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문제 정의
- 본 연구지역은 김포 매립지역으로 해양 점토로 덮인 간척지로서 쓰레기 매립으로 인하여 해성점토층이 부등 침하가 발생되었으며(김계남 등, 2000) 조수간만의 차 가 약 9m 이상 나타나는 지역이다. 연구 목적은 연구 지역 내에서 총 15지점을 선정하여 시추조사를 실시하 였으며, 지층상태에 따른 표준관입시험을 통한 N값의 산출, 현장투수시험을 통한 투수성 측정, 인공위성 영상 자료에 대한 선구조 분석 및 각 시험시추공에서 지하수 유향유속의 측정등을 통하여 조석의 변화에 따른 지하수 유동과 토질 특성 및 지질 구조선에 대한 연관성을 파악하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 홍색장석화강암을 기반으로 하고 상부 에 해성퇴적토층과 매립층이 존재하는 지역에서 총 15 개의 시추조사를 실시하였으며 표준관입시험에 의한 N 값 산출, 현장투수시험을 통한 투수성 측정, 각 시험시 추공에서 지하수 유향유속의 측정 및 인공위성 영상자. 료에서 선구조 분석으로 조석의 변화에 따른 지하수 유 동을 비교 분석하였다.
- 본 연구에서 지하수 유향유속 측정은 시추공 내에 GeoFlo Model 200의 측정기를 사용하여 유향 및 유속 을 .측정하였다.
- 지하수의 유동 측정은 유속측정기를 이용한 방법, 추 적자 시험을 통한 방법 및 조석에 의한 지하수위 변화 에 대한 지하수의 유동 방향을 유추하는 방법 등이 있 다. 본 연구에서는 유속측정기를 이용하여 지하수 유향 유속을 산정하였다. 이러한 방법을 이용한 연구로 국내 에서는 시추공에서 유속측정기를 이용하여 암반대수층 의 구간별 수리전도도 산정(구민호와 차장완, 2002), 시 추공간에서 수리적 연결특성을 파악하기 위하여 유향유 속 검층 연구(황세호 등, 2003), 지하수 유향유속 자료 와 균열분포를 이용한 균열 암반의 특성화 기법(김태희 등, 2004) 등이 있으며, 국외에서는 암반대수층에서 시 추공내의 지하수 유속을 측정하여 투수계수를 이용한 지하수 유동에 대한 수치모델 개발(Paillet et al.
- 본 연구에서는 홍색장석화강암을 기반으로 하고 상부 에 해성퇴적토층과 매립층이 존재하는 지역에서 총 15 개의 시추조사를 실시하였으며 표준관입시험에 의한 N 값 산출, 현장투수시험을 통한 투수성 측정, 각 시험시 추공에서 지하수 유향유속의 측정 및 인공위성 영상자. 료에서 선구조 분석으로 조석의 변화에 따른 지하수 유 동을 비교 분석하였다.
- 연구지역에 대한 인공위성 영상자료 분석은 지형고도자료(DEM, Digital Elevation Method)에 대하여 지표면의 기복, 경사방위각 등을 태양의 위치에 따른 음영효 과를 사용하여 선구조 분석을 실시하였다. 선 구조의 분 석 결과는 전반적으로 N45E와 N65W의 방향으로 우세 하게 나타났다.
- 연구지역은 구릉성 산지와 매립지로 형성된 평탄한 지형으로, 해안에 근접하여 조석의 변화에 영향을 받는 지역으로서 조석과 수리경사에 따른 지하수 유동을 지 층의 구성에 따라 쉽게 파악할 수 있을 것이다. 이러한 특성들을 파악하기 위하여 시추조사는 연구지역내에 총 15개 지점을 선택하여 실시하였으며 표준관입시험을 통한 N값과 지층 구성의 현황을 파악하였다(Fig. 2).
- 8은 시추공 ()1과 13번에서 시간의 변화에 따른 지하수 유향에 대한 조석의 변화를 나타낸 그림이다. 지 하수 유향은 자북을 기준으로 변화되는 각도를 일정한 시간대로 24시간 측정하였으며 조석의 높이는 한국해양 연구원에서 제시된 조석표를 이용하여 유향의 측정 시 각에 대한 해수 높이를 표시한 것이다. 측정위치는 시추 공 01에서 5.
- 유속 방향은 자북을 기준으로 시계 방향으로 각도를 계산하여 벡터로 표시되어진다. 측정 방법으로는 시추공 내에 정호 보호막을 설치하며 공 내의 상태가 안정되기 위하여 약 24시간 후에 탐침자를 측정하고자 하는 깊이에 설치한다. 탐침자는 부유물질이 공극에서 이동시에 와류를 방지하기 위하여 퍼지패커(Fuzzy packer)를 장착한다.
- 현장투수시험은 지층 특성에 따른 투수성을 파악하기 위하여 시추공 내에서 변수위법으로 각 지층별로 투수 계수를 구하였다. 각 지층별 투수계수는 전반적으로Table 2에서와 같이 매립층에서 1.
대상 데이터
- 본 연구지역은 김포 매립지역으로 해양 점토로 덮인 간척지로서 쓰레기 매립으로 인하여 해성점토층이 부등 침하가 발생되었으며(김계남 등, 2000) 조수간만의 차 가 약 9m 이상 나타나는 지역이다. 연구 목적은 연구 지역 내에서 총 15지점을 선정하여 시추조사를 실시하 였으며, 지층상태에 따른 표준관입시험을 통한 N값의 산출, 현장투수시험을 통한 투수성 측정, 인공위성 영상 자료에 대한 선구조 분석 및 각 시험시추공에서 지하수 유향유속의 측정등을 통하여 조석의 변화에 따른 지하수 유동과 토질 특성 및 지질 구조선에 대한 연관성을 파악하였다.
- 연구지역은 구릉성 산지와 매립지로 형성된 평탄한 지형으로, 해안에 근접하여 조석의 변화에 영향을 받는 지역으로서 조석과 수리경사에 따른 지하수 유동을 지 층의 구성에 따라 쉽게 파악할 수 있을 것이다. 이러한 특성들을 파악하기 위하여 시추조사는 연구지역내에 총 15개 지점을 선택하여 실시하였으며 표준관입시험을 통한 N값과 지층 구성의 현황을 파악하였다(Fig.
- 연구지역은 행정구역상 인천광역시에 위치하며 북측 으로 경기도 김포시, 서측으로 서해바다, 남과 동측으로 인천시와 접하고 있으면서 주변에 구릉성 산지와 541만 평 규모의 매립지로 형성되어 평탄한 지형을 이루고 있 다. 주변의 지형은 동측으로 철마산(226m), 계양산 (395 m) 등에 의하여 둘러싸<여 있으며 동에서 서측으로 흐르는 공촌천과 심곡천의 수계가 있다(Fig.
성능/효과
- 시추공 01과 13에서 지하수 유향의 변화는 전반적으 로 일정한 경향을 보이면서 조석의 변화보다 약 2시간 정도 늦게 나타났다. 또한 조석의 차이는 서해안 지역으 로 간만의 차가 약 9m 정도 나타나므로 매우 큰 유향 의 변화가 보여졌다. 시추공 13에서 유향의 변화에 대한 진폭은 조석의 변화와 비례하여 오전 8시 부근에 상대 적으로 매우 크게 나타난 반면 오후 8시 부근에 서로 작은 진폭의 비를 보였다.
- 지하수 유향유속 측정은 해성퇴적토층에서 조석의 변 화 방향인 동.서로 구분되는 반면 해성퇴적토층 하부 에 있는 풍화대 구간에서 조석의 변화 방향게 대하여 어느 정도 일관성을 보이지만 특정 지점에서 상관성이 없는 것으로 나타났다. 풍화대구간에서 지하수 흐름은 북 .
- 시추공 15에서 작은 투수계수를 보인 반면 시추공 06에 서 큰 투수계수를 보이고 있다. 시추공 09에서의 투수계수는 해성퇴적토층에서 실트질 점토로 매우 작은 값 을 나타낸 반면 풍화암층에서 실트질 모래로 약간 큰 값을 보였다. 전반적으로 각 지층에 대한 투수계수의 경 향을 보면 연구지역의 중심부(시추공 06, 07)는 구릉성 '산지의 지역(시추공 09, 12)보다 지층의 심도가 깊으며 비교적 큰 투수계수로 나타났다.
- 시추자료에서 제시된 지층의 구성은 전반적으로 상부 부터 매립층, '해성퇴적토층, 풍화토층, 풍화암충 및 연암 층이며 점토질 모래, 모래섞인 자갈 등으로 구성되어 있 어 N값의 변화폭이 매우 크게 나타났다. 해성퇴적토층 은 Fig.
- 풍화암층은 풍화토층 하부에 존 재하는 지층으로서 암석 본래의 역학적 성질을 상실한 상태로 N값이 50/15~10으로 나타났다. 연암층은 많은 풍화상태를 보이며 코어회수율(TCR, Total Core Reco- very)이 35~100%이며, 암질지수(RQD, Rock Quality Designation)가 0~98%으로 나타났다.
- 특히 03, 04, 05 및 06 위치는 시추공이 가까이에 있는 지점이지만 지하수가 조석의 변화에 관계없이 한 방향으로 모이는 것이 특징적으로 03과 04 시추공과 05와 06 시추공 사이에 지질 구조선이나 투수성이 좋은 지층 이 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 비교하여 볼 때 우리는 해성 퇴적토층이 일정 기간에 퇴적되어 있지만 토질 특성에 따른 함량 구성비가 매우 다양하며 지 하수 유동 역시 많은 변화를 보이는 것으로 관측되었다.
- 서 방향으로 연장되어 있으며 자 북을 기준으로 해성퇴적토층에서 주로 44~92。와 245-280°, 풍화대 구간에서 220~300。를 보였다. 조석의 변화에 대한 유속의 방향성은 전반적으로 일치하지만 해 성퇴적토충에서 시추공 05와 06에서 매우 상이하게 나 타났는데 이는 지층의 특성 및 지질 구조선을 따라 지 하수의 유동 경로가 각기 다르게 형성되어 있는 것으로 판단된다. 즉, 유속에 대한 등포텐셜은 조석 변화에 따 라 거시적으로 작용하여 대체로 동.
- 8(a)는 시추공 01에서 유향과 조석 변화를 오전 10시부터 약 30분 마다 24시간을 측정하여 비교한 것으로 서 유향이 썰물시에 자북을 기준으로 서 측 방향인 240〜300。이며 밀물시에 동측방향인 70~150。로 나타나 조석변화에 많은 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 즉 유향은 모래가 협재되어 있는 5.5 m 깊이의 해성퇴적토 층의 구간에서 측정하였으므로 점토질에 비하여 투수성 이 좋으므로 조석의 변화에 밀접한 상관성을 보이는 것으로 판단되었다. 또한 유속의 범위는 1.
- 이러한 관계는 해안 대수층에 서 조석 효과에 의한 지하수위 수리경사가 계속하여 변 동되는 압력파의 전달로 생성되는 것을 알 수 있다. 즉, 조석에 대한 유향유속의 변화는 피압 대수층의 경우 유 체압의 변화에 의해 생성되는데 대수층의 투수량계수, 조석의 주기와 진폭 및 해안으로부터 거리 등에 의한 영향을 밀접하게 받는 것으로 보였다.
- 서로 변화 될 것으로 판단된다. 지하수 유향에 대한 조석의 변화를 비교하여 볼 때 우리는 두 시추공에서 유향의 변화가 조석의 변화보다 약 2시간 정도 늦게 나타나며 조석의 변화는 서해안 지역으로 간 만의 차가 약 9m 정도 차이가 나는 것을 볼 수 있다. Fig.
- 2의 양측에 있는 시추공 09, 12에 서 얇게 피복된 반면 중앙 부분으로 갈수록 깊어지는 경향을 보인다. 토성의 특징은 전반적으로 갈색내지 황갈색으로 점토 및 점토질 모래, 모래섞인 자갈 등으로 구성되며 N값의 변화폭이 매우 크게 나타났다. 해성퇴 적토층은 상부 매립층과 유사한 분포를 보이며 시추공 06과 13에서 약 20 m 심도까지 나타나는 것으로 보아 구릉성 산지에서 멀어질수록 점차적으로 깊어지는 것으 로 관찰되며, N값은 평균 410/30 정도로 연약한 지층으 로 판단된다.
후속연구
- 지증에서 투수계수에 따른 지하수의 유동은 매립지내 의 쓰레기 침출수로 인한 지하수 오염, 해안지역에서 무 분별한 지하수 사용으로 인한 해수침투, 지하수 고갈로 인한 지반 침하 및 폐기물 매립지역에서 방사능 누출 등에 관하여 매우 중요한 요소이다. 특히 해안지역에서 조석의 변화에 따른 지하수 유향유속은 지하수의 수리 경사가 조석의 영향으로 상승과 하강을 반복하여 변화 할 것으로 보이므로, 지층구성에 따른 장기 관측자료를 이용하여 해석함으로서 향후 해안지역과 관련된 침출수 의 오염원 이동에 관하여 매우 유용할 것이다. 즉, 해안 지역에서 지하수위 변화는 조석 영향에 의한 압력파로 대수층의 공극내에 물이 포화되거나 불포화되는 현상으 로 저류량의 변화에 연관되며 압력파의 속도, 진폭, 파 장, 조석의 주기, 대수층의 투수량계수, 저류계수 및 해 안으로부터의 거리 등에 의하여 영향을 받는다.
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