KR101825393B1 - 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법 - Google Patents

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KR101825393B1 KR1020160049952A KR20160049952A KR101825393B1 KR 101825393 B1 KR101825393 B1 KR 101825393B1 KR 1020160049952 A KR1020160049952 A KR 1020160049952A KR 20160049952 A KR20160049952 A KR 20160049952A KR 101825393 B1 KR101825393 B1 KR 101825393B1
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Abstract

본 발명은 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염하구 지역에서 지하수의 과도한 양수로 해수침투가 발생하는 경우 해안대수층에서의 지하수의 유동 양상을 분석하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법은 정호 내 유향유속 측정기를 투하하여 지하수 방향성과 선형유속을 측정하는 단계; 멀티 스펙트럼 스캐너와 테마틱 매퍼의 지구관측센서가 구비된 인공위성으로 상기 정호 상부의 수치지형도를 산출하는 단계; 상기 정호 내 암석코어를 회수하여 지반 물성을 산출하고자 NX규격으로 시추작업을 수행하는 단계; 상기 정호 내 지반상대밀도, 연경도 및 전단강도의 토질정수를 추정하기 위하여 표준관입시험을 수행하는 단계; 상기 정호 내 투수성을 산출하기 위하여 수위하강법으로 현장투수시험을 수행하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

염하구 지역 지하수 유동 측정 방법{Ground Water Movement Measurement Method for Estuary Region}
본 발명은 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염하구 지역에서 지하수의 과도한 양수로 해수침투가 발생하는 경우 해안대수층에서의 지하수의 유동 양상을 분석하는 기술에 관한 것이다.
염하구 지역에서 농업용수 및 생활용수를 취수할 경우에 과도한 양수로 인하여 해수 침투 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 사전에 방지하기 위해서는 양수가 이루어지는 지하수 정호 내에서의 지하수 유량 및 유향 변화의 관측 및 분석이 선행되어야 한다.
본 발명에 따른 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법을 개시하려는 유사 선행기술에는 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0039246호 ‘지하수 유동 측정 물리검층을 위한 휴대용 유량측정장치’가 있다. 상기 유사 선행기술은 유량을 측정하기 위한 유량계를 이용하여 조사를 수행하는 사용모드와, 상기 유량계를 휴대하여 이동하기 위한 이동모드 사이에서 자세변경 가능한 휴대용 유량측정장치로서, 상기 이동모드에서 상기 휴대용 유량계를 사이에 놓고 상기 휴대용 유량계의 양측에 배치되어 상호 착탈가능하게 결합되는 제1지지부재와 제2지지부재; 상기 이동모드에서 상기 제1지지부재와 제2지지부재 사이에 간격이 형성되도록 상기 제1지지부재와 제2지지부재 사이에 개재되는 복수의 간격유지부재; 상기 이동모드에서, 상기 제1지지부재와 제2지지부재를 상호 착탈가능하게 결합하기 위한 결합수단; 및 상기 사용모드에서, 상기 유량계가 결합되어 있는 상기 제1지지부재는 상하방향으로 배치된 상태로 지면에 놓여 있는 상기 제2지지부재에 장착되어 지지되게 하는 장착수단;을 구비하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
다른 유사 선행기술에는 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0008377호 ‘지하수 유출량 및 함양량을 연속 계측할 수 있는 유입출 측정장치’가 있다. 상기 유사 선행기술은 하상에 고정설치되며 내부에 하천수가 채워지는 챔버; 내부에 물이 채워져 하상에 고정설치되며, 손실하천 발생시, 연통연결된 챔버로 내부의 물이 유출되도록 하여, 수위 강하량을 측정하는 지하수 함양량 계측장치; 하상에 고정설치되며, 이득하천 발생시, 연통연결된 챔버의 하천수가 내부로 유입되도록 하여, 수위 변화량을 측정하는 지하수 유출량 계측장치; 상기 지하수 함양량 계측장치 내부의 수면 상부에 설치되어, 수위 강하량에 의한 공기압 변화를 통해 지하수 함양량을 계측할 수 있도록 하는 제 1압력센서; 상기 지하수 유출량 계측장치의 내부 저면에 설치되어, 수위 변화량에 의한 수압 변화를 통해 지하수 유출량을 계측할 수 있도록 하는 제 2압력센서;를 포함하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
또 다른 유사 선행기술에는 3) 대한민국 등록특허공보 제10-1013182호 ‘지하수의 수위 변화를 이용한 지하수 양수량 산출방법, 수위측정센서 및 양수량 산출방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체’가 있다. 상기 유사 선행기술은 일정 기간 동안에 양수펌프를 이용하여 퍼 올린 지하수의 총 양수량을 산출하기 위한 것으로서, (a) 일정 기간 동안 변동하는 지하수위를 시간 간격을 두고 계속적으로 측정하여 각 측정시각별 지하수위 데이터를 획득하는 단계; (b) 상기 양수펌프를 가동하여 지하수를 퍼 올리기 시작하면서 지하수위가 하강하는 양수 초기와, 시간에 따른 지하수위의 하강량이 상기 양수 초기에 비하여 작아지는 준평형기와, 상기 양수펌프의 가동을 중단시킴으로써 지하수위가 상승하는 회복기를 거치는 전체 양수과정에서 나타나는 지하수위의 전형패턴과 상기 (a)단계에서 획득된 지하수위 데이터를 비교하여, 상기 지하수위 데이터로부터 상기 지하수위의 전형패턴과 대응되는 패턴을 형성하는 데이터들을 선별하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 선별된 데이터의 측정시각을 이용하여, 양수가 이루어진 총 시간을 산출하는 단계; 및 (d) 산출된 총 양수시간을 이용하여 총 양수량을 산출하는 단계;를 포함하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
그러나 전술한 종래의 유사 선행기술은 염하구 지역에서 지하수의 과도한 양수로 해수침투가 발생하는 경우 해안대수층에서의 지하수의 유동 양상을 분석하는 기술을 제공하지 못하였다.
KR10-2013-0039246(A) KR10-2013-0008377(A) KR10-1013182(B1)
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 염하구 지역에서 지하수의 과도한 양수로 해수침투가 발생하는 경우 해안대수층에서의 지하수의 유동 양상을 분석하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법은 정호 내 유향유속 측정기를 투하하여 지하수 방향성과 선형유속을 측정하는 단계; 멀티 스펙트럼 스캐너와 테마틱 매퍼의 지구관측센서가 구비된 인공위성으로 상기 정호 상부의 수치지형도를 산출하는 단계; 상기 정호 내 암석코어를 회수하여 지반 물성을 산출하고자 NX규격으로 시추작업을 수행하는 단계; 상기 정호 내 지반상대밀도, 연경도 및 전단강도의 토질정수를 추정하기 위하여 표준관입시험을 수행하는 단계; 상기 정호 내 투수성을 산출하기 위하여 수위하강법으로 현장투수시험을 수행하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 염하구 지역에서 해안대수층의 지하수 유동 양상 분석이 가능하여 지하수의 양수로 해수침투가 발생하는 것을 사전에 예측하고 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지하수 유동 측정 방법의 전체 실시 흐름도;
도 2는 본 발명에 다른 지하수 방향성과 선형 유속을 측정하는 방법의 세부 실시 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 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 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법은 정호 내 유향유속 측정기를 투하하여 지하수 방향성과 선형유속을 측정하는 단계(S100); 멀티 스펙트럼 스캐너와 테마틱 매퍼의 지구관측센서가 구비된 인공위성으로 상기 정호 상부의 수치지형도를 산출하는 단계(S200); 상기 정호 내 암석코어를 회수하여 지반 물성을 산출하고자 NX규격으로 시추작업을 수행하는 단계(S300); 상기 정호 내 지반상대밀도, 연경도 및 전단강도의 토질정수를 추정하기 위하여 표준관입시험을 수행하는 단계(S400); 상기 정호 내 투수성을 산출하기 위하여 수위하강법으로 현장투수시험을 수행하는 단계(S500);가 포함된다.
상기 S100 단계에서 상기 선형유속은 측정지점에서의 지하수 이동경로를 산출하기 위한 것으로,
Figure 112016039410671-pat00001
… 수식(1)
상기 수식(1)과 같이 동수구배(
Figure 112016039410671-pat00002
), 공극률(
Figure 112016039410671-pat00003
), 투수도(
Figure 112016039410671-pat00004
) 및 동수구배(
Figure 112016039410671-pat00005
)에 의한 함수인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 S100 단계는 정호 내 슬롯이 구비된 정호 스크린을 설치하는 단계(S110); 정호 상태가 안정되도록 24시간을 대기하는 단계(S120); 프로브를 측정심도에 설치하는 단계(S130); 침출수가 작은 공극에서 큰 공극으로 유출 시 발생하는 와류를 방지하고자 상기 프로브에 퍼지 팩커를 장착하는 단계(S140); 상기 프로브가 상기 정호 내 침출수 온도와 열평형을 이루는 것을 확인하는 단계(S150); 캘리브레이션 센서를 북위 방향으로 설정하고 상기 프로브에서 열원을 발생시키는 단계(S160); 상기 프로브에서 발생된 열원을 사방위 센서로 감지하여 열원 변화를 수치로 변환하는 단계(S170); 유향 데이터는 시계 방향으로 각도를 계산하여 0~360도로 표기하고 측정심도별로 상기 유향 데이터를 로즈 다이어그램으로 표시하며 빈도수와 평균방향을 벡터로 분석하는 단계(S180);가 더 포함된다.
상기 퍼지 팩커는 자체에 수분을 포함하게 되면 부피가 팽창하는 부드러운 섬유로 외부가 피복되어 있고, 상기 섬유 내부에는 다수 개의 실리카 입자가 부착되어 정호 외부상태와의 에너지차를 저감시키며 삽입된 상기 프로브가 상기 정호 내 침출수의 온도에 안정되도록 소정의 시간을 대기한 후 측정을 개시하는 과정이 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 S200단계는 분석대상지형에 대한 지형지세 특성 파악과 지질구조해석이 가능하도록 상기 분석대상지형의 색조, 형태, 질감 및 형상이 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 S200 단계에서 상기 수치지형도를 산출 시 지표면 기복, 경사방위각, 경사도 및 태양조사방향이 반영되고 방향성 분석과 연장성 분석을 수행하여 측정대상 지형의 총 선구조수와 우세방향을 산출하는 과정이 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 S300 단계에서 굴진속도, 슬라임 상태, 순환수 색조, 표준관입 시험에 의해 채취된 시료 및 N-치를 기반으로 지층 분포 상태를 확인하는 과정이 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 S400 단계에서 상기 표준관입시헙을 적용 시 취득하는 데이터는 지반 내 토층분포, 토질종류, 지지층 분포심도, 압밀침하층 두께, 상대밀도, 내부마찰각, 기초지반 탄성침하지수, 기초지반 허용지지력, 액상화 가능성 지수, 일축압축강도, 비배수점착력이 포함되어야 한다.
상기 S500 단계에서 상기 수위하강법을 적용 시 시험 구간이 지하수면 하부에 위치하면 수식(2)로 산출하고,
Figure 112016039410671-pat00006
…수식(2)
시험 구간이 지하수면 상부에 위치하면 수식(3)으로 산출하며,
Figure 112016039410671-pat00007
…수식(3)
여기서, K는 투수계수(cm/sec), r은 케이싱 반경(cm),
Figure 112016039410671-pat00008
은 상기 케이싱 상단에서 굴착깊이까지 거리(cm),
Figure 112016039410671-pat00009
는 상기 케이싱 상단에서 상기 케이싱 하단까지 거리(cm),
Figure 112016039410671-pat00010
,
Figure 112016039410671-pat00011
는 경과시간(sec),
Figure 112016039410671-pat00012
,
Figure 112016039410671-pat00013
는 상기 경과시간에 따른 수위저하 거리(cm),
Figure 112016039410671-pat00014
는 지상에 노출된 케이싱 길이(cm),
Figure 112016039410671-pat00015
는 지중에 삽입된 케이싱 길이(cm),
Figure 112016039410671-pat00016
는 상기 케이싱 상단에서 지하수위까지 거리(cm)이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법에 있어서,
    정호 내 유향유속 측정기를 투하하여 지하수 방향성과 선형유속을 측정하는 단계(S100);
    멀티 스펙트럼 스캐너와 테마틱 매퍼의 지구관측센서가 구비된 인공위성으로 상기 정호 상부의 수치지형도를 산출하는 단계(S200);
    상기 정호 내 암석코어를 회수하여 지반 물성을 산출하고자 NX규격으로 시추작업을 수행하는 단계(S300);
    상기 정호 내 지반상대밀도, 연경도 및 전단강도의 토질정수를 추정하기 위하여 표준관입시험을 수행하는 단계(S400);
    상기 정호 내 투수성을 산출하기 위하여 수위하강법으로 현장투수시험을 수행하는 단계(S500);가 포함되고,
    상기 S100 단계는,
    정호 내 슬롯이 구비된 정호 스크린을 설치하는 단계(S110);
    정호 상태가 안정되도록 24시간을 대기하는 단계(S120);
    프로브를 측정심도에 설치하는 단계(S130);
    침출수가 작은 공극에서 큰 공극으로 유출 시 발생하는 와류를 방지하고자 상기 프로브에 퍼지 팩커를 장착하는 단계(S140);
    상기 프로브가 상기 정호 내 침출수 온도와 열평형을 이루는 것을 확인하는 단계(S150);
    캘리브레이션 센서를 북위 방향으로 설정하고 상기 프로브에서 열원을 발생시키는 단계(S160);
    상기 프로브에서 발생된 열원을 사방위 센서로 감지하여 열원 변화를 수치로 변환하는 단계(S170);
    유향 데이터는 시계 방향으로 각도를 계산하여 0~360도로 표기하고 측정심도별로 상기 유향 데이터를 로즈 다이어그램으로 표시하며 빈도수와 평균방향을 벡터로 분석하는 단계(S180);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 S100 단계에서 상기 선형유속은 측정지점에서의 지하수 이동경로를 산출하기 위한 것으로,
    Figure 112016039410671-pat00017
    …수식(1)
    상기 수식(1)과 같이 동수구배(
    Figure 112016039410671-pat00018
    ), 공극률(
    Figure 112016039410671-pat00019
    ), 투수도(
    Figure 112016039410671-pat00020
    ) 및 동수구배(
    Figure 112016039410671-pat00021
    )에 의한 함수인 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 팩커는 자체에 수분을 포함하게 되면 부피가 팽창하는 부드러운 섬유로 외부가 피복되어 있고, 상기 섬유 내부에는 다수 개의 실리카 입자가 부착되어 정호 외부상태와의 에너지차를 저감시키며 삽입된 상기 프로브가 상기 정호 내 침출수의 온도에 안정되도록 소정의 시간을 대기한 후 측정을 개시하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 S200단계는 분석대상지형에 대한 지형지세 특성 파악과 지질구조해석이 가능하도록 상기 분석대상지형의 색조, 형태, 질감 및 형상이 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 S200 단계에서 상기 수치지형도를 산출 시 지표면 기복, 경사방위각, 경사도 및 태양조사방향이 반영되고 방향성 분석과 연장성 분석을 수행하여 측정대상 지형의 총 선구조수와 우세방향을 산출하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 S300 단계에서 굴진속도, 슬라임 상태, 순환수 색조, 표준관입 시험에 의해 채취된 시료 및 N-치를 기반으로 지층 분포 상태를 확인하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 S400 단계에서 상기 표준관입시험을 적용 시 취득하는 데이터는 지반 내 토층분포, 토질종류, 지지층 분포심도, 압밀침하층 두께, 상대밀도, 내부마찰각, 기초지반 탄성침하지수, 기초지반 허용지지력, 액상화 가능성 지수, 일축압축강도, 비배수점착력인 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 S500 단계에서 상기 수위하강법을 적용 시 시험 구간이 지하수면 하부에 위치하면 수식(2)로 산출하고,
    Figure 112016039410671-pat00022
    …수식(2)
    여기서, K는 투수계수(cm/sec), r은 케이싱 반경(cm),
    Figure 112016039410671-pat00023
    은 상기 케이싱 상단에서 굴착깊이까지 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00024
    는 상기 케이싱 상단에서 상기 케이싱 하단까지 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00025
    ,
    Figure 112016039410671-pat00026
    는 경과시간(sec),
    Figure 112016039410671-pat00027
    ,
    Figure 112016039410671-pat00028
    는 상기 경과시간에 따른 수위저하 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00029
    는 지상에 노출된 케이싱 길이(cm),
    Figure 112016039410671-pat00030
    는 지중에 삽입된 케이싱 길이(cm)인 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 S500 단계에서 상기 수위하강법을 적용 시 시험 구간이 지하수면 상부에 위치하면 수식(3)으로 산출하고,
    Figure 112016039410671-pat00031
    …수식(3)
    여기서, K는 투수계수(cm/sec), r은 케이싱 반경(cm),
    Figure 112016039410671-pat00032
    은 상기 케이싱 상단에서 굴착깊이까지 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00033
    는 상기 케이싱 상단에서 상기 케이싱 하단까지 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00034
    ,
    Figure 112016039410671-pat00035
    는 경과시간(sec),
    Figure 112016039410671-pat00036
    ,
    Figure 112016039410671-pat00037
    는 상기 경과시간에 따른 수위저하 거리(cm),
    Figure 112016039410671-pat00038
    는 상기 케이싱 상단에서 지하수위까지 거리(cm)인 것을 특징으로 하는 염하구 지역 지하수 유동 측정 방법.
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