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문제 정의
- 하지만 국내에는 이러한 수변구조물 이외에도 콘크리트가 주재료인 콘크리트 댐이나 콘크리트 보 역시 존재하며, 수변 콘크리트 구조물 역시 누수에 의한 피해를 예방하기 위해 누수 탐지 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 수변 콘크리트 구조물을 대상으로 직관적인 누수 평가를 가능하게 하는 전기비저항 탐사 방법을 연구하고자 한다.
- 수변 콘크리트 구조물의 누수 탐지를 위해 변형된 전기비저항 탐사법을 제시하고자 하였다. 지반을 탐사하기 위한 전기비저항 탐사법은 전극을 토양에 설치하는 방식으로, 콘크리트 제체에 적용하게 되면 콘크리트 제체의 붕괴를 야기 시킨다.
- 앞에서 설명한 변형된 전극배열 방법들의 누수 탐지에 대한 적용성과 정확성을 확인하기 위하여 수치모델링, 모형실험, 현장탐사를 실시하였다. 수치모델링에서는 누수구역의 유무에 따른 등전위선 분포와, 누수가 일어날 시 변형된 전극배열로 얻은 전위차 변동 그래프의 특징을 확인 하고자 하였다. 실내 모형실험에서는 누수가 일어날 때, 변형된 전극배열을 적용하기 위한 최적 조건을 찾기 위해서 주입하는 전류량, 전류 전극의 제체와의 거리, 전위전극의 위치, 수두차를 조건으로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 기존 방법을 수변 콘크리트 구조물에 적용할 때 생길 수 있는 문제점을 극복하기 위해서 콘크리트 보에 전극을 설치하는 대신 수면에 전극을 설치하는 방법을 선택하였으며, 전류원 또한 2차원으로 해석하기 쉽도록 점 전류 송신원이 아닌 선형 전류 송신원을 사용하였다. 전극 배열 역시, 새로운 변형된 전극 배열을 제시하고 그에 알맞은 해석 방법을 제시하고자 한다.
- 콘크리트의 특성상 전기비저항 탐사를 위한 전극 설치 시, 제체에 물리적인 영향을 가하지 않고는 탐사를 수행하기 어렵다. 하지만 제체에 물리적 영향을 가하는 것은 제체에 또 다른 결함을 만드는 것과 같기 때문에, 댐 및 제방을 대상으로 수행된 기존의 전기비저항 탐사와 달리, 전류 및 전위 전극을 수면에 설치함으로써 수변 콘크리트 구조물에 대한 비파괴 탐사법을 개발하고자 하였다.
가설 설정
- 4와 같다. 상류와 하류를 가로막고 있는 것이 콘크리트 보이며, 제체의 하부 쪽에 유체가 흐를 수 있는 통로를 위치시켜 누수발생 지점으로 가정하였다. 상류와 하류 사이의 수두차는 4m로 설정하였고, 전류전극은 상류에 +극, 하류에 –극 선형 전류 송신원으로 설정하였다.
제안 방법
- 4. A model for the numerical experiment to verify the applicability of the suggested source and electrode configurations to water leakage problem.
- 10. Installation outline of modified electrode array and a locations of current and potential electrodes on the water in the field exploration.
- 변형된 전극배열 중 평행열 전위 배열은 하류에 2열의 전위전극을 설치한다. 그러나 현장 여건상 상류에 전위전극을 설치해야 하는 경우를 대비하여 전위 전극의 위치(상류, 하류)에 따른 실험을 실시하여 상류와 하류에서 나타나는 전위차 값을 확인해 보았다. 그 결과, 누수 통로인 전극 7번과 8번 사이에서 상류는 약 0.
- 따라서 콘크리트 보 주변의 임의의 두 지점에서의 전위차는 누수가 있을 때와 없을 때 다른 값을 갖게 되며, 탐사시 정해진 지점의 전위차를 측정하여 누수 지점을 예측할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 전위차를 갖는 3가지 유형을 3가지 배열로 제시하였으며 각각 동일열 전위 배열, 평행열 전위배열, 횡단 전위 배열 이라고 명명하였다.
- 지반을 탐사하기 위한 전기비저항 탐사법은 전극을 토양에 설치하는 방식으로, 콘크리트 제체에 적용하게 되면 콘크리트 제체의 붕괴를 야기 시킨다. 따라서 콘크리트 수변 구조물에 적합하지 않으므로, 전류 전극 및 전위 전극을 수면에 설치함으로써 콘크리트 전극 설치의 대체 방안을 마련하였다. 또한 전기 비저항값으로 제체 내의 이상대를 찾아내던 기존의 방법과 달리 전류가 이동하면서 발생하는 전극 간의 전위차를 계산하여 누수 위치를 직관적으로 해석할 수 있도록 전류 전극을 선형 전류 송신원으로 변형시켰다.
- 따라서 콘크리트 수변 구조물에 적합하지 않으므로, 전류 전극 및 전위 전극을 수면에 설치함으로써 콘크리트 전극 설치의 대체 방안을 마련하였다. 또한 전기 비저항값으로 제체 내의 이상대를 찾아내던 기존의 방법과 달리 전류가 이동하면서 발생하는 전극 간의 전위차를 계산하여 누수 위치를 직관적으로 해석할 수 있도록 전류 전극을 선형 전류 송신원으로 변형시켰다.
- 5 m, 5 m 떨어진 전위전극 한 측선씩 두 측선을 위치시켰다. 또한 제체의 전기 비저항 값은 10,000 ohm-m, 물의 전기 비저항 값은 200 ohm-m로 설정하여 수치해석을 수행하였다.
- 마지막으로 현장 상황에 따라 상류와 하류간의 수두차가 다를 수 있으므로 수두차에 따른 전위차에 대한 영향을 확인하기 위해 수두차를 3 cm, 6 cm, 9 cm, 12 cm, 15 cm로 설정하고 실험을 실시하였다. 그 결과, 누수 통로가 위치한 전극 12번과 13번에서 가장 큰 전위차를 보였으며, 5개 변수의 수두차에 따른 전위차 값 역시 0.
- 먼저 누수구역이 있는 경우, 동일열 전위 배열와 평행열 전위 배열의 결과를 확인하였다. 동일열 전위 배열은 각 전극 간격을 2 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 전극 10번과 11번 사이에 위치해 있다.
- 변형된 전극 배열은 전위차 계산 방법에 따라 동일열 전위 배열, 평행열 전위 배열, 횡단 전위 배열 세 가지로 구분하였고, 이 배열들을 수치해석, 모형실험, 현장탐사에 적용해 보았다. 동일열 전위 배열은 ‘0’으로 일정한 전위차 값이 누수 구역에서 주변과 다르게 큰 폭의 전위차를 갖고, 이러한 전위차 변화 추이로 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
- 변형된 전극배열 적용의 최적 조건을 찾기 위해서 동일열 전위 배열 및 평행열 전위 배열 적용 이외에도 4가지 조건을 설정하여 실험을 실시하였다. 각 조건은 다음과 같다.
- 본 연구에서 제안한 변형된 전기비저항 탐사법은 누수 위치 탐지 해석 방법을 단순화하기 위해서 점 전류 송신원(point source)이 아닌, 선형 전류 송신원(line source)을 전류 전극으로 이용하였으며, 전위 전극 배열 또한 전위차를 재는 전극의 위치에 따라 3가지의 새로운 전극 배열(동일열 전위 배열, 평행열 전위 배열, 횡단 전위 배열)을 시도하였다. 이 배열들을 수치모델링, 실내 수조실험 및 현장탐사에 적용하였고, 그 결과로 얻은 데이터들을 비교 분석함으로서 변형된 전극 배열의 누수 위치 탐지에 대한 적용성을 검토 하고자 하였다.
- 하지만, 본 연구의 탐사 대상인 수변 콘크리트 구조물은 축조 재료가 콘크리트라는 특수함을 지니고 있으므로 기존의 전기비저항 탐사법을 적용할 시 전극설치가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 방법을 수변 콘크리트 구조물에 적용할 때 생길 수 있는 문제점을 극복하기 위해서 콘크리트 보에 전극을 설치하는 대신 수면에 전극을 설치하는 방법을 선택하였으며, 전류원 또한 2차원으로 해석하기 쉽도록 점 전류 송신원이 아닌 선형 전류 송신원을 사용하였다. 전극 배열 역시, 새로운 변형된 전극 배열을 제시하고 그에 알맞은 해석 방법을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 추가적으로 현장의 제약에 관계없이 최상의 데이터를 얻기 위해 모형실험 시 전류량(50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA), 전류전극의 제체와의 거리(5 cm, 10 cm, 15 cm), 평행열 전위 배열 전위전극의 위치(상류, 하류), 그리고 수두차(15 cm, 12 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm)의 4가지 조건에 대한 추가 실험을 실시하였다. 그 결과 전류량, 전류전극의 제체와의 거리, 수두차는 누수탐사 결과에 큰 영향을 미치지 않았으며, 평행열 전위 배열 전위전극의 위치는 상류보다 하류일 때 누수구역을 더 확실하게 구분해 낼 수 있었다.
- 수치해석은 누수가 없을 때와, 콘크리트 보 중앙에 누수가 있을 때로 나누어 실시하였다. 이론적으로 누수구역이 없는 경우에는 전류가 선형 전류 송신원으로부터 퍼져나가기 때문에 등전위선이 제체와 평행하다.
- 수치모델링에서는 누수구역의 유무에 따른 등전위선 분포와, 누수가 일어날 시 변형된 전극배열로 얻은 전위차 변동 그래프의 특징을 확인 하고자 하였다. 실내 모형실험에서는 누수가 일어날 때, 변형된 전극배열을 적용하기 위한 최적 조건을 찾기 위해서 주입하는 전류량, 전류 전극의 제체와의 거리, 전위전극의 위치, 수두차를 조건으로 설정하여 실험을 실시하였다. 현장 탐사에서는 국내에 위치한 보를 대상으로 실제로 변형된 전극배열 방법들을 적용하여 누수 탐지에 대한 적용성을 확인해 보았다.
- 앞에서 설명한 변형된 전극배열 방법들의 누수 탐지에 대한 적용성과 정확성을 확인하기 위하여 수치모델링, 모형실험, 현장탐사를 실시하였다. 수치모델링에서는 누수구역의 유무에 따른 등전위선 분포와, 누수가 일어날 시 변형된 전극배열로 얻은 전위차 변동 그래프의 특징을 확인 하고자 하였다.
- 연구한 방법을 수변 콘크리트 구조물의 누수 탐지에 적용 가능한지 확인하기 위해 전기비저항 탐사의 변형된 전극 배열인 동일열 전위 배열, 평행열 전위 배열, 횡단 전위 배열을 수치모델링, 모형실험, 현장탐사에 적용한 결과들을 비교 분석해 보았다.
- 본 연구에서 제안한 변형된 전기비저항 탐사법은 누수 위치 탐지 해석 방법을 단순화하기 위해서 점 전류 송신원(point source)이 아닌, 선형 전류 송신원(line source)을 전류 전극으로 이용하였으며, 전위 전극 배열 또한 전위차를 재는 전극의 위치에 따라 3가지의 새로운 전극 배열(동일열 전위 배열, 평행열 전위 배열, 횡단 전위 배열)을 시도하였다. 이 배열들을 수치모델링, 실내 수조실험 및 현장탐사에 적용하였고, 그 결과로 얻은 데이터들을 비교 분석함으로서 변형된 전극 배열의 누수 위치 탐지에 대한 적용성을 검토 하고자 하였다.
- 측정 장비는 스웨덴 ABEM사의 전기비저항 측정 장비인 Terrameter LS를 사용하였다. 전류전극 및 전위전극은 모형수조의 크기에 맞춰 제작하였으며, 전극을 수면에 띄우기 위해 부표(스티로폼)를 사용하였다. 전위전극은 총 22개를 사용하였다.
- 전류 전극은 선형 전류 송신원으로 상류에 + 극, 하류에 – 극을 설치하였다. 전위 전극은 한 측선 당 10 m 간격으로 32 개의 전극을 설치하였으며, 상류(1번 ~ 32번) 및 하류(33번 ~ 64번)에 각각 한 측선씩, 총 두 측선을 설치하였다. 배를 타고 상류 및 하류에 전극을 설치하였다.
- 상류와 하류 사이의 수두차는 4m로 설정하였고, 전류전극은 상류에 +극, 하류에 –극 선형 전류 송신원으로 설정하였다. 전위전극은 상류에 콘크리트 보로부터 3.5 m 떨어진 지점에 한 측선을 위치시키고, 하류에는 보로부터 각각 3.5 m, 5 m 떨어진 전위전극 한 측선씩 두 측선을 위치시켰다. 또한 제체의 전기 비저항 값은 10,000 ohm-m, 물의 전기 비저항 값은 200 ohm-m로 설정하여 수치해석을 수행하였다.
- 주입하는 전류량(50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA), 전류전극의 제체와의 거리(5 cm, 10 cm, 15 cm), 평행열 전위 배열 전위전극의 위치(상류, 하류), 수두차(15 cm, 12 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm). 조건에 따른 실험 시 전극배열은 전위 전극의 위치(평행열 전위 배열)를 제외하고 모두 동일열 전위 배열로 실시하였다.
- 현장 여건상 하류에 2열의 전극을 설치 할 수 없었으므로 평행열 전위 배열을 제외한 횡단 전위 배열 및 동일열 전위 배열을 적용하였으며, 측정 장비는 ABEM사의 Terrameter-LS를 사용하였다.
- 현장 적용 시, 현장의 상황에 따라 제체로부터 전류전극의 거리가 달라질 수 있으므로 제체와 전류전극 사이의 거리에 따라 전위차가 변화하는지 확인하기 위해서 전류전극의 제체와의 거리를 5 cm, 10 cm, 15 cm로 설정하여 실험을 실시하였다. 그 결과, 5 cm, 10 cm, 15 cm 모두 누수 통로가 위치한 13번 전극 근방에서 전위차가 양수에서 음수로 급변하였으며, 그래프의 양상은 모두 유사하였다.
- 현장 탐사를 대비하여, 전류량에 따라 데이터 질이 달라질 수 있으므로 흘려주는 전류량에 따라 결과가 달라지는지 확인하기 위해 전류전극에서 흘려주는 전류량을 50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA로 다르게 설정하여 실험하였다. 실험 결과, 전류량에 따라 조금씩 값의 차이를 보였지만 그 차이는 미미했고, 전체적인 전위차 그래프 양상은 4가지 변수 모두 유사하게 나타났다.
- 실내 모형실험에서는 누수가 일어날 때, 변형된 전극배열을 적용하기 위한 최적 조건을 찾기 위해서 주입하는 전류량, 전류 전극의 제체와의 거리, 전위전극의 위치, 수두차를 조건으로 설정하여 실험을 실시하였다. 현장 탐사에서는 국내에 위치한 보를 대상으로 실제로 변형된 전극배열 방법들을 적용하여 누수 탐지에 대한 적용성을 확인해 보았다.
대상 데이터
- 5 m (가로 × 세로 × 높이)이다. 가로 0.8 m 위치에 10 mm 두께의 아크릴판으로 제체의 역할을 할 가로막을 설치하였으며, 가로막의 중앙에 누수 통로의 역할을 위한 지름 5 mm의 구멍을 제작하였다. 또한 아크릴판은 전류가 전혀 통하지 않는 물질이기 때문에 전류가 흐르는 콘크리트의 성질을 부여하기 위해 가로막 하부를 50 mm 정도 공간을 띄운 후 점토 및 모래, 자갈로 메꾸어 주었다.
- 각 전극이 보로부터 떨어진 거리는 상류 + 전극, 상류 전위전극, 하류 전위전극, 하류 – 전극 순으로 15 m, 24 m, 7.8 m, 71 m이다(Fig. 10)
- 먼저 누수구역이 있는 경우, 동일열 전위 배열와 평행열 전위 배열의 결과를 확인하였다. 동일열 전위 배열은 각 전극 간격을 2 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 전극 10번과 11번 사이에 위치해 있다. 결과 그래프를 확인하면, 전극 8번까지 서서히 전위차 값이 올라 가다가 최곳값을 갖고 전위차가 14번 전극까지 급강하 한 후 다시 안정적인 전위차 값을 찾아 가고 있다.
- 먼저 탐사 결과 데이터는 해석하기 전에 고정보로 인한 전류 차단 영향과 가동보(철문)의 영향으로 인한 전류 쏠림 현상이 나타나는 부분을 제외한 후 해석에 사용하였다. 하지만 상류에서는 여전히 고정보와 가동보의 영향이 강하게 나타나고 있어 수치모델링 및 수조 모형실험에서보다 누수의 영향을 뚜렷하게 보여주지 않고 있다(전극1 ~ 10번 위치에 고정보, 전극 11 ~ 14번, 19 ~ 22번 위치에 가동보 존재).
- 실내 모형실험에 사용된 대형 수조는 아크릴판으로 제작하였으며, 제원은 1.6 m × 1.0 m × 0.5 m (가로 × 세로 × 높이)이다.
- 전류전극 및 전위전극은 모형수조의 크기에 맞춰 제작하였으며, 전극을 수면에 띄우기 위해 부표(스티로폼)를 사용하였다. 전위전극은 총 22개를 사용하였다. 동일열 전위 배열은 22개의 전극을 제체에 평행하게 일렬로 설치하였으며, 평행열 전위 배열은 1번 ~ 11번 전극을 1열 12번 ~ 22번 전극을 2열로 제체와 평행하게 2열로 설치하였다(Fig.
- 전류전극은 상류에 + 극, 하류에 – 극의 선형 전류 송신원을 설치하였다. 측정 장비는 스웨덴 ABEM사의 전기비저항 측정 장비인 Terrameter LS를 사용하였다. 전류전극 및 전위전극은 모형수조의 크기에 맞춰 제작하였으며, 전극을 수면에 띄우기 위해 부표(스티로폼)를 사용하였다.
- 결과 그래프를 확인하면, 전극 8번까지 서서히 전위차 값이 올라 가다가 최곳값을 갖고 전위차가 14번 전극까지 급강하 한 후 다시 안정적인 전위차 값을 찾아 가고 있다. 평행열 전위 배열은 각 전극 간격을 5 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 1열의 전극 7번과 8번 사이에 위치해 있다. 결과 그래프에서 전극 7번과 8번 사이로 갈수록 전위차가 급격히 낮아지는 경향을 보이고 7번에서 가장 낮은 전위차 값을 가진다(Fig.
- 현장탐사는 국내에 위치한 보를 대상으로 실시하였다. 보의 형식은 개량형 전도식 가동보이며, 길이 320m, 총 저수용량 790 × 106 m3의 규모이다.
성능/효과
- 동일열 전위 배열은 각 전극 간격을 2 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 전극 10번과 11번 사이에 위치해 있다. 결과 그래프를 확인하면, 전극 8번까지 서서히 전위차 값이 올라 가다가 최곳값을 갖고 전위차가 14번 전극까지 급강하 한 후 다시 안정적인 전위차 값을 찾아 가고 있다. 평행열 전위 배열은 각 전극 간격을 5 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 1열의 전극 7번과 8번 사이에 위치해 있다.
- 평행열 전위 배열은 각 전극 간격을 5 cm로 설정하여 데이터를 획득하였으며, 누수 구멍은 1열의 전극 7번과 8번 사이에 위치해 있다. 결과 그래프에서 전극 7번과 8번 사이로 갈수록 전위차가 급격히 낮아지는 경향을 보이고 7번에서 가장 낮은 전위차 값을 가진다(Fig. 8).
- 본 연구에서는 추가적으로 현장의 제약에 관계없이 최상의 데이터를 얻기 위해 모형실험 시 전류량(50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA), 전류전극의 제체와의 거리(5 cm, 10 cm, 15 cm), 평행열 전위 배열 전위전극의 위치(상류, 하류), 그리고 수두차(15 cm, 12 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm)의 4가지 조건에 대한 추가 실험을 실시하였다. 그 결과 전류량, 전류전극의 제체와의 거리, 수두차는 누수탐사 결과에 큰 영향을 미치지 않았으며, 평행열 전위 배열 전위전극의 위치는 상류보다 하류일 때 누수구역을 더 확실하게 구분해 낼 수 있었다.
- 현장 적용 시, 현장의 상황에 따라 제체로부터 전류전극의 거리가 달라질 수 있으므로 제체와 전류전극 사이의 거리에 따라 전위차가 변화하는지 확인하기 위해서 전류전극의 제체와의 거리를 5 cm, 10 cm, 15 cm로 설정하여 실험을 실시하였다. 그 결과, 5 cm, 10 cm, 15 cm 모두 누수 통로가 위치한 13번 전극 근방에서 전위차가 양수에서 음수로 급변하였으며, 그래프의 양상은 모두 유사하였다. 따라서 전류전극과 제체 사이의 거리는 누수 탐사 시 결과에 크게 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다(Fig.
- 마지막으로 현장 상황에 따라 상류와 하류간의 수두차가 다를 수 있으므로 수두차에 따른 전위차에 대한 영향을 확인하기 위해 수두차를 3 cm, 6 cm, 9 cm, 12 cm, 15 cm로 설정하고 실험을 실시하였다. 그 결과, 누수 통로가 위치한 전극 12번과 13번에서 가장 큰 전위차를 보였으며, 5개 변수의 수두차에 따른 전위차 값 역시 0.01 mV 이하의 차이를 보이며 모두 같은 양상을 보여주었다. 따라서 현장 탐사 시 상류와 하류간의 수두차는 누수 구역 판별에 거의 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다(Fig.
- 그러나 현장 여건상 상류에 전위전극을 설치해야 하는 경우를 대비하여 전위 전극의 위치(상류, 하류)에 따른 실험을 실시하여 상류와 하류에서 나타나는 전위차 값을 확인해 보았다. 그 결과, 누수 통로인 전극 7번과 8번 사이에서 상류는 약 0.05 mV의 전위차를 보이고 하류는 약 0.25 mV의 전위차를 보여 하류가 상대적으로 더 큰 전위차를 나타내었다. 따라서 평행열 전위 배열을 실제 현장 탐사에 적용할 때 상류보다 하류에 설치된 전위전극이 누수 구역에 대한 반응을 더 크게 보여줄 것으로 기대되었으며 현장 여건상 전위전극을 상류에 설치할 시 누수 구역 판별의 정확성이 떨어질 것으로 보인다(Fig.
- 동일열 전위 배열, 평행열 전위 배열, 횡단 전위 배열은 수치모델링, 모형실험, 현장탐사에 걸쳐 전반적으로 동일한 양상의 전위차 변화 그래프를 보여주어 수변 콘크리트 구조물에 대한 누수 탐지에 적용이 가능함을 확인하였다.
- 동일열 전위 배열은 ‘0’으로 일정한 전위차 값이 누수 구역에서 주변과 다르게 큰 폭의 전위차를 갖고, 이러한 전위차 변화 추이로 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
- 이 두 이상대는 육안으로 확인 결과, 수위 및 수압조절을 위해 콘크리트 벽체부에 설치한 물의 이동 통로와 일치하였다. 따라서 탐사가 진행되는 동안 수위조절을 위해 상류의 물이 콘크리트 벽체부의 이동통로를 따라 흐르고 있었던 것을 현장 탐사를 통해 감지해 낼 수 있었음을 확인하였다. 하지만 상류 동일열 전위 배열이 하류 동일열 전위 배열의 그래프 변화보다 작았던 수치모델링 결과와 달리 현장 탐사 결과 에서는 상류 동일열 전위 배열의 그래프 변화가 더 크게 나타나는 것으로 보인다.
- 25 mV의 전위차를 보여 하류가 상대적으로 더 큰 전위차를 나타내었다. 따라서 평행열 전위 배열을 실제 현장 탐사에 적용할 때 상류보다 하류에 설치된 전위전극이 누수 구역에 대한 반응을 더 크게 보여줄 것으로 기대되었으며 현장 여건상 전위전극을 상류에 설치할 시 누수 구역 판별의 정확성이 떨어질 것으로 보인다(Fig. 9c)
- 13d). 따라서 횡단 전위 배열은 일정한 양의 값에서 누수 시 그 값이 급격하게 떨어지는 양상을 분석하여 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
- 또한 평행열 전위 배열을 수치모델링과 모형실험에 적용해 본 결과, 수치모델링 그래프에서는 약 –1.5 mV의 일정한 값을 갖던 전위차가 누수 구역에서 약 –3.3 mV의 전위차로 큰 폭으로 떨어졌고, 누수 구역을 지나 다시 약 –1.5 mV의 일정한 값으로 회복하는 양상을 보였으며(Fig. 13a), 모형실험에서는 누수가 없는 구역에서 일정한 값을 보이지 않았지만 이는 동일열 전위 배열의 모형실험 때와 마찬가지로 제체 크기의 제약으로 인한 결과로 생각되며, 누수 구역 근방에서는 그래프 양상이 수치모델링 결과와 일치하였다(Fig. 13b).
- 철문의 영향 범위를 제외하고, 동일열 전위 배열 결과 그래프에서 전극 16번, 17번과 23번, 24번 주변에서 전위차가 주변 값 보다 급변하고 있는 것을 확인 할 수 있어 이 두 위치에서 누수가 예상된다. 또한 횡단 전위 배열과 동일열 전위 배열의 결과 그래프를 비교했을 때, 철문의 영향범위를 제외하고 동일열 전위 배열 이상대와 일치하는 전극 16번, 17번과 23번, 24번 주변에서 상대적으로 전위차가 큰 결과를 보여줌을 확인할 수 있다(Fig. 11). 이 두 이상대는 육안으로 확인 결과, 수위 및 수압조절을 위해 콘크리트 벽체부에 설치한 물의 이동 통로와 일치하였다.
- 12b). 마지막으로 현장탐사에서는 철문의 영향으로, 이상대로 보이는 부분이 다수 발생하였으나 철문의 영향을 제외한 곳에서 발생한 이상대의 그래프 양상이 수치모델링과 모형실험에서 얻은 결과와 일치하였다(Fig. 12c). 이에 따라 동일열 전위 배열은 누수 구역에서 주변과 다르게 큰 폭의 전위차를 갖고, 이러한 전위차 변화 추이로 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
- 먼저 동일열 전위 배열을 수치모델링, 모형실험, 현장탐사에 모두 적용해 본 결과, 수치모델링 그래프에서는 누수가 없는 구역에서 ‘0’으로 일정한 값을 갖던 전위차가 누수 구역에서 큰 폭의 전위차를 갖는 급격한 변화를 보였다(Fig. 12a).
- 현장 탐사를 대비하여, 전류량에 따라 데이터 질이 달라질 수 있으므로 흘려주는 전류량에 따라 결과가 달라지는지 확인하기 위해 전류전극에서 흘려주는 전류량을 50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA로 다르게 설정하여 실험하였다. 실험 결과, 전류량에 따라 조금씩 값의 차이를 보였지만 그 차이는 미미했고, 전체적인 전위차 그래프 양상은 4가지 변수 모두 유사하게 나타났다. 이 결과로 보아 전류량은 전위차 값에 미치는 영향이 거의 없을 것으로 보인다(Fig.
- 또한 동일열 전위 배열 에서는 수치 모델링 및 모형실험과 반대로 상류가 하류보다 더 큰 전위차를 보이는 것처럼 측정되었다. 이 결과로, 현장 탐사 시에는 보에 의한 영향을 최소화하기 위해 수변 콘크리트 구조물 누수탐사 시 전류의 흐름에 방해가 되는 조건을 최대한 제한시켜야 하며, 동일열 전위 배열은 상류보다 하류에서 측정하는 것이 더 좋은 데이터를 얻을 수 있는 방법임을 확인하였다. 전류 흐름의 방해조건을 제한시키기 어려울 때는 누수 위치로 예상되는 지역에 대한 정밀 탐사가 추가적으로 필요할 것으로 보인다.
- 12c). 이에 따라 동일열 전위 배열은 누수 구역에서 주변과 다르게 큰 폭의 전위차를 갖고, 이러한 전위차 변화 추이로 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
- 동일열 전위 배열은 ‘0’으로 일정한 전위차 값이 누수 구역에서 주변과 다르게 큰 폭의 전위차를 갖고, 이러한 전위차 변화 추이로 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다. 평행열 전위 배열과 횡단 전위 배열은 전위 전극 설치 방법은 다르지만 전위차 획득 방법이 유사해 전위차 변화 그래프가 유사하게 나타나며, 수치해석, 모형실험, 현장탐사에 적용해본 결과 전반적으로 동일한 전위차를 갖다가 누수 위치에서 전위차가 급격하게 감소하는 양상의 전위차 변화 그래프를 보여주어 현장의 여건에 따라 평행열 전위 배열 또는 횡단 전위배열을 적용하여 수변 콘크리트 구조물에 대한 누수 탐지가 가능함을 확인하였다. 가장 추천하는 방법으로는, 누수에 의한 전위차가 가장 크게 나타나는 횡단 전위 배열이 누수를 예측하기에 가장 효과적이며, 횡단 전위를 측정하기 위해 설치한 상류 및 하류의 전극들로, 동일열 전위를 추가적으로 측정하여 확인한다면 누수 예측 지점에 대한 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 보인다.
- 횡단 전위 배열을 수치모델링과 현장탐사에 적용해 본 결과, 수치모델링 그래프에서는 양수의 일정한 값을 갖던 전위차가, 누수가 일어나는 위치에서 급격하게 감소하는 양상을 보였으며(Fig. 13c), 현장탐사 결과 역시 누수가 예상되는 부분에서 수치모델링과 동일한 그래프 양상을 보여주었다(Fig. 13d). 따라서 횡단 전위 배열은 일정한 양의 값에서 누수 시 그 값이 급격하게 떨어지는 양상을 분석하여 직관적인 누수 위치 탐지가 가능함을 확인하였다.
후속연구
- 평행열 전위 배열과 횡단 전위 배열은 전위 전극 설치 방법은 다르지만 전위차 획득 방법이 유사해 전위차 변화 그래프가 유사하게 나타나며, 수치해석, 모형실험, 현장탐사에 적용해본 결과 전반적으로 동일한 전위차를 갖다가 누수 위치에서 전위차가 급격하게 감소하는 양상의 전위차 변화 그래프를 보여주어 현장의 여건에 따라 평행열 전위 배열 또는 횡단 전위배열을 적용하여 수변 콘크리트 구조물에 대한 누수 탐지가 가능함을 확인하였다. 가장 추천하는 방법으로는, 누수에 의한 전위차가 가장 크게 나타나는 횡단 전위 배열이 누수를 예측하기에 가장 효과적이며, 횡단 전위를 측정하기 위해 설치한 상류 및 하류의 전극들로, 동일열 전위를 추가적으로 측정하여 확인한다면 누수 예측 지점에 대한 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 보인다.
- 하지만 상류 동일열 전위 배열이 하류 동일열 전위 배열의 그래프 변화보다 작았던 수치모델링 결과와 달리 현장 탐사 결과 에서는 상류 동일열 전위 배열의 그래프 변화가 더 크게 나타나는 것으로 보인다. 이는 위에서 언급했던 고정보 및 가동보로 인한 전류의 차단 및 쏠림 현상이 원인인 것으로 보이며, 이러한 외부요인을 고려해야 하는 콘크리트 수변구조물을 대상으로 탐사를 실시할 때는 상류 동일열 전위 배열 보다는 하류 동일열 전위 배열이 적용 가능할 것으로 보인다.
- 이 결과로, 현장 탐사 시에는 보에 의한 영향을 최소화하기 위해 수변 콘크리트 구조물 누수탐사 시 전류의 흐름에 방해가 되는 조건을 최대한 제한시켜야 하며, 동일열 전위 배열은 상류보다 하류에서 측정하는 것이 더 좋은 데이터를 얻을 수 있는 방법임을 확인하였다. 전류 흐름의 방해조건을 제한시키기 어려울 때는 누수 위치로 예상되는 지역에 대한 정밀 탐사가 추가적으로 필요할 것으로 보인다.
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