[논문]강변여과수 취수를 위한 충적우물에서 필터층이 수위강하특성, 투수성, 적정양수량 및 우물효율에 미치는 영향에 대한 현장실증 연구

송재용; 이상무; 강병천; 이근춘; 정교철

doi:10.9720/kseg.2019.4.509

[국내논문] 강변여과수 취수를 위한 충적우물에서 필터층이 수위강하특성, 투수성, 적정양수량 및 우물효율에 미치는 영향에 대한 현장실증 연구
A Field Verification Study on the Effect of Filter Layers on Groundwater Level Drop Characteristics, Permeability, Optimum Yield and Well Efficiency in the Unconfined Aquifer Well for Riverbank Filtration Intake 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.29 no.4, 2019년, pp.509 - 529

송재용 (산하토건 주식회사) , 이상무 (산하토건 주식회사) , 강병천 (주식회사 산하이앤씨) , 이근춘 (주식회사 산하이앤씨) , 정교철 (안동대학교 지구환경과학과)

초록
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본 연구는 강변여과수 취수를 위한 충적우물에서의 필터재의 역할과 이중필터 취수정의 적용성 및 개선효과를 평가할 목적으로 수행하였다. 토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터 조건을 달리 하여 실규모의 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성 시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하특성, 투수특성, 적정 양수량 및 우물 효율을 평가하였다. 결과적으로, 이중필터층을 형성시켜 주는 것은 대수층과 필터층의 경계부에서 지하수 유동의 완충작용을 하여 유입되는 지하수의 급격한 속도변화를 최소화하는 효과를 나타내는 것으로 추정된다. 이는 난류 발생을 최대한 억제하여 보다 넓은 범위의 지하수를 효과적으로 취수정 내부로 유입시키는 역할을 하고 이로 인하여 취수량이 단일필터 취수정에 비해 높음에도 불구하고 주변 지하수위의 변화를 줄일 수 있는 것으로 보인다. 또한, 이중필터의 설치만으로도 기존 시스템(단일필터 취수정) 대비 투수성, 적정 양수량, 우물 효율이 개선됨을 시험을 통해 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 앞서 수행한 다양한 연구와 종합하여 충적대수층에서의 이중필터 취수정 우물의 설계 및 시공에 대한 표준화된 기준을 마련하는데 활용할 계획이다. 또한, 강변여과수에 주로 적용되고 있는 단일 필터 취수정 및 방사상집수정과 대비하여 이중필터 취수정 적용 효과에 대한 객관적 입증 자료로의 활용이 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study performs to evaluate the role of filter material at alluvial well for intake of riverbank filtration and the applicability and improvement effect of dual filter well. To achieve this objective, dual filter intake well and single filter intake well were installed with different filter conditions at riverbank free surface aquifer in soil layer then we evaluated filter material condition, permeability, optimum yield and well efficiency according to yield in drawdown test. As a results, we assumed forming dual filter layer minimizes sudden speed changes at boundary between aquifer and filter layer by cushioning of groundwater flow. This suppresses warm current then intake groundwater efficiently, therefore it seems decreasing peripheral groundwater level changes in spite of higher intake water amount than single filter intake well. Furthermore, we confirmed by test, installing dual filter improves permeability, optimum yield and well efficiency. The result will be used by combining with former study to set up standard of design/construction of dual filter intake well at alluvial aquifer layer. Furthermore, we expect this result will be used to prove application effect of dual filter intake well compared to single filter one and radial collector well which are mainly applied on riverbank filtration.

주제어

표/그림 (27)

표 Table 1. Particle size distribution of alluvium
그림 Fig. 1. Grain-size distribution curve of well install locations.
표 Table 2. Device composition of well
그림 Fig. 2. Dual and single filter well cross section.
그림 Fig. 3. Photograph of installation process (SD1200).
표 Table 3. Condition of field test
그림 Fig. 4. Variation of yield and water drawdown level in step drawdown test.
표 Table 4. Test results of step drawdown test
그림 Fig. 5. Variation of yield and water drawdown level in pumping test.
그림 Fig. 6. Variation of ground water level (observation well, GL-m) by yield in step drawdown test.
그림 Fig. 7. Distribution of drawdown level in pumping well and observation well by test well.
표 Table 5. Application factor for each test well
표 Table 6. Hydraulic conductivity by step-drawdown test results
그림 Fig. 8. Change of k value according to yield (a) and average k by test well (b) in step-draw down test.
그림 Fig. 9. Average k value changes over time (A) and average k by test well (B) for dual and single filter well in pumping test.
표 Table 7. Hydraulic conductivity by pumping test results
그림 Fig. 10. Relationship of drawdown water level and yield in each test well.
표 Table 8. Optimum yeild for yield regression equation in each well (drawdown level = 200 cm)
표 Table 9. Specific drawdown for dual and single filter well
그림 Fig. 11. Relationship of specific drawdown and yield in each well.
그림 Fig. 12. Relational expression of specific drawdown and yield in each well.
표 Table 10. Optimum yield estimation used specific drawdown equation (drawdown level = 2.0 m)
그림 Fig. 13. Graph of inflection point estimation used linear equation.
표 Table 11. Optimum yield estimation used point of inflection in each well
그림 Fig. 14. Relationship of T and SPC ratio according to the well radius.
표 Table 12. T and SPC ratio and relational expression a ccording to the well radius (influence radius = 50 m)
표 Table 13. Estimation result of well efficiency in each well (pumping test time: 600 minutes after)

AI 본문요약
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문제 정의

본 목적을 달성하기 위하여 토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터 조건을 달리하여 실규모의 이중 필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성 시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하 특성, 투수특성, 적정양수량 및 우물효율을 평가하였다. 또한, 평가결과를 토대로 강변여과수 취수에서의 단일필터 취수정 대비 이중필터 취수정의 취수량 향상 정도를 객관적으로 도출함으로써 궁극적으로 강변여과수 취수에 대한 이중필터 취수정의 적용 가능성을 제시하고자 하였다.
본 연구는 충적우물에서의 필터재의 역할을 평가하고 일반적으로 설치되는 단일취수정과 개선된 시공방법인 이중필터 취수정에 대한 비교 분석을 통하여 이중필터 취수정의 강변여과수에서의 적용성 및 개선 효과를 평가할 목적으로 수행하였다. 본 목적을 달성하기 위하여 토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터 조건을 달리하여 실규모의 이중 필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성 시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하 특성, 투수특성, 적정양수량 및 우물효율을 평가하였다.

제안 방법

각 단계별 평균양수량와 양수정에에서의 수위강하량과의 관계를 분석하여 적정양수량을 평가하였다. 이중필터 취수정(SD1200)과 단일필터 취수정(SS300, SS1200)에 대한 지하수위 강하량과 양수량과의 관계는 아래에 도시한 바와 같다 (Fig.
각 토사지층의 물리적 특성을 파악하기 위하여 2공의 시추조사를 수행하였으며, 시추조사공은 대수성시험 과정에서 관측정으로 활용하였다. 지층구성은 매립층(실트질 모래), 퇴적층(실트질 모래, 모래질 자갈), 풍화대(풍화토, 풍화암) 및 연암 등으로 구성되며, 주요 대수층이 되는 모래, 자갈층의 층후는 이중필터 취수정(SD1200)과 단일필터 취수정(SS300) 설치위치(BH-1)에서는 14.
양수정을 이용하는 경우 영향반경을 산출해야 하며, 본 연구에서는 각 취수정의 영향반경을 50 m로 적용하여 분석하였다. 또한, 관측정의 지하수위는 시험 직전 측정하여 적용하였으며, 자유면대수층의 두께는 시추조사 성과를 반영하였다. 본 연구에서 반영된 대수층두께, 관측정의 거리, 지하수위, 영향반경, 우물(취수본관)의 반경은 다음과 같다 (Table 5).
본 연구는 충적우물에서의 필터재의 역할을 평가하고 일반적으로 설치되는 단일취수정과 개선된 시공방법인 이중필터 취수정에 대한 비교 분석을 통하여 이중필터 취수정의 강변여과수에서의 적용성 및 개선 효과를 평가할 목적으로 수행하였다. 본 목적을 달성하기 위하여 토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터 조건을 달리하여 실규모의 이중 필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성 시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하 특성, 투수특성, 적정양수량 및 우물효율을 평가하였다. 또한, 평가결과를 토대로 강변여과수 취수에서의 단일필터 취수정 대비 이중필터 취수정의 취수량 향상 정도를 객관적으로 도출함으로써 궁극적으로 강변여과수 취수에 대한 이중필터 취수정의 적용 가능성을 제시하고자 하였다.
, 2010). 본 연구에서는 각 취수정에 대하여 4 내지 5단계로 대수성시험을 수행하였으며, 각 단계별 소요시간은 1시간씩 수행하는 것을 원칙으로 하였다. 시험방법은 양수정 내에 수중모터펌프를 설치하여 각 단계별로 양수율을 일정하게 유지하면서 양수정에서의 양수시간에 따른 지하수위 변화를 측정하였다(Table 3).
본 연구는 충적우물에서의 필터재의 역할을 평가하고 일반적으로 설치되는 단일취수정과 개선된 시공방법인 이중필터 취수정에 대한 비교 분석을 통하여 이중필터 취수정의 강변여과수에서의 적용성 및 개선 효과를 평가할 목적으로 수행하였다. 본 연구에서는 토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터조건을 달리하여 실규모의 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하특성, 투수특성, 적정양수량 및 우물효율을 평가하였다.
설치된 이중필터 및 단일필터 취수정을 대상으로 단계대수성시험 및 연속대수성시험을 수행하였다. 단계대수성시험은 양수량에 따른 수위강하량을 평가하여 양수정의 효율이나 영향반경, 수리상수 등을 결정할 수 있으며(Dawson and Istok, 1991), 적어도 3단계 이상 진행되어야 한다(Choi et al.
시추조사 시 표준관입시험으로 채취된 토사시료에 대하여 한국공업규격(KS F)에 의거하여 11회의 실내시험을 실시하 였다(Table 1). 체분석결과 주 자유면대수층의 역할을 하는 풍화대 상부 지층은 실트질 모래 및 모래질 자갈로 구성되고 통일분류상 대부분 SM 및 GP로 분류되었다(Fig.
본 연구에서는 각 취수정에 대하여 4 내지 5단계로 대수성시험을 수행하였으며, 각 단계별 소요시간은 1시간씩 수행하는 것을 원칙으로 하였다. 시험방법은 양수정 내에 수중모터펌프를 설치하여 각 단계별로 양수율을 일정하게 유지하면서 양수정에서의 양수시간에 따른 지하수위 변화를 측정하였다(Table 3).
연속대수성시험은 단계대수성시험 완료 후 지하수위가 회복된 다음에 일정 양수율 조건에서 양수정 및 관측정에서의 양수시간에 따른 지하수위를 측정하였다. 양수시험 시 측정하는 사항은 양수정의 자연수위, 양수시작과 종료시간, 양수량, 양수 중의 일정 시간별 수위, 그리고 양수량의 변화시간을 측정하였다. 연속대수성시험의 시험시간은 12~14시간으로 설정하였다(Table 3).
: 양수정에서의 안정수위, H : 양수 개시 전 초기지하수위이다. 양수정을 이용하는 경우 영향반경을 산출해야 하며, 본 연구에서는 각 취수정의 영향반경을 50 m로 적용하여 분석하였다. 또한, 관측정의 지하수위는 시험 직전 측정하여 적용하였으며, 자유면대수층의 두께는 시추조사 성과를 반영하였다.
: 이론식을 이용해서 구한 비양수량이다. 연구 지역에서 수행한 이중필터 취수정 SD1200과 단일필터 취수정 SS300 및 SS1200의 연속 대수성시험 결과중 지하수위가 안정된 것으로 평가할 수 있는 10시간(600분) 이후구간을 대상으로 우물효율을 평가하였다. 평가결과, 이중필터 취수정인 SD1200에서 67.
연속대수성시험은 단계대수성시험 완료 후 지하수위가 회복된 다음에 일정 양수율 조건에서 양수정 및 관측정에서의 양수시간에 따른 지하수위를 측정하였다. 양수시험 시 측정하는 사항은 양수정의 자연수위, 양수시작과 종료시간, 양수량, 양수 중의 일정 시간별 수위, 그리고 양수량의 변화시간을 측정하였다.
연속대수성시험은 단계양수시험에서 변곡점을 이용한 적정양수량에 해당하는 양수량으로 시험을 수행하였으며, 이중 필터취수정인 SD1200에서 평균 841.39 L/min, 필터층 두께가 얇은 단일필터취수정 SS300에서 653.5 L/min, 이중필터 취수정과 필터재 두께가 동일한 단일필터취수정 SS1200에서 686.8 L/min로 양수를 수행하였다. 이때의 양수정에서의 수위강하량은 이중필터취수정 SD1200에서 193.
적정 양수량 분석을 위해 수위강하량, 비수위강하량, 변곡점을 활용하여 각각 적정 양수량을 분석하였다. 수위강하량을 토대로 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 122.

대상 데이터

0 m로 취수관에 포함되고 퇴적층인 모래질 자갈층에 설치되도록 하였다. 단일필터 취수정(SS300)의 필터재 충전 층후는 15.5 m로 하였으며, 두께는 총 10.0 cm로 필터재는 직경 2.0~5.0 mm의 여과사를 적용하였다. 스크린의 규격 및 설치내용은 이중필터 취수정과 동일하게 설계하였다(Fig.
이중필터 취수정(SD1200)의 필터재 충진 층후는 15.5 m로 하였으며, 두께는 총 80 cm로 내부 필터재는 직경 5~10 mm 의 여과사를 적용하였고, 외부 필터재는 직경 2~5 mm의 여과사를 적용하였다. 스크린의 슬롯폭은 2.
5 m로 설계하였다. 필터재 충전 층후는 13.5 m로 하였으며, 두께는 총 80 cm로 필터재는 직경 2.0~5.0 mm의 여과사를 적용하였다. 스크린의 규격 및 설치내용은 이중필터 취수정과 동일하게 설계하였다.

성능/효과

각 우물에서의 단계 대수성시험과 장기 대수성시험성과를 토대로 이중필터와 단일필터의 투수성을 비교하면, 일반적으로 설치되는 필터재 두께가 얇은 단일필터 취수정 대비 147.8~157.1%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 또한, 다량의 취수를 하는 경우에는 이중필터 취수정에서 더 높은 투수계수 차이가 발생됨을 확인하였으며, 이는 양호한 두께를 갖는 필터재의 설치로 인해 우물효율이 향상되기 때문으로 판단된다.
8a). 각 우물에서의 단계별 평균투수계수를 토대로 이중필터와 단일필터의 투수성을 비교하면, 동일 두께의 필터층에서 이중필터는 단일필터 대비 96.3%로 투수계수가 큰 차이가 없었으나 일반적으로 설치되는 필터재 두께가 얇은 단일필터 취수정 대비 147.8%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다(Fig. 8b). 이와 같은 분석은 취수량을 고려하지 않은 분석으로 취수량 600 L/min 이상이 유지되는 경우에는 이중필터 취수정에서 가장 양호한 투수특성을 나타내고 있어 다량의 취수를 하는 경우에는 이중필터 취수정에서 더 높은 투수계수 상승효과가 발생할 수 있다.
결과적으로, 이중필터층을 형성시켜 주는 것은 대수층과 필터층의 경계부에서 지하수 유동의 완충작용을 하여 유입되는 지하수의 급격한 속도변화를 최소화하는 효과를 나타내는 것으로 추정된다. 이는 난류 발생을 최대한 억제하여 보다넓은 범위의 지하수를 효과적으로 취수정 내부로 유입시키는 역할을 하고 이로 인하여 취수량이 단일필터 취수정에 비해높음에도 불구하고 주변 지하수위의 변화를 줄일 수 있는 것으로 보인다.
8% 우물효율이 증대됨을 알 수 있다. 결과적으로, 필터층 두께가 두꺼울수록 우물효율이 증대되는 것을 확인하였으며, 단일필터 대비 이중필터에서 우물효율의 증대효과가 더 큼을 확인할 수 있었다.
관계식을 근거로 하여 수위강하 심도가 200 cm인 경우로 가정하여 각각의 조건에 대하여 평가하면 이중필터 취수정인 SD1200의 적정 양수량은 911.7 L/min로 평가되었으며, 단일필터 취수정 중 SS300의 적정 양수량은 584.2 L/min, SS1200의 적정 양수량은 746.1 L/min로 평가되었다(Table 8). 이중필터 취수정인 SD1200와 동일 두께의 필터층을 갖는단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 165.
단계대수성시험 성과를 분석하면, 이중필터 취수정 SD1200에서 평균 투수계수는 0.154 cm/sec로 분석되었으며, 단일 필터 취수정에서는 SS300에서 0.104 cm/sec, SS1200에서 0.160 cm/sec의 평균 투수계수를 보였다(Table 6).
단계대수성시험에서 최종 단계의 이중필터취수정과 단일필터취수정의 수위강하 특성을 비교하면, 이중필터취수정에서 더 많은 용량의 지하수를 양수함에도 불구하고 단일필터취수정에 비해 수위강하량이 12.2 cm 더 적은 값을 보인다(Fig. 6). 이는 이중필터취수정이 단일필터취수정에 비해 취수정에서의 동수구배가 완만히 형성되어 인접한 주변으로의 지하 수위 강하효과를 저감시키기 때문으로 판단된다.
수위강하량 변화양상을 볼 때, 이중필터취수정 SD1200의 경우, 시간경과에 따라 지속적으로 저감되는 양상을 보이며, 관측정의 수위변화는 거의 발생하지 않고 일정하게 유지되는 양상을 보인다. 단일필터취수정(SS300, SS1200)의 경우에는 마찬가지로 시간 경과에 따라 지속적인 수위하강현상이 나타나고 있음을 확인하였으며, 관측정에서도 이중필터취수정 대비 더 많은 수위강하가 나타나고 있음을 확인하였다(Fig. 5).
두가지 방식을 모두 만족시키면서 SPT시료 채취 시 세립분의 유실율을 감안하여 종합적으로 검토한 결과, 실트질 모래 층의 외부 필터재는 0.8~2.0 mm의 여과사와 내부 필터재는 2.0~5.0 mm의 여과사가 가장 적당하며, 스트레나의 슬롯폭은 0.5 mm가 합당하고, 모래질 자갈층에서의 외부 필터재는 2.0~5.0 mm의 여과사와 내부 필터재는 5.0~10.0 mm 여과사, 그리고 스트레나의 슬롯 폭은 2.0 mm가 가장 적절한 것으로 평가하였다.
즉, 필터재 두께가 동일하더라도 이중필터 취수정의 투수성이 단일필터 취수정에 비해 보다 안정적인 양상을 나타냄을 지시한다. 두께가 얇은 단일필터 취수정의 투수계수는 가장 낮은 값을 보여 필터재의 두께 또한 투수특성에 영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있다(Fig. 8a). 각 우물에서의 단계별 평균투수계수를 토대로 이중필터와 단일필터의 투수성을 비교하면, 동일 두께의 필터층에서 이중필터는 단일필터 대비 96.
따라서, 필터설계기준(NAVFAC, 1986)에 따른 실트질 모래층에 적용할 필터 조건, 즉 (D15)필터 < 1.230 mm, 0.072 mm < (D15)필터 < 0.360 mm, (D50)필터 < 3.90 mm에 부합되는 필터재는 여과사 크기로 0.3~2.0 m로 파악되었으며 모래질 자갈층에 적용할 필터조건 (D15)필터 < 73.330 mm, 0.996 mm < (D15) 필터 < 4.980 mm, (D50)필터 < 348.925 mm에 부합되는 필터재는 0.8~2.0 m로 평가되었다.
또한, 강변여과수 설계기준에 의한 실트질 모래층의 필터 조건은 외부 필터 F60out = 1.092 mm, 내부 필터 F60in = 4.368 mm, 모래질 자갈층의 필터 조건은 외부 필터 F60out = 4.611 mm, 내부 필터 F60in = 18.444 mm로 내부 필터재는 5.0~10.0 m, 외부 필터재 2.0~5.0 mm 규격이 적당하며, 이때의 계산상 스크린 슬롯폭은 각각 0.546 mm, 2.058 mm로 적정 슬롯폭은 2.0 mm가 합당할 것으로 판단하였다.
1%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 또한, 다량의 취수를 하는 경우에는 이중필터 취수정에서 더 높은 투수계수 차이가 발생됨을 확인하였으며, 이는 양호한 두께를 갖는 필터재의 설치로 인해 우물효율이 향상되기 때문으로 판단된다.
3%의 우물효율이 증가되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 16.8% 우물효율이 증대됨을 알 수 있다. 결과적으로, 필터층 두께가 두꺼울수록 우물효율이 증대되는 것을 확인하였으며, 단일필터 대비 이중필터에서 우물효율의 증대효과가 더 큼을 확인할 수 있었다.
4%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 275.5 L/min 높은 적정 양수량을 보여 144.5%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다.
2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 281.9 L/min 높은적정 양수량을 보여 145.6%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다.
2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 327.4 L/min 높은 적정 양수량을 보여 156.0%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다.
이는 난류 발생을 최대한 억제하여 보다넓은 범위의 지하수를 효과적으로 취수정 내부로 유입시키는 역할을 하고 이로 인하여 취수량이 단일필터 취수정에 비해높음에도 불구하고 주변 지하수위의 변화를 줄일 수 있는 것으로 보인다. 또한, 이중필터의 설치만으로도 기존 시스템(단일필터 취수정) 대비 투수성, 적정 양수량, 우물 효율이 개선됨을 시험을 통해 확인할 수 있었다.
이는 우물구경이 SD1200과 SS1200은 400 mm이며, SS300은 200 mm로 차이가 있기 때문에 우물구경이 작은 SS300에서 양수 시 보다 급격한 수위강하가 나타나는 것으로 판단된다. 또한, 취수정에서 약 5 m 내외의 거리에 있는 관측정의 수위강하량을 확인한 결과 이중필터 취수정이 단일필터 취수정에 비해 적정양수량이 높음에도 불구하고 수위강하량이 19.6 cm로 단일필터 대비 54.7~58.3%로 상대적으로 낮게 관측되었다(Fig. 7). 이는 앞서 단계시험에서도 언급했듯이 이중필터층의 형성으로 인해 난류 발생을 최대한 억제함으로써 지하수 유입을 보다 원활히 하기 때문으로 판단된다.
5%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 변곡점을 이용한 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 129.2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었으며, 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 대비 145.6%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 적정 양수량 평가를 종합하면, 이중필터 취수정은 동일 두께(필터재 두께 40 cm)의 단일필터 취수정 대비 129.
변곡점을 이용한 평가결과 이중필터 취수정인 SD1200에서 900.1 L/min, 단일필터 취수정인 SS300에서 618.2 L/min, 단일필터 취수정 SS1200에서 696.7 L/min로 평가되었다(Table 11). 지층구성이 일치하는 이중필터 취수정인 SD1200과 동일 두께의 필터층을 갖는 단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 203.
비수위강하량과 양수량의 관계를 분석한 결과 단일필터 취수정인 SS300 및 SS1200은 이중필터 취수정인 SD1200 대비 동일유량에서 높은 비수위강하량을 보이고 있다. 이는 아래에 나타난 바와 같이 단일필터 취수정이 이중필터 취수정에 비해 우물에서의 수위강하가 많이 발생하고 이로 인하여 양수량이 저하되는 것으로 판단된다(Fig.
비수위강하량을 이용하여 지하수위면에서 2.0 m 수위하강 시의 적정 양수량을 산정한 결과 이중필터 취수정인 SD1200의 적정 양수량은 589.9 L/min로 평가되었으며, 단일필터 취수정의 적정 양수량은 SS300에서 618.5 L/min, SS1200에서 761.2 L/min로 분석되었다(Table 10). 이중필터 취수정(SD1200)과 단일필터 취수정(SS300, SS1200)에 대한 양수량과 비수위강하량과의 관계는 아래에 도시한 바와 같다(Fig.
0%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 비수위강하량을 토대로 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 117.4%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었으며, 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 대비 144.5%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 변곡점을 이용한 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 129.
비양수량과 투수량계수를 활용하여 우물효율을 평가한 결과, 이중필터 취수정은 동일 두께의 단일필터 취수정 대비 약 9.3%의 우물효율이 증가되는 것으로 평가되었으며, 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 대비 약 16.8% 우물효율이 증대됨을 알 수 있다. 즉, 필터층 두께가 두꺼울수록 우물 효율이 증대되는 것을 확인하였으며, 단일필터 대비 이중필터에서 우물 효율의 증대 효과가 더 큼을 확인할 수 있었다.
적정 양수량 분석을 위해 수위강하량, 비수위강하량, 변곡점을 활용하여 각각 적정 양수량을 분석하였다. 수위강하량을 토대로 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 122.2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었으며, 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 대비 156.0%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 비수위강하량을 토대로 적정 양수량을 평가한 결과, 동일 두께의 필터층에서 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 117.
연속대수성시험 전제 수행기간 동안의 평균 투수계수를 분석한 결과, 이중필터 취수정인 SD1200에서 0.141 cm/sec로 단계시험에서 평가된 투수계수인 0.154 cm/sec보다 유사하지만 약간 낮은 값을 보였다. 필터재 두께가 작은 단일필터 취수정인 SS300의 투수계수는 0.
연속대수성시험에서 시간경과에 따른 투수성의 변화양상을 분석한 결과 모든 우물에서 200분 이후에는 투수계수 변화가 미미하여 일정한 투수특성을 유지하는 것으로 파악되었다. 투수계수 값을 보면, 필터재 두께가 얇은 SS300(PW3)에서 가장 낮은 투수특성을 나타낸다(Fig.
연속대수성시험을 통해 적정양수량으로 양수했을 경우 필터재 두께가 같은 SD1200과 SS1200의 취수정 내 수위강하량은 각각 193.5 cm와 181.6 cm로 큰 차이를 보이지 않았으나 필터재 두께가 작은 SS300에서는 278.3 cm로 상대적으로 큰 수위강하가 발생함을 확인하였다. 이는 우물구경이 SD1200과 SS1200은 400 mm이며, SS300은 200 mm로 차이가 있기 때문에 우물구경이 작은 SS300에서 양수 시 보다 급격한 수위강하가 나타나는 것으로 판단된다.
즉, 이중필터층을 형성시켜 주는 것은 대수층과 필터층의 경계부에서 지하수유동의 완충작용을 하여 유입되는 지하수의 급격한 속도변화를 최소화하는 효과를 나타내는 것으로 추정된다. 이는 결과적으로 난류 발생을 최대한 억제하여 보다 넓은 범위의 지하수를 효과적으로 취수정 내부로 유입시키는 역할을 하고, 이로 인하여 취수량이 단일필터취수정에 비해 높음에도 불구하고 주변 지하수위의 변화를 줄일 수 있는 것으로 보인다.
9b). 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 비교하면 이중필터 취수정은 동일 두께의 단일필터 취수정(SS1200) 대비 108.5%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 평가되었으며, 일반적 으로 설치되는 단일필터 취수정(SS300) 대비 157.1%의 투수계수 상승효과가 발생하는 것으로 분석되었다.
이중필터 취수정인 SD1200과 동일두께의 필터층을 갖는 단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 9.3%의 우물효율이 증가되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 16.
1 L/min로 평가되었다(Table 8). 이중필터 취수정인 SD1200와 동일 두께의 필터층을 갖는단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 165.6 L/min 높은 적정 양수량을 보여 122.2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 327.
6%의 양수량이 증대되는 것으로 분석되었다. 적정 양수량 평가를 종합하면, 이중필터 취수정은 동일 두께(필터재 두께 40 cm)의 단일필터 취수정 대비 129.9%, 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정(필터재 두께 5 cm) 대비 148.7% 의 양수량을 증대시킬 수 있는 것으로 평가되었다.
8% 우물효율이 증대됨을 알 수 있다. 즉, 필터층 두께가 두꺼울수록 우물 효율이 증대되는 것을 확인하였으며, 단일필터 대비 이중필터에서 우물 효율의 증대 효과가 더 큼을 확인할 수 있었다.
12). 지층구성이 일치하는 이중필터 취수정인 SD1200과 동일 두께의 필터층을 갖는 단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 132.7 L/min 높은 적정양수량을 보여 117.4%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 275.
7 L/min로 평가되었다(Table 11). 지층구성이 일치하는 이중필터 취수정인 SD1200과 동일 두께의 필터층을 갖는 단일필터 취수정 SS1200을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 203.4 L/min 높은 적정 양수량을 보여 129.2%의 양수량이 증대되는 것으로 평가되었다. 또한, 이중필터 취수정인 SD1200과 일반적으로 설치되는 단일필터 취수정 SS300을 비교하면, 이중필터 취수정이 단일필터 취수정 대비 약 281.
시추조사 시 표준관입시험으로 채취된 토사시료에 대하여 한국공업규격(KS F)에 의거하여 11회의 실내시험을 실시하 였다(Table 1). 체분석결과 주 자유면대수층의 역할을 하는 풍화대 상부 지층은 실트질 모래 및 모래질 자갈로 구성되고 통일분류상 대부분 SM 및 GP로 분류되었다(Fig. 1). 육안관찰 시에도 전반적으로 입도분포는 불량하나 세립질의 함량이 적어 양호한 대수층을 형성할 것으로 평가되었다.
연구 지역에서 수행한 이중필터 취수정 SD1200과 단일필터 취수정 SS300 및 SS1200의 연속 대수성시험 결과중 지하수위가 안정된 것으로 평가할 수 있는 10시간(600분) 이후구간을 대상으로 우물효율을 평가하였다. 평가결과, 이중필터 취수정인 SD1200에서 67.9%, 단일필터 취수정인 SS300 및 SS1200에서 각각 51.1%, 58.6%의 우물효율을 보였다(Table 13).
154 cm/sec보다 유사하지만 약간 낮은 값을 보였다. 필터재 두께가 작은 단일필터 취수정인 SS300의 투수계수는 0.090 cm/sec, 이중필터 취수정과 필터재 두께가 동일한 단일필터 취수정인 SS1200의 투수계수는 0.130 cm/sec로 평가되었다(Table 7, Fig. 9b). 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 비교하면 이중필터 취수정은 동일 두께의 단일필터 취수정(SS1200) 대비 108.
9a). 필터층 두께가 동일한 이중필터 취수정(SD1200)와 단일필터 취수정(SS1200) 에서의 투수계수는 매우 유사한 특성을 보이고 있고 두께가 얇은 우물인 SS300에 비해 높은 값을 나타내는데, 이와 같은 결과는 동일 지반에서의 투수특성이 필터재 두께가 증가할수록 양호해질 수 있음을 의미한다. 이는 양호한 두께를 갖는필터재의 설치로 인해 우물효율이 향상되기 때문으로 판단된다.
8a). 필터층의 두께가 동일한 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 비교하면, 취수량이 600 L/min 내외의 구간에서는 유사한 투수성을 나타내고 있으나 양수량이 증가할수록 단일필터 취수정의 투수계수가 이중필터 취수정에 비해 급격히 하강하는 양상을 보인다. 이는 양수량이 증가할수록 단일필터 취수정에서 보다 많은 수위강하가 발생되기 때문이다.
일반적으로 피압대수층은 저류계 수가 작기 때문에 영향반경이 상당히 크지만, 연구지역은 자유면대수층을 대상으로 하기 때문에 영향반경이 작다. 현장에서 측정한 결과 시험과정에서 양수정에서 50 m 이상에서는 양수의 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 따라서, 영향반 경을 50 m로 했을 경우, 우물 구경에 따른 투수량계수와 SPC 비와 투수량계수 및 SPC의 관계식은 Table 12와 같으며, 우물반경 변화에 따른 T/SPC의 변화는 Fig.

후속연구

본 연구의 결과는 Song et al.(2016, 2017, 2018, 2019)이 앞서 수행한 다양한 실내시험 및 현장실증시험 연구와 종합하여 충적대수층에서의 이중필터 취수정 우물의 설계 및 시공에 대한 표준화된 기준을 마련하는데 활용할 수 있다. 또한, 강변여과수에 주로 적용되고 있는 단일필터 취수정 및 방사상집수정과 대비하여 이중필터 취수정 적용 효과에 대한 객관적 입증 자료로의 활용이 기대된다.
(2016, 2017, 2018, 2019)이 앞서 수행한 다양한 실내시험 및 현장실증시험 연구와 종합하여 충적대수층에서의 이중필터 취수정 우물의 설계 및 시공에 대한 표준화된 기준을 마련하는데 활용할 수 있다. 또한, 강변여과수에 주로 적용되고 있는 단일필터 취수정 및 방사상집수정과 대비하여 이중필터 취수정 적용 효과에 대한 객관적 입증 자료로의 활용이 기대된다.
본 연구의 결과는 앞서 수행한 다양한 연구와 종합하여 충적대수층에서의 이중필터 취수정 우물의 설계 및 시공에 대한 표준화된 기준을 마련하는데 활용할 계획이다. 또한, 강변여과수에 주로 적용되고 있는 단일필터 취수정 및 방사상집수정과 대비하여 이중필터 취수정 적용 효과에 대한 객관적 입증 자료로의 활용이 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강변여과수는 무엇인가?	강변여과수는 지표수에 크게 의존하는 우리나라 상수원 다변화 방안의 일환으로 개발이 장려되고 있는 대표적인 간접취수 방식이다(Kwater, 2016). 국내에서는 2000년 이후 하천변에서의 안정적이고 개선된 수질의 수자원을 활용하기 위하여 강변여과수 개발을 지속적으로 수행해 오고 있으며, 상수원 사용 이외에도 농업용수 및 강변여과 방식을 도입한 해수취수, 레저시설에 사용 가능한 생활용수 개발 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
	강변여과수의 취수 수행 절차는 무엇인가?	강변여과수는 하천수가 충적대수층을 통해 여과된 후 이를 이용하는 것으로 일반적으로 방사상집수정 또는 수직정을 하천변에 설치하여 취수를 수행한다. 강변여과수 취수를 위한 우물의 취수량, 취수효율 및 장기적인 안정성 등은 정호설치 지점의 지하수위 분포상태, 토층 구성상태에 따른 수리지질조건, 스크린의 성능, 필터층의 유무 및 조건 등에 의해 좌우된다(Song et al.
	필터재 조건에 따른 수위강하특성, 투수특성, 적정 양수량 및 우물 효율을 평가한 결과는 무엇인가?	토층으로 이루어진 하천변의 자유면대수층에서 필터 조건을 달리 하여 실규모의 이중필터 취수정과 단일필터 취수정을 각각 설치하고 설치된 우물에서 대수성 시험을 실시하여 필터재 조건에 따른 수위강하특성, 투수특성, 적정 양수량 및 우물 효율을 평가하였다. 결과적으로, 이중필터층을 형성시켜 주는 것은 대수층과 필터층의 경계부에서 지하수 유동의 완충작용을 하여 유입되는 지하수의 급격한 속도변화를 최소화하는 효과를 나타내는 것으로 추정된다. 이는 난류 발생을 최대한 억제하여 보다 넓은 범위의 지하수를 효과적으로 취수정 내부로 유입시키는 역할을 하고 이로 인하여 취수량이 단일필터 취수정에 비해 높음에도 불구하고 주변 지하수위의 변화를 줄일 수 있는 것으로 보인다.

저자의 다른 논문 :

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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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