[논문]상주시 임곡리 굴착공의 적정양수량 결정

조병욱; 윤욱; 문상호; 이병대; 조수영; 김용철; 황세호; 신제현; 하규철

doi:10.9720/kseg.2017.3.255

상주시 임곡리 굴착공의 적정양수량 결정
Optimal Pumping Rate of a Water Well at Imgokri, Sangju City 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.27 no.3, 2017년, pp.255 - 265

초록
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상주시 임곡리에 굴착된 심도 100 m 지하수공(PW-2)의 적정양수량을 산정하였다. 시추코아와, 물리검층 자료에 의하면 지하수 산출 심도는 26.1~26.5, 28.0~30.0, 33, 58, 71 m로 해석된다. 단계양수시험에 의하면 40, 55, 70, 90, $132m^3/d$의 양수량으로 70일간 양수시 수위강하량은 각각 6.48, 11.56, 18.07, 28.99, 60.26 m로 예상되었다. $117m^3/d$으로 250분간 실시한 일정량양수시험에서는 양수 경과시간 120~150분에 영향추가 불투수층 경계조건에 도달하여 급격한 수위강하가 일어나 PW-2의 한계채수량은 $90m^3/d$로 산정하였으며 이때의 수위강하량은 28.82~31.27 m이다. 적정양수량은 한계채수량의 범위내의 정류상태여야 하기 때문에 PW-2의 적정양수량은 $70{\sim}90m^3/d$로 제시하였다. 불투수층 경계조건에서 직선의 기울기가 급해지며 지하수의 DO와 ORP가 증가하는 것으로 보아 PW-2를 중심으로 한 기반암지하수의 발달은 제한적인 것으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have determined the optimal pumping rate of the PW-2 water well (depth=100 m) at Imgokri, Sangju City. Cutting analysis and geophysical logging data reveal water-producing horizons at 26.1-26.5, 28.0-30.0, 33, 58, and 71 m. For pumping rates of 40, 55, 70, 90, and $132m^3/d$ over 70 days, the estimated drawdown from the PW-2 well was 6.48, 11.56, 18.07, 28.99 and 60.26 m, respectively. During a constant-rate pumping test at a rate of $117m^3/d$, the cone of depression intersected an impermeable boundary after 120-150 min of pumping. Therefore, we consider the critical pumping rate for well PW-2 to be $90m^3/d$. After pumping at $90m^3/d$ for 70 days, the calculated drawdown was 28.82-31.27 m. We suggest an optimal pumping rate for well PW-2 of $70-90m^3/d$, as the optimal pumping rate should be similar to the critical pumping rate. Sharp increases in the slope of the time-drawdown relationship, dissolved oxygen concentrations, and oxidation-reduction potential during the constant-rate pumping test indicate the limited development of bedrock aquifers around PW-2.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

117 m³/d으로 양수시에도 수온과 수질변화를 측정하였다 (Table 5). 양수 초기 수온은 12.
, 2010). PW-2 지하수공의 지하수 산출 능력과 장기양수시험시 양수량을 결정하기 위하여 2017년 5월 17일 12시부터 300분간 단계양수시험을 실시하였다. 단계양수시험시의 양수량은 40 m³/d부터 시작하여 55, 70, 90, 132 m³/d으로 증가시키면서 각각 60분간 실시하였다(Table 2).
PW-2에서의 양수시험을 위해서는 5 HP의 수중펌프(Franklin 사)를 심도 70 m 지점에 설치하였다. PW-2에서의 양수시험은 양수량별 수위강하량 추정을 위한 5단계의 단계양수시험, 117 m³/d으로 250분, 71.1 m³/d로 1,470분간 양수한 일정량양수시험으로 구성된다. 양수시험 중 일정양수량 유지를 위해서는 직경 50 mm, 토출경 26 mm의 오리피스(Orifice)를 지상의 토출구에 연결하여 제수변(Gate valve)으로 오리피스의 압력수두가 일정하게 유지되도록 조절하였다.
단계양수시험과 일정량양수시험시에는 PW-2 지하수공이 관통한 지층의 주 대수층을 파악하기 위하여 양수중 배출되는 지하수의 현장수질을 측정하였는데 수온은 SATO (SK-1260MC)를, 수소이온농도(pH)와 용존산소량(Dissolved oxygen, DO)은 Hach (HQ40d)를, 전기전도도(Electrical conductivity)와 산화-환원전위(Oxidation-reduction potential, ORP)는 WTW (pH/Cond 340i)를 이용하여 측정하였다. 지하수의 라돈 함량은 현장에서 8 ml의 지하수를 22 ml vial에 담고 일정 시간 흔들어서 섬광용액과 지하수가 골고루 섞이도록 한 후 시료채취 시간을 기재하였다.
는 양수정의 수위강하, B는 대수층손실계수, C는 우물손실계수, Q는 양수량이다. 단계양수시험시의 양수량별 수위강하량을 바탕으로 일정량양수시험을 실시하여 불투수층 경계조건에 도달할 때의 양수량을 계산하여 이를 한계채수량으로 보았다. 양수량-비수위강하량 관계식에 의해 예측한 70 m³/d로 1,440분간 양수시의 수위강하량과의 비교를 위해서 71.
PW-2 지하수공의 지하수 산출 능력과 장기양수시험시 양수량을 결정하기 위하여 2017년 5월 17일 12시부터 300분간 단계양수시험을 실시하였다. 단계양수시험시의 양수량은 40 m³/d부터 시작하여 55, 70, 90, 132 m³/d으로 증가시키면서 각각 60분간 실시하였다(Table 2). Fig.
지하수의 라돈 함량은 현장에서 8 ml의 지하수를 22 ml vial에 담고 일정 시간 흔들어서 섬광용액과 지하수가 골고루 섞이도록 한 후 시료채취 시간을 기재하였다. 라돈 함량 분석은 한국지질자원연구원에서 Quantulus^TM 1220 (PerkinElmer Co.)를 이용하여 48시간 내에 분석되었다.
본 논문은 상주시 임곡리에 굴착된 100 m 지하수공의 적정양수량 결정에 있어서 장기간 양수시 수위강하 관측이나 단계양수시험 결과를 해석하는 방법 대신에 시추 코아와 물리검층으로 지하 대수층의 확인, 단계양수시험으로 양수량별 장기 수위강하량 예측, 불투수층 경계 확인과 한계채수량 결정, 장기 수위강하량 예측의 타당성 확인, 양수량별 수온, 수질 변화 관측 등을 종합하여 연구지역 지하수공의 적정양수량을 제시하였다.
1 m³/d로 1,470분간 양수시험을 실시하여 양수량별 1일, 70일간의 예상수위강하량의 타당성을 검증하였다. 아울러 PW-2에서 71.1 m³/d으로 양수시험시 13.0 m 떨어진 OBS-2에서의 수위강하를 관측하여 수리상수를 산출하였다. 양수시험중에는 수온과 현장수질을 측정하여 PW-2가 관통한 지역의 주 대수층을 확인하였다.
단계양수시험시의 양수량별 수위강하량을 바탕으로 일정량양수시험을 실시하여 불투수층 경계조건에 도달할 때의 양수량을 계산하여 이를 한계채수량으로 보았다. 양수량-비수위강하량 관계식에 의해 예측한 70 m³/d로 1,440분간 양수시의 수위강하량과의 비교를 위해서 71.1 m³/d로 1,470분간 양수시험을 실시하여 양수량별 1일, 70일간의 예상수위강하량의 타당성을 검증하였다. 아울러 PW-2에서 71.
양수시험 중 일정양수량 유지를 위해서는 직경 50 mm, 토출경 26 mm의 오리피스(Orifice)를 지상의 토출구에 연결하여 제수변(Gate valve)으로 오리피스의 압력수두가 일정하게 유지되도록 조절하였다. 양수시험 중 양수정과 관측정의 지하수위 측정은 지하 수위 측정기(OTT, TYP 010)를 이용하여 직접 측정하였다. IK-5는 마을상수도로서 간헐적으로 양수를 하고 있기 때문에 PW-2에서의 양수시험시 지하수위에 영향을 줄 수 있다.
1 m³/d로 1,470분간 양수한 일정량양수시험으로 구성된다. 양수시험 중 일정양수량 유지를 위해서는 직경 50 mm, 토출경 26 mm의 오리피스(Orifice)를 지상의 토출구에 연결하여 제수변(Gate valve)으로 오리피스의 압력수두가 일정하게 유지되도록 조절하였다. 양수시험 중 양수정과 관측정의 지하수위 측정은 지하 수위 측정기(OTT, TYP 010)를 이용하여 직접 측정하였다.
0 m 떨어진 OBS-2에서의 수위강하를 관측하여 수리상수를 산출하였다. 양수시험중에는 수온과 현장수질을 측정하여 PW-2가 관통한 지역의 주 대수층을 확인하였다.
양수정인 PW-2가 관통한 지층의 종류와 투수성을 파악하기 위하여 시추시 암편을 회수하였고 자연감마선, 온도, 전기전도도 등의 공내 물리검층(Mount Sopris, 2iDA sonde)을 실시하였다. 시추 코아와 물리검층자료의 해석에 의하면 지표에서 심도 2.
양수중 배출되는 지하수의 수질은 양수정이 관통한 대수층의 수질에 대한 정보를 제시해 줄 수 있기 때문에(Gaona-Vizcayno, 1985) 양수시험시에는 지하수위뿐만 아니라 수온, DO, ORP 등의 현장수질 변화도 측정하였다. 전반적으로 보아 단계양수시험시 측정된 PW-2의 현장수질은 인근 IK-5의 현장수질(DO는 8.
27 m로 예상한 것이기 때문에 Table 4의 단계양수시험시의 예측 수위강하량을 실제 양수시험의 수위강하량과 비교, 확인할 필요가 있다. 이를 위해서 PW-2에서 한계채수량보다 적은 양수량 71.1 m³/d으로 1,470분간 장기양수시험을 실시하고 PW-2와 OBS-2의 수위 변화를 관측하였다(Table 6). Table 6에서 보는 바와 같이 71.
이에 기존 마을상수도인 IK-5보다 반암류(Kp)로부터 조금 더 멀리 떨어진 지점 즉, IK-5로부터 동쪽으로 50여 m 떨어진 지점에 심도 100 m, 직경 8''의 양수정 PW-2와 관측정 OBS-2를 굴착하였다(Fig. 1).
지하수의 라돈 함량이 높다고 알려진 상주시 임곡리에 굴착된 심도 100 m인 지하수공(PW-2)의 적정양수량을 지하 대수층의 확인, 양수량별 장기 수위강하량 예측, 불투수층 경계 확인과 한계채수량 결정, 장기 수위강하량 예측의 타당성 확인, 양수량별 수온, 수질 변화 관측 등을 종합하여 제시하였다.
한편 IK-5의 간헐적인 양수가 OBS-2의 지하수위에 미치는 영향을 파악하기 위하여 PW-2에서 일정량양수시험동안 (Q = 71.1 m³/d) IK-5에서의 양수시간을 관측하였다. 그 결과 IK-5에서 총 9회의 양수가 있었으며 총 양수시간은 401분이었다.

대상 데이터

IK-5 지하수의 라돈 함량이 높은 것으로 보고되었기 때문에 PW-2에서의 단계양수시험의 종료시점과 일정량양수시험(Q = 117 m³/d) 종료시점에(총 6회) 라돈분석용 시료를 채취하였다. 마찬가지로 IK-5에서도 같은 시기에 지하수 시료를 채취하여 한국지질자원연구원에서 분석되었다.
/d) 종료시점에(총 6회) 라돈분석용 시료를 채취하였다. 마찬가지로 IK-5에서도 같은 시기에 지하수 시료를 채취하여 한국지질자원연구원에서 분석되었다. 분석결과 IK-5의 라돈 함량은 244~314 Bq/L로 US EPA의 AMCL인 148 Bq/L를 넘었으나 PW-2의 라돈 함량은 109~147 Bq/L로 나타났다.
연구지역은 충북 보은군 마로면 임곡리 일대이며 경북 상주시 화남면 임곡리와 접해 있다. 연구지역은 경사가 급한 산악지형으로서 해발고도는 350 m 내외이다(Fig. 1). 따라서 하천의 발달은 미약하여 지표수의 흐름은 거의 없다.
연구지역은 광역상수도의 공급이 어려워서 주민들의 생활용수는 지하수에 의존하고 있다. 이 지역에는 지하수를 개발하기 위하여 여러 지하수공이 굴착되었으나 지하수 산출률이 낮아서 대부분이 실패하였고 현재 1개의 마을상수도만(IK-5) 개발되어 있는데 평안계 퇴적층과 석회암층 지역의 경계 부분에 위치해 있다(Fig.
연구지역은 충북 보은군 마로면 임곡리 일대이며 경북 상주시 화남면 임곡리와 접해 있다. 연구지역은 경사가 급한 산악지형으로서 해발고도는 350 m 내외이다(Fig.

성능/효과

1 m³/d) IK-5에서의 양수시간을 관측하였다. 그 결과 IK-5에서 총 9회의 양수가 있었으며 총 양수시간은 401분이었다. 수중펌프 가동시 양수률은 135 m³/d였고 일평균 양수량은 36.
83 × 10^-4이다. 단계양수시험시 양수량이 증가할수록 지하수의 수온은 낮아지고 DO와 ORP는 증가하며, 일정량양수시험시 불투수층 경계조건에 도달시 지하수의 DO와 ORP가 증가하는 것으로 보아 PW-2를 중심으로 한 하부대수층의 발달은 제한적일 것으로 추정된다.
마찬가지로 IK-5에서도 같은 시기에 지하수 시료를 채취하여 한국지질자원연구원에서 분석되었다. 분석결과 IK-5의 라돈 함량은 244~314 Bq/L로 US EPA의 AMCL인 148 Bq/L를 넘었으나 PW-2의 라돈 함량은 109~147 Bq/L로 나타났다.
7). 불투수층 경계조건에 도달하는 경과시간 150분부터 DO와 ORP가 증가하는 것으로 보아 한계채수량인 90 m³/d 이상의 양수시에는 하부대수층의 지하수 공급능력 부족으로 인하여 급격한 수위강하와 함께 주로 상부대수층의 지하수가 PW-2로 유입됨을 지시한다.
0, 33, 58, 71 m로 확인된다. 양수량과 비수위강하량의 관계에 의하면 40, 55, 70, 90, 132 m³/d의 양수량으로 1일, 70일 양수시 수위강하량은 각각 4.74, 8.33, 12.91, 20.56, 42.35 m와 6.48, 11.56, 18.07, 28.99, 60.26 m로 예상되었다. 117 m³/d으로 250분간 실시한 일정량양수시험에서는 양수 경과시간 120~150분에 수위강하량이 크게 일어나는 불투수층 경계조건이 발생하여 PW-2의 한계채수량은 90 m³/d로 산정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시추코아와, 물리검층 자료에 의한 지하수 산출 심도는?	상주시 임곡리에 굴착된 심도 100 m 지하수공(PW-2)의 적정양수량을 산정하였다. 시추코아와, 물리검층 자료에 의하면 지하수 산출 심도는 26.1~26.5, 28.0~30.0, 33, 58, 71 m로 해석된다. 단계양수시험에 의하면 40, 55, 70, 90, $132m^3/d$의 양수량으로 70일간 양수시 수위강하량은 각각 6.
	경사가 급한 산악지형인 연구지역의 특징으로 하천은 어떤 특징을 가지는가?	1). 따라서 하천의 발달은 미약하여 지표수의 흐름은 거의 없다. 연구지역 일대의 지질은 하부로부터 조선계 석회암층, 평안계 퇴적암층(만항층, 밤치층), 쥬라기 만드레층, 백악기 반암류로 이루어져 있다(KIER, 1991).
	어떤 지하수공의 적정양수량(적정채수량)은 어떤 것인가?	어떤 지하수공의 적정양수량(적정채수량)이란 과도한 지하수위의 강하 없이 지속적으로 양수할 수 있는 최대 양수량이란 개념으로 현재 국내에서 이용되고 있다. Hamm(1998)은 지하수의 적정채수량을 “지하수계의 동적인 평형 상태를 유지시키면서 장기적으로 사용할 수 있는 채수량”으로 정의하였으며 적정채수량은 지하수의 함양량을 넘지 않는 범위에서 결정되어야 한다고 하였다.

참고문헌 (17)

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Gaona-Vizcayno, S., Gordillo, T., and Farvolden, R. N., 1985, Quality of water in an aquifer and its manifestation in pumping wells, Journal of Hydrology, 78, 165-181.

상세보기
Hamm, S. Y., Lim, J. U., Bae, D. J., Chwae, U. C., 1998, A study on the determination of optimal yield from fissured aquifers, Journal of Korean Society of Groundwater Environment, 5(1), 21-29 (in Korean with English abstract).
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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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