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
- 이에 본 연구에서는 먼저 대수층의 수리전도도, 해안가 지표경사, 해수 염도 등의 다양한 인자들이 담수-염수 경계면 형성에 미치는 영향을 실험하고, 이를 기존 이론식의 계산 결과와 비교하였다. 마지막으로 각 조건에 따른 담수양수량의 변화와 관정을 통한 담수양수를 수행하여 해수 침투 제어를 가능케 하는 최적양수량의 변화를 분석하고자 한다.
가설 설정
- Ghyben-Herzberg 이론은 담수에서의 지배 흐름을 수평방향 흐름으로 가정하였고, 담수와 염수 사이의 염분 확산으로 이루어지는 천이대(mixing zone)를 고려하지 않은 서로 혼합되지 않는 이상유체(multiple-phase flow) 형태를 갖는 가상의 경계면이 존재한다는 가정 아래 유도되었다. Glover(1959)는 해안선 부근의 유선망 분석법을 이용하여 해안 대수층의 흐름 패턴을 정의하였으며, 그림 1과 같은 경계면에서의 x와 z거리에 대하여 다음 식 (2)와 같은 모델을 제시하였다.
제안 방법
- 계속해서 양수를 하게 되면 그림 9(b)와 같이 경계면의 상승이 멈추게 되는 새로운 평형상태가 형성되었으며, 이 때, 염수의 침투양상과 그에 따른 담수의 염도변화와 담수-염수 경계면의 초기 평형상태로의 회복 과정의 보다 정확한 분석을 위하여 실시간으로 염수의 침투거리 및 양수되는 담수의 염도를 측정하였다. 최대담수양수량 실험에서는 양수되는 담수의 염도가 본 연구에서 상정한 기준염도인 2 ppk 내에서 측정되었으며, 양수정의 위치에 따른 염수 침투거리는 초기 평형상태에서보다 4 cm~12 cm 정도 길어지는 것을 확인하였다.
- 그리고 염수 양수를 통한 염수침투제어 실험을 위하여 그림 4와 같이 담수 양수정의 위치 4지점을 각각 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4로 구분하였고,염수 양수정의 위치는 각각의 담수 양수정 Case에서 담수-염수 경계면을 기준으로 직각의 동일 거리에 설치하였다. 각각의 양수정 위치에서 정량펌프를 사용하여 일정한 양만큼 양수량을 증가시키면서 염수에 의한 관정의 오염이 발생하도록 한 후, 단일 관정에서 양수되는 담수의 염도 농도 변화를 실시간 확인하여 담수의 오염 여부를 확인하였다. 상기한 일련의 과정을 반복하면서 일정시간동안 담수-염수 경계면의 형태가 변화하지 않고, 동시에 2 ppk의 범위 내에서 염도의 변화가 발생하지 않는 시점을 새로운 평형상태라고 간주하였다.
- 부피의 담수 및 염수 공급조를 설치하고, 일정 수위 유지 및 다양한 수위 조건의 설정을 위한 5 cm 간격의 월류공을 천공하였다. 그리고 수조 내의 대수층 구성 재료인 모래가 담수 및 염수 공급조로 유실되는 것을 방지하기 위해 모래 입경 보다 조밀한 간격의 스테인리스 철망(wire mesh)을 설치하였다. 직경 5 mm 알루미늄 원형관을 사용하여 양수 실험시 관정을 재현하였으며, 관정 내부로 모래 유입의 방지를 위해 원형관 끝단에 철망을 삽입하여 차단하였다.
- 담수 양수정은 모형 내 염수 공급조와 모래 수조가 만나는 점(기준점)에서부터 47 cm, 52 cm 지점에 설치하였고, 설치 심도는 담수-염수 경계면을 기준으로 상향 8 cm, 12 cm 이격하였다. 그리고 염수 양수를 통한 염수침투제어 실험을 위하여 그림 4와 같이 담수 양수정의 위치 4지점을 각각 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4로 구분하였고,염수 양수정의 위치는 각각의 담수 양수정 Case에서 담수-염수 경계면을 기준으로 직각의 동일 거리에 설치하였다. 각각의 양수정 위치에서 정량펌프를 사용하여 일정한 양만큼 양수량을 증가시키면서 염수에 의한 관정의 오염이 발생하도록 한 후, 단일 관정에서 양수되는 담수의 염도 농도 변화를 실시간 확인하여 담수의 오염 여부를 확인하였다.
- 본 절에서는 해안 대수층 우물에서의 과도한 양수로 인해 해수가 침투하는 과정을 실험하였으며, 염수침투를 제어하기 위한 방법 중, 대수층 하부의 염수를 직접 양수하는 방법을 적용하였다. 담수 양수정은 모형 내 염수 공급조와 모래 수조가 만나는 점(기준점)에서부터 47 cm, 52 cm 지점에 설치하였고, 설치 심도는 담수-염수 경계면을 기준으로 상향 8 cm, 12 cm 이격하였다. 그리고 염수 양수를 통한 염수침투제어 실험을 위하여 그림 4와 같이 담수 양수정의 위치 4지점을 각각 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4로 구분하였고,염수 양수정의 위치는 각각의 담수 양수정 Case에서 담수-염수 경계면을 기준으로 직각의 동일 거리에 설치하였다.
- 이때, 직사각형 수조 양옆에 담수조와 염수조를 설치하여 담수위와 염수위를 조절하고 수두차를 설정하였다. 대수층을 구현을 위한 시료로 평균 직경 0.725 mm의 유리구슬을 채워 공극률 0.37과 포화투수 계수 4.0 mm/s의 비피압대수층 모형을 제작하였고, 염수조쪽으로 약 1:6.12의 지표경사를 재현하였다. 이영수(2005)는 축소모형을 이용한 해수침투 양상의 규명을 위한 양수실험을 수행하였다.
- 대수층의 사면경사가 담수양수량에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 사면경사를 고정하고, 동일한 위치에 양수정을 설치하여 최대담수양수량을 측정하였다. 대수층의 수리전도도K = 0.
- 김성윤(2008)은 담수-염수 경계면 하부에 위치하는 해수 양수를 통한 해수쐐기 제어 실험을 수행하여, 경계면 모델의 적용성을 검증하였다. 더 나아가 시범 현장(Test-bed)을 운영하여 전기비저항 탐사 자료 분석 결과와 천이대의 두께를 이용한 경계면 모델의 전기전도도를 산출하여 현장자료와 경계면 모델에서의 계산 자료를 비교, 분석하였다. 시뢰 등(2009)은 소규모 모래수조(길이 43 cm, 높이 30 cm, 폭 7.
- 측정된 최대담수양수량과 최적염수양수량을 바탕으로 양수정의 위치에 따른 두 값의 차이를 산정하였다. 또한 수리전도도에 따른 담수-염수비, 대수층 사면경사, 염수 염도가 담수-염수 경계면의 변화에 많은 영향을 미친다는 기연구결과를 바탕으로(박화준 등, 2009), 상기한 3 가지 조건의 조합을 실험의 경계조건으로 설정하여 각 조건에 따른 최대담수양수량과 최적염수양수량의 변화에 대한 실험을 수행하였다.
- 본 논문에서 사용된 최대담수양수량은 설정된 조건에서 최대로 양수가 가능한 담수양수량이라 정의한다. 또한, 염수침투제어에 대한 평가는 염수로 오염된 담수와 변화된 경계면이 초기 담수의 염도 및 담수-염수 경계면 상태로 회복 가능케 하는 최적염수양수량을 산정하였다. 이 때 최적염수양수량이라함은 염수침투를 제어 할 수 있게 하는 최소의 염수양수량을 의미한다.
- 또한 공극률은 토양 중 간극이 차지하는 부분으로 정의되며 일정한 부피의 젖은 시료를 105℃의 오븐에서 건조시킨 후, 건조된 시료의 무게와 부피비를 산정하였으며, 실험 결과 일반적인 조립질 모래의 공극률 값인 31~46%의 범위에 포함되는 것으로 분석되었다. 마지막으로 수리전도도는 제작된 모래수조 모형에서 직접 측정하는 방법을 적용하였다. 다음 식 (6)과 같이 Dupuit 방정식을 응용한 비피압 대수층의 정상상태 흐름 공식에 의해 계산되었다.
- 모래수조 내에서 형성되는 담수-염수 경계면은 담수 및 염수 공급조에서 Wiremesh를 통하여 침투하는 두 액체가 일정 시간의 경과 후, 담수와 염수간의 밀도 차이로 인해 염수가 담수의 하부로 침투하게 되고 이 때, 담수조의 수위에 따라 경계면 형성 위치가 달라지게 된다. 본 연구에서는 염수 공급조의 월류고를 바닥에서부터 55 cm로 유지시키고, 담수 공급조의 수위 조절을 통해 경계면의 침투거리가 일정시간 동안 변화하지 않을 때를 평형상태로 간주하였다. 평형상태 실험을 위한 초기조건 및 경계조건은 수리전도도 0.
- 본 절에서는 해안 대수층 우물에서의 과도한 양수로 인해 해수가 침투하는 과정을 실험하였으며, 염수침투를 제어하기 위한 방법 중, 대수층 하부의 염수를 직접 양수하는 방법을 적용하였다. 담수 양수정은 모형 내 염수 공급조와 모래 수조가 만나는 점(기준점)에서부터 47 cm, 52 cm 지점에 설치하였고, 설치 심도는 담수-염수 경계면을 기준으로 상향 8 cm, 12 cm 이격하였다.
- 각각의 양수정 위치에서 정량펌프를 사용하여 일정한 양만큼 양수량을 증가시키면서 염수에 의한 관정의 오염이 발생하도록 한 후, 단일 관정에서 양수되는 담수의 염도 농도 변화를 실시간 확인하여 담수의 오염 여부를 확인하였다. 상기한 일련의 과정을 반복하면서 일정시간동안 담수-염수 경계면의 형태가 변화하지 않고, 동시에 2 ppk의 범위 내에서 염도의 변화가 발생하지 않는 시점을 새로운 평형상태라고 간주하였다. 본 논문에서 사용된 최대담수양수량은 설정된 조건에서 최대로 양수가 가능한 담수양수량이라 정의한다.
- 8 cm)를 이용하여, 염수의 측면침투와 담수 렌즈에서의 상승추 현상 규명을 위한 양수 실험을 수행하였다. 실험 결과, 과잉 양수정에서의 경계면 모델을 이용한 해수 양수 비율의 개략 산정 방법을 검토하였다. 박화준 등(2009)은 가로 140 cm, 세로 70 cm, 폭 10 cm의 직사각형 모래수조 모형을 이용하여 다양한 실험 인자들의 경계조건들이 담수-염수 경계면 형성에 미치는 영향을 분석하였다.
- 042×10-4m/s 조건을 상정하였다. 실험 과정에서 염도 46.3 ppk, 비중 1.04의 염수를 공급시키고, 담수 공급조에서 대수층으로의 담수함양이 발생하는 것으로 설정한 담수렌즈 수리모형을 통한 담수-염수 경계면 수치모델을 검정하였다. Goswami and Clement(2007)는 입경 1.
- 그림 10은 양수로 인한 담수-염수 경계면이 변화되는 것을 시간에 따른염도의 변화를 측정하여 도시하였다. 실험은 최대담수양수량으로 양수시, 염도의 변화가 시작되었을 때를 기준으로 매15분 간격으로 염도를 측정하였으며, 염수양수를 통하여 경계면이 초기 평형상태로 회복할 때까지의 염도를 나타내었다.
- 박화준 등(2009)은 가로 140 cm, 세로 70 cm, 폭 10 cm의 직사각형 모래수조 모형을 이용하여 다양한 실험 인자들의 경계조건들이 담수-염수 경계면 형성에 미치는 영향을 분석하였다. 실험조건은 대수층 수리전도도에 따른 담수-염수 수위비, 대수층 지표면 경사, 그리고 염수의 염도를 상정하였으며, 수리전도도와 염도가 높을수록 담수-염수 수위비가 증가하게 되어 경계면이 염수조 방향으로 이동하고, 또한 염수조 방향의 모래 사면 경사가 증가 할수록 경계면의 기울기가 완만하게 형성되는 특성을 확인하였다.
- 양수로 인한 해안지역 대수층의 해수침투 현상의 실험을 위하여 길이 140 cm, 높이 70 cm, 폭 10 cm 크기의 직사각형 아크릴 수조를 제작하였으며, 제작된 실험 수조의 양 끝단에 담수와 염수의 공급을 위한 (10×70×10) cm3 부피의 담수 및 염수 공급조를 설치하고, 일정 수위 유지 및 다양한 수위 조건의 설정을 위한 5 cm 간격의 월류공을 천공하였다.
- 이 위치에서 담수조 방향으로의 거리(cm)가 x가 되며, 단위 폭 당 유출량 q'은 염수 공급조에 설치된 월류공으로 유출되는 전체 물의 양에서 염수 공급량만큼 빼서 산정하였다. 염수위가 변화하게 되면 모래사면과 맞닿는 기준점의 수직위치가 조건에 따라 바뀌게 되어 담수-염수 경계면의 형태도 달라지기 때문에 본 실험에서는 염수위를 55 cm로 고정하였다. 특이한 점은 Henry의 해석해는 그림 5에서와 같이 실질적인 염수쐐기 시작점의 경계면 깊이가 계산되지 않는 한계를 나타내는데, 이는 해수가 지표사면과 만나는 기준점에서 담수-염수 경계면이 시작한다는 가정으로 전개되었기 때문으로 해석할 수 있다.
- 037의 염수를 제조하였으며, 염수의 이동을 가시화하기 위하여 수조와 모래 등에 착색되지 않는 적색 염료를 첨가하였다. 염수의 염도는 전기전도도 측정기(CM-21P, TOADKK)를 이용하여 측정하였다. 해안 대수층 지형은 1 mm, 2 mm 입경의 주문진 표준사를 이용하여 포화된 다공질매체를 구성하였다.
- 그림 5에서와 같이 경계면의 형태의 플로팅을 위해 실험 결과와 이론식에 의한 계산 결과 모두 수평방향 5 cm 간격으로 도시하였다. 이 때, 기준이 되는 위치는 염수위와 모래사면이 맞닿는 위치를 선정하였으며, 수직선으로 표시해 비교하였다. 이 위치에서 담수조 방향으로의 거리(cm)가 x가 되며, 단위 폭 당 유출량 q'은 염수 공급조에 설치된 월류공으로 유출되는 전체 물의 양에서 염수 공급량만큼 빼서 산정하였다.
- 1 mm의 실리카 구슬로 대수층을 구현하여 3 단계의 염수쐐기 위치를 모의하였다. 이 때, 대수층의 공극률은 0.385, 수리전도율(hydraulic conductivity)은 1,050 m/day, 그리고 염수의 염도는 1.026 g/ml로 설정하여 담수조 수위 조절에 따른 수리경사(hydraulic gradient)의 변화가 염수쐐기의 위치 변화에 미치는 영향을 실험하고, 수치 모의 결과와 비교하였다. 김성윤(2008)은 담수-염수 경계면 하부에 위치하는 해수 양수를 통한 해수쐐기 제어 실험을 수행하여, 경계면 모델의 적용성을 검증하였다.
- (2002)은 길이 1,650 mm, 높이 600 mm의 직사각형 수조 모형을 사용하여 해안대수층에서의 오염물 밀도가 오염물의 이송에 미치는 영향을 연구하였다. 이때, 직사각형 수조 양옆에 담수조와 염수조를 설치하여 담수위와 염수위를 조절하고 수두차를 설정하였다. 대수층을 구현을 위한 시료로 평균 직경 0.
- 이에 본 연구에서는 먼저 대수층의 수리전도도, 해안가 지표경사, 해수 염도 등의 다양한 인자들이 담수-염수 경계면 형성에 미치는 영향을 실험하고, 이를 기존 이론식의 계산 결과와 비교하였다. 마지막으로 각 조건에 따른 담수양수량의 변화와 관정을 통한 담수양수를 수행하여 해수 침투 제어를 가능케 하는 최적양수량의 변화를 분석하고자 한다.
- 전 절에서의 실험 결과와 같이 평형상태에 도달한 담수-염수 경계면의 일정한 거리의 양수정 위치를 선정하고, 양수정을 재현한 알루미늄관을 대수층 내에 관입하여 정량펌프를 사용하여 양수하였다. 시간이 경과함에 따라 담수-염수 경계면에 변화가 발생하면서 담수-염수 경계면이 양수정 쪽으로 상승하였다.
- 그리고 수조 내의 대수층 구성 재료인 모래가 담수 및 염수 공급조로 유실되는 것을 방지하기 위해 모래 입경 보다 조밀한 간격의 스테인리스 철망(wire mesh)을 설치하였다. 직경 5 mm 알루미늄 원형관을 사용하여 양수 실험시 관정을 재현하였으며, 관정 내부로 모래 유입의 방지를 위해 원형관 끝단에 철망을 삽입하여 차단하였다. 모형 내 담수와 염수의 일정 유량 공급과 양수량의 정밀도를 확보하기 위하여 정량이송펌프(PP-150DW, 풍림상사)를 사용하였다.
- 해안 대수층 지형은 1 mm, 2 mm 입경의 주문진 표준사를 이용하여 포화된 다공질매체를 구성하였다. 체가름 시험을 통한 입도분석, 공극률실험 및 수리전도도 분석을 수행하여 사용된 대수층 재료의 기초 물성치 특성 분석을 하였고, 표 1과 같이 정리하였다. 다공질 매체가 특정 크기의 입자로 구성되어 있을 때 이를 균일하다고 정의할 수 있으며, 균등계수가 4 이하이면 분급이 우수하다고 판단할 수 있다.
- 이 때 최적염수양수량이라함은 염수침투를 제어 할 수 있게 하는 최소의 염수양수량을 의미한다. 측정된 최대담수양수량과 최적염수양수량을 바탕으로 양수정의 위치에 따른 두 값의 차이를 산정하였다. 또한 수리전도도에 따른 담수-염수비, 대수층 사면경사, 염수 염도가 담수-염수 경계면의 변화에 많은 영향을 미친다는 기연구결과를 바탕으로(박화준 등, 2009), 상기한 3 가지 조건의 조합을 실험의 경계조건으로 설정하여 각 조건에 따른 최대담수양수량과 최적염수양수량의 변화에 대한 실험을 수행하였다.
- 평형상태 실험을 위한 초기조건 및 경계조건은 수리전도도 0.37 cm/s 및 1.91 cm/s의 2 가지의 조건과, 해안가 지표면 사면경사의 변화가 염수와 지표면이 만나는 경계점의 위치 변화를 초래하여 양수정 위치 선정에 있어 영향을 줄 수 있으므로 사면경사 45° 및 60° 2가지 조건으로 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 모형 내 담수와 염수의 일정 유량 공급과 양수량의 정밀도를 확보하기 위하여 정량이송펌프(PP-150DW, 풍림상사)를 사용하였다. 담수는 일반 수돗물을 이용하였으며, 염수는 담수의 온도를 17℃~18℃를 유지시킨 후 염화나트륨을 용해시켜 염도 34 ppk 및 45 ppk,비중 1.022~1.037의 염수를 제조하였으며, 염수의 이동을 가시화하기 위하여 수조와 모래 등에 착색되지 않는 적색 염료를 첨가하였다. 염수의 염도는 전기전도도 측정기(CM-21P, TOADKK)를 이용하여 측정하였다.
- 직경 5 mm 알루미늄 원형관을 사용하여 양수 실험시 관정을 재현하였으며, 관정 내부로 모래 유입의 방지를 위해 원형관 끝단에 철망을 삽입하여 차단하였다. 모형 내 담수와 염수의 일정 유량 공급과 양수량의 정밀도를 확보하기 위하여 정량이송펌프(PP-150DW, 풍림상사)를 사용하였다. 담수는 일반 수돗물을 이용하였으며, 염수는 담수의 온도를 17℃~18℃를 유지시킨 후 염화나트륨을 용해시켜 염도 34 ppk 및 45 ppk,비중 1.
- 이영수(2005)는 축소모형을 이용한 해수침투 양상의 규명을 위한 양수실험을 수행하였다. 비중이 2.65인 유리구슬(glass beads)를 대수층 재현 시료로 사용하였고, 염수의 농도는 3500 mg/l로 설정하였다. 담수지역과 해수 근접지역에 양수정을 각각 설치하고 5.
데이터처리
- 모래수조 내에서 양수를 하지 않는 조건에서 평형상태에 도달한 담수-염수 경계면 형태 분석을 위한 실험을 수행하고, 관측된 평형상태에서의 담수-염수 경계면 결과와 유선망 분석법을 이용한 Glover(1959)의 유도식 및 호도그래프 해석법을 이용한 Henry(1959)의 해석해와 비교하였다. 그림 5에서와 같이 경계면의 형태의 플로팅을 위해 실험 결과와 이론식에 의한 계산 결과 모두 수평방향 5 cm 간격으로 도시하였다.
이론/모형
- 해안대수층에서의 해수침투는 Ghyben-Herzberg 이론과 결합된 Dupuit 이론, 그리고 해안선 부근의 유선망 해석에 대한 포텐셜 흐름 이론으로 나타낼 수 있다. 자유면 해안대수층에서 담수와 염수 사이에 존재하는 경계면 높이는 아래의 Ghyben-Herzberg 이론을 통하여 예측할 수 있다.
성능/효과
- 그림 11(a)는 수리전도도 K = 0.37 cm/s와 K = 1.91 cm/s인 실험조건에서 각 Case별 양수되는 담수량을 도시하였으며, K = 0.37 cm/s에서는 평균 28.5 ml/min, K = 1.91 cm/s에서는 평균 71.5 ml/min의 담수가 양수되는 것을 알 수 있다. 또한그림 11(b)는 사면경사가 60°인 실험조건에서 각 Case별 양수되는 담수량을 도시하였으며, 수리전도도에 따른 평균 양수량은 38.
- (c)와 같이 담수-염수 경계면이 초기 평형상태로의 복원되고, 초기 담수의 염도 0.1â로 회복되는 것을 알 수 있었다.
- 1) 담수-염수 경계면의 평형상태를 확인한 실험 결과를 유선망 분석법을 이용한 Glover(1959)의 유도식 및 호도그래프 해석법을 이용한 Henrry(1959) 해석해를 이용한이론식의 계산결과와 비교하면 담수-염수 경계면의 형태가 매우 유사하게 나타났다. 특히, 수리전도도가 큰 경우에서 Glover식과 매우 유사한 경계면의 형태를 나타내는 것을 확인하였다.
- 2) 초기 평형상태에서 과잉양수를 하게 되면 염수쐐기가 국지적으로 양수정 위치까지 상승되고, 침투거리는 증가하는 것을 확인하였고, 이로 인해 담수양수정으로 염수침투가 발생되었다. 이때 염수양수를 하게 되면 담수양수정에서 담수의 염도와 경계면의 위치 및 형태가 초기평형상태로의 회복되어 염수침투가 제어됨을 확인하였다.
- 3) 담수양수량은 해안가 지하수를 구성하는 여러 인자들 중에서 대수층의 지형 및 수리학적 인자에 큰 영향을 받는 것을 확인하였다. 본 연구의 실험 결과 수리전도도가 크고, 대수층의 사면경사가 급할수록 상대적인 담수량의 증가를 확인하였다.
- 4)최대담수양수량이 증가하면 이에 따라 최적염수양수량 또한 비례하여 증가하는 것을 확인하였다. 최적염수양수량은 최대담수양수량 보다 평균 14% 많은 것으로 본연구에서 실험 결과 도출되었는데, 경계면을 기준으로 동일거리에 담수-염수 양수정이 설치된 경우 과잉양수에 의한 염수침투의 제어를 위해서는 염수의 양수량이 상대적으로 증가하는 것을 확인하였다.
- 3 ml/min으로 나타났다. 경계면의 평형상태 실험 결과에서와 같이 염도의 변화는 양수량에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.
- 65인 유리구슬(glass beads)를 대수층 재현 시료로 사용하였고, 염수의 농도는 3500 mg/l로 설정하였다. 담수지역과 해수 근접지역에 양수정을 각각 설치하고 5.0 ml/min, 8.0 ml/min 두 가지 경우의 양수량 조건으로 실험을 수행하여 해수 근접지역에서 양수정의 설치를 통해 담수지역의 해수침투 오염을 축소할 수 있음을 확인하였다. 홍성훈과 박남식(2006)은 길이 43 cm, 높이 30 cm이고 타원형 표면을 갖는 모래수조를 제작하여 담수 렌즈 실험을 수행하였으며, 이때 모래의 유효 공극률 0.
- 담수-염수 경계면 형성에 관한 실험에서는 박화준 등(2009)의 연구에서와 같이 담수-염수 경계면의 평형상태 유지를 위해 수리전도도가 클수록 담수-염수 수위비(HF/HS)를 증가시켜야 하였으며, 그렇게 되면 모래수조 내 정수압이 상승하여 경계면이 염수조 쪽으로 위치하게 되고, 염수 침투거리가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 대수층의 사면경사가 급할수록 경계면의 기울기는 완만해지는 것으로 관측되었고, 염도차이에 의한 경계면의 변화는 모래사면으로 유출되는 담수로 염수가 희석되어 그 영향이 미미한 것으로 실험 결과 알 수 있었다.
- 따라서 그림 8에서와 같이 담수-염수 경계면이 모래사면과 직각에 가깝도록 형성 되는 결과를 확인할 수 있고, 또한 지표면의 사면 경사가 60°인 경우에서보다 상대적으로 완만한 45°경우에 형성되는 담수-염수 경계면의 기울기가 더 급하게 형성되는 것을 알 수 있다.
- 59로 산정되어 입도가 균일한 시료로 판단하였다. 또한 공극률은 토양 중 간극이 차지하는 부분으로 정의되며 일정한 부피의 젖은 시료를 105℃의 오븐에서 건조시킨 후, 건조된 시료의 무게와 부피비를 산정하였으며, 실험 결과 일반적인 조립질 모래의 공극률 값인 31~46%의 범위에 포함되는 것으로 분석되었다. 마지막으로 수리전도도는 제작된 모래수조 모형에서 직접 측정하는 방법을 적용하였다.
- 최대담수양수량 실험에서는 양수되는 담수의 염도가 본 연구에서 상정한 기준염도인 2 ppk 내에서 측정되었으며, 양수정의 위치에 따른 염수 침투거리는 초기 평형상태에서보다 4 cm~12 cm 정도 길어지는 것을 확인하였다. 또한 과잉양수에 의한 영향 분석을 위해 최대담수량을 초과하는 양수량으로 양수실험을 수행한 결과 담수의 염도는 증가하지만, 과잉양수가 염수침투거리에 미치는 영향은 미미하였다. 그리고 염수침투로 인해 발생하는 담수정의 염수 오염을 방지하기 위한 실험에서는 그림 9(c)와 같이 담수-염수 경계면이 초기 평형상태로의 복원되고, 초기 담수의 염도 0.
- 본 연구의 실험 결과 수리전도도가 크고, 대수층의 사면경사가 급할수록 상대적인 담수량의 증가를 확인하였다. 또한, 양수정의 위치가 염수위로부터 근접할수록 즉, 경계면에 가깝게 위치할수록 양수량이 적어지는 것으로 나타났으며, 이는 염수침투가 발생되기 쉽기 때문인 것으로 판단된다. 궁극적으로 양수량의 변화는 초기 담수-염수 경계면 평형상태의 기울기와 염수침투거리 변화에 따라 나타나는 것이므로, 양수정의 위치 선정시 담수-염수 경계면의 예측이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
- 3) 담수양수량은 해안가 지하수를 구성하는 여러 인자들 중에서 대수층의 지형 및 수리학적 인자에 큰 영향을 받는 것을 확인하였다. 본 연구의 실험 결과 수리전도도가 크고, 대수층의 사면경사가 급할수록 상대적인 담수량의 증가를 확인하였다. 또한, 양수정의 위치가 염수위로부터 근접할수록 즉, 경계면에 가깝게 위치할수록 양수량이 적어지는 것으로 나타났으며, 이는 염수침투가 발생되기 쉽기 때문인 것으로 판단된다.
- 5 mm 실리카로 대수층 모형을 재현하고, 비피압 대수층에서의 밀도에 따른 오염물의 거동에 대한 실험연구를 하였다. 수평 포화 수리전도율은 35 m/day로 나타났으며, 수평방향의 Darcy 유속에 따른 지하수와 오염물간의 밀도차이가 오염물의 거동에 가장 큰 영향이 있음을 확인하였다. Zhang et al.
- 특이한 점은 Henry의 해석해는 그림 5에서와 같이 실질적인 염수쐐기 시작점의 경계면 깊이가 계산되지 않는 한계를 나타내는데, 이는 해수가 지표사면과 만나는 기준점에서 담수-염수 경계면이 시작한다는 가정으로 전개되었기 때문으로 해석할 수 있다. 실험 결과 대수층의 수리전도도에 따른 담수-염수 경계면의 형태를 몇 가지 이론식의 결과와 비교해보면 매우 유사한 담수-염수 경계면의 형상을 나타내고 있는 것을 알 수 있으며, 특히 수리전도도 K = 1.91 cm/s 조건의 실험 결과는 Glover 식의 결과와 매우 근접한 경계면의 양상을 나타낸다. 이를 종합하면 양수실험을 위한 기초 실험의 형태로 수행된 담수-염수 경계면의 평형상태 실험이 이론식의 그것과 비교해 볼 때 합리적인 결과를 제시하고 있는 것이라 판단할 수 있다.
- 그림에서와 같이 최대담수양수량이 증가함에 따라 최적염수양수량이 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었다. 실험 결과 염수침투 제어를 위한 최적염수양수량은 최대담수양수량 보다 평균 14% 큰 것으로 나타났는데, 실험 결과를 바탕으로 적절한 염수침투제어를 위해 필요한 염수의 양수량은 최대담수양수량보다 상대적으로많아야 하는 것으로 분석할 수 있다.
- 5 ml/min으로 나타났다. 실험결과 대수층의 사면경사가 급할수록 사면경사가 완만한 지형과 비교하여 최대담수양수량이 상대적으로 증가하는 것을 알 수 있다.
- 5 ml/min으로 확인되었다. 실험결과, 수리전도도가 클수록 대수층 내에서의 유속은 증가하고 담수와 염수위의 수위비가 상승하게 되어 상대적으로 최대담수양수량이 증가하는 것을 알 수 있다.
- 실험에 사용된 시료의 수리전도도는 1 mm 모래는 0.37 cm/s, 2 mm 모래는 1.91 cm/s로 측정되었으며, 입자의 크기가 커질수록, 즉 2 mm 모래의 시료에서 더 크게 계산되었다.
- 2) 초기 평형상태에서 과잉양수를 하게 되면 염수쐐기가 국지적으로 양수정 위치까지 상승되고, 침투거리는 증가하는 것을 확인하였고, 이로 인해 담수양수정으로 염수침투가 발생되었다. 이때 염수양수를 하게 되면 담수양수정에서 담수의 염도와 경계면의 위치 및 형태가 초기평형상태로의 회복되어 염수침투가 제어됨을 확인하였다.
- 91 cm/s 조건의 실험 결과는 Glover 식의 결과와 매우 근접한 경계면의 양상을 나타낸다. 이를 종합하면 양수실험을 위한 기초 실험의 형태로 수행된 담수-염수 경계면의 평형상태 실험이 이론식의 그것과 비교해 볼 때 합리적인 결과를 제시하고 있는 것이라 판단할 수 있다.
- 계속해서 양수를 하게 되면 그림 9(b)와 같이 경계면의 상승이 멈추게 되는 새로운 평형상태가 형성되었으며, 이 때, 염수의 침투양상과 그에 따른 담수의 염도변화와 담수-염수 경계면의 초기 평형상태로의 회복 과정의 보다 정확한 분석을 위하여 실시간으로 염수의 침투거리 및 양수되는 담수의 염도를 측정하였다. 최대담수양수량 실험에서는 양수되는 담수의 염도가 본 연구에서 상정한 기준염도인 2 ppk 내에서 측정되었으며, 양수정의 위치에 따른 염수 침투거리는 초기 평형상태에서보다 4 cm~12 cm 정도 길어지는 것을 확인하였다. 또한 과잉양수에 의한 영향 분석을 위해 최대담수량을 초과하는 양수량으로 양수실험을 수행한 결과 담수의 염도는 증가하지만, 과잉양수가 염수침투거리에 미치는 영향은 미미하였다.
- 4)최대담수양수량이 증가하면 이에 따라 최적염수양수량 또한 비례하여 증가하는 것을 확인하였다. 최적염수양수량은 최대담수양수량 보다 평균 14% 많은 것으로 본연구에서 실험 결과 도출되었는데, 경계면을 기준으로 동일거리에 담수-염수 양수정이 설치된 경우 과잉양수에 의한 염수침투의 제어를 위해서는 염수의 양수량이 상대적으로 증가하는 것을 확인하였다. 그러나, 실제 해안대수층에서는 수리지질특성, 담수-염수 양수정의 위치, 과잉양수정도 등의 복합적인 요인이 더 발생할 수 있으므로 염수양수량은 크게 변화할 수 있다.
- 1) 담수-염수 경계면의 평형상태를 확인한 실험 결과를 유선망 분석법을 이용한 Glover(1959)의 유도식 및 호도그래프 해석법을 이용한 Henrry(1959) 해석해를 이용한이론식의 계산결과와 비교하면 담수-염수 경계면의 형태가 매우 유사하게 나타났다. 특히, 수리전도도가 큰 경우에서 Glover식과 매우 유사한 경계면의 형태를 나타내는 것을 확인하였다. 이를 통해 기초 실험의 성격으로 수행된 경계면 형성 실험은 수리학적으로 합리적인 결과를 나타낸 것으로 판단할 수 있고, 실험 결과는 기존의 이론식과의 적절한 비교·분석을 통하여 해안가 지역의 담수-염수 경계면 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 홍성훈 등(2003)은 실험 모형을 이용한 해수침투 현상 실험을 통해 해수의 염도에 따라 해안 대수층 내 지하수 흐름이 상이하게 나타나는 것을 관측하여, 담수와 해수의 밀도차이가 해수침투의 중요한 인자라는 연구결과를 제시하였다. 하지만 본 연구의 실험 결과에서는 염도가 담수-염수 경계면의 기울기와 염수의 침투거리에 미치는 영향은 크지 않았으며,수리전도도 조건에 대한 실험에서보다 해수 침투에 미치는 영향은 상대적으로 미미한 것으로 나타났다(그림 7).
후속연구
- 또한, 양수정의 위치가 염수위로부터 근접할수록 즉, 경계면에 가깝게 위치할수록 양수량이 적어지는 것으로 나타났으며, 이는 염수침투가 발생되기 쉽기 때문인 것으로 판단된다. 궁극적으로 양수량의 변화는 초기 담수-염수 경계면 평형상태의 기울기와 염수침투거리 변화에 따라 나타나는 것이므로, 양수정의 위치 선정시 담수-염수 경계면의 예측이 선행되어야 할 것으로 판단된다. 하지만 실제 해안대수층에서는 함양량이 일정한 지역에서 수리전도도가 크면 수리전도도가 작은 대수층에 비하여 지하수위가 낮고 이러한 상황에서 양수하면 해수침투가 더 쉽게 발생할 수 있으므로, 계속된 연구를 수행하여 객관적인 지표를 제시하고자 한다.
- 끝으로 본 연구에서 수행된 실험 결과가 해안가에서 물 부족 문제로 인해 지하수개발이 불가피한 현실에 비추어 최대지하수개발 및 최적 관리를 위한 작은 밑거름이 될 수 있기를 기대하는 바이다.
- 실험실에서 수행한 물리실험을 통해 다양한 실제 해안대수층의 지형 조건에 따른 해수침투 현상을 보다 정확히 규명하기 위해서는 좀 더 다양한 수리전도도를 가지는 다공질매체에서의 실제 해안가 대수층 재현이 필요하고, 결론 (3)에서와 같이 다양한 인자들에 대한 실험 결과를 제시할 수 있어야할 것이다.
- 이를 통해 기초 실험의 성격으로 수행된 경계면 형성 실험은 수리학적으로 합리적인 결과를 나타낸 것으로 판단할 수 있고, 실험 결과는 기존의 이론식과의 적절한 비교·분석을 통하여 해안가 지역의 담수-염수 경계면 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 궁극적으로 양수량의 변화는 초기 담수-염수 경계면 평형상태의 기울기와 염수침투거리 변화에 따라 나타나는 것이므로, 양수정의 위치 선정시 담수-염수 경계면의 예측이 선행되어야 할 것으로 판단된다. 하지만 실제 해안대수층에서는 함양량이 일정한 지역에서 수리전도도가 크면 수리전도도가 작은 대수층에 비하여 지하수위가 낮고 이러한 상황에서 양수하면 해수침투가 더 쉽게 발생할 수 있으므로, 계속된 연구를 수행하여 객관적인 지표를 제시하고자 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.