[논문]3차원 구조를 고려한 전기비저항 탐사자료 해석을 통한 국내 저수지 제체 안전성 분석

송성호; 용환호; 이규상; 조인기

doi:10.7582/gge.2019.22.3.160

3차원 구조를 고려한 전기비저항 탐사자료 해석을 통한 국내 저수지 제체 안전성 분석
Safety Analysis of Reservoir Dikes in South Korea through the Interpretation of the Electrical Resistivity Data Considering Three-dimensional Structure 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.22 no.3, 2019년, pp.160 - 167

송성호 (한국농어촌공사 농어촌연구원) , 용환호 (한국농어촌공사 농어촌연구원) , 이규상 (한국농어촌공사 농어촌연구원) , 조인기 (강원대학교 지질.지구물리학부)

초록
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저수지 제체는 3차원 전기비저항 구조로 구성되어 있기 때문에, 전기비저항 격자구조에 담수호의 수위변화에 따른 제체 내부의 침윤선 변동과 함께 담수호의 전기전도도가 고려되지 않는 경우 전기비저항 역산 결과가 왜곡될 수 있다. 이 연구에서는 3차원 전기비저항 탐사 모델링을 통하여, 저수지의 3차원 비저항 구조와 저수지 수위의 변화에 따른 제체 내부의 비저항 변화를 해석하였다. 이 분석 결과에 근거하여 국내 283개소 저수지를 대상으로 3차원 모델링에 의한 2차원 이론자료와 현장 2차원 탐사자료에 대한 역산 결과를 비교하였다. 마지막으로 두 역산의 비가 50% 이상이 되는 저수지를 추가 정밀조사 대상 저수지로 선정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Resistivity inversion result may be distorted if the seepage line fluctuation within central core with the change of reservoir water level as well as the conductivity of the reservoir water is not taken into consideration because the reservoir dike is composed of three-dimensional (3D) resistivity structure. Consequently, to accurately analyze the resistivity changes inside the reservoir dike according to the change of reservoir water level, 3D electrical resistivity modeling for the 2D survey line considering topography and physical properties of dam components was carried out. In addition, 2D inversion was performed with the simulated 2D resistivity data for a given 3D model in order to compare it with the inversion result of real field data. For 283 reservoirs in Korea, 2D inversion results for the simulated 2D data and field 2D resistivity data were compared. Finally, the reservoirs with an inversion ratio of 50% or less were selected as reservoirs that require further precise investigation.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Simplified three-dimensional structure of reservoir dike with central core showing seepage line under variation of reservoir water level.
그림 Fig. 2. Simplified two-dimensional section of the change of seepage depth according to the decline of reservoir water level.
그림 Fig. 3. Conceptual model of reservoir dike with various resistivity distributions.
그림 Fig. 4. Inverted resistivity with depth according to reservoir water level change in dike (a) with core and (b) without core.
그림 Fig. 5. Two-dimensional resistivity section with reservoir water level change considering three-dimensional structure of dike of 9 m height with central core: (a) 8 m, (b) 6 m, (c) 4 m, and (d) 2 m.
그림 Fig. 6. Example of three-dimensional resistivity mesh structure at reservoir dike A (a) and B (b).
그림 Fig. 7. Two-dimensional inverted resistivity section for conceptual model (a) and field data (b), and resistivity ratio (b/a) (c) for reservoir dike A.
그림 Fig. 8. Two-dimensional inverted resistivity section for conceptual model (a) and field data (b), and resistivity ratio (b/a) (c) for reservoir dike B.
표 Table 1. Statistics of reservoirs for 9 provinces with inverted resistivity ratio less than 50% (IR 50) between survey result and conceptual model result considering 3D geometry. Here, the 5 interval ratios of IR 50 from 10% to 50%.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 농업용 저수지를 대상으로 누수 탐지를 목적으로 수행된 전기비저항 탐사 자료를 분석하였다. 분석 방법은 Cho et al.

가설 설정

5와 2로 설정한 개념모델이다. 또한 제체 상부의 비저항 300 ohm-m, 저수지 물의 비저항 50 ohm-m,기초지반 1,000 ohm-m, 상류사면의 수위상부 및 하부 비저항 각각 190 ohm-m와 60 ohm-m, 중심점토의 수위상부 및 하부 비저항 각각 200 ohm-m와 40 ohm-m, 하류사면의 수위상부 및 하부 비저항 각각 210 ohm-m와 150 ohm-m을 가정한 저수지의 3차원 개념모델이다.
앞서 축조 후 시간경과에 따라 상대적으로 노후화 진행이 각기 다른 두 곳의 사례지역을 대상으로 적용한 분석 기준을 기초로, 현장조사는 가능한 한 각 저수지별로 저수위가 만수위 기준으로 75% 이상인 시점에서 수행하였다. 본 연구에서는 수치모델링과 현장 조사 결과의 역산에 의한 비저항 비가 1보다 작아지는 구간을 중심점토 이탈에 의한 주변 사면매질의 치환과 이에 따른 누수에 의한 비저항 감소 구간으로 가정하였으며, 1 보다 작아지는 구간 중 50% 이상 감소구간이 나타나는 저수지를 추가 정밀조사가 필요한 지구로 설정하였다.
전기비저항 탐사법은 저수지 누수구간 탐지에 효과적이고 실질적 방법으로, 일반적인 저수지 제체에 대한 전기비저항 탐사는 저수지를 2차원 구조로 가정하고 수행한다. 지금까지 저수지 제체의 안전진단을 위한 전기비저항 탐사의 자료처리는 제체의 물성이 수평적으로 일정한 특성을 고려하여 겉보기비저항 가단면도에서 겉보기비저항의 수평적인 변화에서 많이 벗어나는 값을 제거한 후, DIPRO 4.

제안 방법

본 연구에서는 농업용 저수지를 대상으로 누수 탐지를 목적으로 수행된 전기비저항 탐사 자료를 분석하였다. 분석 방법은 Cho et al. (2010)이 제시한 3차원 전기비저항 탐사 프로그램을 이용하여, 저수지의 3차원 구조 및 저수지 수위의 변화에 따른 제체 내부 비저항 변화를 고려하여 저수지별로 3차원 전기비저항 구조를 이용한 2차원 전기비저항 역산 결과와 현장 탐사 자료를 이용한 역산 결과의 비율이 50% 이상 감소된 구간을 선정하였다.
앞서 축조 후 시간경과에 따라 상대적으로 노후화 진행이 각기 다른 두 곳의 사례지역을 대상으로 적용한 분석 기준을 기초로, 현장조사는 가능한 한 각 저수지별로 저수위가 만수위 기준으로 75% 이상인 시점에서 수행하였다. 본 연구에서는 수치모델링과 현장 조사 결과의 역산에 의한 비저항 비가 1보다 작아지는 구간을 중심점토 이탈에 의한 주변 사면매질의 치환과 이에 따른 누수에 의한 비저항 감소 구간으로 가정하였으며, 1 보다 작아지는 구간 중 50% 이상 감소구간이 나타나는 저수지를 추가 정밀조사가 필요한 지구로 설정하였다.
(2010)이 제시한 3차원 전기비저항 탐사 모델링 프로그램을 이용하여, 일차적으로 저수지의 3차원 구조와 저수지 수위의 변화에 따른 제체 내부의 비저항 변화를 해석하였다. 이 결과를 기초로 전국 283개소 저수지를 대상으로 각 저수지별 3차원 전기비저항 격자구조(meshstructure)를 이용한 모델링을 통해 계산된 2차원 측선자료의 2차원 전기비저항 역산 결과와 현장탐사 자료를 이용한 2차원 전기비저항 탐사 역산 결과의 비를 계산한 후, 지역별로 비저항 변화율이 50% 이상 감소된 구간이 발생한 곳을 추가 정밀 조사가 필요한 저수지로 선정하였다.
이 연구에서는 Cho et al. (2010)이 제시한 3차원 전기비저항 탐사 모델링 프로그램을 이용하여, 일차적으로 저수지의 3차원 구조와 저수지 수위의 변화에 따른 제체 내부의 비저항 변화를 해석하였다. 이 결과를 기초로 전국 283개소 저수지를 대상으로 각 저수지별 3차원 전기비저항 격자구조(meshstructure)를 이용한 모델링을 통해 계산된 2차원 측선자료의 2차원 전기비저항 역산 결과와 현장탐사 자료를 이용한 2차원 전기비저항 탐사 역산 결과의 비를 계산한 후, 지역별로 비저항 변화율이 50% 이상 감소된 구간이 발생한 곳을 추가 정밀 조사가 필요한 저수지로 선정하였다.
해석 방법은 저수지 제원을 반영한 3차원 전기비저항 모델을 구성하여 적절한 격자구조를 결정한 후 현장탐사 위치에 대응되는 2차원 측선의 모델링 자료를 계산하여 2차원 전기비저항 역산을 수행한 결과와 현장 전기비저항 탐사 결과를 비교하여 제체 내부 취약부분 및 취약 정도를 탐지하는 접근 방식을 이용하였다. 해석 과정은 제체 비저항 분포와 저수지 수위 및 담수의 비저항을 고려한 2차원 비저항 단면(A)과 현장 탐사 결과의 2차원 비저항 단면(B)을 작성한 후, 2차원 단면의 각 격자별로 비저항 비율(C = B/A)을 계산하였다.
해석 방법은 저수지 제원을 반영한 3차원 전기비저항 모델을 구성하여 적절한 격자구조를 결정한 후 현장탐사 위치에 대응되는 2차원 측선의 모델링 자료를 계산하여 2차원 전기비저항 역산을 수행한 결과와 현장 전기비저항 탐사 결과를 비교하여 제체 내부 취약부분 및 취약 정도를 탐지하는 접근 방식을 이용하였다. 해석 과정은 제체 비저항 분포와 저수지 수위 및 담수의 비저항을 고려한 2차원 비저항 단면(A)과 현장 탐사 결과의 2차원 비저항 단면(B)을 작성한 후, 2차원 단면의 각 격자별로 비저항 비율(C = B/A)을 계산하였다.

이론/모형

5 m인 3차원 구조에 대해 입력된 비저항 분포는 앞서 A 저수지와 동일하지만, 저수지 물의 비저항은 상대적으로 낮은 69 ohm-m이다. 두 저수지 제체에 대한 전기비저항 탐사는 전극간격 5 m, 각각의 측점수는 37개와 26개, 전극 전개수 8로 쌍극자-쌍극자 배열법을 이용하였다.

성능/효과

Fig. 8(a)는 1978년에 완공되어 상대적으로 노후화된 B 저수지를 대상으로 개념모델을 이용하여 역산이 수행된 결과로, 저수위 하부 심도에서의 비저항은 80 ~ 170 ohm-m 범위로 수위 하부 중심점토의 비저항인 50 ohm-m 보다 약간 높게 나타났는데, 이는 저수지 물의 비저항이 69 ohm-m로 중심점토에 비해 약 1.4배 높은 영향을 받아 생긴 것으로 판단된다. 동일구간에 대해 Fig.
Fig.7(a)에서 제시된 역산 결과 저수지 수위 하부 심도에서의 비저항은 110 ~ 170 ohm-m 범위로 수위 하부 중심점토의 비저항인 50 ohm-m 보다 높게 나타났는데, 이는 저수지 물의 비저항이 120 ohm-m로 중심점토에 비해 약 2.4배 높은 영향을 받아 생긴 것으로 판단된다. 동일 구간에 대해 Fig.
4(a)에서 제시된 결과와 일치된다. 따라서 개념모델의 경우로부터 만수위가 8 m인 경우 저수지 수위가 6 m 이하에서 효과적인 역산 결과를 얻기 어려운 것으로 나타남에 따라, 저수지 제체를 대상으로 전기비저항 탐사를 수행하는 경우 만수위 대비 75% 이상의 저수지 수위가 확보되는 것이 필요할 것으로 판단된다.
반면 비저항 감소율이 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 30% 이상 나타나는 저수지는 85개소(30%)로, 전남 32개소, 경남 18개소, 충남 15개소 순으로 나타났으며, 40% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 68개소(24%)로, 전남 23개소, 경남 15개소, 충남 15개소 순으로 나타났다. 또한 비저항 감소율이 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 50% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 50개소(18%)로, 전남 19개소, 충남12개소, 경남 11개소 순으로 분석되었다. 비저항 감소율 50%이상 구간이 30% 이상의 분석 결과 중 충남은 전체 대상저수지가 37개소(9.
전체 283개소 저수지를 분석한 결과 비저항 감소율이 50%이상은 198개소(70%)로 전남 58개소, 경남 50개소, 경북 32개소 순으로 나타났으며 이 중 1960년대 이전 축조 저수지는107개소(54%)로 분석된다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 10% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 154개소(54%)로, 전남 47개소, 경남 34개소, 경북 30개소 순으로 나타났다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 20% 이상 나타나는 저수지는 118개소(42%)로, 전남 35개소, 경남 30개소, 경북 21개소 순으로 분석되었다.
비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 10% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 154개소(54%)로, 전남 47개소, 경남 34개소, 경북 30개소 순으로 나타났다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 20% 이상 나타나는 저수지는 118개소(42%)로, 전남 35개소, 경남 30개소, 경북 21개소 순으로 분석되었다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 30% 이상인 경우는 85개소(30%)로, 전남 32개소, 경남 18개소, 충남 15개소 순으로 나타났다.
비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 30% 이상인 경우는 85개소(30%)로, 전남 32개소, 경남 18개소, 충남 15개소 순으로 나타났다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 40% 이상안 경우는 68개소(24%)로, 전남 23개소, 경남 15개소, 충남 15개소 순으로 분석되었다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 50% 이상인 경우는 50개소(18%)로, 전남 19개소, 충남 12개소, 경남 11개소 순으로 나타났다.
전체 283개소 저수지를 분석한 결과 비저항 감소율이 50%이상은 198개소(70%)로 전남 58개소, 경남 50개소, 경북 32개소 순으로 나타났으며 이 중 1960년대 이전 축조 저수지는107개소(54%)로 분석된다. 비저항 감소율 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 10% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 154개소(54%)로, 전남 47개소, 경남 34개소, 경북 30개소 순으로 나타났다.
전체 저수지 283개소 중 비저항 감소율이 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 10% 이상 나타나는 저수지는 154개소(54%)로, 전남 47개소, 경남 34개소, 경북 30개소 순으로 나타났으며, 제체 길이 대비 20% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 118개소(42%)로, 전남 35개소, 경남 30개소, 경북 21개소 순으로 분석되었다. 이러한 도별 분포결과는 전체 대상 저수지 중 전남(89개소), 경남(65개소), 경북(43개소)의 분포 비율이, 각각 31.
전체 총 283개소의 농업용 저수지를 분석한 결과 비저항 감소율이 50% 이상 나타나는 저수지는 198개소(70%)로, 이 중1960년대 이전 축조된 저수지는 107개소(54%)로 분석되었다(Table 1, 2).

후속연구

또한 비저항 감소율이 50% 이상 구간이 제체 길이 대비 50% 이상 나타나는 저수지는 전체 283개소 중 50개소(18%)로, 전남 19개소, 충남12개소, 경남 11개소 순으로 분석되었다. 비저항 감소율 50%이상 구간이 30% 이상의 분석 결과 중 충남은 전체 대상저수지가 37개소(9.5%)로 상대적으로 적은 반면 대상 저수지가 12~ 15개소로 상대적으로 높게 분석됨에 따라, 이들 저수지들에 대한 추가적인 정밀조사가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저수지 제체의 특징은?	저수지 제체는 3차원 전기비저항 구조로 구성되어 있기 때문에, 전기비저항 격자구조에 담수호의 수위변화에 따른 제체 내부의 침윤선 변동과 함께 담수호의 전기전도도가 고려되지 않는 경우 전기비저항 역산 결과가 왜곡될 수 있다. 이 연구에서는 3차원 전기비저항 탐사 모델링을 통하여, 저수지의 3차원 비저항 구조와 저수지 수위의 변화에 따른 제체 내부의 비저항 변화를 해석하였다.
	저수지를 포함한 수리시설물과 관련된 사고를 예방하기 위해서는?	한편 이러한 일반적인 양상과 달리 2013년 4월에 발생한 산대저수지의 붕괴는 복통과 제체의 양안 접촉부를 통한 누수와 이에 수반된 토사 유출로 인해 발생되었다. 따라서 이러한 사고들을 예방하기 위해서는 수리시설물 자체에 대한 지속적인 관리가 필요하다.
	저수지 제체에서 담수호 수위가 다른 경우 제체 내부 전기비저항 분포 변화로 3차원 균질조건을 가정한 역산해석 시 탐사 결과의 왜곡현상이 발생하는 이유는?	일반적으로 2차원 전기비저항 탐사는 신속한 자료취득 및 역산해석이 가능하기 때문에, 저수지와 같이 길이 방향으로 성질이 동일한 저수지 제체의 안전진단에 널리 사용되고 있다. 그러나 저수지 제체는 담수호의 수위변화에 따라 내부의 침윤선이 변동되기 때문에, 담수호 수위가 다른 경우 제체 내부 전기비저항 분포 변화로 3차원 균질조건을 가정한 역산해석 시 탐사 결과의 왜곡현상이 발생될 수 있다(Cho et al., 2006).

저자의 다른 논문 :

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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