[논문]모래와 실트의 혼합층에서 순간충격시험에 의한 지하수위 강하구역의 공극체적 산정

김태영; 강동환; 정상용; 양성일; 이민희

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본 연구에서는 모래층(sbt-1공), 실트질 모래층(sbt-2공) 및 모래와 실트질 모래의 혼합층(sbt-3공)에서 순간충격시험이 수행되었다. 그리고, 현장시험에 의해 산정된 수리전도도와 비저류계수를 이용하여 회수시험 시 지하수위 강하구역의 공극체적을 산정하였다. 순간충격시험의 해석은 KGS 모델이 가장 적합하였으며, 주입시험과 회수시험 시 평균수리전도도는 sbt-1공 $6.65{\times}10^{-5}$m/sec, sbt-2공 $6.33{\times}10^{-6}$m/sec, sbt-3공 $3.72{\times}10^{-5}$m/sec이며, 평균비저류계수는 sbt-1공 0.0225, sbt-2공 0.0177, sbt-3공 0.0259로 산정되었다. 투수량계수, 저류계수, 시험시간 및 시험공 제원을 이용하여 무차원 시간과 무차원 우물저류계수를 산정하였다. 그리고, Cooper 등(1967)이 제시한 변수 ${\alpha}$와 ${\beta}$를 이용하여 무차원 수두강하량이 선정되었다. 산정된 무차원 시간, 무차원 우물저류계수 및 무차원 수두강하량을 이용하여 순간충격시험 시의 영향반경이 산정되었다. 주입시험과 회수시험 시 평균영향반경은 sbt-1공 1.377 m, sbt-2공 1.253 m, sbt-3공 1.558 m로 산정되었다. 그리고, 회수시험 시 더미 회수에 의한 지하수위 강하구역의 공극체적은 sbt-1공 $145,636cm^3$, sbt-2공 $71,561cm^3$, sbt-3공 $100,418cm^3$로 산정되었으며, 시험공의 부피를 제외한 지하수위 강하구의 공극체적은 sbt-1공 $145,410cm^3$, sbt-2공 $71,353cm^3$, sbt-3공 $100,192cm^3$이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Slug/bail tests were conducted in sand layer (sbt-1 well), silty sand layer (sbt-2 well), and mixed sand and silty sand layer (sbt-3 well). Hydraulic conductivity and specific storage coefficient were estimated through slug/bail tests. Pore volumes of groundwater level drawdown zone for bail test we...

Slug/bail tests were conducted in sand layer (sbt-1 well), silty sand layer (sbt-2 well), and mixed sand and silty sand layer (sbt-3 well). Hydraulic conductivity and specific storage coefficient were estimated through slug/bail tests. Pore volumes of groundwater level drawdown zone for bail test were estimated by using hydraulic conductivity and specific storage coefficient. KGS model was most suitable interpretation method of slug/bail tests. Average hydraulic conductivity for slug/bail tests were estimated to be $6.65{\times}10^{-5}$ m/sec in sbt-1 well, $6.33{\times}10^{-6}$ m/sec in sbt-2 well, and $3.72{\times}10^{-5}$ m/sec in sbt-3 well. Average specific storage coefficient for slug/bail tests were estimated to be 0.0225 in sbt-1 well, 0.0177 in sbt-2 well, and 0.0259 in sbt-3 well. Dimensionless time and dimensionless wellbore storage were estimated by use of transmissivity, storativity, test time, and specification of test wells. And, dimensionless drawdown were selected by parameter ${\alpha}\;and\;{\beta}$ parameter from Cooper et al. (1967). Radius of influence were estimated by estimated dimensionless time, dimensionless wellbore storage, and dimensionless drawdown. The average radius of influnce for slug/bail tests were estimated to be 1.377 m in sbt-1 well, 1.253 m in sbt-2 well, and 1.558 m in sbt-3 well. Pore volume at groundwater level drawdown zone by dummy withdrawal for bail tests were estimated to be $145,636cm^3$ in sbt-1 well, $71,561cm^3$ in sbt-2 well, and $100,418cm^3$ in sbt-3 well. Pore volume excepted well volume at groundwater level drawdown zone by dummy withdrawal for bail tests were estimated to be $145,410cm^3$ in sbt-1 well, $71,353cm^3$ in sbt-2 well, and $100,192cm^3$ in sbt-3 well.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

더미의 회수에 의해 지하수면이 순간적으로 h 만큼 강하하며, 그에 따라 R_i만큼의 영향반경이 나타난다. 이러한 과정에서 포화대이었던 지역이 불포화대로 변하는 지하수위 강하구역 (groundwater level drawdown zone)이 형성되며, 본 연구에서는 이러한 지하수위 강하구역의 공극체적을 산정하였다.

가설 설정

본 연구에서는 더미 회수에 의한 수위강하가 직선이며, 대수층은 균질 등방하다고 가정하여 지하수위 강하구역의 전체체적을 산정하였다(Table 6). 지하수위 강하구역의 전 체체적 산정 시 영향반경은 Table 5의 회수시험 자료를 적용하였다.

제안 방법

Guyonnet 등 (1993)은 순간충격시험 시 이론적인 유형곡선과 무차원 우물저류계수 및 무차원 수두의 조합에서, 무차원 수두강하 량이 1%, 5% 및 10%일 때 순간충격시험 시 영향반경을 산정할 수 있는 회귀방정식을 도출하였다. Guyonnet 등 (1993)의 방법을 적용하기 위하여 3개 시험공에서 무차원 시간과 무차원 우물저류계수를 산정하고 무차원 수두강하량이 1%, 5% 및 10%일 때의 t_Dⁿ/C_D ^m값을 산정하였다 (Table 3). 무차원 수두강하량이 1%, 5% 및 10%일 때 의 t_D ⁿ /C_D ^m 값이 무차원 수두강하량이 1%, 5% 및 10%일 때의 x값 보다 크면 무차원 영향반경(R_Di)은 무차원 최대 영향반경(RDimax)이 되며, 아래의 식으로 표현된다.
본 연구에서 수행된 1%, 5% 및 10%의 무차원 수두 강하량 중 가장 적합한 무차원 수두강하량을 선정하여, 최적의 영향반경을 산정하였다. Cooper 등(1967)은 아래의 식으로 구할 수 있는 변수 α와 β의 대표값에 대한 무차원 수두강하량을 제시하였다.
본 연구에서는 Guyonnet 등(1993)의 방법을 이용하여 순간충격시험 시 시험공 주변 대수층의 영향반경을 산정하였다. 산정된 영향반경을 이용하여 더미 회수 시 지하 수위 강하구역의 공극체적을 산정하였으며, 또한 공극체적 산정 시 시험공의 체적이 미치는 영향성을 분석하였다.
순간충격시험은 체적이 750 mL인 더미를 이용하여 주 입시험(slug test)과 회수시험(bail test)의 두 단계로 수행되었다. 순간충격시험 시 경과시간별 수위변화 자료를 AQTESOLV 3.

대상 데이터

본 연구지역에서 수행된 순간충격시험 주변대수층의 매질은 모래층(sbt-1공), 실트질 모래층(sbt-2공) 및 모래와 실트질 모래가 혼합된 층(sbt-3공)이며, 토양주상도가 Fig. 1에 도시되어 있다. 순간충격시험이 수행된 3개 시험공 내 자연수위(natural groundwater level)는 sbt-1공 1.

데이터처리

순간충격시험은 체적이 750 mL인 더미를 이용하여 주 입시험(slug test)과 회수시험(bail test)의 두 단계로 수행되었다. 순간충격시험 시 경과시간별 수위변화 자료를 AQTESOLV 3.01 프로그램에 입력한 후, KGS 해석법을 적용하여 수리전도도와 비저류계수를 산정하였다. KGS 해 석법은 부분관통(partial penetration), 이방성(anisotropy), 유한한 반경의 우물 표면(finite-radius well skins), 그리고 고정수두(constant-head) 또는 시험대수층의 상·하부에 존재하는 불투수층(impermeable form) 경계의 영향을 통합한 모델이다(Hyder et al.

이론/모형

본 연구에서는 Guyonnet 등(1993)의 방법을 이용하여 순간충격시험 시 시험공 주변 대수층의 영향반경을 산정하였다. 산정된 영향반경을 이용하여 더미 회수 시 지하 수위 강하구역의 공극체적을 산정하였으며, 또한 공극체적 산정 시 시험공의 체적이 미치는 영향성을 분석하였다.

성능/효과

1) 모래와 실트로 구성된 토양층에서 순간충격시험을 이용하여 KGS 해석법에 의한 주입시험과 회수시험 시 평균 수리전도도는 sbt-1공 6.65 × 10−5m/sec, sbt-2공 6.33 × 10−6 m/sec, sbt-3공 3.72×10 5m/sec이며, 평균비저류계수는 sbt-1공 0.0225, sbt-2공 0.0177, sbt-3공 0.0259로 산정되었다.
2) 순간충격시험 시 무차원 수두강하량이 1%, 5% 및 10% 인 경우에 수위 변화에 따른 영향반경의 산정 결과, sbt1공에서 무차원 수두강하량이 1%인 경우에는 주입시험 시, 5%와 10%인 경우에는 회수시험 시 영향반경이 더욱 넓은 것으로 산정되었다. sbt-2공에서는 회수시험 시 영향 반경이 더욱 넓은 것으로, sbt-3공에서는 산정된 영향반경은 무차원 수두강하량이 1%, 5% 및 10% 모두 주입시험 시에 약간 넓은 것으로 산정되었다.
3) 무차원 수두강하량은 sbt-1공과 sbt-2공에서는 5%로 sbt-3공은 1%로 선정되었으며, 3개 시험공에서 영향반경은 주입시험 시 sbt-1공 1.368 m, sbt-2공 1.146 m, sbt-3공 1.578 m이며, 회수시험 시 sbt-1공 1.383 m, sbt-2공 1.359 m, sbt-3공 1.538 m로 산정되었다.
4) 더미의 회수에 의한 지하수위 강하구역의 공극체적을 산정한 결과, 시험공의 부피를 포함한 지하수위 강하구역의 공극체적은 sbt-1공 145,636 cm³, sbt-2공 71,561 cm³, sbt-3공 100,418 cm³이었다. 그리고, 시험공의 부피를 제외한 공극체적은 sbt-1공 145,410 cm³, sbt-2공 71,353 cm³, sbt-3공 100,192 cm³ 로 산정되었다.
sbt-1공의 순간충격시험 자료에서 무차원 수두강하량이 1%일 때 주입시험, 5%와 10%일 때의 주입시험과 회수 시험에서 t_D ⁿ /C_D ^m값이 x값보다 크게 나타났다(Table 3). 이러한 경우에는 무차원 최대영향반경과 우물저류계수의 회귀방정식을 이용하여 무차원 영향반경을 산정하였다.
그리고, 시험공의 부피를 제외한 공극체적은 sbt-1공 145,410 cm³, sbt-2공 71,353 cm³, sbt-3공 100,192 cm³ 로 산정되었다. 따라서, 본 연구의 시험대수층에서는 더미 회수에 의한 공극체적 산정 시 우물체적의 영향성이 0.3% 미만으로 매우 미미하였다.
따라서, 무차원 수두강하량은 sbt-1공과 sbt-2공은 5%로 sbt-3공은 1%로 선정되었다. 최적의 영향반경은 주입시험 시 sbt-1공 1.368 m, sbt-2공 1.146 m, sbt-3공 1.578 m이며, 회수시험 시 sbt-1공 1.383 m, sbt-2공 1.359 m, sbt-3공 1.538 m인 것으로 산정되었다. sbt-1공과 sbt-2공에서는 회수시험 시의 영향반경이 높았으나, sbt-3 공에서는 주입시험시의 영향반경이 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순간충격시험이 사용되는 곳은 어디인가?	순간충격시험(slug/bail test)은 대수층의 수리전도도 산정에 있어 경제적이고 간편한 방법으로서 널리 이용되고 있다. 특히, 양수한 물을 처리해야 하는 오염된 부지나 수리전도도가 낮은 저투수성 매질에서 양수시험(pumping test)을 대체할 수 있는 유용한 현장 투수시험법이다(함세영 등, 2001).
	모래와 실트질의 순간충격시험 방법으로 무엇이 있는가?	순간충격시험은 체적을 알고 있는 물체를 순간적으로 우물에 주입/회수시켜 해당 체적만큼의 지하수위를 순간적으로 상승/강하시킨 후 시험공 내 수위의 변화를 측정 및 해석하여 대수층의 수리전도도를 산정하는 방법이다. 시험의 해석은 Bower and Rice, Cooper-BredehoeftPapadopulos, Hvorslev, Dagan 및 KGS 방법 등이 있으며, 시험 조건에 적합한 해석법을 선정하여야 한다(Todd and Mays, 2005).
	국내에서 수행된 순간충격시험에 관한 연구로 무엇이 있는가?	국내에서 수행된 순간충격시험에 관한 연구로는 시험 해석법에 따른 비교·분석 및 산정된 수리상수들간의 관련성 연구(함세영 등, 2001), 유한요소기법을 이용하여 새로운 순간충격시험 모델의 타당성 및 유용성에 관한 연구 (한혜정·최종근, 2000), 순간충격시험에 의한 수리상수 산정의 오차와 불확실성 요인들에 대한 분석(이진용 등, 1999) 등이 있다.

참고문헌 (14)

부산철도차량관리단, 2005, 부산철도차량관리단 지하수오염확산 모니터링 보고서, p. 115
이진용, 이강근, 정형재, 배광옥, 1999, 순간수위변화 및 양수시험을 통한 수리상수 산정의 문제점 분석, 지하수환경, 6(1), 14-22

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한혜정, 최종근, 2000, 유한요소기법을 이용한 Slug시험 모델의 타당성 및 유용성 연구, 지하수환경, 7(2), 89-96

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함세영, 김문수, 성익환, 이병대, 김광성, 2001, 순간충격시험에 의한 화강암지역의 수리적 매개변수 산출, 지질공학, 11(1), 63-79

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Barker, J.A. and Black, J.H., 1983, Slug tests in fissured aquifers, Water Resour. Res., 19(6), 1558-1564

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Bouwer, H. and Rice, R.C., 1976, A slug test method for determining hydraulic conductivity of unconfined aquifers with completely or partially penetrating wells, Water Resour. Res., 12(3), 423-428

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Cooper, H.H., Bredehoeft, J.D., and Papadopulos, I.S., 1967, Response of a finite-diameter well to an instantaneous charge of water, Water Resour. Res., 3(1), 263-269

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Guyonnet, D., Mishra, S., and McCord, J., 1993, Evaluating the volume of porous medium investigated during slug tests, Ground Water, 31(4), 627-633

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Hyder Z., Butler Jr, J.J., McElwee, C.D., and Lui, W.Z., 1994, Slug tests in partially penetrating wells, Water Resour. Res., 30(11), 2945-2957

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Karasaki, K., Long, J.C.S., and Witherspoon, 1988, Analytical model of slug tests, Water Resour. Res., 24(1), 115-126

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Rovey, C.W. and Cherkauer D.S., 1995, Scale dependency of hydraulic conductivity measurements, Ground Water, 33(5), 769-780

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Sageev, A., Slug test analysis, 1986, Water Resour. Res., 22(8), 1323-1333

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Todd, D.K. and Mays, L.W., 2005, Groundwater Hydrology, Third edition, WILEY p. 353-255
Ferris, J.G., Knowles, D.B., Brown, R.H., and Stallman, R.W., 1962, Theory of aquifer tests. US Geology Survey. Water-Supply Paper 1536-E

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