선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 해안대수층의 담수-염수 경계면 형성에 영향을 미치는 조건이 될 수 있는 인자로써 다공질매체의 입자크기에 따른 수리전도도, 해안가 지형의 지표경사, 해수의 염도를 선정하여 경계면을 모의하였다. 다양한 실험조건을 설정하여 각 조건에 따라 형성되는 경계면의 위치와 기울기의 형태를 파악하였으며, 이러한 인자들이 담수-염수 경계면 형성에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 해안대수층에서 염수 침투로 인해 형성되는 담수-염수 경계면의 특성을 연구하였다. 대수층 수리전도도에 따른 담수-염수 수위비(Hs/Hp), 대수층 지표면 경사, 그리고 염수의 염도가 경계면의 위치와 기울기에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해, 2 차원 모래수조 실험을 수행하였다.
가설 설정
- 있다. Ghyben-Herzberg 이론은 담수의 지배흐름을 수평 방향 흐름으로 가정하였으며, 담수와 염수 사이의 염분 확산으로 이루어지는 천이대(mixing zone)를 고려하지 않은 서로 혼합되지 않는 이상유체(multiple-phase flow) 형태의 가상의 경계면이 존재한다는 가정 아래 유도되었다. Glover (1959)는 flow net 분석법을 이용하여 해안대수층의 흐름 패턴을 정의하였다.
- 여기서, k는 전달계수이다. 지하수위 h는 수직단면에서 일정한 것으로 가정하였으며, z는 흐름의 전체 깊이를 포함하는 것으로 가정하였다. 이 때의 흐름은 이론적으로 수평공급되는 유속인 V0, 그리고 Voil-x) 와 관련된 해안에서의 거리 x를 이용하여 정의할 수 있다.
제안 방법
- 대수층의 수리경사 (hydraulic gradient)에 따른 염수쐐기의 위치 변화가 Goswami and Clement (2007)에 의해 모의되었다. 균일한 입경 1.1 mm의 실리카 구슬로 채워진 직사각형 수조(길이 53 cm, 높이 30.5 cm)의 양옆에 담수조와 염수조를 설치하였다. 대수층 모형의 공극률은 0.
- (2002)은 수조 모형을 통해 해안대수층에서의 오염물의 밀도에 따른 오염물 이송을 연구하였다. 길이 1,650 mm, 높이 600 mm의 직사각형 수조 양옆에 담수조와 염수조를 설치해 담수위와 염수위를 조절했다. 평균직경 0.
- 홍성훈과 박남식(2006)은 담수 렌즈 모형실험을 통해 담수-염수 경계면의 변화를 실험하였다. 길이 43 cm, 높이 25 cm의 표면이 타 원형인 모래 수조의 좌우측에 염수조를 통해 염수(염도 46.3 ppk, 비중 1.04)를 공급시키고, 담수는 모래수조 중앙으로 담수함양정을 통해 공급시켰다. 대수층으로 쓰인 모래의 유효 공극률과 투수계수는 각각 0.
- 042x10 4 m/sec 였다. 담수 양수로 인한 염수 쐐기의 변화와 과잉 담수 양수와 염수 양수를 통한 담수-염수 경계면의 변화를 모의하였다. 또한 각각의 담수와 염수 흐름 방정식을 이용한 수치모형 모의 결과를 실험치와 비교하였다.
- 026 g/ml으로 모의하였다. 담수조의 수위를 조절함으로서 염수쐐기의 위치를 조절했는데, 초기 평형 단계를 포함하여 3단계의 평형상태를 실험하였으며 각각의 단계별로 담수 유입량을 산정하였다. 또한 수치모형으로 염수쐐기의 변화와 담수 유입량을 모의해 실험치와 비교하였다.
- 대수층 수리전도도에 따른 담수-염수 수위비(Hs/Hp), 대수층 지표면 경사, 그리고 염수의 염도가 경계면의 위치와 기울기에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해, 2 차원 모래수조 실험을 수행하였다. 각각의 조건에 따라, 총 31번의 실험을 수행하였으며, 경계면 실측치를 기존에 발표된 경계면 이론식의 계산치와 비교하였다.
- 담수 양수로 인한 염수 쐐기의 변화와 과잉 담수 양수와 염수 양수를 통한 담수-염수 경계면의 변화를 모의하였다. 또한 각각의 담수와 염수 흐름 방정식을 이용한 수치모형 모의 결과를 실험치와 비교하였다. 강정옥(2006)은 길이 120 cm, 높이 100 cm, 폭 20 cm의 인공 모래상자를 제작하였고, 지하수의 과도한 개발에 의해 발생된 해수침투를 효과적으로 회복하기 위한 방법으로 하수처리수를 인공함양하여 담수-염수 경계면의 변화를 모의하였다.
- 담수조의 수위를 조절함으로서 염수쐐기의 위치를 조절했는데, 초기 평형 단계를 포함하여 3단계의 평형상태를 실험하였으며 각각의 단계별로 담수 유입량을 산정하였다. 또한 수치모형으로 염수쐐기의 변화와 담수 유입량을 모의해 실험치와 비교하였다. 김성윤(2008)은 담수-염수 경계면 하부의 해수를 양수하는 실험을 통하여 해수쐐기 제어 실험을 수행하였으며 수치 모델의 적용성을 검증하였다.
- 길이 140 cm, 높이 70 cm, 폭 10 cm 크기의 아크릴로 제작되었으며, 수조의 양옆은 담수와 염수를 공급하기 위하여 10 cm X 10 cm 크기의 담수조와 염수조를 설치하였다. 또한, 모형 내의 일정 수위를 유지시키면서 다양한 수위 조건을 만들 수 있도록 5 cm 간격으로 월류공을 설치하였다. 이때 모형 내의 모래가 담수조 및 염수조로 빠져나가지 않도록 모래 입자의 크기보다 조밀한 간격을 가진 스테인리스 철망을 설치하였다.
- 모래수조 내에서 형성되는 경계면의 형태를 알아보기 위하여 모래입경에 따른 수리전도도, 지표면의 경사, 염수의 염도를 각 조건에 대해 실험하였다. 수리전도도는 대수층내의 지하수 유동에 직접적인 관련이 있으므로 염수침투 경계면 형성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되어 3개의 각각 다른 조건으로 실험하였다.
- 대부분 담수 또는 염수의 양수와 주입에 따른 경계면의 변화와 이에 따른 해수침투 및 회복 정도를 모의하였을 뿐, 해안대수층의 토양 조건과 지형 조건에 따라 형성되는 경계면 자체의 특성에 대한 연구는 미비하다. 본 연구에서는 가로 140 cm, 세로 70 cm의 사각형 수조에 모래를 채운 모래수조 모형을 이용하여 다양한 조건에서의 포화된 다공질 매체에서 형성되는 담수-염수 경계면을 모의하였다. 해안대수층의 담수-염수 경계면 형성에 영향을 미치는 조건이 될 수 있는 인자로써 다공질매체의 입자크기에 따른 수리전도도, 해안가 지형의 지표경사, 해수의 염도를 선정하여 경계면을 모의하였다.
- 각 조건(수리전도도, 지표면의 경사, 염도)에 따른 실험마다 모래수조 내에서 염수가 차지하는 부피와 염수의 밀도가 다르기 때문에 수위차가 매 실험마다 달라지게 된다. 본 연구에서는 수위차를 조절함에 따라 경계면의 위치가 일정 시간 이상 변화하지 않을 때를 평형상태로 간주하였다. 담수조의 수위는 담수주입량을 조절하여 이루어지며, 계속적으로 주입되는 담수는 모래층인 인공 대수층을 통과하여 염수조쪽으로 이동하면서 염수조의 월류공을 통해 수조 밖으로 배출된다.
- 59로 산정되어 입경이 대체로 균일한 시료로 분석되었다. 수리전도도 실험은 정수위실험(constant head test)을 응용하여 모래수조 모형에서 직접 측정하였으며, 수리전도도는 1 mm 모래가 0.35 cm/s, 2 mm 모래가 1.87 cm/s로 산정되었다. 또한 1 mm 모래와 2 mm 모래를 1:1 비율로 혼합한 시료의 수리전도도는 0.
- 수리전도도는 대수층내의 지하수 유동에 직접적인 관련이 있으므로 염수침투 경계면 형성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되어 3개의 각각 다른 조건으로 실험하였다. 염도 차이는 담수와 염수간의 상이한 밀도 차이에 의한 이류 (advection)가 발생하므로 담수와 염수 경계면의 변화, 즉 염수쐐기의 기울기에 영향을 미칠 것으로 예상하였다.
- 수리전도도에 따른 실험의 경우 3가지의 수리전도도 (0.35 cm/s, 0.67 cm/s, 1.87 cm/s)에 대하여 각각 5개의 염수조의 수위(35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, 55 cm)를 달리하여 15번의 실험을 수행하였다. 지표면 경사에 따른 실험의 경우 2가지의 수리전도도(0.
- 또한, 염수에서 담수로의 염분의 이동에 따른 염분의 확산(diffusion)이 예상된다. 실험시 기준이 되는 조건으로 지표면의 경사는 45°, 염수조의 수위는 55 cm, 그리고 염도는 우리나라 남해의 평균 농도인 34 ppk로 설정하였다(Fig. 3).
- 87 cm/s)에 대하여 각각 5개의 지표면 경사(20°, 30°, 45°, 60°, 75°)를 달리하여 10번의 실험을 수행하였다. 염수의 염도 따른 실험의 경우 2가지의 수리전도도(0.35 cm/s, 1.87 cm/s)에 대하여 각각 3가지의 염도 조건(25 ppk, 34 ppk, 45 ppk)을 달리하여 6번의 실험을 수행하였다.
- 022의 염수를 제조하였고, 염수의 이동을 가시화하기 위해 적색 염료를 첨가하였다. 이 때, 염수의 염도는 전기전도도 측정기 (CM-21P, TOADKK)를 이용하여 측정하였다. 염수 및 담수는 정량이송펌프(PP-150DW, 풍림상사)에의해 압송되어 담수조와 염수조로 공급되면서 다공질매체인 모래의 공극 사이로 침투하게 된다.
- 87 cm/s)에 대하여 각각 5개의 염수조의 수위(35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, 55 cm)를 달리하여 15번의 실험을 수행하였다. 지표면 경사에 따른 실험의 경우 2가지의 수리전도도(0.35 cm/s, 1.87 cm/s)에 대하여 각각 5개의 지표면 경사(20°, 30°, 45°, 60°, 75°)를 달리하여 10번의 실험을 수행하였다. 염수의 염도 따른 실험의 경우 2가지의 수리전도도(0.
- 김성윤(2008)은 담수-염수 경계면 하부의 해수를 양수하는 실험을 통하여 해수쐐기 제어 실험을 수행하였으며 수치 모델의 적용성을 검증하였다. 지하수 흐름을 모의하는 경계면 모델을 이용하여 시범 현장인 전북 부안군 변산면 격포리 지역의 전기비저항 탐사 자료와 비교하였다.
- 개발하였다. 피압대수층과 비피압대수층, 각각의 경우에 해당하는 식을 제안하였으며 담수-염수 경계면이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 구분하였다. 비피압대수층에서 potential S 및 경계면의 위치 θ는 다음과 같다.
- 이영수(2005)는 해수침투 양상을 분석하기 위하여 (120 X 50 X 50) cm3의 크기를 갖는 축소모형을 제작하여 양수실험을 수행하였다. 해수 근접 지역에 양수정을 설치하여 5.0 ml/min, 8.0 ml/min의 양수량에 대한 양수실험을 수행하여 적정 양수량을 산정하였다. 홍성훈과 박남식(2006)은 담수 렌즈 모형실험을 통해 담수-염수 경계면의 변화를 실험하였다.
- 본 연구에서는 가로 140 cm, 세로 70 cm의 사각형 수조에 모래를 채운 모래수조 모형을 이용하여 다양한 조건에서의 포화된 다공질 매체에서 형성되는 담수-염수 경계면을 모의하였다. 해안대수층의 담수-염수 경계면 형성에 영향을 미치는 조건이 될 수 있는 인자로써 다공질매체의 입자크기에 따른 수리전도도, 해안가 지형의 지표경사, 해수의 염도를 선정하여 경계면을 모의하였다. 다양한 실험조건을 설정하여 각 조건에 따라 형성되는 경계면의 위치와 기울기의 형태를 파악하였으며, 이러한 인자들이 담수-염수 경계면 형성에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하고자 하였다.
대상 데이터
- 2와 같다. 길이 140 cm, 높이 70 cm, 폭 10 cm 크기의 아크릴로 제작되었으며, 수조의 양옆은 담수와 염수를 공급하기 위하여 10 cm X 10 cm 크기의 담수조와 염수조를 설치하였다. 또한, 모형 내의 일정 수위를 유지시키면서 다양한 수위 조건을 만들 수 있도록 5 cm 간격으로 월류공을 설치하였다.
- (1992)이 비피압 대수층에서의 밀도에 따른 오염물의 거동을 연구하였다. 대수층 모형으로는 길이 167 cm, 높이 100 cm의 수조에 입경 0.5 mm 실리카를 사용하였다. 수평 포화 수리 전도율은 35 m/day로 나타났으며, 수평 Darcy 유속과 오염물과 지하수간의 밀도차가 오염물의 거동에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 확인하였다.
- 수조에 염수를 공급하기 위해 담수에 염화나트륨을 용해시켜 염도 34 ppk(=34 %0), 비중 1.022의 염수를 제조하였고, 염수의 이동을 가시화하기 위해 적색 염료를 첨가하였다. 이 때, 염수의 염도는 전기전도도 측정기 (CM-21P, TOADKK)를 이용하여 측정하였다.
- 이때 모형 내의 모래가 담수조 및 염수조로 빠져나가지 않도록 모래 입자의 크기보다 조밀한 간격을 가진 스테인리스 철망을 설치하였다. 염수조 모형의 모래는 1 mm 및 2 mm 주문진 표준사를 사용하였다. 시료에 대한 체가름 실험과 공극률 실험 및 수리전도도 실험결과는 Table 1 과 같다.
데이터처리
- 대수층 수리전도도에 따른 담수-염수 수위비(Hs/Hp), 대수층 지표면 경사, 그리고 염수의 염도가 경계면의 위치와 기울기에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해, 2 차원 모래수조 실험을 수행하였다. 각각의 조건에 따라, 총 31번의 실험을 수행하였으며, 경계면 실측치를 기존에 발표된 경계면 이론식의 계산치와 비교하였다. 이에 대한 결과는 다음과 같다.
-
4.1 담수-염수 경계면 모의
모래수조 내에서 평형상태를 이룬 담수-염수 경계면을 측정하였으며 실험에 대한 결과를 위치흐름 이론을 이용한 Glover (1959)의 유도식과 호도그래프를 이용한 Henry (1959)의 해석해 및 Strack (1976) 해석해와 비교하였다(Fig. 4). 그래프에서 수직선으로 표시된 지점은 각 실험마다 다른 값을 갖는 모래사면과 염수위(h)가 맞닿는 지점(Reference point)이며, Distance x는 기준점에서부터 염수조 모형의 거리(cm)로서, 해수 침투 거리를 나타낸다.
성능/효과
- (1) 염수의 담수 침투에 의한 염수 경계면의 위치는 대수층의 수리전도도에 따른 담수-염수 수위비(Hs/Hp)에 영향을 받았다. 수리전도도가 높을수록 상대적으로 빠른 대수층의 유속과 이에 따른 담수-염수의 유출로 인해, 평형상태의 유지를 위한 수위비가 커지게 되며, 따라서 경계면의 위치가 염수조쪽으로 이동하였다.
- (2) 염수의 염도 또한 경계면의 위치에 영향을 주었으나, 수리전도도에 비해 그 영향의 정도가 미비하였다. 이는, 모래사면으로 유출된 담수로 인해 염수의 염도가 어느 정도 희석되어지면서 염수의 밀도가 변화하기 때문인 것으로 판단된다.
- (3) 대수층 지표면의 사면 경사는 염수침투 경계면의 기울기에 많은 영향을 미쳤다. 지표면의 경사가 낮은 경우에는 담수-염수 경계면의 기울기가 크게 나타났으며, 경사가 높은 경우에는 경계면의 기울기가 작게 나타났다.
- Glover 유도식의 계산 결과에서 경계면의 기울기는 염수 위와 관계없이 일정하였고, 전체적으로 경계면의 높이가 낮게 계산되었다. 또한 상대적으로 높은 수리전도도의 경우(Figs.
- 본 모래수조에서, 대수층내로 흐르는 담수의 유출 지점인 모래사면을 하나의 등수위선(equipotential line)으로 볼 수 있으므로, 위치흐름 해석법의 기본 조건에 의해, 담수-염수 경계면은 모래사면을 직각으로 통과하게 된다. 따라서 Fig. 8과 같이 지표면 경사가 완만한 20° 실험의 경우에 형성되는 경계면의 기울기는 가장 크게 나타나면서 지표면과 직각에 가까운 각도를 이루며, 반대로 지표면 경사 가장 급한 75° 실험의 경우에는 경계면의 기울기가 가장 작게 나타나면서 이 경우 또한 지표면과의 각도가 직각에 가깝게 나타났다. 이외 다른 조건의 모든 실험결과도 비슷한 양상을 보인다.
- 87 cm/s로 산정되었다. 또한 1 mm 모래와 2 mm 모래를 1:1 비율로 혼합한 시료의 수리전도도는 0.67 cm/s로 산정되었는데, 1 mm 모래의 수리전도도 값에 더욱 근접하게 나타났다.
- 경계면의 깊이가 담수 수두에 민감하게 반응하므로 작은 오차에도 경계면의 깊이가 크게 변한다. 또한 Strack의 해석해와 Henry의 해석해는 담수-염수 경계면이 염수위가 지표면과 만나는 기준점에서 시작한다는 가정으로 전개되었으므로 실질적인 경계면, 즉 염수쐐기(salt-wedge)의 시작점(Fig. 1의 %)은 이론상 경계면의 깊이가 계산되지 않는 제한점을 나타내었다.
- 5 mm 실리카를 사용하였다. 수평 포화 수리 전도율은 35 m/day로 나타났으며, 수평 Darcy 유속과 오염물과 지하수간의 밀도차가 오염물의 거동에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. Zhang et al.
- 강정옥(2006)은 길이 120 cm, 높이 100 cm, 폭 20 cm의 인공 모래상자를 제작하였고, 지하수의 과도한 개발에 의해 발생된 해수침투를 효과적으로 회복하기 위한 방법으로 하수처리수를 인공함양하여 담수-염수 경계면의 변화를 모의하였다. 양수량과 함양량의 적정비율에 대한 연구를 하여 인공함양을 효과적으로 이용할 경우 해수침투를 수리 화학적으로 방지할 수 있음을 확인하였다. 대수층의 수리경사 (hydraulic gradient)에 따른 염수쐐기의 위치 변화가 Goswami and Clement (2007)에 의해 모의되었다.
- 8과 같이 나타났으며 각 조건에 따른 실험 결과를 그래프로 비교하였다. 염수가 지표면과 맞닿는 경계면의 위치가 전부 다르게 나타나면서 지표면 경사가 완만할수록 경계면의 기울기가 크게 나타났다.
- 이와 같이 모래수조로 실험한 평형상태의 담수-염수 경계면은 수리학적으로 적절히 모의된 것으로 보이며, Glover 유도식은 실제 해안가에서의 담수-염수 경계면의 일차적인 예측에 사용해도 무방할 것으로 판단된다.
- 주어진 염수위에 따른 담수-염수 수위비(Hp/Hs)가 담수-염수 경계면의 위치 변화에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 본 연구에서는 대수층의 수리전도도와 염수의 염도가 수위비와 정비례하는 것으로 나타났다. 수조 내에서 염수와 담수가 평형을 이루고 있다면, 다음과 같은 조건이 성립된다.
- 기울기에 많은 영향을 미쳤다. 지표면의 경사가 낮은 경우에는 담수-염수 경계면의 기울기가 크게 나타났으며, 경사가 높은 경우에는 경계면의 기울기가 작게 나타났다. 이와 같은 결과는 위치 흐름의 기본 이론인 대수층에서의 흐름방향 (stream)은 사면경사의 등수위선(equipotential line)의 직각교차를 잘 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 길이 1,650 mm, 높이 600 mm의 직사각형 수조 양옆에 담수조와 염수조를 설치해 담수위와 염수위를 조절했다. 평균직경 0.725 mm의 유리구슬을 채워 공극률 0.37과 포화 투수 계수 4.0 mm/s의 비피압대수층 모형을 만들었으며 염수조쪽으로 약 1:6.12의 지표경사를 주었다. 담수-염수 경계면의 평형상태를 유지하기 위해 약 24 mm의 수두차를 두었다.
후속연구
- 대수층의 수리전도도 조건에 따른 해수침투 실험은 사면 경사나 염도에 따른 실험에 비해 다공질매체 자체를 교체하여야 하므로 다른 실험에 비해 비교적 실험오차가 크다. 균일한 입자크기로 이루어진 다공질매체를 사용하는 것은 이 같은 실험 오차를 최소화할 수 있는 방법일 것이며, 또한 동일한 조건에 따른 수치모형 결과에 의한 비교도 보다 객관적인 분석에 많은 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 보다 정확한 대수층 수리전도도의 영향을 연구하기 위해서는 좀 더 다양한 수리전도도를 가진 다공질 매체에서의 실험이 선행되어야 한다. 대수층의 수리전도도 조건에 따른 해수침투 실험은 사면 경사나 염도에 따른 실험에 비해 다공질매체 자체를 교체하여야 하므로 다른 실험에 비해 비교적 실험오차가 크다.
- 어느 정도 상쇄될 것이다. 하지만 해안가 담수 양수정 위치의 결정에 경계면의 기울기는 상당히 민감한 고려사항이므로, 해안가 지표면 경사가 일정한 지역의 담수-염수 경계면 기울기 예측에 중요한 자료를 제공할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.