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[국내논문] FDR 센서를 활용한 제체 누수특성의 실내 모형 실험 연구
Physical Model Experiment on the Seepage Characteristics through a Dam by using FDR Sensor 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.28 no.4, 2018년, pp.715 - 726  

김규범 (대전대학교 건설안전방재공학과) ,  임은상 (한국수자원공사 K-water융합연구원) ,  류호철 ((주)지앤테크) ,  황찬익 ((주)지앤테크) ,  김형종 ((주)지앤테크)

초록
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제체의 누수를 탐지하는 방법으로서 물리탐사, 온도 계측, 광섬유 등 다양한 방법이 개발되어 왔다. 본 연구에서는 FDR 센서의 유전율상수를 이용한 누수 탐지의 가능성을 파악하기 위하여 취약부와 미취약부로 구성된 물리모형을 제작하였으며 유전율상수, 온도 및 간극수압 센서를 설치하였다. 누수가 형성됨에 따라 유전율상수는 미취약부보다 취약부에서 빠르게 변화되었다. 또한, 취약부에서 간극수압, 온도 및 유전율 상수를 비교하면 유전율 상수의 반응이 가장 빠르고 하류 계측 지점에서도 쉽게 인지되는 특성을 보였다. 이와 같은 특성을 고려할 때, 제체 하류 구간에서 분포형으로 유전율을 측정한다면 누수 탐지에 빠르고 효율적으로 대처할 수 있을 것으로 파악되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Various methods, such as geophysical exploration, temperature measurement, and fiber optics, have been developed for detecting the seepage at a dam. In this study, in order to investigate the possibility of leakage detection using dielectric constant of FDR sensor, a physical model consisting of wea...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 간접적인 모니터링 방법을 통하여 침윤선의 변화 및 누수 특성을 인지하는 것이 요구된다. 본 연구에서는 지반내의 물의 유전율 특성을 이용하여 침투수의 이동 특성 및 정상 제체와 균열부의 누수 현상을 비교하기 위하여 실내 물리 모형을 실시하였으며, 이로 부터 현장 모니터링 기법의 적용성을 사전 진단하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 분포형 FDR 유전율 센서를 활용하여 댐 제체를 통한 누수 모니터링의 가능성을 평가하고자 실내 물리 모형실험을 수행하였다. 본 연구는 소규모 물리 모형실험으로서 갖고 있는 한계점으로서, 제체의 다짐 정도에 대한 실제 댐과의 차별성에 대해서는 구체적으로 비교하기 어려웠으나, 제체의 다짐을 달리하여 누수의 경로가 될 수 있는 취약부를 구성함으로써 취약부와 미취약부의 상대적인 유전율의 변화 상태를 비교 분석할 수 있었다.
  • 본 연구는 소규모 물리 모형실험으로서 갖고 있는 한계점으로서, 제체의 다짐 정도에 대한 실제 댐과의 차별성에 대해서는 구체적으로 비교하기 어려웠으나, 제체의 다짐을 달리하여 누수의 경로가 될 수 있는 취약부를 구성함으로써 취약부와 미취약부의 상대적인 유전율의 변화 상태를 비교 분석할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저수지의 누수 가능성 및 취약부를 평가하는 방법에는 어떤 것들이 있는가? 일반적으로 저수지의 누수 가능성 및 취약부를 평가하는 방법으로는 육안에 의한 현장조사, 전기비저항탐사와 같은 물리탐사 모니터링 기법, 온도 센서를 활용한 모니터링 등이 활용되고 있고, 최근에는 Willowstick사에서 개발한 누수에 의한 자기장 변화를 인지하는 방법 및 광섬유를 활용한 온도․토양수분 측정 방법 등이 개발된 바 있으며, 직접 현장 시추를 통하여 검증하는 과정 등을 거쳐 이루어진다(Sayde et al., 2010; Ikard et al.
저수지의 누수를 일으키는 주된 원인은? 저수지의 누수는 주로 댐 제체를 통하여 발생되는데, 이와 같은 제체를 통한 침투수 이동특성을 파악하는 것은 침윤선의 변화를 인지함으로써 가능하다. 제체내의 침윤선의 변화를 직접적으로 측정할 수 있는 방법은 제체내의 다수의 지하수 관측정에 의하여 가능하나 제체의 구조적인 안전성 등을 고려할 때 제체 완공 이후에 직접 관측 체계를 구축하는 것은 제약점이 존재한다.
침윤선의 변화를 확인할 때 간접적인 모니터링 방법이 요구되는 이유는? 저수지의 누수는 주로 댐 제체를 통하여 발생되는데, 이와 같은 제체를 통한 침투수 이동특성을 파악하는 것은 침윤선의 변화를 인지함으로써 가능하다. 제체내의 침윤선의 변화를 직접적으로 측정할 수 있는 방법은 제체내의 다수의 지하수 관측정에 의하여 가능하나 제체의 구조적인 안전성 등을 고려할 때 제체 완공 이후에 직접 관측 체계를 구축하는 것은 제약점이 존재한다. 따라서, 간접적인 모니터링 방법을 통하여 침윤선의 변화 및 누수 특성을 인지하는 것이 요구된다.
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참고문헌 (19)

  1. Beiping, J., Mitsuno, T., Akae, T., Nagahoria, K., 1996a, Determination of field soil water content by frequency domain reflectometry (FDR) technique, Transactions of The Japanese Society of Irrigation, Drainage and Rural Engineering, 182, 31-38. 

  2. Beiping, J., Mitsuno, T., Akae, T., Nagahoria, K., 1996b, Measurement of soil dielectric constant by frequency domain reflectometry and its application to soil moisture measurement of specified depth, Transactions of The Japanese Society of Irrigation, Drainage and Rural Engineering, 182, 25-30. 

  3. Gaskin, G.J., Millker, J.D., 1996, Measurement of soil water content using a simplified impedance measuring technique, Journal of Agricultural Engineering Research, 63(2), 153-159. 

  4. Gurbuz, A., Peker, I., Aydin K., Tugcu, O., Acan S., 2017, The application of distributed fiber sensors in determination of seepage in Derince Dam, International Journal of sensor Networks, 25(3), 176-183. 

  5. Ikard, S.J., Rittgers, J., Revil, A., Mooney, M.A., 2015, Geophysical investigation of seepage beneath an earthen dam, Ground Water, the National Ground Water Association, 53(2), 238-250. 

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  7. Kim, M.I., Chae, B.G., Jeong, G.C., 2009b, Correlation of unsaturated soil and dielectric property for monitoring of subsurface characteristics: development of unsaturated dielectric mixing models and its application, Environmental Geology, 57, 9-58. 

  8. Kim, M.I., Jeong, G.C., 2005, Evaluation of oil infiltration behavior in porous media using dielectric response, The Journal of Engineering Geology, 15(1), 29-39 (in Korean with English abstract). 

  9. Kim, M.I., Jeong, G.C., Chung, I.M., Kim, N.W., 2009a, Experimental assessment of the infiltration properties of a coarse soil medium in a dielectric infiltration test, Environmental Geology, 57, 591-600. 

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  11. Loperte, A., Soldovieri, F., Palombo, A., Santini, F., Lapenna, V., 2016, An integrated geophysical approach for water infiltration detection and characterization at Monte Cotugno rock-fill dam (southern Italy), Engineering Geology, 211, 162-170. 

  12. Miller, J.D., Gaskin, G.D., 1996, Theta Probe ML2x. Principle of Operation and Applications (2nd edition), Macaulay Land Use Research Institute (MLURI), Aberdeen, U.K. 

  13. Park, M., Im, E., Lee, S., Han, H., 2016, A study on the seepage behavior of embankment with weak zone using numerical analysis and model test, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, 17(7), 5-13 (in Korean with English abstract). 

  14. Sayde, C., Gregory, C., Gil-Rodriguez, M., Tufillaro, N., Tyler, S., Van de Giesen, N., English, M., Cuenca, R., Selker, J.S., 2010, Feasibility of soil moisture monitoring with heated fiber optics, Water Resources Research, 46(6), doi.org/10.1029/2009WR007846. 

  15. Sharma, L.K., Umrao, R.K., Singh, R., Ahmad, M., Singh, T.N., 2017, Stability investigation of hill cut soil slopes along National highway 222 at Malshej Ghat, Maharashtra, Journal of the Geological Society of India, 89(2), 165-174. 

  16. Su, H., Hu, J., Yang, M., 2015, Dam seepage monitoring based on distributed optical fiber temperature system, Institute of Electrical and Electronics Engineers Sensors Journal, 15(1), 9-13. 

  17. Topp, G.C., Davis, J.L., Annan, A.P., 1980, Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines, Water Resources Research, 16(3), 574-582. 

  18. Willowstick, 2016, Willowstick Technologies, White paper, p. 22. 

  19. Wu, L.Z., Huang, R.Q., Xu, Q., Zhang, L.M., Li, H.L., 2015, Analysis of physical testing of rainfall-induced soil slope failures, Environmental Earth Sciences, 73(12), 8519-8531. 

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