KR20190111502A

KR20190111502A - 수질관측 지하수 상부보호공

Info

Publication number: KR20190111502A
Application number: KR1020180033694A
Authority: KR
Inventors: 박진우
Original assignee: 물과지열 주식회사
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-02
Also published as: KR102072114B1

Abstract

본 발명은 수질관측 지하수 상부보호공에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염된 지표면으로부터 각종 오염물질의 유입을 차단하는 밀폐식 지하수 상부보호공을 통해 수질을 관측할 수 있도록 한 수질관측 기능을 구비한 지하수 상부보호공에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공은, 상하부가 개방되면서 내부가 비어있는 원통 형태로, 심정펌프를 갖는 양수관이 구비된 제1취수관이 하단에 설치되고 일측에 토출관이 형성되는 제2취수관과, 상기 제2취수관의 내부에 삽입되는 유도관과, 상기 제2취수관 내부의 유도관 하부에 구비되는 것으로, 상측은 유도관에, 하측은 상기 양수관에, 일측은 상기 토출관에 연결되는 연결배관과, 상기 유도관의 일측에 구비되어 지하수의 수질과 관련된 각종 값을 측정(감지)하는 다수의 센서로 이루어진 센서부, 및 상기 센서부에서 감지한 수질과 관련된 각종 값을 화면에 출력하여 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.

Description

수질관측 지하수 상부보호공 {Water Quality Observation Underground Water Top Protection}

본 발명은 수질관측 지하수 상부보호공에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염된 지표면으로부터 각종 오염물질의 유입을 차단하는 밀폐식 지하수 상부보호공을 통해 수질을 관측할 수 있도록 한 수질관측 기능을 구비한 지하수 상부보호공에 관한 것이다.

일반적으로 지하수(Ground Water)는 강수의 일부가 지표에서 지층의 틈새로 침투하여 고이는 물로서, 지층으로부터 소정의 깊이에 위치하는 불특정한 지반과 지반 사이에 많이 수용되어 있다.

이와 같은 지하수의 수질은 통상적으로 맑고 깨끗하지만, 생활이 발달하고 산업이 발전하면서 점진적으로 수질이 오염되고 있고, 특히 공장지대 등의 산업지역에서는 지하수의 오염이 급속하게 진행되어 수질이 심각하게 나빠지고 있는 실정이다.

이와 같은 지하수를 관리하기 위한 방법으로서 여러 개의 지하수 관정을 뚫어 운영자가 직접 지하수를 관리하는 것이다.

이와 같이 지하수를 관리하기 위해서는 지하수의 수질 즉 온도ㆍ전도도ㆍ수위 등을 주기적으로 측정하여 그 상태를 충분히 파악하여야 하며, 따라서, 지하수의 수질 데이터를 주기적(예를 들어 30분 단위)으로 검출하여 저장한 데이터베이스를 일정 기간 보관하도록 되어 있다.

즉, 지하수를 효율적으로 관리하기 위해서는 지하수의 수위, 수질 등을 주기적으로 측정하여 그 상태를 분석하는 과정이 반드시 필요하며, 이러한 지하수의 상태를 측정하기 위해 사용된 종래의 가장 일반적인 방법으로는 지하수 센서 계측을 통하여 자동으로 지하수 수위, 수질을 측정하고, 원격 통신하는 시스템을 사용하였다.

도 1은 이와 같은 종래 수질관측 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 수질을 관측할 지면(G)에서 아래로 지하수가 있는 수십 m 내지 수백 m의 깊이까지 관측 보호공(1)을 천공하고 이 관측 보호공(1) 내부에 수질을 센싱하는 통합센서(2)를 지하수에 잠기도록 설치하여 케이블(3)로 지상에 설치된 RTU(Remote Terminal Unit) 패널(4)에 연결한다.

또한, 지면(G)에는 콘크리트(5)를 타설하여 관측 보호공(1)을 움직이지 않도록 고정하고, 그 테두리에 메시 펜스(mesh fence)(6)를 사방으로 설치하며, 상기 RTU 패널(4)과 관측 보호공(1)을 연결하는 포스트(7)를 세운다.

그리고 상기 RTU 패널(4)과 통합센서(2)에 전원을 공급하기 위해 솔라 패널(1)을 메시 펜스(6) 내부에 구비한다.

이와 같은 수질관측 장치(9)의 구성에 있어서, 통합센서(2)에서 주기적으로 감지한 지하수의 센싱 데이터(수위, 수온, 전기전도도(EC))는 케이블(3)을 통해 RTU 패널(4)에 보내지고, 무선 통신으로 센터에 전송되어 관리된다.

그런데 이와 같은 종래의 수질관측 장치(9)는, 지하수의 수질 관측을 위해 관측 보호공(지하수의 관측만을 위한 관정)(1)을 지하수가 있는 수십 m 내지 수백 m의 깊이까지 천공해야 하고, 또 수십 m 내지 수백 m의 깊이의 지하수에 잠기는 통합 센서(2)에 케이블(3)을 연결해야 하므로 수질관측 장치를 구축하는 비용과 시간이 많이 소모되는 등의 많은 문제점이 있었다.

등록번호 제10-1011093호(공고일자 2011년01월25일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지하수 오염원 예방, 차단 기능의 밀폐식 지하수 상부보호공에 수질을 관측할 수 있도록 센서와 디스플레이를 설치하여, 지하수의 깊이까지 관측 보호공을 별도로 천공해서 케이블을 연결할 필요가 없어 수질관측 시스템을 구축하는 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 수질관측 지하수 상부보호공을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공은, 상하부가 개방되면서 내부가 비어있는 원통 형태로, 심정펌프를 갖는 양수관이 구비된 제1취수관이 하단에 설치되고 일측에 토출관이 형성되는 제2취수관;

상기 제2취수관의 내부에 삽입되는 유도관;

상기 제2취수관 내부의 유도관 하부에 구비되는 것으로, 상측은 유도관에, 하측은 상기 양수관에, 일측은 상기 토출관에 연결되는 연결배관;

상기 유도관의 일측에 구비되어 지하수의 수질과 관련된 각종 값을 측정(감지)하는 다수의 센서로 이루어진 센서부; 및

상기 센서부에서 감지한 수질과 관련된 각종 값을 화면에 출력하여 표시하는 표시부;

를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 표시부는 제2취수관 상측을 덮는 커버에 구비되거나, 상기 제2취수관 일측에 구비되어 심정펌프의 작동을 제어하는 제어반에 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어반은 센서부에서 감지한 값이 기준값을 초과하여 농업용수나 공업용수 또는 음용수로 사용할 수 없는 경우 작동 중인 심정펌프를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도관은 유입관과 배출관이 수직으로 나란히 배치되어 상부에서 연통된 이중 배관 형태로서, 상기 센서는 유도관의 배출관에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 센서는 온도센서, 전기전도도센서, 탁도센서, 염도센서, 압력센서, 유량센서를 포함하고, 현장 여건에 따라 필요한 센서만 선택하여 배출관에 부착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량센서는 유도관 상측에 구비되어 유량을 측정하는 아날로그 유량계와, 상기 아날로그 유량계의 일측 상부에 구비되어 아날로그 유량계의 바늘 움직임을 감지하는 바늘센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 아날로그 유량계를 외부에서 눈으로 확인하기 위해 그 직상부의 제2취수관 상측을 덮는 커버의 가운데 부분 일부가 투명한 투시창으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 지하수 오염원 예방, 차단 기능의 밀폐식 지하수 상부보호공에 수질을 관측할 수 있도록 센서와 디스플레이를 설치하여, 지하수의 깊이까지 관측 보호공을 별도로 천공해서 케이블을 연결할 필요가 없어 수질관측 시스템을 구축하는 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 별도의 관측 보호공을 천공할 필요없이 기존 사용하는 관정을 그대로 이용할 수 있고, 확실한 수자원 물 관리로 지하수 수질 보전에 일익을 보탤 수 있다.

도 1은 종래 수질관측 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 지하수 상부부호공의 수질관측을 위한 블록 구성도이다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 지하수 상부보호공에 대해 설명한다.

농업용, 공업용 등의 용수 및 농어촌의 생활용수를 공급하기 위해서는 지반에 관정을 뚫고, 관정에 양수관을 삽입한 다음 수중모터펌프를 사용하여 지하수를 양수하여 사용한다.

상기 지하수의 개발을 위한 양수장치는 지반을 굴착하여 관정을 형성한 후 이 관정의 내벽에 원형파이프인 케이싱을 관정의 적정위치까지 밀착되도록 삽입 설치하고, 하부에는 수중모터펌프가 설치된 양수관을 관정에 삽입하게 된다.

이러한 양수장치는 통상 암반 사이에 흐르고 있는 지하수가 암반공을 통하여 관정에 모이게 되고, 상기 관정에 모인 지하수는 수중모터펌프의 작동으로 강제 흡입된 후 양수관을 따라 송수관으로 공급된다.

이와 같은 지하수의 무분별한 개발과 그 이후의 관리 소홀로 인하여 생활하수나 수해 발생시 각종 오염물질이 지하수와 혼합되어 지하수의 수질을 악화시키고 있어, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 지하수 심정 주변을 지면보다 높게 설치하여 오염된 지표면으로부터 각종 오염물질의 유입을 차단하는 것이 지하수 상부보호공이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공(100)은, 제2취수관(200), 유도관(300), 연결배관(400), 수밀 유지수단(500), 커버(600), 센서부(10) 및 표시부(30)를 포함하여 구성된다.

제2취수관(200)은 상하부가 개방되면서 내부가 비어있는 원통 형태로, 하부가 지하에 매립된 채 상부가 지면(G) 위로 설치된다.

상기 제2취수관(200)의 하단에 미도시된 제1취수관이 설치되고, 제1취수관의 내부에는 심정펌프(미도시)를 갖는 양수관(700)이 구비된다.

상기 제2취수관(200)은 하부 측면에 외부로 물을 토출시키기 위한 토출구(212)가 형성된 토출관(210)이 구비되며, 상부에는 외부로부터 이물질로부터 지하수의 오염을 방지하기 위한 커버(600)가 씌워진다.

또한, 제2취수관(200)의 내측으로는 ∩형의 유도관(300)이 상부로부터 삽입되어 유입관(310)과 배출관(320)이 연결배관(400)에 상측으로 각각 형성된 연결구(402,403)에 연결되어 장착된다.

상기 유도관(300)은 수직의 유입관(310)과 배출관(320)이 분리되어 상부에서 연통된 이중 배관 형태이다.

상기 연결배관(400)은 제2취수관(200) 내부의 유도관(300) 하부에 구비되는 것으로서, 상측으로 2개의 연결구(402,403), 하측으로 하나의 연결구(401)가 각각 형성되어, 상측의 연결구(402,403)는 전술한 바와 같이 유도관(300)의 유입관(310)과 배출관(320)에 각각 연결되고, 하측의 연결구(401)는 양수관(700)에 연결된다.

상기 연결배관(400) 하부의 양수관(700)에 역류방지를 위한 체크밸브(710)가 구비된다.

이를 통해 체크밸브(710) 고장시 수리나 교체가 용이하고, 심정펌프 구동시에 발생하는 충격(water hammer)을 완충시킬 수 있다.

상기 연결배관(400)의 개방된 양측 중 일측의 개방부(404)는 제2취수관(200)의 토출관(210)에 연결되어 접합되고, 타측의 개방부(405)는 밀폐캡(400)에 의해 막혀 밀폐된다.

이에 의해 심정모터에 의해 양수관(700)을 통과한 물은 연결배관(400)의 연결구(401)와 연결구(402), 유도관(300)의 유입관(310)과 배출관(320), 연결배관의 연결구(403)와 개방부(402), 그리고 제2취수관(200)의 토출구(212)를 통해 외부를 토출된다.

한편, 상기 토출관(210) 반대 측의 제2취수관(200)에는 상기 연결배관(400)을 토출관(200) 쪽으로 밀어 수밀을 유지하기 위한 수밀 유지수단(500)이 구비된다.

여기서 미설명 부호 220은 전선의 인출을 위해 제2취수관(200)에 형성된 전선구, 330은 유도관(300)의 압력을 측정하는 압력 게이지, 230은 지하수의 채수를 용이하게 하기 위하여 제2취수관(200)에 설치된 채수밸브, 340은 지하수의 유량을 측정하는 아날로그 유량계이다.

상기 아날로그 유량계(340)의 바늘을 그 일측 상부에 위치된 바늘센서(342)에서 감지하여 지하수 사용 유량을 관측할 수 있다.

상기 커버(600)는 아날로그 유량계(340)를 외부에서 눈으로 확인하기 위해 그 직상부의 가운데 부분 일부가 투명한 투시창으로 이루어지고, 그 일측에 수질 감지 데이터를 표시하는 표시부(30)가 구비된다.

또한, 상기 유도관(300) 중 배출관(320) 일측에는 센서부(10)가 구비되어 상기 표시부(30)와 케이블(12)을 통해 연결된다.

여기서 상기 유도관(300)을 이중 배관(310,320)으로 형성하는 이유는 단관인 경우 센서 설치(부착)가 어렵고, 그중 배출관(320)에 센서를 설치(부착)하는 이유는 공간을 활용할 수 있기 때문이다.

상기 센서부(10)를 구성하는 센서는 예를 들어 전기전도도센서, 염도센서, 온도센서, 압력센서, 탁도센서 등이 있을 수 있고, 센서부의 각 센서에서 감지한(측정한) 수질의 감지 데이터는 미도시된 변환부(Transducer)를 통해 변환되어 표시부(30)에 표시되면서 무선통신부를 통해 관리자 단말이나 원격지(센터)에 전송된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 수질관측 지하수 상부보호공(100)은, 제2취수관(200), 유도관(300), 연결배관(400), 수밀 유지수단(500), 커버(600), 제어반(900), 센서부(10) 및 표시부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 제2취수관(200), 유도관(300), 연결배관(400), 수밀 유지수단(500), 커버(600)에 대해서는 도 2에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 약한다.

다만 제2취수관(200)의 하단에 제1취수관(800)이 설치되고, 제1취수관(800)의 내부에는 심정펌프(70)를 갖는 양수관(700)이 구비됨이 도 3에 표시된다.

제어반(900)은 상기 양수관(700)에 구비된 심정펌프(70)의 작동을 제어하는 패널로, 제2취수관(200)의 일측에 직립 설치된 포스트에 상부에 장착되며, 지하수의 수질 감지 데이터를 표시하는 표시부(30)가 상기 제어반(900)에 구비된다.

또한, 상기 유도관(300) 중 배출관(320) 일측에는 센서부(10)가 구비되어 상기 제어반(900)의 표시부(30)와 전선구(220)를 통해 인출되는 케이블(12)을 통해 연결된다.

상기 유도관(300)을 이중 배관(310,320)으로 형성하는 이유는 단관인 경우 센서 설치(부착)가 어렵고, 그중 배출관(320)에 센서를 설치(부착)하는 이유는 공간을 활용할 수 있기 때문이다.

상기 센서부(10)를 구성하는 센서는 예를 들어 전기전도도센서, 염도센서, 온도센서, 압력센서, 탁도센서 등이 있을 수 있고, 센서부의 각 센서에서 감지한 수질 감지 데이터는 미도시된 변환부(Transducer)를 통해 변환되어 표시부에 표시되면서 무선통신부를 통해 관리자 단말이나 원격지(센터)에 전송된다.

상기 표시부(30)는 도 2와 같이 커버(600) 또는 도 3과 같이 제어반(900)에 구비될 수 있다.

도 4는 도 3에 나타낸 지하수 상부부호공의 수질관측을 위한 블록 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 수질관측을 위해 지하수 상부보호공(100)에는 센서부(10), 변환부(20), 표시부(30), 전원부(40), 제어부(50), 무선통신부(60), 심정펌프(70) 및 관리자단말(80)이 포함되어 구성된다.

센서부(10)는 유도관(300)의 배출관(320) 일측에 부착되는 다수의 센서를 포함하여 구성된다.

상기 센서부(10)를 구성하는 다수의 센서는 예를 들어, 온도센서(11), 전기전도도센서(12), 탁도센서(13), 염도센서(14), 압력센서(15), 유량센서(16)를 포함한다.

여기서 유량센서(16)는 아날로그 유량계(340)와, 그 아날로그 유량계의 바늘을 감지하는 바늘센서(342)로 이루어질 수 있고, 압력센서(15)를 이용하여 그 압력과 비례하는 수위를 측정할 수 있다.

또한, 상기 센서들은 현장 여건에 따라 필요한 센서만 선택하여 배출관(320)에 부착할 수 있는 것으로, 예를 들어 바다가 가까운 지역에서는 염도센서(14)를 부착하고, 바다와 먼 지역에서는 염도센서(14)를 부착하지 않는다.

변환부(20)는 상기 센서부(10)에서 센싱한(측정한) 값을 표시부(30)에 표시할 수 있도록 변환하는 것으로, 예를 들어 센서부(10)의 아날로그 감지값을 증폭하고 디지털값으로 변환한다.

상기 표시부(30)는 변환부(20)에서 변환한 디지털값을 눈으로 확인할 수 있도록 화면에 출력하여 표시한다.

상기 변환부(20)와 표시부(30)는 커버(600) 또는 제어반(900)에 구비될 수 있다.

제어부(50)는 수질관측을 위한 각 블록 구성을 제어한다.

예를 들어 제어부(50)는 무선통신부(60)를 제어하여 디지털값을 관리자 단말(80)이나 센터(원격지)에 전송하여 데이터(디지털값)를 관리할 수 있도록 하고, 각 디지털값을 각 기준값과 비교하여 기준값을 초과하여 농업용수나 공업용수 또는 음용수 등으로 사용할 수 없는 경우 심정펌프(70)의 작동을 멈출 수 있다.

상기 무선통신부(60)는 예를 들어 WCDMA나 LTE 통신방식으로 데이터를 송수신하는 것으로, 디지털값을 관리자 단말(80)이나 센터(원격지)에 전송하고, 상기 센터로부터 제어 데이터 등을 수신하여 제어부(50)에 전달한다.

수질관측을 위한 각 블록 구성에 전원을 공급하는 전원부(40)는 리튬이나 리튬 혼합물을 음극으로 사용하는 리튬 배터리(42)나, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀(44)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성은 오픈소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로 완성된 보드 즉, 아두이노(arduino) 기술을 적용하여 구현된다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10: 센서부 20: 변환부
30: 표시부 40: 전원부
50: 제어부 60: 무선통신부
70: 심정펌프 100: 지하수 상부보호공
200: 제2취수관 300: 유도관
320: 배출관 600: 커버
900: 제어반

Claims

상하부가 개방되면서 내부가 비어있는 원통 형태로, 심정펌프를 갖는 양수관이 구비된 제1취수관이 하단에 설치되고 일측에 토출관이 형성되는 제2취수관;
상기 제2취수관의 내부에 삽입되는 유도관;
상기 제2취수관 내부의 유도관 하부에 구비되는 것으로, 상측은 유도관에, 하측은 상기 양수관에, 일측은 상기 토출관에 연결되는 연결배관;
상기 유도관의 일측에 구비되어 지하수의 수질과 관련된 각종 값을 측정(감지)하는 다수의 센서로 이루어진 센서부; 및
상기 센서부에서 감지한 수질과 관련된 각종 값을 화면에 출력하여 표시하는 표시부;
를 포함하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제1항에 있어서,
상기 표시부는 제2취수관 상측을 덮는 커버에 구비되거나, 상기 제2취수관 일측에 구비되어 심정펌프의 작동을 제어하는 제어반에 구비되는 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제1항에 있어서,
상기 제어반은 센서부에서 감지한 값이 기준값을 초과하여 농업용수나 공업용수 또는 음용수로 사용할 수 없는 경우 작동 중인 심정펌프를 정지시키는 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제1항에 있어서,
상기 유도관은 유입관과 배출관이 수직으로 나란히 배치되어 상부에서 연통된 이중 배관 형태로서, 상기 센서는 유도관의 배출관에 부착되는 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제1항에 있어서,
상기 다수의 센서는 온도센서, 전기전도도센서, 탁도센서, 염도센서, 압력센서, 유량센서를 포함하고, 현장 여건에 따라 필요한 센서만 선택하여 배출관에 부착하는 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제5항에 있어서,
상기 유량센서는 유도관 상측에 구비되어 유량을 측정하는 아날로그 유량계와, 상기 아날로그 유량계의 일측 상부에 구비되어 아날로그 유량계의 바늘을 감지하는 바늘센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.
제6항에 있어서,
상기 아날로그 유량계를 외부에서 눈으로 확인하기 위해 그 직상부의 제2취수관 상측을 덮는 커버의 가운데 부분 일부가 투명한 투시창으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수질관측 지하수 상부보호공.