KR20020053278A - 투수계수 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관정내에 삽입된 물을 정상상태로 펌핑하여 펌핑되는 물의 양을 측정함으로써 투수계수를 측정하는 시스템을 제공한다.

이를 위해 본 발명은 임의의 깊이에서의 상기 투수계수K_r는 상기 유출펌프에서 유출되는 재충전유량 Q라 할 때, 다음의 수학식 1에 의하여 결정되도록 한다.

[수학식1]

상기식에서 y: 상기 유출파이프의 하다부와 상기 지하수면과의 길이차, r_w: 상기 관정의 내반경, z: 상기 관정의 하단부에 유입공이 형성되는 관정길이방향의 길이

Description

투수계수 측정 시스템 {measuaring system for hydraulic conductivity}

본 발명은 지반의 투수계수를 얻기위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관정내에 삽입된 물을 정상상태로 펌핑하여 펌핑되는 물의 양을 측정함으로써 투수계수를 측정하는 시스템에 관한 것이다.

지반의 투수계수를 얻는 것은 지하수개발 또는 지반내의 오염물질의 확산과정을 추적하기 위해서는 필수적인 과정이라 할 수 있다. 종래 이러한 투수계수를 얻기 위하여는 다양한 장치들이 개발되어 왔으나, 다수의 지층을 형성하는 지반내의 연속적인 투수계수를 확보하는 것이 실질적으로 곤란하였다.

도 1은 종래의 시추공탐사방법에 의하여 투수계수측정방법을 나타내기 위한 구조도이다.

지반은 물을 함유하고 있는 대수층10과 지표층20으로 나누어지고, 지반에 관정30이 압입되게 된다. 이때, 관정30의 하단부에는 물이 유입될 수 있도록 유입공공이 형성되어 있다. 관정내에는 하단부에 물이 흐름에 따라 기전력을 발생시키는 코일32이 설치되어 있는 파이프31이 삽입된다. 이와 같은 장치에서 관정30의 하단부를 통해 유입되는 물은 파이프31의 내공을 통해 상승되면서 코일32에 기전력을 유발한다. 기전력이 큰 경우에는 흐르는 물의 양이 많다는 것을 의미하므로 이런 경우에는 큰 투수계수를 갖는 것을 의미하고, 기전력이 작은 경우에는 흐르는 물의 양이 작게되므로 흐르는 투수계수가 작다는 것을 의미한다.

그러나, 이러한 경우에는 관정30내에 유입되는 물의 양이 많은 경우에는 투수계수의 측정이 원활하지만, 물의 양이 적은 경우에는 투수계수의 엄밀한 측정이 곤란하다.

도 2는 종래의 다단 슬러그 측정법으로 투수계수를 측정하기 위한 구조도를 나타낸 것이다.

대수층10이상으로 압입되는 관정30내의 정상적인 수위는 대수층의 높이와 동일하게 된다. 관정내에 물을 충진하게 되면 관정30의 하단부의 유입공으로부터 외부로 방출되게 된다. 이와 같이, 방출되게 되는 물의 양은 투수계수에 비례하게 되므로 투수계수를 측정한다. 이와 같은 구성의 다단 슬러그 측정법도 시추공 탐사방법과 마찬가지로 유통공으로 외부로 유출되는 물의 양에 의존하기 때문에 투수계수가 큰 층에서는 가능하지만 투수계수가 작은 계층에서는 측정하기가 곤란하다.

상기에서 종래의 방법들은 투수계수가 큰 층에서는 투수계수를 측정가능하다고 하여도, 투수계수가 작은 층에서는 측정이 곤란하여 연속적인 측정이 이루어질 수 없고, 부정확 한 문제점을 갖고 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 투수계수를 연속적으로 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연속적이면서도 정밀한 투수계수를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 시추공탐사방법에 의하여 투수계수측정방법을 나타내기 위한 구조도이다.

도 2는 종래의 다단 슬러그 측정법으로 투수계수를 측정하기 위한 구조도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

31 : 관정32: 유출파이프

33 : 유출펌프

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 하단부에 물이 유입되는 유입공이 형성된 관정; 상기 관정내에 지하수면보다 일정깊이이하로 설치되는 유출파이프; 상기 유출파이프를 통해 상기 관정내에 유입된 물을 상기 일정깊이로 유지하면서 상기 관정외부로 유출시키는 유출펌프를 포함하는 투수계수 측정시스템에 있어서;

임의의 깊이에서의 상기 투수계수K_r는 상기 유출펌프에서 유출되는 재충전유량 Q에 의해서 결정되도록 하는 것이다.

본 발명에서 재충전유량Q는 수학식1이나 수학식2로 결정되는 것이 바람직하다.

상기식들에서 Q: 재충전유량, y: 상기 유출파이프의 하다부와 상기 지하수면과의 길이차, r_w: 상기 관정의 내반경, z: 상기 관정의 하단부에 유입공이 형성되는 관정길이방향의 길이

또한, 본 발명에서 상기 수학식1에서는 수학식2에 의해서 결정되는 것이 바람직하다.

이때, A, B는 무차원의 상수이고, D는 지하수면으로부터 불투수층까지의 거리이고, H는 지하수면으로부터 관정30의 하단부까지의 거리이다.

또한, 재충전유량 Q는 수학식3에 의하여 결정될 수 있다.

본 발명에서 다층으로 이루어진 대수층에 대한 투수계수는 다음의 수학식4에 의해서 결정되는 것이 바람직하다.

K_r= ∑K_ril_i/z

이때 K_ri는 i층에서의 투수계수를 나타내며, l_i는 i층의 두께

에 의해서 결정되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적으로 표현하기 위하여 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 목적 및 특징을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

내경r_w인 관정30의 하단에서 관정의 길이방향으로 z되는 부분까지 물이 유입될 수 있는 유입공 36 내지 41이 형성되어 있는 개구부가 설치되어 있어 물이 자유롭게 유입된다. 자연상태에서 관정내의 물은 지하수면까지 물이 충진되게 된다. 관정내에 유출파이프32를 삽입하여 펌프의 일단에 연결된 펌프33으로 관정내의 물을 외부로 방출하게 된다. 관정30내에 삽입되는 유출파이파32의 한쪽 끝단은 지하수면보다 더 깊이 삽입하게 되는 데 이때의 깊이는 지하수면으로부터 25cm 내지 35cm가 적절하다. 펌프33에 의해서 관정내의 지하수를 외부로 유출하게 되는 경우 관정의 외측의 지하수는 개구부의 유입공36내지 41쪽으로 흘러가기 때문에 관정중심으로부터 일정범위 즉, 관정중심으로부터 R_e되는 부근 까지 관정을 중심으로 지하수면의 강하현상에 의하여 만곡된 부분을 형성한다. 이와 같은 수면강하 깊이는 후술되는 바와 같이 본 발명에서 중요인자로 해석된다.유출파이프의 내경반지름을 6.5mm로 하고, 관정을 2.5cmfh 하고, z를 45cm로 한 경우에 유출파이프의 깊이를 25cm이하로 하는 경우에는 만곡현상이 발생하지 않으며, 35cm를 초과하는 경우에보다 지하수의 왜란 현상이 발생하게 정밀한 측정이 되지 않는다. 상기 관정과 파이프 및 유통공 길이z가 통상 사용되는 기준으로 상정할 때 유출 파이프32의 지하수면 아래로 설치되는 길이y는 25cm에서 35cm가 바람직하다 할 수 있다. 미설명부호 50은 관정하단부 하면에 설치되는 굴착용 캡으로 관정30을 지표면에 압입할 때 관정이 지표속으로 용이하게 들어가도록 하기 위한 원뿔구조를 갖는다.

임의의 대수층에서 관정30의 개구부를 통하여 재충전율은 정상상태에서 다음 수학식5에 의해서 유도된다.

이때, r은 원통좌표계의 변수이고, K_r은 반경방향의 투수계수이고, h는 대수층의 수면하강 깊이, y는 관정에서의 지하수면보다 물이가 내려간 높이, r_w은 관정의 반경, R_e은 지하수면이 펌핑에 의해서 관정부근의 지하수면이 내려감으로써 발생되는 만곡현상이 발생된 부분의 실효반경이다.

상기 수학식 5에서 수면강하 깊이h는 수학식6으로 결정된다.

다음에 재충전율 Q는 개구부의 길이를 z이라 할 때, 수학식7에 의해서 결정된다.

으로 되기 때문에 그 결과 Q는 수학식1로 결정된다.

[수학식1]

투수계수는 파이프의 깊이에 의해서 결정되는 지하수면 강하깊이에 대한 재충전율에 선형적으로 비례하므로, 투수계수K_r는 수학식 8로 된다.

{ K}_{r } = α Q /y

이때, α는 비례상수이고, 수학식1에 의해서 다음의 수학식9와 같이 정의된다.

이때,의 의미는 실험식인 수학식2에 의해서 결정된다.

[수학식2]

이때, A, B는 무차원의 상수이고, D는 지하수면으로부터 불투수층까지의 거리이고, H는 지하수면으로부터 관정30의 하단부까지의 거리이다.

또한, 충전유량은 다음의 수학식3으로 결정되어 결국 비례상수α는 수학식10으로 얻어질 수 있다.

[수학식3]

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기의 목적과 구성에 따르는 발명에 의하면, 관정내에 지하수면보다 깊이 설치되어 있는 파이프를 통해 관정내의 물을 외부로 펌핑할 때, 펌핑되는 물이 거품이 발생하는 등의 과도상태를 방지하면서 펌핑하게 되는 경우에 펌핑양을 측정하게 되면 상기 수학식들에 의해서 투수계수를 측정할 수 있는 편리한 잇점이 있다.또한, 펌프에 의해서 펌핑하여 관정외부의 물을 흡입하는 과정을 거치게 되므로 투수계수가 작은 곳일 지라도 무리없이 투수계수를 측정할 수 있는 잇점이 있다. 따라서 투수계수가 작은 대수층이 중간에 존재하는 경우 종래의 시추공탐사방법 또는 다단 슬러그 측정법으로는 연속적으로 측정이 곤란하였던 점을 치유하여 연속적으로 측정할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (5)

1. 하단부에 물이 유입되는 유입공이 형성된 관정; 상기 관정내에 지하수면보다 일정깊이이하로 설치되는 유출파이프; 상기 유출파이프를 통해 상기 관정내에 유입된 물을 상기 일정깊이로 유지하면서 상기 관정외부로 유출시키는 유출펌프를 포함하는 투수계수 측정시스템에 있어서;

   임의의 깊이에서의 상기 투수계수K_r는 상기 유출펌프에서 유출되는 재충전유량 Q라 할 때, 다음의 수학식 1에 의하여 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 투수계수 측정시스템.

   [수학식1]

   상기식에서 y: 상기 유출파이프의 하다부와 상기 지하수면과의 길이차, r_w: 상기 관정의 내반경, z: 상기 관정의 하단부에 유입공이 형성되는 관정길이방향의 길이
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수학식1에서는 수학식2에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 투수계수 측정시스템.

   [수학식2]

   이때, A, B는 무차원의 상수이고, D는 지하수면으로부터 불투수층까지의 거리이고, H는 지하수면으로부터 관정30의 하단부까지의 거리이다.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 y는 25cm 내지 35cm 인 것을 특징으로 하는 투수계수 측정시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 중 어느 한 항에 있어서, 전체 대수층에 대한 평균투수계수를 구하기 위하여 수학식4를 적용하는 평균값을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 투수계수 측정시스템.

   [수학식4] K_r= ∑K_ril_i/z

   이때 K_ri는 i층에서의 투수계수를 나타내며, l_i는 i층의 두께이다.
5. 하단부에 물이 유입되는 유입공이 형성된 관정; 상기 관정내에 지하수면보다 일정깊이이하로 설치되는 유출파이프; 상기 유출파이프를 통해 상기 관정내에 유입된 물을 상기 일정깊이로 유지하면서 상기 관정외부로 유출시키는 유출펌프를 포함하는 투수계수 측정시스템에 있어서;

   임의의 깊이에서의 상기 투수계수K_r는 상기 유출펌프에서 유출되는 재충전유량 Q라 할 때, 다음의 수학식 3에 의하여 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 투수계수 측정시스템.

   [수학식3]

   상기식에서 y: 상기 유출파이프의 하다부와 상기 지하수면과의 길이차, r_w: 상기 관정의 내반경, z: 상기 관정의 하단부에 유입공이 형성되는 관정길이방향의 길이