수를 펌핑하는 펌프; 및
상기 인공함양 수조의 제1 측벽과 상기 지중 샘플 누적부 사이에 형성된 일정 폭의 제1 공간에 제1 높이를 갖고서 배치되고, 상기 펌프에 의해 상기 메인 저장 탱크에서 제공되는 실험수가 상기 제1 공간에 제공된 후 상기 제1 공간에서 유입되는 실험수를 상기 메인 저장 탱크에 배출하는 제1 배출관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 배출관로의 제1 높이는 가변되는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 배출관로에는 실험수의 유입을 위해 복수의 홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 측벽과 마주하는 상기 인공함양 수조의 제2 측벽과 상기 지중 샘플 누적부 사이에 형성된 일정 폭의 제2 공간에 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 갖고서 배치되고, 상기 지중 샘플 누적부를 투과한 실험수가 상기 제2 공간에 제공된 후 상기 제2 공간에서 유입되는 실험수를 상기 메인 저장 탱크에 배출하는 제2 배출관로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 배출관로의 제2 높이는 가변되는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 배출관로에는 실험수의 유입을 위해 복수의 홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 메인 저장 탱크에 배치되어 실험수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제7항에 있어서, 상기 수위 측정 센서에 의해 측정된 실험수의 높이가 균일하게 유지되는 것으로 체크되면 상기 펌프의 동작은 차단되는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 지중 샘플 누적부의 표면을 통해 수분이 증발하는 것을 차단하기 위해 상기 지중 샘플 누적부를 덮도록 배치된 증발방지판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 관정들 중 하나의 관정과 상기 펌프를 서로 연결하는 가압배관을 더 포함하고,
상기 펌프는 상기 가압배관을 실험수를 가압 주입 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 인공함양 수조 보다 높은 위치에 배치되고, 실험수가 저장된 서브 저장 탱크; 및
상기 복수의 관정들 중 하나의 관정과 상기 서브 저장 탱크를 서로 연결하는 자연 유하 배관을 더 포함하고,
상기 서브 저장 탱크에 저장된 실험수는 상기 자연 유하 배관을 통해 자연 유하 방식으로 관정에 낙하하는 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 관정들 각각의 측면에는 홀들이 형성되고, 상기 관정들 각각의 내부에는 투수성 재료가 채워진 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.
제1항에 있어서, 상기 관정들 각각의 내측면에는 카메라가 상기 관정 내에 삽입되어 실험수의 높이를 측정할 수 있도록 눈금자가 형성된 것을 특징으로 하는 지하수 인공함양 실험 시스템.