[학위논문]지하굴착 주변에서의 지하수 영향범위 설정에 관한 연구 A Study on delineation of the influencial range in groundwater system near construction sites along cutting faces원문보기
지하수위면 하부까지 대규모 굴착공사가 진행되면 지하수 흐름은 균형을 유지하려고 굴착구간으로 배출되어 대수층의 지하수등수위선이 변형되고, 이에 따라 주변지역에 소재한 지하수이용시설의 고갈이나 기존 수리권의 침해와 같은 환경재해가 예측되어 굴착공사 이후에 나타나게 될 영향범위 설정에 관한 연구를 수행하였다.
연구지역인 굴포천 주변은 인천광역시 철마산에서 발원하여 한강하류로 유입되는 지방2급하천으로 경사가 완만하고 하폭이 좁아 유역의 중하류 저지대는 홍수시 한강본류의 수위가 상승하면 자연배수가 불가능하게 되어 적은 강우에도 불구하고 상습적인 침수가 발생하는 지역이다. 이러한 상습 침수피해로부터 재산과 인명을 보호하기 위하여 수로를 변경하는「굴포천방수로건설공사 실시계획(‘92. 12. 26)」을 수립하여 홍수량을 전량 서해로 방류시키는 임시방수로를 설치하고자 하였다.
굴포천 임시방수로 공사구간은 행정구역상으로 인천광역시 서구와 계양구 및 ...
지하수위면 하부까지 대규모 굴착공사가 진행되면 지하수 흐름은 균형을 유지하려고 굴착구간으로 배출되어 대수층의 지하수등수위선이 변형되고, 이에 따라 주변지역에 소재한 지하수이용시설의 고갈이나 기존 수리권의 침해와 같은 환경재해가 예측되어 굴착공사 이후에 나타나게 될 영향범위 설정에 관한 연구를 수행하였다.
연구지역인 굴포천 주변은 인천광역시 철마산에서 발원하여 한강하류로 유입되는 지방2급하천으로 경사가 완만하고 하폭이 좁아 유역의 중하류 저지대는 홍수시 한강본류의 수위가 상승하면 자연배수가 불가능하게 되어 적은 강우에도 불구하고 상습적인 침수가 발생하는 지역이다. 이러한 상습 침수피해로부터 재산과 인명을 보호하기 위하여 수로를 변경하는「굴포천방수로건설공사 실시계획(‘92. 12. 26)」을 수립하여 홍수량을 전량 서해로 방류시키는 임시방수로를 설치하고자 하였다.
굴포천 임시방수로 공사구간은 행정구역상으로 인천광역시 서구와 계양구 및 김포군 일부가 속해 있으며, 산계는 남쪽에 소재하는 계양산이 가장 높은 지형을 형성하며, 편암과 편마암이 분포하는 지역에서는 풍화작용을 심하게 받아 구릉을 이루고 있는 노년기 지형이다. 수계는 계양산에서 발원한 소규모 하천인 계양천, 굴포천 및 시천천 들이 수지상의 형태로 한강 및 서해로 유입된다. 이러한 산계와 수계의 발달상태는 이 지역에 발달되어 있는 각종 암종과 지질구조적인 특징을 잘 반영하고 있다.
연구지역에 분포한 지질은 선캠브리아기의 경기편마암복합체가 기반암을 이루고 있으며, 이들을 관입한 쥬라기 화강암류, 그리고 백악기에 관입한 화성암류 및 미고결 충적층과 해성점토로 이루어져 있다. 대표적인 지질구조대는 선캠브리아기 변성암류의 엽리구조, 쥬라기 화강암류 관입구조및 백악기 화성암류의 관입구조와 화산쇄설성 퇴적암류의 층리가 있으며, 단층 및 절리 등의 단열구조 들이다.
연구지역에 발달된 단열구조 들은 백악기에 김포분지 생성 시 형성된 단층작용으로 화산활동이나 화성암류의 관입 등과 관련되어 형성된 것 들이다. 임시방수로 구간은 동서방향의 선구조가 발달되어 있는데 이는 이 지역 주향이동단층 방향과 일치한다.
임시방수로 구간 굴착과 함께 노출된 구간(Sta. No:330~465)은 주로 선캠브리아기의 변성암이 기반암을 이루고 있으며, 이들을 소규모로 관입하고 있는 중성 내지 산성 암맥류들로 구성되어 있다.
연구지역 주변에 소재하는 기존 지하수 개발이용시설 45개소는 생활용수 27개소, 농업용수 8개소, 폐기관정 10개소이며, 각 가구별로 소규모의 시설을 생활용수로 이용하고 있으며, 지하수위는 지표면하 평균 3.5m 정도로 대체적으로 지형고도를 잘 반영하고 있다.
지표지질조사와 원격탐사 자료를 토대로 하여 7개 지역에서 VLF(22 Lines) 탐사와 쌍극자전기비저항 탐사 14Lines을 실시한바, 본 역에 발달된 북북동 및 북북서 방향의 지질구조대와 지구물리탐사 결과에서 도출된 이상대는 서로 잘 일치한 것으로 나타난다.
시추관측정 15개소와 다목적 시험관측정조 2개조를 설치하여 연구지역의 지하지질 분포상태를 파악하고 기존 지하수 이용시설을 포함하여 수위관리망으로 운영하였다. 본역에 분포하는 지하지질은 충적층, 풍화토, 풍화암, 연암 및 경암 등의 순으로 분포한다.
다목적 시험관측정조 및 시추관측정 들에서 대수성 시험, Slug test 및 Packer test를 실시하여 각 암종별로 산출해 낸 평균 수리전도도는 암반이 0.15m/일(범위는 4차수)이고, 미고결암(풍화토 포함)은 1.49m/일이며, 혼합층(미고결암과 암반층)은 0.44m/일 정도이다.
연구기간 동안 6개소에서 지하수 시료를 채취하여 수질분석을 실시한 바 시천천 지역을 제외한 4개공은 모두 외부 오염원에 의해 심하게 오염된 저질의 지하수이다.
본 역 인근에 소재한 국가 지하수관측소의 지하수위 변동폭 자료와 2001년 10월부터 2002년 6월까지 9개월간 실측한 지하수위 변동폭 자료를 서로 대비하여 임시방수로 굴착공사로 인한 주변지역을 비 영향범위 지역, 관측요망지역, 영향범위 지역으로 구분하였다.
2002년 5월 기준으로 작성한 지하수위 등고선도(PSM, Potentiometric Surface Map) 분석결과 지하수 평균선형유속(Average Liner Velocity)은 계양천이 0.094m/일이고, 시천천이 0.187m/일, 굴포천이 0.092m/일이다. 이에 비해 2002년 1월의 평균선형유속은 계양천 0.076m/일, 시천천 0.092m/일, 그리고 굴포천 0.037m/일 로서 5월 중의 평균선형유속이 1월보다는 각각 1.24, 2.03, 2.49배 정도로서 약 2배 정도 크다.
굴포천 임시방수로 건설로 인해 주변 지하수계에 미치는 영향범위는 지하수위 강하량의 분포로 직접 표현될 수 있다. 2002년 1월의 지하수위 관측자료를 바탕으로 보정한 정류상태의 지하수위를 초기상태로 가정하고 임시방수로 굴착공사가 그 인근 지하수계에 미치는 영향을 분석한 결과,
1) 임시방수로 설치 및 운영으로 인한 지하수위 강하량은 임시방수로에서 멀어질수록 감소하지만 그 분포는 구간에 따라 차이를 나타내었다. 또한 시간의 경과에 따라 전체적인 영향범위는 증가하는 것으로 분석되었다.
2) 본 역의 수리특성의 공간적인 불균질성, 이질성과 불확실성(보수적인 방법) 등을 감안하여 임시방수로 굴착공사로 인한 지하수 영향범위는 미국의 SDWA(안정음용수법)가 적용하고 있는 수위강하 기준치인 30cm를 적용하였다.
3) 3차원 지하수 유동모델링 결과에 의하면 임시방수로 굴착 1년 후의 평균 영향거리는 북측구간이 370m, 남측구간이 275m 정도로 예측되었다. 임시방수로 공사 5년 이후(수직차수벽 설치 감안 시) 수도권매립지 인접지역에 차수벽을 설치한 구간 이외의 지역에서는 영향범위가 점차 확대되어 임시방수로 북측 구간에서의 평균거리는 약 540m, 남측 구간에서의 평균거리는 약 390m인 것으로 예측되었다.
지하수위면 하부까지 대규모 굴착공사가 진행되면 지하수 흐름은 균형을 유지하려고 굴착구간으로 배출되어 대수층의 지하수등수위선이 변형되고, 이에 따라 주변지역에 소재한 지하수이용시설의 고갈이나 기존 수리권의 침해와 같은 환경재해가 예측되어 굴착공사 이후에 나타나게 될 영향범위 설정에 관한 연구를 수행하였다.
연구지역인 굴포천 주변은 인천광역시 철마산에서 발원하여 한강하류로 유입되는 지방2급하천으로 경사가 완만하고 하폭이 좁아 유역의 중하류 저지대는 홍수시 한강본류의 수위가 상승하면 자연배수가 불가능하게 되어 적은 강우에도 불구하고 상습적인 침수가 발생하는 지역이다. 이러한 상습 침수피해로부터 재산과 인명을 보호하기 위하여 수로를 변경하는「굴포천방수로건설공사 실시계획(‘92. 12. 26)」을 수립하여 홍수량을 전량 서해로 방류시키는 임시방수로를 설치하고자 하였다.
굴포천 임시방수로 공사구간은 행정구역상으로 인천광역시 서구와 계양구 및 김포군 일부가 속해 있으며, 산계는 남쪽에 소재하는 계양산이 가장 높은 지형을 형성하며, 편암과 편마암이 분포하는 지역에서는 풍화작용을 심하게 받아 구릉을 이루고 있는 노년기 지형이다. 수계는 계양산에서 발원한 소규모 하천인 계양천, 굴포천 및 시천천 들이 수지상의 형태로 한강 및 서해로 유입된다. 이러한 산계와 수계의 발달상태는 이 지역에 발달되어 있는 각종 암종과 지질구조적인 특징을 잘 반영하고 있다.
연구지역에 분포한 지질은 선캠브리아기의 경기편마암복합체가 기반암을 이루고 있으며, 이들을 관입한 쥬라기 화강암류, 그리고 백악기에 관입한 화성암류 및 미고결 충적층과 해성점토로 이루어져 있다. 대표적인 지질구조대는 선캠브리아기 변성암류의 엽리구조, 쥬라기 화강암류 관입구조및 백악기 화성암류의 관입구조와 화산쇄설성 퇴적암류의 층리가 있으며, 단층 및 절리 등의 단열구조 들이다.
연구지역에 발달된 단열구조 들은 백악기에 김포분지 생성 시 형성된 단층작용으로 화산활동이나 화성암류의 관입 등과 관련되어 형성된 것 들이다. 임시방수로 구간은 동서방향의 선구조가 발달되어 있는데 이는 이 지역 주향이동단층 방향과 일치한다.
임시방수로 구간 굴착과 함께 노출된 구간(Sta. No:330~465)은 주로 선캠브리아기의 변성암이 기반암을 이루고 있으며, 이들을 소규모로 관입하고 있는 중성 내지 산성 암맥류들로 구성되어 있다.
연구지역 주변에 소재하는 기존 지하수 개발이용시설 45개소는 생활용수 27개소, 농업용수 8개소, 폐기관정 10개소이며, 각 가구별로 소규모의 시설을 생활용수로 이용하고 있으며, 지하수위는 지표면하 평균 3.5m 정도로 대체적으로 지형고도를 잘 반영하고 있다.
지표지질조사와 원격탐사 자료를 토대로 하여 7개 지역에서 VLF(22 Lines) 탐사와 쌍극자 전기비저항 탐사 14Lines을 실시한바, 본 역에 발달된 북북동 및 북북서 방향의 지질구조대와 지구물리탐사 결과에서 도출된 이상대는 서로 잘 일치한 것으로 나타난다.
시추관측정 15개소와 다목적 시험관측정조 2개조를 설치하여 연구지역의 지하지질 분포상태를 파악하고 기존 지하수 이용시설을 포함하여 수위관리망으로 운영하였다. 본역에 분포하는 지하지질은 충적층, 풍화토, 풍화암, 연암 및 경암 등의 순으로 분포한다.
다목적 시험관측정조 및 시추관측정 들에서 대수성 시험, Slug test 및 Packer test를 실시하여 각 암종별로 산출해 낸 평균 수리전도도는 암반이 0.15m/일(범위는 4차수)이고, 미고결암(풍화토 포함)은 1.49m/일이며, 혼합층(미고결암과 암반층)은 0.44m/일 정도이다.
연구기간 동안 6개소에서 지하수 시료를 채취하여 수질분석을 실시한 바 시천천 지역을 제외한 4개공은 모두 외부 오염원에 의해 심하게 오염된 저질의 지하수이다.
본 역 인근에 소재한 국가 지하수관측소의 지하수위 변동폭 자료와 2001년 10월부터 2002년 6월까지 9개월간 실측한 지하수위 변동폭 자료를 서로 대비하여 임시방수로 굴착공사로 인한 주변지역을 비 영향범위 지역, 관측요망지역, 영향범위 지역으로 구분하였다.
2002년 5월 기준으로 작성한 지하수위 등고선도(PSM, Potentiometric Surface Map) 분석결과 지하수 평균선형유속(Average Liner Velocity)은 계양천이 0.094m/일이고, 시천천이 0.187m/일, 굴포천이 0.092m/일이다. 이에 비해 2002년 1월의 평균선형유속은 계양천 0.076m/일, 시천천 0.092m/일, 그리고 굴포천 0.037m/일 로서 5월 중의 평균선형유속이 1월보다는 각각 1.24, 2.03, 2.49배 정도로서 약 2배 정도 크다.
굴포천 임시방수로 건설로 인해 주변 지하수계에 미치는 영향범위는 지하수위 강하량의 분포로 직접 표현될 수 있다. 2002년 1월의 지하수위 관측자료를 바탕으로 보정한 정류상태의 지하수위를 초기상태로 가정하고 임시방수로 굴착공사가 그 인근 지하수계에 미치는 영향을 분석한 결과,
1) 임시방수로 설치 및 운영으로 인한 지하수위 강하량은 임시방수로에서 멀어질수록 감소하지만 그 분포는 구간에 따라 차이를 나타내었다. 또한 시간의 경과에 따라 전체적인 영향범위는 증가하는 것으로 분석되었다.
2) 본 역의 수리특성의 공간적인 불균질성, 이질성과 불확실성(보수적인 방법) 등을 감안하여 임시방수로 굴착공사로 인한 지하수 영향범위는 미국의 SDWA(안정음용수법)가 적용하고 있는 수위강하 기준치인 30cm를 적용하였다.
3) 3차원 지하수 유동모델링 결과에 의하면 임시방수로 굴착 1년 후의 평균 영향거리는 북측구간이 370m, 남측구간이 275m 정도로 예측되었다. 임시방수로 공사 5년 이후(수직차수벽 설치 감안 시) 수도권매립지 인접지역에 차수벽을 설치한 구간 이외의 지역에서는 영향범위가 점차 확대되어 임시방수로 북측 구간에서의 평균거리는 약 540m, 남측 구간에서의 평균거리는 약 390m인 것으로 예측되었다.
Underground water flows to excavation area on in order to balance and potentiometric map of aquifer is transformed when large excavation works begin to low part of the underground water. Therefore, I conducted the study of setting the affected area appearing after excavation work as environmental d...
Underground water flows to excavation area on in order to balance and potentiometric map of aquifer is transformed when large excavation works begin to low part of the underground water. Therefore, I conducted the study of setting the affected area appearing after excavation work as environmental disasters are expected such as exhaustion of underground water facilities around the place or encroachment of existing water rights.
Gulpo Cheon area being studied has the local second-class stream flowing from Cheol Ma mountain, Incheon to the lower Han river. The frequent flooding occurs despite of small rain as natural drain is impossible when mainstream Han river level increases in the mid and lower-area due to slight slant, narrow river width. Setting up interim flood control channel was intended to discharge all flooding water to western sea by planing to construct Gulpo Cheon flood control channel(December 12, 1992) for channel course changing to protect property and lives from frequent flooding damages.
The construction range of interim flood control channel belongs to Su-gu and Gyeyang-gu, Incheon and some part of Kimpo-gun and the mountain system covers the highest Gyeyang mountain in the South and the range schists and gneiss is the old hilly land affected by weathering. The water system is that water from Gyeyang Cheon, Gulpo Cheon and Sicheon Cheon flows into Han river and south sea. The developments of these of mountain system and water system reflect the characteristics of rock type and geographic structure. Gyeonggi metamorphic complex of precambrian period include bedrock which consists of Jurassic granites, Cretaceous volcanic rock and unconsolidated alluvial layer & marine clay. The typical geographic structures are foliated structure of metamorphic rock in the precambrian period, interpenetrated structure of Jurassic granite, interpenetrated structure of Cretaceous volcanic rock and sedimentary rock of volcaniclastic sediments, and insulation structure of fault line and joint system.
The insulation structure was made from faulting when Kimpo basin was formed in the Cretaceous period and related to volcanic activity or interpenetration of volcaniclastic sediments. The range of interim flood control channel was developed as linear structure in the east and the south complying with the direction of strike-slip fault.
The range(Sta. No:330~465)exposed with excavation of interim flood control channel is based on metamorphic rock in the precambrian period being composed of neutral to acid dike.
Forty-five facilities to develop and use existing underground around the area include 28 residential purposes, 8 farm purposes and 10 abrogated tube wells and each family uses the small facility for residential water and underground level is 3.5m high under the surface level generally reflecting geographical height.
Geological structure range toward the north-north-east & north- north-west and anomalous zone resulting from geophysical exploration accorded each other after VLF(22 Lines) research and dipole electric resistivity research were conducted based on geotechnical surface investigation and remote exploration data.
Underground geological distribution in the population area has been studied and operated as water level management network including traditional underground water facilities by setting up 15 drilling pipes and 2 observation well sets for multi-purpose. Underground geological quality spreading in this range have distribution of alluvium, weathering soil, weathered rock, sedimentary rock and hard rock in order.
Average hydraulic conductivity is 0.15m/day for base rock, 1.49m/day for unconsolidation rock and 0.44m/day for mixed layer(unconsolidated and base rock layer) after aquifer test, slug test and packer test in multiple purpose & observation well set and drilling pipe measurement.
Four facilities except Sicheon cheon of 6 facilities was low-class underground water contaminated by external pollutants after underground water was collected and analyzed.
Surrounding area affected by evacuation for temporary flood control channel is classified into the area influenced by rain, the area to need observation and the affected area after underground water level change amount is compared to that measured for 9 months, October, 2001 to June, 2002.
Average liner velocity is 0.094m/day for Gyeyang Cheon, 0.092m/day Sicheon Cheon and 0.037m/day for Gulpo Cheon after analyzing PSM in May 2002. In contrast, average liner velocity during May is 1.24, 2.03 and 2.49, and is twice as much as one during January.
The impact of the construction of temporary flood control channel on underground water system can be indicated as the distributed drawdown. After statistic underground level is assumedly set on the basis of underground level data observed on January 2002, the influence of evacuation for temporary flood control channel on the surrounding underground water system is as follows:
1) Underground water level amount to establish and operate temporary flood control channel is decreased from far temporary flood control channel, but the distribution is different depending on the spot. Also, total influential range has been increased over the time
2) Influential range of underground water caused by evacuation for temporary flood control channel applied to 30cm, standardized decrease used by SDWA in U. S. when considerations are made for spatial uneven quality, difference and uncertainty.
3) Hydrodynamic modeling showed that average affected lengths one year after evacuation for temporary flood control channel are 370m for the north, 275m for the west. Average lengths are about 540m for temporary flood control channel in the north and 390m for temporary flood control channel in the west as the affected range is extended in the area except the one equipped with soil cement wall in the reclamation land around the metropolitan area after 5 year construction for temporary flood control channel.
Underground water flows to excavation area on in order to balance and potentiometric map of aquifer is transformed when large excavation works begin to low part of the underground water. Therefore, I conducted the study of setting the affected area appearing after excavation work as environmental disasters are expected such as exhaustion of underground water facilities around the place or encroachment of existing water rights.
Gulpo Cheon area being studied has the local second-class stream flowing from Cheol Ma mountain, Incheon to the lower Han river. The frequent flooding occurs despite of small rain as natural drain is impossible when mainstream Han river level increases in the mid and lower-area due to slight slant, narrow river width. Setting up interim flood control channel was intended to discharge all flooding water to western sea by planing to construct Gulpo Cheon flood control channel(December 12, 1992) for channel course changing to protect property and lives from frequent flooding damages.
The construction range of interim flood control channel belongs to Su-gu and Gyeyang-gu, Incheon and some part of Kimpo-gun and the mountain system covers the highest Gyeyang mountain in the South and the range schists and gneiss is the old hilly land affected by weathering. The water system is that water from Gyeyang Cheon, Gulpo Cheon and Sicheon Cheon flows into Han river and south sea. The developments of these of mountain system and water system reflect the characteristics of rock type and geographic structure. Gyeonggi metamorphic complex of precambrian period include bedrock which consists of Jurassic granites, Cretaceous volcanic rock and unconsolidated alluvial layer & marine clay. The typical geographic structures are foliated structure of metamorphic rock in the precambrian period, interpenetrated structure of Jurassic granite, interpenetrated structure of Cretaceous volcanic rock and sedimentary rock of volcaniclastic sediments, and insulation structure of fault line and joint system.
The insulation structure was made from faulting when Kimpo basin was formed in the Cretaceous period and related to volcanic activity or interpenetration of volcaniclastic sediments. The range of interim flood control channel was developed as linear structure in the east and the south complying with the direction of strike-slip fault.
The range(Sta. No:330~465)exposed with excavation of interim flood control channel is based on metamorphic rock in the precambrian period being composed of neutral to acid dike.
Forty-five facilities to develop and use existing underground around the area include 28 residential purposes, 8 farm purposes and 10 abrogated tube wells and each family uses the small facility for residential water and underground level is 3.5m high under the surface level generally reflecting geographical height.
Geological structure range toward the north-north-east & north- north-west and anomalous zone resulting from geophysical exploration accorded each other after VLF(22 Lines) research and dipole electric resistivity research were conducted based on geotechnical surface investigation and remote exploration data.
Underground geological distribution in the population area has been studied and operated as water level management network including traditional underground water facilities by setting up 15 drilling pipes and 2 observation well sets for multi-purpose. Underground geological quality spreading in this range have distribution of alluvium, weathering soil, weathered rock, sedimentary rock and hard rock in order.
Average hydraulic conductivity is 0.15m/day for base rock, 1.49m/day for unconsolidation rock and 0.44m/day for mixed layer(unconsolidated and base rock layer) after aquifer test, slug test and packer test in multiple purpose & observation well set and drilling pipe measurement.
Four facilities except Sicheon cheon of 6 facilities was low-class underground water contaminated by external pollutants after underground water was collected and analyzed.
Surrounding area affected by evacuation for temporary flood control channel is classified into the area influenced by rain, the area to need observation and the affected area after underground water level change amount is compared to that measured for 9 months, October, 2001 to June, 2002.
Average liner velocity is 0.094m/day for Gyeyang Cheon, 0.092m/day Sicheon Cheon and 0.037m/day for Gulpo Cheon after analyzing PSM in May 2002. In contrast, average liner velocity during May is 1.24, 2.03 and 2.49, and is twice as much as one during January.
The impact of the construction of temporary flood control channel on underground water system can be indicated as the distributed drawdown. After statistic underground level is assumedly set on the basis of underground level data observed on January 2002, the influence of evacuation for temporary flood control channel on the surrounding underground water system is as follows:
1) Underground water level amount to establish and operate temporary flood control channel is decreased from far temporary flood control channel, but the distribution is different depending on the spot. Also, total influential range has been increased over the time
2) Influential range of underground water caused by evacuation for temporary flood control channel applied to 30cm, standardized decrease used by SDWA in U. S. when considerations are made for spatial uneven quality, difference and uncertainty.
3) Hydrodynamic modeling showed that average affected lengths one year after evacuation for temporary flood control channel are 370m for the north, 275m for the west. Average lengths are about 540m for temporary flood control channel in the north and 390m for temporary flood control channel in the west as the affected range is extended in the area except the one equipped with soil cement wall in the reclamation land around the metropolitan area after 5 year construction for temporary flood control channel.
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