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문제 정의
- 본 연구에서는 시험부지 내 대수층의 수리전도도와 종 분산지수를 산정하기 위해 양수시험과 수렴흐름 추적자시험이 수행되었다(강동환 등, 2007). 양수시험에는 양수정(PW공) 과 4개의 관측정(MW1 공, MW2공, MW3공 및 MW4공)이 이용되었다.
- 동시에 고려한 연구는 보고되지 않았다. 이에 본 연구에서는 강변여과수 개발 예정부지인 김해 딴 섬 지역의 고투 수성 충적층에서 양수시험과 수렴흐름 추적자 시험이 동일한 대수층에서 수행 되었으며, 시 험규모에 따른 수리전도도와 종 분산지수가 산정 되 었다. 그리고 고투 수성 충적층 내 수리전도도와 종 분산지수의 규모종속효과를 규명하였으며, 또한 규모종속에 의한 시험대수층 내 지하수 유동과 수리 분산 특성을 비교 분석하였다.
가설 설정
- 이는 양수정을 기준으로 남서 방향과 북서방향의 수위강하추(cone of depres- sion)가 방사상 대칭임을 보여주는 것이다. 본 연구에서는 AQTESOLV 3.5 프로그램을 이용하여 양수시험을 해석하였으며, 누수 피압대수층(leaky confined aquifer)으로 가정하여 해석하였다. 그리고 회복시험은 Theis(recovery) 해석법을 적용하였다.
제안 방법
- 염소이온의 농도이 력곡선을 작성하여 초기도달 시간과 최고농도의 차이를 분석하였으며 , 누적질량회수곡선을 통해 양수 후 경과 시간에 따른 염소이온의 질량회수율을 분석하였다. 그리고 , 염소이온 농도 대 누적 질량 회수율의 이력 그래프를 작성하여 누적질량회수율에 따른 염소이온농도의 증가와 감소 변화를 분석하였다. 또한, 염소이온 농도의 증가/감소 구간에 대한 선형 회귀분석을 수행하여 농도 증가율과 감소율의 변화를 파악하였다.
- 이에 본 연구에서는 강변여과수 개발 예정부지인 김해 딴 섬 지역의 고투 수성 충적층에서 양수시험과 수렴흐름 추적자 시험이 동일한 대수층에서 수행 되었으며, 시 험규모에 따른 수리전도도와 종 분산지수가 산정 되 었다. 그리고 고투 수성 충적층 내 수리전도도와 종 분산지수의 규모종속효과를 규명하였으며, 또한 규모종속에 의한 시험대수층 내 지하수 유동과 수리 분산 특성을 비교 분석하였다.
- 따라서, 본 시험부지 내 대수층의 확산 도가 일반적인 자연대수층에 비해 매우 높음을 알 수 있었다. 그리고, 본 연구에서 추정된 종 분산지수와 Xu 와 Eckstein(1995)의 연구를 적용한 종 분산지수를 Gelhar 등(1992)에 의해 제시된 그래프에 도시하여 비교하였다. CATTI 프로그램에 의해 추정된 종 분산지수에 비해 Xu 와 Eckstein(1995)의 방정식에 의한 종 분산지수가 Gelhar 등(1992)의 연구 사례에 더욱 적합하였다.
- 대수 증의 저유량이 풍부한 강변여과수 개발 예정지역의 중 적중(지표면 하 25~35 m 구간)에서 수리전도도와 종 분산지수의 규모종속 효과를 규명하기 위해 양수시험과 수렴 흐름 추적 자시 험 이 수행되었다. 양수시험과 추적자시험의 규모는 2 m 와 5 m 이었으며 양수시험은 5개 공, 추적자시험은 3개 공을 이용하여 수행되었다.
- 그리고 , 염소이온 농도 대 누적 질량 회수율의 이력 그래프를 작성하여 누적질량회수율에 따른 염소이온농도의 증가와 감소 변화를 분석하였다. 또한, 염소이온 농도의 증가/감소 구간에 대한 선형 회귀분석을 수행하여 농도 증가율과 감소율의 변화를 파악하였다. 양수정에서 관측된 경과 시간별 염소이온 농도 자료를 CATT1 코드의 “Converging Radial Flow With Instantaneous Injection” 해석법에 적용하여 종 분산지수를 추정하였다.
- 본 연구에서 수행된 양수시험에 의해 산정된 5개의 수리전도도를 이용하여, 관측정의 이격거리(Q에 따른 수리전도도(K)의 함수를 추정하였다. 양수정과 관측정의 이격거리에 대한 수리전도도의 함수는 PW 공 기준 남서방향에서는 logK= 0.
- 양수시험에는 양수정(PW공) 과 4개의 관측정(MW1 공, MW2공, MW3공 및 MW4공)이 이용되었다. 수렴흐름 추적자시험은 2회 수행되었으며, 추적자(염소이온)는 MW1 공과 MW2공에서 주입되고 양수정(PW 공)에서 추적자농도가 관측되었다. 양수시험과 추적자시험에 이용된 양수정(PW)과 다른 공간의 이격거리는 MW1 공과 MW4 공이 5 m, MW2 공과 MW3공은 2 m 이다.
- 따라서 양수정에서의 이격거리가 멀수록 수리 전도도가 증가하는 규모종속을 확인하였으며, 또한 시험대수층의 수리전도도가 방사상으로 유사하게 분포하고 있음을 알 수 있었다. 수렴흐름 추적자시험의 양수율은 2, 500 m7day 이었으며, 2개의 주입 정에 염소이온 5 kg을 순간 주입하였다. 염소이온의 농도이 력곡선을 작성하여 초기도달 시간과 최고농도의 차이를 분석하였으며 , 누적질량회수곡선을 통해 양수 후 경과 시간에 따른 염소이온의 질량회수율을 분석하였다.
- 시험대수층의 수리전도도를 산정하기 위해 양수시험이 실시되었으며, 양수시험 후 양수정에서 회복시험이 수행되었다. 양수시험 시 양수량은 2, 500 m3/day이었으며, 양수정과 관측정 내 지하 수위 관측은 지하 수위 안정 시까지 1~30분 간격으로 측정되었다.
- 양수시험과 추적자시험의 규모는 2 m 와 5 m 이었으며 양수시험은 5개 공, 추적자시험은 3개 공을 이용하여 수행되었다. 양수시험은 일정한 양수율 (2, 500 meday)로 수행되었으며, 양수 시작 후 경과 시간에 따른 수위변화 자료를 AQTESOLV 3.5 프로그램에 입력하여 해석하였다. 시험대수층의 수리전도도는 양수정에서 1.
- 수렴흐름 추적자시험의 양수율은 2, 500 m7day 이었으며, 2개의 주입 정에 염소이온 5 kg을 순간 주입하였다. 염소이온의 농도이 력곡선을 작성하여 초기도달 시간과 최고농도의 차이를 분석하였으며 , 누적질량회수곡선을 통해 양수 후 경과 시간에 따른 염소이온의 질량회수율을 분석하였다. 그리고 , 염소이온 농도 대 누적 질량 회수율의 이력 그래프를 작성하여 누적질량회수율에 따른 염소이온농도의 증가와 감소 변화를 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 시험부지는 경상남도 김해시 생림면 마사리 딴 섬 일원으로서, 딴섬을 중심으로 남서쪽에서 북동 방향으로 낙동강 본류가 흐르고 있으며, 북쪽에는 밀양강이 북서쪽에서 남동 방향으로 유하하여 낙동강에 합류되고 있다. 시험부지가 위치한 딴섬은 낙동강의 유수 퇴적물과 태풍이나 집중호우 시 낙동강에서 범람한 퇴적물들에 의해 형성되었다.
- 시험부지가 위치한 딴섬은 낙동강의 유수 퇴적물과 태풍이나 집중호우 시 낙동강에서 범람한 퇴적물들에 의해 형성되었다. 본조사 지역의 지질은 중생대 백악기에 형성된 유천층군과 불국사 관입암류가 기반암으로 분포하고, 제 4기 중 적증이 부정합으로 최상부에 위치하고 있다. 유천증군은 하부의 주사산 안산암질암류와 상부의 운문사 유문암 질암류로 대별되며, 불국사화강암류는 화강암 질암류와 산성암맥류로 구분된다.
- 수렴흐름 추적자시험은 2회 수행되었으며, 추적자(염소이온)는 MW1 공과 MW2공에서 주입되고 양수정(PW 공)에서 추적자농도가 관측되었다. 양수시험과 추적자시험에 이용된 양수정(PW)과 다른 공간의 이격거리는 MW1 공과 MW4 공이 5 m, MW2 공과 MW3공은 2 m 이다. 양수정을 기준으로 MW1 공과 MW2공은 남서방향, MW3 공과 MW4공은 북동방향에 위치하고 있다.
- 험 이 수행되었다. 양수시험과 추적자시험의 규모는 2 m 와 5 m 이었으며 양수시험은 5개 공, 추적자시험은 3개 공을 이용하여 수행되었다. 양수시험은 일정한 양수율 (2, 500 meday)로 수행되었으며, 양수 시작 후 경과 시간에 따른 수위변화 자료를 AQTESOLV 3.
- 수렴흐름 추적자시험이 수행되었다(강동환 등, 2007). 양수시험에는 양수정(PW공) 과 4개의 관측정(MW1 공, MW2공, MW3공 및 MW4공)이 이용되었다. 수렴흐름 추적자시험은 2회 수행되었으며, 추적자(염소이온)는 MW1 공과 MW2공에서 주입되고 양수정(PW 공)에서 추적자농도가 관측되었다.
이론/모형
- 5 프로그램을 이용하여 양수시험을 해석하였으며, 누수 피압대수층(leaky confined aquifer)으로 가정하여 해석하였다. 그리고 회복시험은 Theis(recovery) 해석법을 적용하였다. 시험대수층의 수리전도도는 양수정과 관측정의 거리 및 배치에 따라 1.
- 본 연구에서 수행된 수렴 흐름 추적자시험의 규모만을 고려하여 Arya(1986), Neuman (1990) 및 Xu와 Eckstein(1995)의 연구에 적용하여 비교하였다. 본 시험부지에서 수행된 수렴 흐름 추적자시험 자료를 CATTI 코드에 의해 추정된 종 분산지수가 PW공과 MW2 공사 이의 대수층에서는 1.
- 또한, 염소이온 농도의 증가/감소 구간에 대한 선형 회귀분석을 수행하여 농도 증가율과 감소율의 변화를 파악하였다. 양수정에서 관측된 경과 시간별 염소이온 농도 자료를 CATT1 코드의 “Converging Radial Flow With Instantaneous Injection” 해석법에 적용하여 종 분산지수를 추정하였다. 양수정에서 이격거리가 2 m인 경우의 종 분산지수는 0.
성능/효과
- 38로서 매질의 1차 공극이 크기 때문에 2차 공극에 의한 불균질성이 빙력토에서만큼 커지지 않으므로 규모종속효과가 상대적으로 낮게 나타났다. 따라서 본 연구의 대수층 매질은 1차 공극이 매우 큰 자갈층으로서, 2차 공극 등에 의한 불균질성이 작기 때문에 양대수 그래프에서 0.0693과 0.0817의 낮은 기울기가 나타났다.
- 2665 m 이었다. 따라서 양수정에서 이격거리가 멀수록 종 분산지수가 증가하는 규모종속 효과를 확인하였으며, 또한 이격거리에 대한 종 분산지수의 비는 각각 0.21과 0.65 정도로서 증가하였다.
- 979로서 매우 높게 나타났다. 따라서 양수정에서의 이격거리가 멀수록 수리 전도도가 증가하는 규모종속을 확인하였으며, 또한 시험대수층의 수리전도도가 방사상으로 유사하게 분포하고 있음을 알 수 있었다. 수렴흐름 추적자시험의 양수율은 2, 500 m7day 이었으며, 2개의 주입 정에 염소이온 5 kg을 순간 주입하였다.
- 80 배 정도이었다. 따라서, 본 시험부지 내 대수층의 확산 도가 일반적인 자연대수층에 비해 매우 높음을 알 수 있었다. 그리고, 본 연구에서 추정된 종 분산지수와 Xu 와 Eckstein(1995)의 연구를 적용한 종 분산지수를 Gelhar 등(1992)에 의해 제시된 그래프에 도시하여 비교하였다.
- 14배 증가하였다. 따라서, 양수정을 기준으로 남서방향에서 이격거리에 따른 수리전도도의 증가율은 북동 방향과 유사함을 알 수 있었다.
- 및 Xu와 Eckstein(1995)의 연구에 적용하여 비교하였다. 본 시험부지에서 수행된 수렴 흐름 추적자시험 자료를 CATTI 코드에 의해 추정된 종 분산지수가 PW공과 MW2 공사 이의 대수층에서는 1.42-12.07배 이었으며, PW 공과 MW1 공 사이의 대수층에서는 5.72-17.80 배 정도이었다. 따라서, 본 시험부지 내 대수층의 확산 도가 일반적인 자연대수층에 비해 매우 높음을 알 수 있었다.
- 5배 멀었기 때문이다. 본 현장에서 수행된 2회의 수렴 흐름 추적자시험 자료를 CATTI 프로그램에 입력하여 추정된 종 분산지수는 0.4152 m (MW2공 주입시험)와 3.2665 m (MW1 공 주입시험)로서, 이격거리가 25배 멀어짐에 따라 종 분산지수는 약 8배 정도 증가하였다.
- 양수정을 기준으로 남서 방향과 북동 방향의 수리전도도 함수가 유사하게 나타났으며, 이는 연구지역 내 대수층 매질에서 양수정으로부터 관측정의 거리에 따라 방사상으로 수리전도도가 증가함을 나타내었다. 시험대수층에서 나타나는 관측 거리에 대한 수리전도도 증가의 기울기는 양대수 그래프에서 0.0693(남서 방향)과 0.0817(북동 방향)로 추정되었으며, 이는 기존의 연구사례에 비해 매우 낮은 값이다. 수리전도도의 규모종속 효과는 대수층의 불균질성에 의해 나타나며, 특히 매질 생성 시 만들어진 1차 공극보다 매질 생성 후에 발생한 2차 공극의 불균질성에 의한 1차 공극과 2차 공극의 차이에 의해 규모종속 효과의 크기가 크게 달라진다.
- 655로 추정되었다. 양수정을 기준으로 남서 방향과 북동 방향의 수리전도도 함수가 유사하게 나타났으며, 이는 연구지역 내 대수층 매질에서 양수정으로부터 관측정의 거리에 따라 방사상으로 수리전도도가 증가함을 나타내었다. 시험대수층에서 나타나는 관측 거리에 대한 수리전도도 증가의 기울기는 양대수 그래프에서 0.
- 논문에 세부적으로 설명되어 있다. 염소이온의 초기도달 시간은 MW1 공 주입시험에 비해 MW2공 주입시험에서 3배 정도, 최고농도 도달 시간은 2배 정도 빠르게 나타났다. 그리고 PW공에서 관측된 최고농도는 MW1 공 주입시험 시 101.
- 또한, 앞에서도 언급하였듯이 본 연구에서 추정된 종 분산지수가 Xu 와 Eckstein(1995)의 방정식으로 산정된 종 분산지수에 비해 12~17배 정도 높았다. 이러한 결과들은 본 연구지역의 시험대수층 구간에 오염물질이 유입되었을 경우에는 확산이 매우 빠르게 발생할 수 있음을 의미하며, 따라서 시험대수층 내에서는 오염원에서 이격거리에 따른 농도저감이 높게 나타날 것이다.
- 수리전도도의 규모종속 효과는 대수층의 불균질성에 의해 나타나며, 특히 매질 생성 시 만들어진 1차 공극보다 매질 생성 후에 발생한 2차 공극의 불균질성에 의한 1차 공극과 2차 공극의 차이에 의해 규모종속 효과의 크기가 크게 달라진다. 즉, 절리가 있는 빙력토의 경우, 양대수 그래프에서 기울기가 1로서, 매질의 투수성이 낮고 절리 등의 2 차 공극이 투수성을 좌우하기 때문에 규모종속 효과가 더 크게 나타났다 반면에, 매질의 투수성이 비교적 높은 빙하 기원의 퇴적물에서는 양대수 그래프에서 기우기가 0.38로서 매질의 1차 공극이 크기 때문에 2차 공극에 의한 불균질성이 빙력토에서만큼 커지지 않으므로 규모종속효과가 상대적으로 낮게 나타났다. 따라서 본 연구의 대수층 매질은 1차 공극이 매우 큰 자갈층으로서, 2차 공극 등에 의한 불균질성이 작기 때문에 양대수 그래프에서 0.
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