[논문]방사형 집수정의 취수량 추정식의 적용성 및 한계점 고찰

김규범; 이호정; 최명락

doi:10.9720/kseg.2018.3.443

방사형 집수정의 취수량 추정식의 적용성 및 한계점 고찰
Applicability and Limitations of Groundwater Yield Estimation Equations for Radial Collector Wells 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.28 no.3, 2018년, pp.443 - 453

김규범 (대전대학교 건설안전방재공학과) , 이호정 (대전대학교 건설안전방재공학과) , 최명락 (대전대학교 건설안전방재공학과)

초록
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하천변에서의 대용량 강변여과수 개발은 방사형 집수정을 통하여 주로 이루어지는데, 초기 취수량의 산정을 위한 다양한 경험식이 개발되어 왔다. 안성천에 설치된 방사형 집수정을 대상으로 경험식을 활용한 초기 취수량을 추정한 결과, Babac, Kordas 및 Petrovic 방법은 실제 취수량 $6,124m^3/d$과 유사하나 Milojevic 방법은 상대적으로 차이가 큰 것으로 나타났다. 이는 각 방법별 적용 조건의 차이에 기인한 것으로 보인다. 각 방법의 입력 인자인 하천에서 집수정까지의 거리, 수평정의 개수, 대수층의 두께, 수평정의 길이, 수리전도도 등의 변화에 따른 추정식의 적용성을 분석한 결과, 각 방법별로 일정 조건하에서의 추정식 사용이 요구되며, 특히 수리전도도는 취수량 결정에 매우 중요하므로 정확한 산정이 필요함을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Radial collector wells have been widely used for large-capacity groundwater development in riparian environments, and many empirical equations have been developed for initial estimates of groundwater yield. We compare the initial yield estimates produced by several empirical equations for the radial collector well at the Anseongcheon stream site. The results of Babac's, Kordas', and Petrovic's methods are similar to the actual yield of $6,124m^3/d$, but Milojevic's method predicts a higher yield than the observed value. The conditions under which these methods are applicable explain the observed differences between the actual and estimated yields. The applicability of empirical equations is evaluated by changing the input variables of distance from well to river, number of horizontal wells, thickness of aquifer, length of horizontal well, and hydraulic conductivity. The results indicate that the conditions under which each method is applicable must be considered carefully when estimating groundwater yield, and hydraulic conductivity must be estimated accurately.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

우리나라는 주로 방사형 집수정을 활용한 강변여과수 개발이 이루어지는데, 설계 단계에서 현장 조사 자료를 토대로 수치모델 또는 경험식을 활용하여 취수량을 추정하고 있다. 본 연구는 방사형 집수정 취수량 추정 경험식을 국내 현장에 적용하고 실제 취수량과의 비교 분석을 통하여 각 방법별 적용성 및 한계점을 검토하는 것을 목적으로 하였다.

제안 방법

연구지역 방사형 집수정을 대상으로 각 경험식에 의한 취수량 추정의 적정성을 비교해 보고자, 방사형 집수정의 조건과 수리특성에 변화를 주면서 취수량을 산정해 보았다.

대상 데이터

상기 경험식을 적용할 연구지역은 경기도 안성시 안성천 중류지역으로서 기반암은 선캠브리아기의 흑운모 편마암과 이를 관입한 쥬라기의 흑운모 화강암이 분포하고 있으며, 충적층의 두께가 6.0~9.9 m 정도로서 하부로부터 풍화토, 자갈질 모래, 실트질 모래, 점토질 실트로 구성되어 있다(Fig. 2; Kim et al., 2016). 연구지역 방사형 집수정의 우물통 시공을 위하여 우물통 침설 촉진식 시공방법(특허 제10-1347866호)을 사용하였으며, 우물통 내경은 6.

이론/모형

연구지역의 경우, 7개의 수평정 굴착 과정에서 채취된 2 m 간격의 토양시료 156개의 입도분석 자료를 토대로 KozenyCarman 방법 및 Slichter 방법에 의한 수리전도도를 산정하였다(Carrier, 2003; Kasenow, 2002). 이들의 산술평균은 약 108.

성능/효과

/d로서 Babac, Kordas 및 Petrovic 방법에 의한 결과가 비교적 유사하게 나타났으며, Milojevic 방법은 과다 산정되었다. Kordas의 방법은 하천 범위 내에서의 방사형 수평정을 개발할 경우의 취수량 추정 식으로서 본 지역과 같이 하천 제외지에서 개발된 경우에는 비교적 적용성이 있는 반면 제내지에 설치되는 경우에는 한계점이 있으며, Petrovic는 하천에 이격된 지역에서 개발할 경우에 적용되는 방법으로서 연구지역에 대해서는 상대적으로 정확성이 낮게 나타났으며, Milojevic 방법도 하천 제외지에 하천 수로 구간에 인접하여 설치된 현장 특성상 다소 과다 산정되었다.
강변여과수 시설에서의 장기 양수시 발생될 수 있는 취수량의 변화를 고려한다면 초기 취수량에 대한 정확한 추정을 통한 적정 사업비 평가가 사업성을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 위 분석에서 보듯이 방사형 집수정에 의한 지하수 산출량 추정은 하천변에서의 효과적인 용수 확보 수단이지만, 정확한 취수량을 추정하기 위해서는 방사형 집수정의 구조 및 대수 층의 복잡성에 대한 현장 특성자료의 정확한 추출이 필요해 보인다.
55 m/d 보다 작을 때 해당되므로 실제 현장의 수리전도도와 큰 차이를 갖게 된다. 아울러, 모든 방법에서 대수층의 두께가 수평정의 길이보다 약 1.5배를 초과하는 경우에는 방법별 취수량 산정 결과에 일관성이 낮고 방법별 차이가 매우 크므로 적용에 유의해야 한다. 각 경험식들은 방사상의 대칭적인 물의 유입 조건, 수평정의 길이 산정에 영향을 미치는 방향별 길이의 차이 등이 영향을 미칠 수 있으므로 시설 형태에 따른 취수량 추정량의 오차에 대한 이해가 필요해 보인다.

후속연구

강변여과수 시설에서의 장기 양수시 발생될 수 있는 취수량의 변화를 고려한다면 초기 취수량에 대한 정확한 추정을 통한 적정 사업비 평가가 사업성을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 위 분석에서 보듯이 방사형 집수정에 의한 지하수 산출량 추정은 하천변에서의 효과적인 용수 확보 수단이지만, 정확한 취수량을 추정하기 위해서는 방사형 집수정의 구조 및 대수 층의 복잡성에 대한 현장 특성자료의 정확한 추출이 필요해 보인다.
이를 위해서는 다수의 양수시험을 통하여 대표 수리전도도를 도출하여야 하나, 예산상의 문제로 인하여 시추조사시 입도 분석 자료를 활용해야 한다면 입자 유실을 최소화하고 입도의 공간적 분포 특성 등을 고려한 수리전도도 추정이 수행되어야 한다. 이를 위해서는, 시추 조사 자료로부터 수리전도도를 추정하기 위한 적정 방법을 개발하여야 하며, 이와 병행하여 다수의 양수시험 자료와 시추 자료에 의한 수리전도도를 비교 평가하는 추가 연구의 필요성이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대수층의 두께(Ta)와 수평정의 길이(L)의 관계를 보면 Babac의 방법은 어떤 현상을 보이는가?	대수층의 두께(Ta)와 수평정의 길이(L)의 관계를 보면, Babac의 방법은 대수층의 두께와 수평정의 길이의 비율이 약 1.5를 초과하게 되면 취수량이 급격히 증가하는 현상을 보이며, Milojevic 방법에서는 취수량이 오히려 감소하는 현상이 나타난다(Fig. 3e).
	우리나라의 강변여과수 개발은 어떤 문제점이 발생할 수 있는가?	, 1999; Hamm et al., 2002), 충적층 매질 특성 및 지하수의 수질 특성 등으로 인하여 운영 과정에 취수량이 감소할 가능성이 존재하고 있다. 또한, 대용량 개발로 인한 배후지의 수위 강하에 대한 우려도 발생할 수 있다.
	취수량 결정에 가장 중요한 요소인 수리전도도의 정확한 산정을 위해 무엇이 수행되어야 하는가?	한편, 수리전도도는 취수량 결정에 가장 중요한 요소이므로 정확한 산정을 필요로 한다. 이를 위해서는 다수의 양수시험을 통하여 대표 수리전도도를 도출하여야 하나, 예산상의 문제로 인하여 시추조사시 입도 분석 자료를 활용해야 한다면 입자 유실을 최소화하고 입도의 공간적 분포 특성 등을 고려한 수리전도도 추정이 수행되어야 한다. 이를 위해서는, 시추 조사 자료로부터 수리전도도를 추정하기 위한 적정 방법을 개발하여야 하며, 이와 병행하여 다수의 양수시험 자료와 시추 자료에 의한 수리전도도를 비교 평가하는 추가 연구의 필요성이 요구된다.

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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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