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저수지 3차원 구조에 의한 전기비저항 탐사자료의 왜곡
Distortion of Resistivity Data Due to the 3D Geometry of Embankment Dams 원문보기

물리탐사 = Geophysical exploration, v.9 no.4, 2006년, pp.291 - 298  

조인기 (강원대학교 지구물리학과) ,  강형재 (강원대학교 지구물리학과) ,  김기주 (강원대학교 지구물리학과)

초록
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전기비저항 탐사법은 저수지 누수구간 탐지에 매우 효과적이고 실질적인 물리탐사법이다. 일반적으로 저수지 제체의 마루에서 수행되는 전기비저항 탐사는 저수지가 2차원 구조를 갖고 있다고 가정한다. 하지만 저수지 제체에서 수행되는 전기비저항 탐사 자료는 저수지의 3차원 지형에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 유한요소법을 사용하는 3차원 전기비저항탐사 모델링 프로그램을 통하여 저수지의 3차원 구조가 전기비저항 탐사자료에 미치는 영향을 평가하였다. 제체의 상류사면, 상류쪽 마루, 마루중앙, 하류쪽 마루와 하류사면에 위치한 측선에서 얻어진 전기비저항 탐사자료를 비교하였다. 3차원 효과는 측선의 위치에 따라 서로 다른 양상을 보였으며, 측선이 하류사면 쪽에 위치할 경우 그 영향이 더 크게 나타났다. 또한 지형효과보다는 저수지를 구성하는 요소들의 전기비저항 값이 전기비저항 탐사자료에 더 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 마지막으로 누수구간이 존재하는 제체에 대한 3차원 모델링 자료에 대하여 2.5차원 역산을 수행하여 2차원 전기비저항 탐사법을 이용한 누수구간 탐지의 가능성을 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Resistivity method is a practical and effective geophysical technique to detect leakage zones in embankment dams. Generally, resistivity survey conducted along the crest assumes that the embankment dam has a 2D structure. However, the 3D topography of embankments distorts significantly resistivity d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 논문에서는 지형을 고려할 수 있는 유한요소법 모델링을 통하여 저수지의 3차원적 형상과 저수지를 구성하는 저수지 물, 상, 하류사면, 중심점토, 기반 암의 물성 대비를 고려한 쌍극자 배열 전기비저항 탐사자료의 변화를 고찰, 분석하였다. 또한 3차원적 누수구간을 가정하고 측선의 위치에 따른 누수 구간 탐지능력을 비교, 분석하여 효과적인 탐사설계의 지침을 제시하고자 하였다.
  • 이러한 저수지 제체의 기하학적 형상과 2차원 가정의 위배에서 오는 전기비저항 탐사자료의 왜곡은 이미 이명종 등(2000)에 의해 분석된 바 있다. 논문에서는 지형을 고려할 수 있는 유한요소법 모델링을 통하여 저수지의 3차원적 형상과 저수지를 구성하는 저수지 물, 상, 하류사면, 중심점토, 기반 암의 물성 대비를 고려한 쌍극자 배열 전기비저항 탐사자료의 변화를 고찰, 분석하였다. 또한 3차원적 누수구간을 가정하고 측선의 위치에 따른 누수 구간 탐지능력을 비교, 분석하여 효과적인 탐사설계의 지침을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 저수지 제체의 3차원 효과와 구성요소들의 물성 차이가 2차원 전기비저항 탐사자료와 그 역산 결과에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 분석 결과 측선의 위치에 따라 지형효과 및 구성요소들의 영향은 서로 다른 양상을 보였다.
  • 이러한 가정상의 모순에도 불구하고 제체 마루부에서 수행되는 전기비저항 탐사는 매우 효과적으로 누수구간의 분포 양상을 제시하고 있으며, 실제 제체 누수조사에 널리 사용되고 있다. 여기서는 저수지의 3차원 구조가 쌍극자 배열 전기 비저항 탐사자료에 미치는 영향을 분석하고자 한다.

가설 설정

  • 모든 측선에서 측점 간격은 5 m이며, 측선의 길이는 100m로 설정하였다. Fig. 5에 나타낸 바와 같이 저수지 물의 전기비저항은 80 ohm-m, 상류사면은 200 ohm-m, 중심점토는 50 ohm-m, 하류사면은 400 ohm-m, 세굴현상에 의해 훼손된 중심점토의 전기비저항은 100 ohm-m, 그 크기는 5m × 2m ×6m로 가정하였으며, 중심점토를 기준으로 상류부와 하류부 쪽으로 전기비저항이 감소한 모델을 설정하였다.
  • 1에도시하였다. 국내의 일반적인 농업용 저수지(embankment dam)를 가정하고 제체의 경사는 상, 하류 사면 모두 1 : 2로, 제체의 높이는 20.5 m로 설정하였다. 제체 마루부의 너비는 6 m, 마루 상류 쪽 가장자리에서 수면까지의 수평 거리는 7이이다.
  • 이들은 모두 서로 다른 물성을 가지며, 그 대비도 상당히 큰 것으로 알려져 있다. 우선 여기서는 저수지의 기하학적 특성에 기인한 전기비저항 탐사자료의 왜곡만을 알아보기 위하여 저수지를 구성하는 모든 요소들의 전기비저항이 일정하다고 가정하고 3차원 모델링을 수행하였다. 편의를 위하여 전기 비저항값은 100 ohm-m, 측선의 길이는 100 m, 측점 간격은 5 m로 설정하였다.
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참고문헌 (13)

  1. 박삼규, 김정호, 서구원, 2005, 저수지 유지관리를 위한 전기비저항 모니터링 기법 응용, 물리탐사, 8, 177-183 

  2. 박삼규, 송성호, 최종학, 최보규, 이병호, 2002, 수리시설물의 누수탐지를 위한 물리탐사의 적용성, 땅과 물이 만나는 곳에서의 물리탐사, 한국지구물리탐사학회, 179-185 

  3. 이명종, 김정호, 정승환, 송윤호, 2000, 2차원 및 3차원 전기비저항탐사를 이용한 제당 누수조사, 농업 현장에 필요한 물리탐사기술, 한국물리탐사학회, 41-53 

  4. 오성훈, 김형수, 2005, 필댐의 3차원 기하효과에 따른 전기비저항 왜곡 효과 분석, 2005 공동학술대회 논문집, 한국물리탐사학회, 지구물리학회, 55-58 

  5. 정승환, 김정호, 양재만, 한규언, 김영웅, 1992, 전기비저항탐사에 의한 제당의 누수구간 탐지, 지질공학, 2, 47-57 

  6. 윤종렬, 김진만, 최봉혁, 2005, 하천제방의 안정성 평가기법 연구, 2005 공동학술대회 논문집, 한국물리탐사학회, 대한지구물리학회, 111-116 

  7. Butler, D. K., and Llopis, J. L., 1990, Assessment of anomalous seepage conditions, in Ward, S. H. Ed., Geotechnical and Environmental Geophysics II, SEG 

  8. Kim, J. H., Yi, M. J., Song, Y, Seol, S. J., Chung, S. H. and Kim, K. S., 2001, Application of geophysical methods to the analysis of an earth dam, EAGE 63rd Conference and Technical Exhibition, Amsterdam, The Netherlands 

  9. Ogilvy, A. A., Ayed, M. A., and Bogoslovsky, V. A., 1969, Geophysical studies of water leakages from reservoirs, Geophy. Prosp., 17, 36-63 

  10. Salmon, G. M., and Johansson, S., 2003, Research on geophysical methods of detecting seepage and piping in embankment dams with case studies of geophysical measurements at two Swedish Tailings dams, International Symposium on Major Challenge in Tailing dams, June 15, Montreal 2003, ICOLD 71st Annual Meeting 

  11. Sjodahl, P., Dahlin, T., Zhou, B., and Johannson, S., 2002, Monitoring of leakage in embankment dams through resistivity measurements-A 2.5D modeling study, Procs. 8th Environmental and Engineering Geophysics, 169-172 

  12. Song, S. H., Song, Y. H, and Kwon, B. D., 2005, Application of hydrogeological and geophysical methods to delineate leakage pathways in an earth fill dam, Joint issue of Exploration Geophysics, 36, Butsuri-Tansa, 59, and MulliTamsa, 9, 92-96 

  13. Titov, K., Loukhmanov, V., and Potapov, A., 2000, Monitoring of water seepage from a reservoir using resistivity and self polarization methods: case history of the Petergoph fountain water supply system, First Break, 18, 431-435 

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