KR102426101B1 - 해수주입을 이용한 해수침투 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수-담수 경계면을 갖는 대수층이 형성된 지반에서의 해수침투 저감을 위한 방법으로서, 해안에서 내륙으로 소정 거리(L1) 이격된 지점에 소정 스크린 높이(s)를 갖는 주입관정을 소정 주입깊이(d)로 설치하는 단계; 상기 주입관정을 통해 대수층 내부로 해수를 소정 주입량(Q)만큼 주입하는 단계; 및 상기 해수 주입에 의해 상기 주입관정 주위에 상부 해수 영역을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 상부 해수 영역은 대수층 내에서 대수층 상부에 해수로 채워지는 영역인 것을 특징으로 하는 해수침투 저감 방법을 제공한다.

Description

해수주입을 이용한 해수침투 저감 방법 {Method for mitigating seawater intrusion by using seawater injection}

본 발명은 해수침투 저감 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해수를 대수층에 주입하는 신규한 방법으로 해수침투를 방지할 수 있는 해수침투 저감 방법에 관한 것이다.

일반적으로 해안가에서는 지반 내의 투수층을 통해 바닷물(해수)이 침투하여 지하수를 오염시키는 현상이 종종 발생한다. 특히 해당 지역에서 사용가능한 양을 초과하여 지하수를 사용하는 경우 지하수위가 낮아져서 해수가 더욱 잘 침투하게 되고, 지반 내 대수층에 해수가 침입하면 대수층의 수질이 수년 동안 회복되지 않아 취수원으로서의 가치를 상실하는 경우도 있다.

해수의 침투를 방지하거나 저감하는 방법으로서 도1(a) 내지 도1(c)에 도시한 방법들이 종래부터 사용되고 있다. 도1(a)는 해안가 근처의 지하에 장벽(1)을 설치하여 해수가 육지로 침투하지 못하게 하는 방법이다. 도1(a)에서 WT는 지하수위(water table)를 나타내고 IF는 해수-담수 경계면(interface)을 나타낸다.

도1(b)는 육지의 대수층에 관정(2)을 설치하고 대수층에 담수를 주입하는 방법으로, 도시한 것처럼, 대수층으로 주입된 담수가 해수를 밀어내어 해수-담수 경계면(IF)이 바다측으로 후퇴하는 것을 도시하였다.

도1(c)는 육지측으로 침투한 해수를 양수(pumping)하는 방법이다. 즉 도1(c)에 도시한 것처럼 해수-담수 경계면(IF)의 아래쪽까지 관정(3)을 설치하고 관정(3)을 통해 해수를 양수함으로써 해수침투를 저감한다.

그러나 도1(a) 방법은 해안가를 따라 지하에 긴 장벽(1)을 설치해야 하므로 작업시간과 비용이 많이 들고 지하의 담수가 바다로 빠져나가는 통로도 막아버리므로 친환경적이지 않다는 문제가 있다. 그리고 도1(b)의 담수주입 및 도1(c)의 해수양수 방법은 관정(2,3)을 비교적 깊이 설치해야 하고 관정(2,3)을 통해 지속적으로 담수를 주입하거나 해수를 양수해야 하는 문제가 있다.

특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2014-0111776호 (2014년 9월 22일 공개) 특허문헌2: 한국 등록특허 제10-1551889호 (2015년 9월 9일 공고)

본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해수를 대수층의 상부 영역에 주입하여 상부 해수 영역을 형성함으로써 담수유출 채널의 폭을 줄여서 해수-담수 경계면이 바다쪽으로 후퇴하도록 하여 해수침투를 저감하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수-담수 경계면을 갖는 대수층이 형성된 지반에서의 해수침투 저감을 위한 방법으로서, 해안에서 내륙으로 소정 거리(L1) 이격된 지점에 소정 스크린 높이(s)를 갖는 주입관정을 소정 주입깊이(d)로 설치하는 단계; 상기 주입관정을 통해 대수층 내부로 해수를 소정 주입량(Q)만큼 주입하는 단계; 및 상기 해수 주입에 의해 상기 주입관정 주위에 상부 해수 영역을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 상부 해수 영역은 대수층 내에서 대수층 상부에 해수로 채워지는 영역인 것을 특징으로 하는 해수침투 저감 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해수침투 저감 방법이 컴퓨터를 이용하여 상기 거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 때 상기 적어도 하나의 변수를 결정하는 단계가, 상기 거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수에 따른 복수개의 데이터 세트를 선정하는 단계; 복수개의 데이터 세트를 해수-담수 모델에 적용하여 복수개의 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계; 기정의한 평가함수를 이용하여 복수개의 데이터 세트의 각각의 평가값을 산출하는 단계; 및 산출된 평가값 중 최대 평가값을 갖는 데이터 세트를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수침투 저감 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 변수 결정 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 해수를 대수층의 상부 영역에 주입하여 상부 해수 영역을 형성함으로써 담수유출 채널의 폭을 줄여서 해수-담수 경계면이 바다쪽으로 후퇴하도록 하여 해수침투를 저감할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예의 해수침투 저감을 위해 주입관정의 최적화 설계가 가능하며 이 방법에 따르면 주어진 조건 하에서 가장 효율적으로 해수침투를 저감할 수 있도록 주입관정을 설계하고 최적의 해수 주입량도 제공할 수 있다.

도1은 종래의 해수침투 저감 방법을 설명하는 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수침투 저감 방법을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 해수침투 저감 효과를 설명하는 도면,
도4는 대안적 실시예에 따른 해수침투 저감 방법을 설명하는 도면,
도5는 해수침투 저감을 위한 관정의 최적화 설계를 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다.

본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 또한, 발명을 기술하는 데 있어서 당업계에 공지되었고 본 발명과도 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 상세히 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수침투 저감 방법을 설명하는 도면으로, 해안 지역의 지반의 단면도 및 이 지역에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 해수침투 저감 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도2를 참조하면, 지반은 일반적으로 지표면에서부터 아래쪽으로 표토층, 피압대수층, 및 기반암이 순차적으로 이루어져 있다. 표토층은 지표면에서부터 대략 수십 cm의 두께로 구성된다. 표토층 아래에는 지하수(담수)를 저장하고 있는 대수층(aquifer)이 존재한다. 대수층은 투수계수가 높은 토양 성분으로 구성되고, 일반적으로 모래, 자갈, 사암, 충적층, 공동성 석회암, 균열대리암, 균열화강암, 쇄설성 석영암 등 다양한 암석 성분으로 구성된다.

도2에 도시한 것처럼 일반적인 해안 지역에서는 해수가 투수층을 투과하여 내륙으로 침투하는 현상이 발생하는데, 해수의 비중(대략 1.025)이 담수의 비중 보다 크기 때문에 담수 아래쪽으로 침투하여 해수-담수 경계면(IF)이 생성된다. 즉 도2에서와 같이 해수-담수 경계면(IF)(이하 간단히 "경계면"이라고도 함)은 해안선에서는 바다의 수위와 같고 내륙으로 갈수록 경계면(IF)의 높이가 낮아지는 분포를 보인다. 또한 내륙의 대수층에 저장된 담수는 더 내륙쪽의 담수의 수압에 의해 바다속으로 배출된다. 즉 도2에 화살표로 표시한 것처럼 담수가 바다를 향해 빠져나가게 되는데, 이 때 담수가 바다로 빠져나가는 통로를 본 명세서에서는 담수유출 채널(C)이라고 표현하기로 한다.

이러한 지반 위에 본 발명의 일 실시예에 따른 해수침투 저감 시스템은 스크린(15)이 형성된 주입관정(10), 배관(20), 펌프(30), 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 주입관정(10)은 해수를 육지의 대수층 내부로 주입하기 위한 관정으로, 해안선에서 내륙측으로 소정 거리(L1) 이격된 지점에 설치될 수 있다. 주입관정(10)은 기설정된 소정 깊이로 매설될 수 있고, 도시한 실시예의 경우 지하수위(WT1)로부터 소정 깊이(d)가 되는 지점까지 매설되었다. 상기 소정 깊이(d)는 구체적 상황에서 대수층의 특성이나 깊이 등을 고려하여 설정될 수 있으며 예컨대 수 미터 내지 수십 미터의 깊이일 수 있다.

주입관정(10)은 하부에 다수의 관통공이 형성된 스크린(15)을 포함한다. 스크린(15)은 주입관정(10)의 하단부에서부터 소정 높이(s)까지 형성될 수 있고, 주입관정(10) 내의 해수를 스크린(15)을 통해 대수층으로 배출한다.

주입관정(10)의 상부는 해수를 공급받기 위한 배관(20)과 연결되고 배관(20)에는 펌프(30)가 설치된다. 일 실시예에서 배관(20)의 일 단부는 바다의 해수면 아래에 위치하고 타단부는 주입관정(10)에 연결된다. 따라서 펌프(30)의 동작에 의해 해수를 주입관정(10)으로 공급하고 주입관정(10)의 스크린(15)의 관통공들을 통해 대수층 내부로 해수를 주입할 수 있다.

도3은 주입관정(10)을 통해 해수를 담수층에 주입했을 때의 해수침투 저감 효과를 설명하는 도면이다. 도2와 도3의 비교에서 알 수 있듯이, 주입관정(10)을 통해 대수층 내부로 해수를 소정 주입량(Q)만큼 주입하면 대수층 상부에 "상부 해수 영역(A)"이 형성된다. 즉 해수와 담수는 밀도차 때문에 섞이지 않으므로, 주입관정(10)을 통해 주입된 해수가 대수층 내에서 담수와 혼합되지 않고 대수층의 상부에 독립적인 해수 영역을 형성하는 것이다.

주입관정(10)을 통해 주입되는 해수에 의해 상부 해수 영역(A)은 주입관정(10) 주위로 형성되는데, 대수층 내의 담수가 채널(C)을 통해 바다쪽으로 빠져나가면서 그 위쪽의 상부 해수 영역(A)에 영향을 미치기 때문에, 상부 해수 영역(A)이 주입관정(10)을 중심으로 일정 반경을 갖는 형상이 아니라 도3에 도시한 것처럼 주입관정(10)에서 바다쪽을 향해 연장되는 형상으로 상부 해수 영역(A)이 만들어진다.

이와 같이 상부 해수 영역(A)이 형성됨으로써 지하수위 및 해수-담수 경계면(IF)이 변하는 효과가 일어난다. 주입관정(10)을 통한 해수주입 전, 즉 상부 해수 영역(A)이 형성되기 전에는 해수-담수 경계면(IF1)이 점선과 같이 형성되어 있고 이 때 담수유출 채널은 "C1"으로 표시한 채널 폭을 가진다(본 명세서에서 채널의 '폭'은 수평방향의 길이가 아니라 도2 또는 도3에서 "C", "C1", "C2" 등으로 표시한 길이를 의미함). 또한 해수주입 전에는 예컨대 주입관정(10)에서 일정 거리(L2) 떨어진 위치에서의 지하수위(WT1)가 해수면을 기준으로 h1의 높이에 있다고 가정한다.

주입관정(10)을 통해 해수를 주입하여 상부 해수 영역(A)이 만들어지면, 상부 해수 영역(A)이 일종의 장벽 역할을 하게 되어 담수유출 채널의 폭이 "C2"로 줄어든다. 또한 담수유출 채널(C2)의 폭이 이렇게 줄어들면서 담수압에 의해 해수-담수 경계면(IF)이 바다측으로 밀려나게 되며, 따라서 해수 주입에 의한 해수-담수 경계면(IF2)이 해수주입전 경계면(IF1)에 비해 바다측으로 더 밀려나 형성되므로 해수침투를 저감하는 효과가 일어난다.

한편 지하수위 변화의 경우, 해수주입 전의 지하수위(WT1)는 해수면 기준으로 h1 높이에 있었는데, 해수주입에 의해 형성된 상부 해수 영역(A)이 담수가 바다로 빠져나갈 때의 장벽 역할을 하게 되어 담수의 수압이 전체적으로 올라가므로 지하수위(WT2)도 h2로 약간 상승하게 된다. 그러므로 일 실시예에서 주입관정(10)에 의한 해수주입의 영향, 즉 담수유출 채널(C)의 채널 폭 변화량 및 지하수위(WT) 상승량 등을 고려하여 주입관정(10)을 통해 해수 주입량(Q)을 결정하는 것이 바람직하다.

주입관정(10)을 통해 소정 주입량(Q) 주입하여 형성한 상부 해수 영역(A)은 상당 시간동안 그 영역을 유지하기 때문에 종래와 달리 관정에 지속적으로 담수를 주입하거나 해수를 취수할 필요가 없다. 다만 본 발명에 따른 상부 해수 영역(A)을 형성한 후 해수 주입을 중단하면 상부 해수 영역(A)과 그 아래쪽의 담수유출 채널(C)과의 경계면에서 해수가 담수를 따라 점차 바다로 유출되어 상부 해수 영역(A)이 점진적으로 소실된다. 따라서 상부 해수 영역(A)의 규모 변화를 측정하고 이에 기초하거나 또는 소정 주기마다 제어부(40)가 펌프(30) 동작을 제어하여 주입관정(10)을 통해 적정량의 해수를 주입하여 해수침투를 지속적으로 방지할 수 있다.

도4는 본 발명의 대안적 실시예에 따른 해수침투 저감 방법을 설명하는 도면으로, 일 실시예에 따른 해수침투 저감 시스템은 스크린(15)이 형성된 주입관정(10), 배관(25), 펌프(30), 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 도2와 비교할 때 도4의 주입관정(10), 펌프(30), 및 제어부(40)는 도2의 각 구성요소와 각각 동일 또는 유사한 구성과 역할을 하므로 설명을 생략한다.

도4의 실시예에서 주입관정(10)은 배관(25)에 연결되어 있고, 배관(25)의 일단부는 주입관정(10)과 연통하고 타단부(25a)는 내륙의 해수-담수 경계면(IF) 아래쪽에 위치하도록 설치된다. 즉 도4에 도시한 것처럼 배관(25)의 타단부(25a)가 경계면(IF)과 그 아래의 기반암 사이 영역에 위치하도록 설치하였다.

이와 같이 배관(25)을 매설한 경우, 주입관정(10)에 의해 해수 주입시 배관(25)의 타단부(25a)가 위치한 영역의 해수를 양수하여 주입관정(10)으로 공급하기 때문에 이 영역의 해수를 외부로 배출하는 효과도 갖게 되며 따라서 경계면(IF)을 바다쪽으로 더 후퇴시킴으로써 해수침투 저감 효과를 높일 수 있다.

이하에서는 도3 및 도5를 참조하여 해수침투 저감 효과를 극대화할 수 있는 조건에 대해 설명하기로 한다.

상술하였듯이 주입관정(10)을 통한 해수주입에 의해 상부 해수 영역(A)을 형성함으로써 담수유출 채널(C)의 폭이 감소하면서 경계면(IF)을 바다쪽으로 밀어내어 해수침투를 저감하게 되는 반면 담수압이 증가하여 지하수위(WT)가 상승하게 된다. 담수유출 채널(C) 폭의 감소는 담수 유출량을 줄이고 경계면(IF)을 후퇴시키는데 기여하기 때문에 긍정적 영향을 미치는 반면 지역조건에 따라서 지하수위가 특정 높이 이상 상승하는 것을 제한해야 할 수도 있다.

따라서 해수주입에 의해 상부 해수 영역(A)을 형성하되 담수유출 채널(C)의 폭을 가능한 줄이면서도 지하수위(WT)를 가능한 상승시키지 않는 것이 바람직하며, 본 발명의 일 실시예에서, 주입관정(10)의 이격거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 해수 주입량(Q)을 적절히 조절하여 담수 유출량을 줄이고 해수침투 저감 효과를 갖는 것이 바람직하다.

여기서 주입관정(10)의 이격거리(L1)의 경우, 주입관정(10)을 해안에 인접해서 설치할수록 상부 해수 영역(A)이 빨리 유실되므로 효과가 작아지지만 해안에서 너무 멀리 설치할 경우 담수유출 채널(C)의 폭을 줄이는 효과가 작아진다. 주입관정의 주입 깊이(d) 및 스크린 높이(s)의 경우, 주입 깊이(d)가 짧아 해수주입을 지표 가까이에서 할 경우 지하수위의 상승폭(h2-h1)이 증가하는 반면 담수유출 채널(C)의 폭을 줄이는 영향이 적어지고 주입관정(10)을 너무 깊게 설치할 경우 해수 주입량(Q)이 늘어나게 되는데, 해수를 많이 주입할수록 해수침투 저감에 유리하지만 그럴 경우 운영 비용이 늘어나는 단점이 있다.

본 발명의 일 실시예에서 주입관정의 이격거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 항목에 대해 성능평가를 하여 상기 변수들에 대한 적정 값을 설정할 수 있다. 일 실시예에서 성능평가 함수로서 "담수유출 채널 감소비" 및 "지하수위 상승비" 중 적어도 하나에 관한 평가함수를 정의하고 이 평가함수에 기초하여 이격거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 값을 설정한다.

예를 들어 일 실시예에 따른 평가함수(F1)가 "담수유출 채널 감소비"의 항목을 포함할 수 있고, 이 경우 평가함수(F1)는 예컨대 아래 수학식1과 같이 정의되거나 또는 수학식1에 비례하는 임의의 함수로 정의될 수 있다.

--- 수학식1

위 식의 우변이 담수유출 채널 감소비이며 분모는 주입관정(10)을 통한 해수주입을 시행하기 전의 담수유출 채널(C1)의 폭이고 분자는 해수주입 이후 담수유출 채널(C2)의 폭을 각각 나타내고, 담수유출 채널 감소비가 작을수록, 즉 평가함수(F1) 값이 작을수록 해수침투 저감 효과가 더 좋음을 의미한다.

다른 일 실시예에서, 평가함수(F2)는 "지하수위 상승비"의 항목을 포함할 수 있고, 예를 들어 평가함수(F2)는 아래 수학식2와 같이 정의되거나 또는 수학식2에 비례하는 임의의 함수로 정의될 수 있다.

--- 수학식2

위 식의 우변이 지하수위 상승비이며 여기서 분모는 주입관정(10)을 통한 해수주입 시행 전의 지하수위(h1)를 나타내고 분자는 해수주입 후 지하수위(h2)를 나타내고, 지하수위 상승비가 작을수록, 즉 평가함수(F2) 값이 작을수록 지하수위가 상승하지 않았음을 의미하므로 보다 바람직하다.

또 다른 일 실시예에서, 평가함수(F3)는 "담수유출 채널 감소비"와 "지하수위 상승비"를 모두 포함할 수 있다. 즉 위의 2가지 항목을 모두 고려하는 경우 평가함수(F3)는 예컨대 아래 수학식3과 같이 정의되거나 또는 수학식3에 비례하는 임의의 함수로 정의될 수 있다.

--- 수학식3

위 평가함수의 오른쪽 2개 항은 왼쪽부터 차례로 각각 담수유출 채널 감소비 및 지하수위 상승비이다. 또한 각 항에 적용된 α 및 β는 두 항목의 가중치이며 α와 β 각각은 0 초과 1 미만 사이의 값을 가지며 α+β=1을 만족하도록 설정될 수 있다.

위와 같이 평가함수(F1 내지 F3)를 이용하여 담수유출 채널 감소비 및/또는 지하수위 상승비 중 적어도 하나의 항목에 대해 컴퓨터 시뮬레이션으로 산출하거나 실제 지형을 계측함으로써 평가함수의 값을 도출할 수 있고 이에 기초하여 주입관정의 이격거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수에 대한 적정값을 설정할 수 있다.

이와 관련하여 도5는 일 실시예에 따라 상술한 평가함수를 이용한 주입관정(10)의 최적화 설계 방법을 나타내며, 이 방법에 따르면 컴퓨터를 이용하여 이격거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.

도5를 참조하면, 우선 단계(S10)에서, 주입관정(10)의 이격 거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수를 포함하는 복수개의 데이터 세트를 선정할 수 있다. 예를 들어 주입관정(10)에 관한 초기조건 데이터를 소정의 최적화 알고리즘에 입력하여 복수개의 데이터 세트를 출력할 수 있다. 여기서 초기조건은 최적화 알고리즘의 실행시 입력해야 하는 데이터로서, 예를 들어 주입관정(10)으로 해수를 주입하기 전의 담수유출 채널(C1)의 폭, 대수층의 지하수위(h1), 및 해수-담수 경계면(IF1)에 관한 데이터를 포함할 수 있다.

초기조건 데이터를 최적화 알고리즘에 입력하면 최적화 알고리즘에서 예컨대 이격 거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 등의 결정변수를 세트로 각각 이루어진 복수개의 데이터 세트를 생성한다. 일 실시예에서 최적화 알고리즘은 유전자 알고리즘(genetic algorithm), 인공신경망 알고리즘(neural network algorithm), Particle Swarming기법, Differential Evolution기법, Newton기법, Steepest Descent기법 등 공지의 최적화 알고리즘 중에서 하나를 이용할 수 있다.

다음으로 단계(S20)에서 각 데이터 세트를 각각 소정의 해수-담수 경계면 모델에 입력하여 이로부터 해수-담수 경계면에 관한 시뮬레이션 결과를 출력한다. 이 때 각 시뮬레이션 결과는 예컨대 해수-담수 경계면(IF)의 변화량, 상부 해수 영역(A)의 규모와 경계면, 및 지하수위 변화 등에 관한 시뮬레이션 결과를 출력할 수 있다.

그 후 단계(S30)에서 평가함수를 이용하여 각 시뮬레이션 결과에 따른 각 데이터 세트를 평가한다. 예를 들어 상술한 제1 내지 제3 평가함수(F1~F3) 중 하나를 사용하여 각 시뮬레이션 결과에 따른 담수유출 채널 감소비 및/또는 지하수위 상승비 중 적어도 하나를 계산하여 평가값을 산출할 수 있다. 각 데이터 세트에 대한 평가값이 산출되면 그 중 최대값을 갖는 결정변수의 데이터 세트를 최적 데이터로서 선정하고(S40), 이렇게 선정된 데이터 세트의 이격 거리(L1), 주입 깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 등의 결정변수에 따라 주입관정(10)을 설계하여 설치하고 이 주입관정(10)을 통해 상기 주입량(Q)만큼 해수를 주입할 수 있다.

한편 상술한 방법은 임의의 서버나 단말장치 등 컴퓨터에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서 이러한 컴퓨터는 프로세서, 메모리, 및 저장장치를 포함할 수 있다. 저장장치는 하드 디스크 드라이브 또는 플래시 메모리 등과 같이 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있는 저장매체로서, 상술한 각종 알고리즘, 예컨대 최적화 알고리즘, 해수-담수 경계면 모델 등의 소프트웨어나 프로그램들 중 적어도 하나를 저장할 수 있다.

이러한 각종 프로그램이나 알고리즘이 저장장치에 저장되어 있다가 프로세서의 제어 하에 메모리에 로딩되어 실행될 수 있다. 대안적으로, 일부 프로그램이나 알고리즘이 상기 컴퓨터 외부의 별도의 서버나 저장장치에 존재할 수 있고, 컴퓨터에서 데이터나 변수를 해당 외부 서버나 장치로 전송하면 이 외부 서버나 장치가 프로그램 또는 알고리즘 중 일부 단계를 실행한 뒤 그 결과 데이터를 컴퓨터로 전달할 수도 있다.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 주입관정 15: 스크린
20, 25: 배관 30: 펌프
40: 제어부

Claims (12)

1. 해수-담수 경계면을 갖는 대수층이 형성된 지반에서의 해수침투 저감을 위한 방법으로서,
   해안에서 내륙으로 소정 거리(L1) 이격된 지점에 소정 스크린 높이(s)를 갖는 주입관정(10)을 소정 주입깊이(d)로 설치하는 단계;
   상기 주입관정(10)을 통해 대수층 내부로 해수를 소정 주입량(Q)만큼 주입하는 단계; 및
   상기 해수 주입에 의해 상기 주입관정(10) 주위에 상부 해수 영역(A)을 형성하는 단계;를 포함하고,
   상기 상부 해수 영역은 대수층 내에서 대수층 상부에 해수로 채워지는 영역인 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 소정 주입량(Q)은, 대수층에서 바다로 담수가 유출되는 통로인 담수유출 채널(C)의 폭에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 소정 주입량(Q)은, 상기 주입관정(10)에서 소정거리(L2) 이격된 지점에서의 지하수위 상승비(h2/h1)에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 주입관정(10)으로 해수를 공급하는 배관(25)을 더 포함하고,
   상기 배관(25)의 일단부는 상기 주입관정(10)과 연통하고 타단부(25a)는 내륙의 해수-담수 경계면(IF)의 아래에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   컴퓨터를 이용하여 상기 거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
   상기 거리(L1), 주입깊이(d), 스크린 높이(s), 및 주입량(Q) 중 적어도 하나의 변수에 따른 복수개의 데이터 세트를 선정하는 단계(S10);
   복수개의 데이터 세트를 해수-담수 모델에 적용하여 복수개의 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계(S20);
   기정의한 평가함수를 이용하여 복수개의 데이터 세트의 각각의 평가값을 산출하는 단계(S30); 및
   산출된 평가값 중 최대 평가값을 갖는 데이터 세트를 선택하는 단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 복수개의 데이터 세트를 선정하는 단계에서 초기조건 데이터에 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 복수개의 데이터 세트를 선정하며,
   상기 초기조건은 상기 주입관정(10)으로 해수를 주입하기 전의 담수유출 채널(C1), 대수층의 지하수위(h1), 및 해수-담수 경계면(IF1)에 관한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 최적화 알고리즘이 유전자 알고리즘 및 인공신경망 알고리즘 중 하나인 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 평가함수는 담수유출 채널 감소비에 관한 항목을 포함하고,
   상기 담수유출 채널 감소비는 [해수 주입후 담수유출 채널(C2)/해수 주입전 담수유출 채널(C1)]에 비례하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 평가함수는 지하수위 상승비에 관한 항목을 포함하고,
    상기 지하수위 상승비는 [해수 주입후 지하수위(h2)/해수 주입전 지하수위(h1)]에 비례하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 평가함수는 담수유출 채널 감소비 및 지하수위 상승비에 관한 항목을 포함하고,
    상기 담수유출 채널 감소비는 [해수 주입후 담수유출 채널(C2)/해수 주입전 담수유출 채널(C1)]에 비례하고,
    상기 지하수위 상승비는 [해수 주입후 지하수위(h2)/해수 주입전 지하수위(h1)]에 비례하는 것을 특징으로 하는, 해수침투 저감 방법.
12. 제6항 내지 제11항에 중 어느 한 항에 기재된 상기 결정하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
    

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