KR20120136121A - 지하수 물성 측정기능을 포함하는 패커 시스템 - Google Patents

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KR20120136121A KR1020110055141A KR20110055141A KR20120136121A KR 20120136121 A KR20120136121 A KR 20120136121A KR 1020110055141 A KR1020110055141 A KR 1020110055141A KR 20110055141 A KR20110055141 A KR 20110055141A KR 20120136121 A KR20120136121 A KR 20120136121A
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Abstract

본 발명은 시험공 내부에 패커가 설치되어 있을 때, 패커 설치부와 시험공 입구 부분의 지하수 유출에 의한 압력손실을 차단하고자 기존 패커에 연결하여 시험공 입구부분에 설치할 수 있도록 하는 패커 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 패커는 지하수 유동부, 압착링 그리고 압착부로 구성되어 있으며, 지하수 유동부에 지하수의 물리적 또는 화학적 특성 측정센서를 설치할 수 있도록 고안되어 있다. 따라서, 본 발명에 의한 패커는 시험공의 시험구간 유동 지하수의 성상 변화없이 지하수의 물리화학적 특성을 실시간으로 측정하는 것이 용이하게 하여 준다.

Description

지하수 물성 측정기능을 포함하는 패커 시스템{Packer system for measuring the physico-chemical properties of groundwater}
본 발명은 지하수 유동을 차단하기 위한 패커 시스템에 관한 것으로, 특히 지하수 물성 측정이 가능한 패커에 관한 것이다.
지하수라 함은 지하의 지층이나 암석사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 현대에 이르러 산업화가 진척됨에 따라 환경오염이 심화되고, 토양의 오염이 심각해 짐으로써 자연히 토양층을 투과하여 형성되는 지하수 역시 그 오염 율이 날로 증가되어 가고 있는 추세이다. 지층은 통상적으로 일반 흙과 모래등으로 구성된 토사층과 지하수의 투수율이 그나마 높은 풍화암층, 그리고 불투수층이라 할 수 있는 연암층과 보통암, 경암층 순으로 구성되어 있다. 연암층 이하 층에 형성된 암반대수층 지하수는 지층 상부의 토사층이나 풍화암층으로부터의 오염된 지하수의 영향을 받지 않고 있어 맑고 깨긋한 수질상태를 유지하고 있게 된다.
그러나 토사층과 풍화암층은 지표상부로부터 유입하는 각종 오염물질로부터 일부 여과의 기능은 가능하다 하겠으나 투수 중 자연정화의 시간이 짧고 토사층이나 충화암층이 오염되어 있을 경우 이 공간을 흐르는 지하수 역시 함께 오염될 수 밖에 없는 상황이 발생된다. 지하수 개발과정에서는 당연히 토사층과 풍화암층을 천공하게 되고 이러한 천공되는 구간은 이어서 연암층과 보통암, 경암층을 관통하여 구성되어지게 된다. 결과적으로 오염에 취약하거나 오염되어 있는 지하수는 아무런 저항이나 여과 수단없이 자연스럽게 오염되지 않은 암반대수층의 지하수에 혼입되어지게 되고 암반대수층 지하수 오염의 주요 요인이 되어왔다.
이러한 지하수의 오염 여부, 물성을 측정하기 위해 지하수 심정에 대한 조사 과정에서 사용되는 팩커장치는 통상적으로 지하수 유동이 있는 단열대에 시험공을 시추하여 지하수 모니터링이나 추적자 시험을 할 경우, 대기와 지하수의 접촉을 격리하기 위하여 시험공 내부 시험구간에 설치한다. 종래의 패커는 단일 패커 또는 다중 패커로 시추깊이 구간별로 지하수 유동을 격리하는 기능을 담당하고 있다. 특히 종래의 패커를 이용할 경우, 특정 구간의 지하수 물성을 측정하기 위해서는 측정 구간의 깊이까지 측정 센서를 삽입하거나 시험공 외부에서 측정할 경우 지하수의 물성 변화가 없도록 별도의 측정용 용기를 설치해야 하는 어려움이 있었다. 본 발명세서는 시험 구간의 지하수 물성을 측정하고 지하수 유동을 격리시키는 패커의 기능을 담당하는 기능을 동시에 만족시키는 지하수 물성 측정 기능을 포함하는 패커를 고안하였다.
이에 본 발명은 시험공의 지하수를 격리하여 시험공 내 수위의 변동이 없도록 하는 동시에 지하수의 물리화학적 특성을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 패서 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패커장치는 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위한 압착링; 및 상기 압착링을 회전식으로 압착하여 시험공에 고정시키는 압착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 압착링은 탄성재질로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 지하수 유동부에는 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 물성 측정용 센서는 피에이치(pH) 측정센서, 용존산소 측정센서, 산화환원전위 측정센서, 전기전도도 측정센서, 온동 측정센서, 유량측정센서, 염소이온농도 측정센서, 브롬이온농도 측정센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예로서 본 발명에 따른 패커장치는 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위한 복수 개의 압착링; 및 상기 복수 개의 압착링 사이에 삽입되는 고정링; 및 상기 압착링을 회전식으로 압착하여 시험공에 고정시키는 압착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 패커장치는 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링; 상기 제1압착링의 상부의 삽입된 고정링' 상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링; 및 상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 패커 시스템은 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링; 상기 제1압착링의 상부에 삽입된 고정링; 상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링; 상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부; 상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관; 및 상기 패커불림 가스관의 연결된 제1패커 및 제2패커를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 지하수 유동부에는 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제1패커 및 제2패커는 각각 패창튜브를 포함하여 상기 팽창튜브가 상기 패커불림 가스관으로부터 공급된 가스에 의해 팽창시 상기 시험공에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제1패커 및 제2패커는 서로 이격되어 설치되고 상기 제1패커와 제2패커 사이가 시험구간인 것을 특징으로 한다.
상기 제1패커와 제2패커 사이가 시험구간인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 자하수 유출관은 상기 시험구간에 일단이 노출되어 지하수를 유출가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 지하수 유출관의 타단은 지상에 설치된 펌프와 연결되어 양수되며, 상기 패커불림 가스관은 지상의 패커가압용 가스와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 지하수 유동부에 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입되고, 상기 물성 측저용ㅇ 센서에 부착되어 지하수의 물성치를 실시간으로 모니터링하고 측정기록하는 기록계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따 른 지하수 물성측정 기능을 포함한 패커 시스템을 이용한 지하수 측정방법은 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링; 상기 제1압착링의 상부에 삽입된 고정링; 상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링; 상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부; 상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관; 및 상기 패커불림 가스관과 연결된 제1패커 및 제2패커를 포함하는 패커 시스템을 상기 시험공에 설치하는 단계; 상기 제1패커 및 제2패커에 상기 패커불림 가스관을 통해 가스를 주입하여 상기 제1패커 및 제2패커의 팽창튜브를 팽창시켜 상기 시험공에 고정시키는 고정단계; 상기 지하수 유출관에 연결된 펌프를 작동시켜 지하수를 유출하는 유출단계; 및 상기 지하수를 측정하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
지하수 물성 측정용 패커는 시험공의 지하수위 변동을 막아주는 패커 본연의 기능과 시험구간 지하수의 물리화학적 특성을 실시간으로 측정할 수 있는 기능을 포함하므로 시험공에서 지하수의 물성 변화없이 지하수 모니터링 등을 용이하게 할 수 있도록 도와준다. 특히, 추적자 시험을 수행할 경우, 지하수 물성 측정용 패커에 이온전극 등을 장착하면 별도의 시료 채취 및 분석 장비 없이 실시간으로 추적자로 사용된 용질의 모니터링이 가능하여 추적자 시험을 용이하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 패커장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 패커장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 패커장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지하수 물성 측정기능을 포함하는 패커시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지하수 물성측정 기능을 포함하는 패커 시스템을 이용한 지하수 측정방법의 순서도이다.
도 1은 본 발명에 따른 패커장치의 개략도이다.
본 발명에 따른 패커장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 시험공(10)에 삽입 가능하고 지하수를 수용하여 지하수의 물성치를 측정하기 위한 지하수 유동부(20)와 지하수 유동부(20)를 시험공(10)에 고정시키기 위해 지하수 유동부(20) 외주면에 삽입되는 압착링(30), 및 압착링(30)을 자중에 의하거나 회전 나사식으로 조여 지후수 유출관(20)과 압착링(30)을 고정시키고, 이러한 압착에 의해 엘라스토머, 고무등과 같은 탄성소재의 압착링(30)이 원주방향으로 팽창되어 시험공(10)에 고정될 수 있도록 하는 조입부재의 일종인 압착부(50)를 포함한다.
지하수 유동부(20)의 내벽은 지하수의 물리화학적 성상을 변화없이 일정하게 유지하기 위해 코팅하는 것이 바람직하고, 특히 테프론 코팅을 할 수 있다.
지하수 유동부(20)의 내부에 수용된 지하수는 시험공(20) 내부의 시험구간에서 양수된 지하수로서, 지하수 물성치를 측정하기 위해 지하수 유동부(20) 상부를 관통하여 내부까지 연장되어 내부에 수용된 지하수와 접촉되도록 탈착가능하게 물성 측정용 센서(80)가 장착된다.
이러한 물성 측정용 센서(80)는 피에이치(pH) 측정센서, 용존산소 측정센서, 산화환원전위 측정센서, 전기전도도 측정센서, 온도 측정센서, 유량측정센서, 염소이온농도 측정센서, 브롬이온농도 측정센서 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상일 수 있고 센서의 종류에 따라 다양한 종류의 물성치를 측정가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 하나의 패커장치의 개략도이다.
본 발명에 따른 다른 하나의 패커장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 도 1에 도시된 패커장치(1)와는 달리 압착링(20)이 복수개 설치되고, 이들 압착링(20) 사이에는 고정링(40)이 삽입되는데 이는 하나의 압착링(20)을 사용하기 되면 압착링(20) 두께가 너무 두꺼워지게 되고 이 상태에서 압착부(50)에 의해 압축력이 작용하게 되면 압착링(20)에 가해지는 압력이 고루 분산되지 않을 수 있어 압착효율이 떨어질 수 있기 때문에 압력의 고른 분산에 따라 힘이 균일하게 분포하여 압착효율을 높이기 위한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 하나의 패커장치의 개략도이다.
본 발명에 따른 또 다른 하나의 패커 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 도 2와는 달리 압착링(20)이 제1압착링(31)과 제2압착링(32)으로 구분되어 그 사이에 고정링(40)이 삽입되며, 이러한 압착링(20)의 개수는 고른 힘의 분포를 통해 압착 효율도 향상시키고 제조경비와 설치에 있어서도 유리한 잇점이 있다.
지하수 유동부(20)의 상하부를 관통하는 패커불림 가스관(70)과 지하수 유출관(60)이 구성되어 있는데, 패커불림 가스관(70)은 지상에 설치된 질소와 같은 패커가압용가스(110)를 시험공(10) 내부에 설치되어 시험구간(140)을 형성시키도록 공간을 격리시키기 위한 서로 이격된 두 개의 패커(120, 130)에
패커가압용가스(110)를 공급하여 팽창튜브(121, 131)가 팽창하도록 도와주고, 지하수 유출관(60)은 시험구간(140)의 지하수를 지하수 유동부(20)를 거쳐 지상으로 유출시키도록 시험구간(140)까지 연장된다.
도 4는 본 발명에 따른 패커시스템의 개략도이다.
본 발명에 따른 패커 시스템(2)은 도 1 내지 도 3에 도시된 패커 장치(1)에 추가하여 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관(70) 및 지하수 유출관(60), 및 패커불림 가스관(70)과 연결된 제1패커(120) 및 제2패커(130)를 포함한다. 지하수 유동부(20)에는 시험구간(140)의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서(80)를 탈착가능하게 삽입 설치한다.
제1패커(120)와 제2패커(130)는 각각 팽창튜브(121,131)를 포함하여 패커불림 가스관(70)으로부터 공급된 질소와 같은 패커가압용가스(110)에 의해 팽창되고, 이를 통해 제1패커(120) 및 제2패커(130)는 시험공(10)에 밀착되어 서로 이격된 제1패커(120)와 제2패커(130) 사이의 공간을 형성하고 이 공간이 시험구간(140)이 되며 이 부분의 지하수를 지하수 유출관(60)을 통해 배출시켜 다양한 지하수 물성치를 측정하게 된다. 지하수 유출관(60)의 일단은 시험구간(140)에 개방되어 있고, 타단은 지상에 설치된 양수기와 같은 펌프(100)에 연결되어 지하수가 원활히 외부로 유출되도록 도와준다.
지하수 유동부(20)에는 시험구간(140)의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 지하수 유동부 내부로부터 상부로 돌출되도록 물성 측정용 센서(80)가 탈착가능하게 삽입 설치될 수 있고, 상부로 돌출된 물성 측정용 센서(80) 부위에 전기적으로 연결부착되어 지하수의 물성치를 실시간으로 모니터링하고 측정기록하는 기록계(90)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지하수 물성측정 기능을 포함한 패커 시스템을 이용한 지하수 측정방법은 먼저 제1패커(120)와 제2패커(130)를 시험공(10) 내부에 설치하고, 도 1 내지 도 3의 패커장치(1)를 시험공(10)에 설치하는 단계(S100); 제1패커(120) 및 제2패커(130)에 패커불림 가스관(70)을 통해 질소와 같은 패커가압용가스(110)를 주입하여 제1패커(120) 및 제2패커(130)의 각각의 팽창튜브(121,131)를 팽창시켜 시험공(10) 내부 벽면에 밀착고정시키는 고정단계(S200); 지하수 유출관(60)에 연결된 펌프(100)를 작동시켜 지하수를 유출하는 유출단계(S300); 및 지하수를 측정하는 측정단계(S400)를 포함한다.
패커장치(1)를 시험공(10)에 설치하게 될 때 보다 구체적으로 지하수 유동부(20)를 시험공(10)에 삽입하고, 압착링(30)을 지하수 유동부(20)의 외주면에 삽입한 후 압착부(50)를 압착링(30)의 상부면으로부터 조여 조립함으로써 압착링(30)이 원주면상으로 팽창하여 시험공(10)에 밀착고정되게 된다.
도 2 또는 도 3에 도시된 실시 예에 따르면 압착링(30)이 복수개일 경우 압착링(30) 사이사이에 고정링(40)이 삽입되는 단계가 추가된다.
1: 패커 장치 2: 패커 시스템
10: 시험공 20: 지하수 유동부
30: 압착링 31: 제1압착링
32: 제2압착링 40: 고정링
50: 압착부 60: 지하수 유출관
70: 패커 불림 가스관 80: 지하수 물성 측정 센서
90: 기록계 100: 펌프
110: 패커 가압용 가스 120: 제1패커
121, 131: 팽창튜브 130: 제2패커
140: 시험구간

Claims (16)

  1. 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부;
    상기 지하수 유동부를 시험공간에 고정시키기 위한 압착링; 및
    상기 압착링을 회전식으로 압착하여 시험공에 고정시키는 압착부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지하수 유동부는 지하수의 물리화학적 성상을 유지하기 위하여 내벽에 테프론 코팅하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압착링은 탄성재질로 제조된 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지하수 유동부에는 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입된 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물성 측정용 센서는 피에이치(pH) 측정센서, 용존산소 측정센서, 산화환원전위 측정센서, 전기전도도 측정센서, 온도 측정센서, 유량측정센서, 염소이온농도 측정센서, 브롬이온농도 측정센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  6. 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부;
    상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위한 복수개의 압착링;
    상기 복수개의 압착링 사이에 삽입되는 고정링; 및
    상기 압착링을 회전식으로 압착하여 시험공에 고정시키는 압착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  7. 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부;
    상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링;
    상기 제1압착링의 상부의 삽입된 고정링;
    상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링; 및
    상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  9. 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부;
    상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링;
    상기 제1압착링의 상부에 삽입된 고정링;
    상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링;
    상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부;
    상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관; 및
    상기 패커불림 가스관과 연결된 제1패커 및 제2패커를 포함하는 패커 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지하수 유동부에는 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입된 것을 특징으로 하는 패커 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1패커 및 제2패커는 각각 팽창튜브를 포함하여 상기 팽창튜브가 상기 패커불림 가스관으로부터 공급된 가스에 의해 팽창시 상기 시험공간에 밀착되는 것을 특징으로 하는 패커 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1패커 및 제2패커는 서로 이격되어 설치되고 상기 제1패커와 제2패커 사이가 시험구간인 것을 특징으로 하는 패커 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지하수 유출관은 상기 시험구간에 일단이 노출되어 지하수를 유출가능하게 하는 것을 특징으로 하는 패커 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지하수 유출관의 타단은 지상에 설치된 펌프와 연결되어 양수되며, 상 기 패커불림 가스관은 지상의 패커가압용 가스와 연결되는 것을 특징으로 하는 패커 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지하수 유동부에 시험구간의 지하수 물성치를 측정하기 위하여 물성 측정용 센서를 탈착가능하게 삽입되고, 상기 물성 측정용 센서에 부착되어 지하수의 물성치를 실시간으로 모니터링하고 측정기록하는 기록계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패커 시스템.
  16. 지하수의 물성치를 측정하기 위해 지하수를 수용하는 지하수 유동부; 상기 지하수 유동부를 시험공에 고정시키기 위해 상기 지하수 유동부의 외주면을 따라 삽입 설치된 제1압착링; 상기 제1압착링의 상부에 삽입된 고정링; 상기 고정링의 상부에 삽입된 제2압착링; 상기 제1압착링 및 제2압착링의 상부면에 삽입되어 압착하기 위한 압착부; 상기 지하수 유동부의 내부를 관통하는 패커불림 가스관 및 지하수 유출관; 및 상기 패커불림 가스관과 연결된 제1패커 및 제2패커를 포함하는 패커 시스템을 상기 시험공에 설치하는 설치단계;
    상기 제1패커 및 제2패커에 상기 패커불림 가스관을 통해 가스를 주입하여 상기 제1패커 및 제2패커의 팽창튜브를 팽창시켜 상기 시험공에 고정시키는 고정단계; 및
    상기 지하수 유출관에 연결된 펌프를 작동시켜 지하수를 유출하는 유출단계;
    상기 지하수를 측정하는 측정단계를 포함하는 지하수 물성측정 기능을 포함한 패커 시스템을 이용한 지하수 측정방법.
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