지하수오염방지 시설기준의 개선에 관한 연구:지하수오염관정에의 팩커그라우팅 적용사례 A Study on Improving Installation Guideline of Facilities to Protect Groundwater Contamination: Applications of Packer Grouting to Contaminated Wells원문보기
국내 현행 지하수법에서는 오염방지 시설에 관한 개략적인 설치규정만이 설정되어 있어서 대수층의 특성을 고려하지 않은 일률적인 오염방지 시설 기준이므로 지질에 따라 다양하게 발달하는 우리나라의 지하수자원을 효과적으로 보호해 주지 못한다. 최근에는 지하수오염방지에 중요한 기술과 장치로서 패커개발이 점차 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 경북 안동시 서후면, 충남 연기군의 오염된 지하수공에 대하여 하부지하수오염방지시설로서 팩커의 적합성을 검토한 결과, 그 효과는 우수한 것으로 나타났다. 연구대상지인 경북 안동시 서후면 창풍리의 경우 팩커를 시공한 결과 탁도는 94%, 연기군 남면 눌왕리의 경우 질산성 질소는 60% 감소효과를 나타내었으며, 이로 인해 모든 수질검사항목에서 적합수질을 보였다. 지하수오염방지를 위해서는 정확한 관정카메라 촬영과 오염원 모니터링 분석을 실시하고, 이에 근거하여 지질특성, 풍화대심도, 파쇄대 발달, 대수층의 수리경사, 오염물의 이동경로를 파악한 후, 통합적으로 지하수오염 가능성을 평가하고, 이를 통하여 적절한 그라우팅과 케이싱 작업이 이루어져야 한다. 유용한 대수층 구간을 확보하여 오염물을 차단하는 그라우팅, 팩커장치, 케이싱은 지하수의 활용과 오염방지에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
국내 현행 지하수법에서는 오염방지 시설에 관한 개략적인 설치규정만이 설정되어 있어서 대수층의 특성을 고려하지 않은 일률적인 오염방지 시설 기준이므로 지질에 따라 다양하게 발달하는 우리나라의 지하수자원을 효과적으로 보호해 주지 못한다. 최근에는 지하수오염방지에 중요한 기술과 장치로서 패커개발이 점차 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 경북 안동시 서후면, 충남 연기군의 오염된 지하수공에 대하여 하부지하수오염방지시설로서 팩커의 적합성을 검토한 결과, 그 효과는 우수한 것으로 나타났다. 연구대상지인 경북 안동시 서후면 창풍리의 경우 팩커를 시공한 결과 탁도는 94%, 연기군 남면 눌왕리의 경우 질산성 질소는 60% 감소효과를 나타내었으며, 이로 인해 모든 수질검사항목에서 적합수질을 보였다. 지하수오염방지를 위해서는 정확한 관정카메라 촬영과 오염원 모니터링 분석을 실시하고, 이에 근거하여 지질특성, 풍화대심도, 파쇄대 발달, 대수층의 수리경사, 오염물의 이동경로를 파악한 후, 통합적으로 지하수오염 가능성을 평가하고, 이를 통하여 적절한 그라우팅과 케이싱 작업이 이루어져야 한다. 유용한 대수층 구간을 확보하여 오염물을 차단하는 그라우팅, 팩커장치, 케이싱은 지하수의 활용과 오염방지에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
Because the present groundwater law broadly regulates a simple and impractical guideline ignoring aquifer characters and geology, general purpose facilities for protection of groundwater contamination is still considered unsatisfactory to ensure groundwater resources. In recent, there have been grow...
Because the present groundwater law broadly regulates a simple and impractical guideline ignoring aquifer characters and geology, general purpose facilities for protection of groundwater contamination is still considered unsatisfactory to ensure groundwater resources. In recent, there have been growing attempts in the packer development as crucial techniques and devices for groundwater protection. This study investigated the application of packer grouting techniques to contaminated groundwaters of two well sites in the Andong and Yeongi areas, both of which revealed a satisfactory effect with improved water quality: 94% decrease in turbidity at the Andong area and 60% decrease in $NO_3$-N, respectively. Based on aquifer characters including geology, weathering depth, fracture pattern, hydraulic gradient, and the flow path of contaminants, the integrated properties of groundwater contamination should be evaluated and treated with the help of accurate analyses such as bore hole imaging and monitoring data. Packer grouting and casing on well to ensure the useful aquifer free of contaminant are expected to play important role in inhibiting the inflow of contaminants when adequately applied. Therefore it is concluded that these can serve as reliable tools in remediation and protection of contaminated groundwater as well as efficient utilization of groundwater.
Because the present groundwater law broadly regulates a simple and impractical guideline ignoring aquifer characters and geology, general purpose facilities for protection of groundwater contamination is still considered unsatisfactory to ensure groundwater resources. In recent, there have been growing attempts in the packer development as crucial techniques and devices for groundwater protection. This study investigated the application of packer grouting techniques to contaminated groundwaters of two well sites in the Andong and Yeongi areas, both of which revealed a satisfactory effect with improved water quality: 94% decrease in turbidity at the Andong area and 60% decrease in $NO_3$-N, respectively. Based on aquifer characters including geology, weathering depth, fracture pattern, hydraulic gradient, and the flow path of contaminants, the integrated properties of groundwater contamination should be evaluated and treated with the help of accurate analyses such as bore hole imaging and monitoring data. Packer grouting and casing on well to ensure the useful aquifer free of contaminant are expected to play important role in inhibiting the inflow of contaminants when adequately applied. Therefore it is concluded that these can serve as reliable tools in remediation and protection of contaminated groundwater as well as efficient utilization of groundwater.
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문제 정의
본 연구에서는 경북 안동시 서후면, 충남 연기군의 오염된 지하수공을 대상으로 오염원의 유입구간을 분석한 후, 팩커를 적용하여 오염물을 적절히 차단하고, 하부지하수오염 방지시설로서 팩커의 적합성을 검토하였다.
제안 방법
06~12. 28 기간 동안에 지하수오염방지 시설을 설치하고, 설치 전, 후의 주요 수질항목을 분석하고 그 효과를 검토하였다(Table 2). 이들 지역에서 수질검사항목 중 부적합항목은 안동시 창풍면의 경우 탁도, 연기군 눌왕리의 경우 질산성질소이다.
그 결과로 간격이 좁은 지하수 관정 벽체에 그라우팅 압축팩커장치에 설치한 압축팩커가 서로 겹쳐지고 압축되면서 관정 공벽과 그라우팅 압축팩커장치 사이가 완벽하게 차폐가 이루어지게 된다. 계획깊이에 도달하기 전에 압축에 의한 차폐현상이 발생되지 않도록 하기 위해 안전핀이 삽입된 안전장치가 설치되어 계획된 깊이에서만 압박에 의해 압축기능이 실현되도록 하였다. 특히 폐공(불용 방치공) 원상복구시에 사용되는 경우에는 강한 인장스프링을 삽입 설치하여 계획된 깊이에서 안전핀의 제거만으로 자체 압축에 의한 차폐기능이 확보될 수 있다.
그런 다음에 상기 팩커그라우팅 유니트를 설치하고, 공 주변에 그라우트 차수벽을 실시하였다. 그라우팅은 그라우팅 재료의 분리작용을 방지하고 외부물질의 유입을 방지할 수 있도록 그라우팅 펌프를 사용하여 반드시 하부에서부터 충진 함으로써 공곡 현상이 발생되지 않는 견실한 그라우팅이 이루어지도록 하였다. 즉 그라우팅 주입재는 하부에서부터 채워지도록 그라우팅 펌프와 호스를 구비하여 작업하며, 그라우팅 주입재가 누설이 없음을 확인하면서 주입재가 지표로 차 올라와 넘칠 때 까지 작업을 계속하였다.
즉 그라우팅 주입재는 하부에서부터 채워지도록 그라우팅 펌프와 호스를 구비하여 작업하며, 그라우팅 주입재가 누설이 없음을 확인하면서 주입재가 지표로 차 올라와 넘칠 때 까지 작업을 계속하였다. 대표적인 오염성분인 질산성질소를 시공 전, 후로 구분하여 분석하여 비교함으로써 팩커의 차단 효과를 검증하였다.
먼저 지하수관정의 물리검층 시추공 영상촬영을 실시하였다(Fig. 4). 지하수관정 CCTV 검층조사를 실시하여 판독, 분석한 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 시험지역인 안동시와 연기군 지역 지하수공에서 오염구간을 확인하고, 지하수오염방지 효과가 최대한 나타날 수 있도록 물리검층을 실시하여 지하수 관정내부의 착정상태 및 굴착심도 확인, 지표하부 차수벽시공의 적합성과 심도확인, 오염지표수 유입여부확인, 관정내부의 수리지질상태, 암반절리층 및 파쇄대 유무 및 부위를 관찰하고 판독하였다. 이를 위하여 먼저 공내촬영을 실시하고, 지하수오염방지시설을 설치하기 위해서는 먼저 내부자재를 공 밖으로 빼내는 인발작업을 하고, 공내 각종 오염물과 클로깅 물질 등을 브러쉬로 에어써징을 실시한 후, 예비팩커를 설치하였다.
본 조사 지하수공은 안동시 서후면 자품리에 소재하는데(Fig. 3), 이를 대상으로 오염된 지하수공을 개량하고 암반내의 투수특성을 조사하였다. 이 일대의 지질과 수리지질학적 배경은 다음과 같다.
우선 시추공 공내촬영을 통하여 지하수 관정내부의 착정상태 및 굴착심도 확인하였다(Fig. 8). 이 과정에서 지표하부 차수벽시공의 적합성과 심도확인, 오염지표수 유입여부확인, 관정내부의 수리지질상태, 암반절리층 및 파쇄대 유무 및 부위를 관찰하고 오염원을 진단하였다.
8). 이 과정에서 지표하부 차수벽시공의 적합성과 심도확인, 오염지표수 유입여부확인, 관정내부의 수리지질상태, 암반절리층 및 파쇄대 유무 및 부위를 관찰하고 오염원을 진단하였다. 관정은 부분적으로 파손되어 있으며, 오염으로 인하여 부유물질이 다수 확인되었다.
본 연구에서는 시험지역인 안동시와 연기군 지역 지하수공에서 오염구간을 확인하고, 지하수오염방지 효과가 최대한 나타날 수 있도록 물리검층을 실시하여 지하수 관정내부의 착정상태 및 굴착심도 확인, 지표하부 차수벽시공의 적합성과 심도확인, 오염지표수 유입여부확인, 관정내부의 수리지질상태, 암반절리층 및 파쇄대 유무 및 부위를 관찰하고 판독하였다. 이를 위하여 먼저 공내촬영을 실시하고, 지하수오염방지시설을 설치하기 위해서는 먼저 내부자재를 공 밖으로 빼내는 인발작업을 하고, 공내 각종 오염물과 클로깅 물질 등을 브러쉬로 에어써징을 실시한 후, 예비팩커를 설치하였다. 그런 다음에 상기 팩커그라우팅 유니트를 설치하고, 공 주변에 그라우트 차수벽을 실시하였다.
대상 데이터
이는 본 지역이 풍화에 약한 조립질 화강암이라는 점과 풍화토의 심도가 깊어 토사가 두껍게 집적되는 지형을 이루기 때문이다. 본 역의 수계는 금강의 상류지역이며 수지상 수계이다. 본 역의 전반적인 지질이 화강암이며 큰 지질구조가 없는 이상, 수지상 수계의 발달은 자연스러운 현상이라 볼 수 있다.
이론/모형
본 연구에서는 현재 오염되어 있는 지하수관정에서 상층부 오염지하수 유입방지를 위해서 지표하부보호벽 그라우팅 구성을 위한 압축팩커장치 기술(신기술인증서 제 275호)을 적용하였다. 이는 지표하부보호벽 형성을 위한 그라우팅 과정에서 그라우팅 제재의 누출이 발생되지 않도록 그라우팅 케이싱 하부에 결합할 수 있도록 구성된 그라우팅 압축팩커장치와 이를 이용한 지표하부 보호벽 그라우팅방법에 관해 규정한 기술이다.
성능/효과
관정내부에는 오염물로서 부유물이 많으며, 78~81 m 부근에서 점토층이 나타나 브러쉬로 써징을 2회 실시하여 부유물을 제거하였다. 관정의 최종 굴착심도는 132 m로 확인되었으며, 케이싱하단에서부터 20 m까지 구간에서 오염수의 유입이 확인되어 팩커유니트를 사용하여 오염원을 원천적으로 차단하였다. 전반적으로 관정은 부분적으로 파손되어 있으며, 오염으로 인하여 부유물질이 다수 확인되었다.
본 연구에서는 경북 안동시 서후면, 충남 연기군의 오염된 지하수공을 대상으로 하부 지하수오염방지시설로서 적절한 그라우팅과 팩커의 적합성을 검토한 결과 그 효과는 우수한 것으로 나타났다. 그런데 현행 지하수법에서는 오염방지 시설에 관한 개략적인 설치규정만이 설정되어 있어서 현재 널리 사용되고 있는 지하수오염방지 시설은 그 기능을 효과적으로 발휘하기가 어렵다.
이들 지역에서 수질검사항목 중 부적합항목은 안동시 창풍면의 경우 탁도, 연기군 눌왕리의 경우 질산성질소이다. 안동시 서후면 창풍리의 경우 탁도는 94%, 연기군 남면 눌왕리의 경우 질산성 질소는 60% 감소효과를 나타내었으며, 이로 인해 모든 수질검사항목에서 적합수질을 보였다.
65 m로서 큰 대수층 및 파쇄대가 보인다(Table 1). 전체적인 물량은 풍부한 편이며, 팩커유니트를 사용하여 오염원을 원천적으로 차단한 결과 공내부는 오염원이 없는 것으로 나타났다(Fig. 11).
지역의 검층조사 결과 외부케이싱 설치심도가 7m로 확인되며, 팩커그라우팅유니트의 설치심도는 8" × 38.71 m이다.
후속연구
정확한 관정카메라 촬영과 오염원 모니터링 분석을 실시하고, 이에 근거하여 풍화대심도, 파쇄대 발달, 대수층의 수리경사를 파악한 후, 지하수오염 가능성을 평가하고, 이를 통하여 적절한 그라우팅과 케이싱 작업이 이루어져야 한다. 유용한 대수층 구간을 확보하여 오염물을 차단하는 그라우팅, 팩커장치, 케이싱은 지하수의 활용과 오염방지에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
연암의 발달심도, 위치, 공벽을 관찰(풍화정도 및 균열 빈도)하여 케이싱 심도를 결정하도록 해야 한다. 즉 피압대수층일 경우 지질 및 지질구조 특성을 확인하여 케이싱 및 그라우팅 범위를 결정해야 하며, 연암인 경우 기반암 상부(연암)에서의 투수시험에 따라서 범위를 결정해야 할 것이다. 특히 지질구조를 기본으로 풍화심도, 파쇄대의 발달 정도, 수리경사를 고려한 그라우팅 심도결정, 케이싱 작업 등이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근본적인 지하수 오염의 문제점은 무엇인가?
지하수 관정은 개발당시부터 철저한 조사가 필수적인데, 개발 이후에 적절한 관리가 부족할 경우 수량감소나 수질악화로 인하여 제 기능을 발휘하지 못하게 되므로, 관정의 효율저하는 결국 폐공으로 이어져 다시 관정을 개발해야 하는 등 경제적 손실을 발생시킨다. 보다 근본적인 지하수 오염의 문제점은 육안으로 관찰할 수 없는 부분인 지하수공 하부와 케이싱으로부터 다양한 오염원이 유입될 수 있다는 것이다. 즉 지하수 오염원이 지표로부터 직접 지하수공으로 유입되는 것이 아니라, 지하수공 분포지의 지표오염원으로부터 대수층으로 유입되는 일련의 지하수 함양과정과 밀접히 관련된다는 것이다.
2010년도 기준 전국의 지하수 관정은 몇 개인가?
최근 국가지하수정보센터(GIMS)의 데이터베이스에 따르면 2010년도 기준 전국의 지하수 관정은 1,380,715개이고, 허가시설의 개수는 24,555공에 이른다. 용도로는 생활용수가 가장 높고, 그 다음으로는 농업용수가 차지하는데, 생활용수의 경우 가정용이 주를 차지하며, 농업용수의 경우 답작용이 대부분을 차지한다.
지하수 관정의 용도는 무엇이 있는가?
최근 국가지하수정보센터(GIMS)의 데이터베이스에 따르면 2010년도 기준 전국의 지하수 관정은 1,380,715개이고, 허가시설의 개수는 24,555공에 이른다. 용도로는 생활용수가 가장 높고, 그 다음으로는 농업용수가 차지하는데, 생활용수의 경우 가정용이 주를 차지하며, 농업용수의 경우 답작용이 대부분을 차지한다. 국내에서 각종 내외인적 요인에 의해 지하수가 오염되어 일부 관정은 방치되거나, 폐공되는 상황이 빈번하여 경제적 손실이 막대하다.
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