다양한 조건의 관정에 지하수를 채수할 수 있는 샘플러를 개발하고 평가하였다. 이 샘플러는 공압 튜브, 공압 실린더, 주사기 바늘 그리고 샘플병으로 구성되며, 공기압을 동력원으로 사용한다. 공압 실린더는 주사기 바늘을 샘플병의 고무마개에 관통시키는 기능을 담당하며, 샘플병 고무마개를 관통한 주사기 바늘은 샘플병으로의 지하수 유입 통로 역할을 담당한다. 샘플러 현장시험은 해수의 영향으로 수질이 주기적으로 변화하는 제주 한동지역의 해수침투 관측정을 대상으로 하였다. 샘플러의 내부와 외부에 CTD Diver를 장착하고 관정내 동일 심도에서의 샘플링을 여러 차례 반복하면서 샘플링 단계별 전기전도도와 압력 변화를 측정하였다. 시험 결과, 샘플러를 작동시킬 때에만 지하수가 샘플러로 유입되며, 샘플러 내부와 외부에서 측정한 지하수의 전기전도도와 압력은 거의 일치하는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 이 연구에서 제시한 샘플러를 이용하여 채수한 지하수 시료들이 샘플러 설치 심도의 샘플링 시간대의 지하수 수질을 정확하게 반영하고 있음을 지시한다.
다양한 조건의 관정에 지하수를 채수할 수 있는 샘플러를 개발하고 평가하였다. 이 샘플러는 공압 튜브, 공압 실린더, 주사기 바늘 그리고 샘플병으로 구성되며, 공기압을 동력원으로 사용한다. 공압 실린더는 주사기 바늘을 샘플병의 고무마개에 관통시키는 기능을 담당하며, 샘플병 고무마개를 관통한 주사기 바늘은 샘플병으로의 지하수 유입 통로 역할을 담당한다. 샘플러 현장시험은 해수의 영향으로 수질이 주기적으로 변화하는 제주 한동지역의 해수침투 관측정을 대상으로 하였다. 샘플러의 내부와 외부에 CTD Diver를 장착하고 관정내 동일 심도에서의 샘플링을 여러 차례 반복하면서 샘플링 단계별 전기전도도와 압력 변화를 측정하였다. 시험 결과, 샘플러를 작동시킬 때에만 지하수가 샘플러로 유입되며, 샘플러 내부와 외부에서 측정한 지하수의 전기전도도와 압력은 거의 일치하는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 이 연구에서 제시한 샘플러를 이용하여 채수한 지하수 시료들이 샘플러 설치 심도의 샘플링 시간대의 지하수 수질을 정확하게 반영하고 있음을 지시한다.
A new ground water sampler was developed and evaluated for target depth sampling under most rigorous field conditions. This new concept sampler comprises an air-cylinder, a hypodermic needle and a sampling bottle. Pressurized air or nitrogen gas can be used as a mechanical power source to operate th...
A new ground water sampler was developed and evaluated for target depth sampling under most rigorous field conditions. This new concept sampler comprises an air-cylinder, a hypodermic needle and a sampling bottle. Pressurized air or nitrogen gas can be used as a mechanical power source to operate the sampler. The air-cylinder is used to jab the hypodermic needle into the rubber cap of the sampling bottle. The hypodermic needle functions as a pathway to inject groundwater into the sampling bottle. Field test was conducted in a seawater intrusion monitoring well located at Handong district of Jeju Island. Water qualities in this well are periodically changed from the effects of sea water. Water sampling fir the same target depth in this well were tried at various times, and variations in electrical conductivity and pressure at the inside and outside of the sampler were measured using CTD divers. We found that the device could collect water samples only when it was actuated, and the pattern and range of variations in electrical conductivities and pressures measured at the inside and outside of the sampler were nearly identical. These results indicate that water samples using the sampler presented in this study represent correctly water qualities in which the samplings were made at a specific target depth in a well.
A new ground water sampler was developed and evaluated for target depth sampling under most rigorous field conditions. This new concept sampler comprises an air-cylinder, a hypodermic needle and a sampling bottle. Pressurized air or nitrogen gas can be used as a mechanical power source to operate the sampler. The air-cylinder is used to jab the hypodermic needle into the rubber cap of the sampling bottle. The hypodermic needle functions as a pathway to inject groundwater into the sampling bottle. Field test was conducted in a seawater intrusion monitoring well located at Handong district of Jeju Island. Water qualities in this well are periodically changed from the effects of sea water. Water sampling fir the same target depth in this well were tried at various times, and variations in electrical conductivity and pressure at the inside and outside of the sampler were measured using CTD divers. We found that the device could collect water samples only when it was actuated, and the pattern and range of variations in electrical conductivities and pressures measured at the inside and outside of the sampler were nearly identical. These results indicate that water samples using the sampler presented in this study represent correctly water qualities in which the samplings were made at a specific target depth in a well.
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문제 정의
관정내 지하수를 강제 배출하지 않으면서 공기접촉과휘발성 성분의 손실에 의한 지하수 시료의 화학 성분변화를 가능한 한 최소화하는 것을 목표로 하여 지하수샘플러를 설계하여 개발하였다. 우선 해양 조석의 영향을 받고 있는 것으로 알려진 제주 동부지역의 HD2호공을 대상으로 샘플러를 시험 평가한 결과, 우선 샘플러내부의 압력 및 전기전도도 변화 시점이 지상에서의 가스압 공급 시점과 거의 일치하는 것으로 확인되었다.
이 번 연구에서의 샘플러 시험은 이 연구에서 제안한지하수 샘플러가 지하수 시료 채취에 있어서 시간, 공간적으로 제어 가능한 지를 파악하는 것이다. 즉 원하는심도에서 원하는 시간에 지하수 시료를 채취할 수 있는지를 평가하는 것이다.
이 연구에서 제시한 지하수 샘플러는 베일러 타입이며, 공기압 또는 가스압을 동력원으로 이용하여 지하수시료를 채취하는 방식으로 관정 내에서의 지하수 시스템 교란과 시료 채취후의 폭기(asatitMi)와 휘발성 성분의 손실을 최소화하는데 주안점을 두고 개발한 것이다. 이 연구의 주 목적은 지하수 샘플러 개발에 적용된 기술 내용과 작동 방법 등을 기술하고 현장에서의 평가결과를 제시하는데 있다.
것이다. 이 연구의 주 목적은 지하수 샘플러 개발에 적용된 기술 내용과 작동 방법 등을 기술하고 현장에서의 평가결과를 제시하는데 있다.
제어 가능한 지를 파악하는 것이다. 즉 원하는심도에서 원하는 시간에 지하수 시료를 채취할 수 있는지를 평가하는 것이다. 이를 위해 제주 동부지역의 해수침투 관측망에 속하는 HD2호공을 시험 대상 관정으로선정하였다.
가설 설정
강제 배출(puling) 없이 샘플링 가능할 것.
샘플러 조작과 이동이 용이할 것.
제안 방법
가스압 공급은 매시 정각에 이루어졌으며, 지하수가 샘플병으로 충분히 유입되도록 10분 동안가스압 공급을 유지하였다. 10분이 경과한 후, 가스압공급을 중단시키고 공압 튜브의 벨브를 개방하여 튜브내의 가스압을 해제하였다. 샘플러의 주사기 바늘이 샘플병으로부터 완전히 분리될 때까지 약 2분을 기다린뒤 샘플러를 지상으로 인양하였다.
HD2호공에서 전기전도도 변화 폭이 가장 큰 지표하 83 m 깊이 (해발고도 -39 m)에 지하수 샘플러를 설치하였다. 관정내 지하수 시스템이 안정되기를 기다린 후에 샘플러의 실린더에 가스압 (질소) 을 공급하였다. 가스압 공급은 매시 정각에 이루어졌으며, 지하수가 샘플병으로 충분히 유입되도록 10분 동안가스압 공급을 유지하였다.
샘플링 완료이후 샘플러를 지상으로 인양할 때에도 목적 심도 상위의 지하수가 샘플병으로 유입되지 않아야 한다. 이 연구에서는 이를 평가하기 위해 샘플러 외부와 샘플러 내부, 즉 샘플병 안에 Van Essen Instruments 사의 100 m용 CTD divert- 장착하여 샘플링 과정에 따른 압력 변화와 전기전도도 변화를 모니터링하였다. 측정 간격은 30초로 설정하였다.
샘플러의 주사기 바늘이 샘플병으로부터 완전히 분리될 때까지 약 2분을 기다린뒤 샘플러를 지상으로 인양하였다. 채취된 지하수 시료를 샘플병으로부터 회수하고 샘플병 상단의 고무마개를 새 것으로 교체하여 샘플러를 재결합하였다. 샘플러를 관정내 동일 심도에 재설치한 후, 전술한 과정을반복하여 16개의 지하수 시료를 연속 채취하였다.
대상 데이터
Fig. 1은 이 연구에서 제안한 지하수 샘플러로서 그구성과 특징을 살펴보면, 우선 샘플러 부분과 샘플병 부분으로 크게 구분되며, 샘플러 부분은 공압 튜브 (pneumatic tube)와 실린더 그리고 지하수 유입구와 주사바늘로 구성된다.
채취된 지하수 시료를 샘플병으로부터 회수하고 샘플병 상단의 고무마개를 새 것으로 교체하여 샘플러를 재결합하였다. 샘플러를 관정내 동일 심도에 재설치한 후, 전술한 과정을반복하여 16개의 지하수 시료를 연속 채취하였다. 지하수 시료 회수와 관정내 재설치까지 약 10분이 소요되었다.
즉 원하는심도에서 원하는 시간에 지하수 시료를 채취할 수 있는지를 평가하는 것이다. 이를 위해 제주 동부지역의 해수침투 관측망에 속하는 HD2호공을 시험 대상 관정으로선정하였다. HD2호공은 해양 조석의 영향으로 지하수위, 전기전도도 그리고 지하수온이 인지 가능한 폭으로조석변동하는 특성을 보여 (이봉주 외, 2004), 지하수시료 샘플링의 시간, 공간적 제어가 가능한지를 평가하는데 적절한 관정으로 판단되었기 때문이다.
현장 시험 대상 관정으로 선택된 HD2호공은 제주 동부지역 해수침투 관측망을 구성하는 관정으로 제주시 구좌읍 한동리 해발고도 44m 지점에 위치하고 있으며, 해안으로부터 2.2 km 떨어진 곳에 자리하고 있다. (Fig.
성능/효과
0 m)까지 착정되어 있다. 구성 지질을 살펴보면, 지표하 161.0m (EL. -118.0 m)까지는 휘석 현무암과 감람석 현무암의 분출단위로 연속되어 있으며, 지표하 161.0 m에서 굴착 최종심도인 지표하 202.0 m (EL. -159.0 m) 까지는 미고결 내지 준고결 상태의 쇄설성 퇴적층이 분포한다. EL.
이는 원하는 시간에 목적 심도의 지하수를 샘플링할 수있음을 의미하며, 추후 다수 공을 대상으로 한 지하수 샘플링시 샘플링의 동기화(synchronization)에 기여할 것으로 평가된다. 둘째, 샘플러 내부의 전기전도도 평균값과 샘플링 시점의 샘플러 외부의 전기전도도와의 1:1 대응관계는 해양조석의 영향을 받는 HD2호공의 시간에따른 압력 및 전기전도도 특성을 반영하고 있는 것으로해석되며, 샘플링 시간대별로 채수된 지하수 시료들이샘플러 설치 심도의 샘플링 시간대의 지하수 수질을 정확하게 반영하고 있음을 지시한다. 이러한 연구 결과들은 이 연구에서 제안된 지하수 샘플러가 다양한 수리지질학적 응용 분야에의 활용 가능성을 지시한다.
설계하여 개발하였다. 우선 해양 조석의 영향을 받고 있는 것으로 알려진 제주 동부지역의 HD2호공을 대상으로 샘플러를 시험 평가한 결과, 우선 샘플러내부의 압력 및 전기전도도 변화 시점이 지상에서의 가스압 공급 시점과 거의 일치하는 것으로 확인되었다. 이는 원하는 시간에 목적 심도의 지하수를 샘플링할 수있음을 의미하며, 추후 다수 공을 대상으로 한 지하수 샘플링시 샘플링의 동기화(synchronization)에 기여할 것으로 평가된다.
이로 보아담염수 경계면은 EL -35 m 부근에 형성하고 있는 것으로 판단된다. 전기전도도 변화폭이 가장 크게 나타나는구간은 평균해수면 하 40m 부근으로 변화 범위는1, 700 ~ 31,000 pS/cm(변동 폭 29, 300 μS/cm)로 관측되었다 (Fig. 3).
후속연구
우선 해양 조석의 영향을 받고 있는 것으로 알려진 제주 동부지역의 HD2호공을 대상으로 샘플러를 시험 평가한 결과, 우선 샘플러내부의 압력 및 전기전도도 변화 시점이 지상에서의 가스압 공급 시점과 거의 일치하는 것으로 확인되었다. 이는 원하는 시간에 목적 심도의 지하수를 샘플링할 수있음을 의미하며, 추후 다수 공을 대상으로 한 지하수 샘플링시 샘플링의 동기화(synchronization)에 기여할 것으로 평가된다. 둘째, 샘플러 내부의 전기전도도 평균값과 샘플링 시점의 샘플러 외부의 전기전도도와의 1:1 대응관계는 해양조석의 영향을 받는 HD2호공의 시간에따른 압력 및 전기전도도 특성을 반영하고 있는 것으로해석되며, 샘플링 시간대별로 채수된 지하수 시료들이샘플러 설치 심도의 샘플링 시간대의 지하수 수질을 정확하게 반영하고 있음을 지시한다.
둘째, 샘플러 내부의 전기전도도 평균값과 샘플링 시점의 샘플러 외부의 전기전도도와의 1:1 대응관계는 해양조석의 영향을 받는 HD2호공의 시간에따른 압력 및 전기전도도 특성을 반영하고 있는 것으로해석되며, 샘플링 시간대별로 채수된 지하수 시료들이샘플러 설치 심도의 샘플링 시간대의 지하수 수질을 정확하게 반영하고 있음을 지시한다. 이러한 연구 결과들은 이 연구에서 제안된 지하수 샘플러가 다양한 수리지질학적 응용 분야에의 활용 가능성을 지시한다.
이는 이 연구에서 제안한 샘플러를 이용하여 지하수를 샘플링할 경우, 샘플링 시간 제어가 가능함을 명백하게 지시한다. 즉 관정내 원하는 심도의 지하수를 원하는 시간에 샘플링할 수 있음을 의미하며, 추후 다수공을 대상으로 한 지하수 샘플링시 샘플링의 동기화 (synchronization)에 기여할 것으로 평가된다.
HD2호공은 해양 조석의 영향으로 지하수위, 전기전도도 그리고 지하수온이 인지 가능한 폭으로조석변동하는 특성을 보여 (이봉주 외, 2004), 지하수시료 샘플링의 시간, 공간적 제어가 가능한지를 평가하는데 적절한 관정으로 판단되었기 때문이다. 즉 지하수샘플링이 시공간적으로 제어 가능하다면 관정내 원하는심도에서 원하는 시간에 지하수 시료를 반복적으로 채취할 경우, 연속적으로 채취된 지하수 시료의 물리 화학적 특성에는 관정내 목적 심도와 목적 시간에 따른 해양 조석의 영향이 정확하게 반영되어 있어야 할 것이다.
참고문헌 (5)
이봉주, 고기원, 문상호, 박윤석, 임무택, 2004, 지하수위 조석변동 특성에 근거한 해수 유입 진단. 지질학회지 40, 53-64
Parker, L.V., 1994, The effects of groundwater sampling devices on water quality: A literature review. Ground Water Monitoring and Remediation, 141, 130-141
Parker, L.V. and Clark, C.H., 2002, Study of five discrete interval-type groundwater sampling devices. US Army Corps of Engineers Technical report ERDC/ CRREL TR-02-12, 50p
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