지하수의 유동과 층리, 지하수의 유속, 투수도, 저류상수, 수위 하강추, 대수층 시험, 지하수의 온도, 양수정의 문제점 - 산출량 감소에 대하여

지하수계를 이해하기 위해서는 먼저 지하수면 위치와 지하수유동방향을 알아야하고 이를위해서는 그 지역 고도나 정호내 지하수수위 높이를 결정하여야 한다. 지하수 유동방향은 대부분 지역에서 지표의 지형을 관찰함으로서 식별 할수가 있다. 지하수 이동을 일으키는 힘은 중력이고 자연상태에서 지하수는 언덕아래(경사하부)로 흐르게 되며 결국 샘물로 지표에 배출되거나 하천의 옆이나 바닥으로 스며들거나 연안으로 배출된다. 이때 지하수가 유입되는 하천을 유입하천이라고 한다

포화대의 상부 즉 지표로부터 가까운 부분의 지하수는 하천이나 해안방향으로 흐르고 지표의 소규모 불규칙한 면들을 무시한다면 지표 경사 역시 하천이나 해안지역을 향해 발달되어 있음을 알수가 있다. 지하수면까지의 깊이는 하천 주변의 범람원보다 하천의 사이의 분기대에서 깊게 나타나며 일반적으로 지하수면은 지표면과 상당히 유사하게 발달한다.

산악지형을 흐르던 하천들이 선상지의 육상 퇴적층으로 스며들고 포화대 상부의 지하수는 하천으로부터 방사상으로 퍼져나가면서 계곡하부로 흐르게 된다. 이때에 하천은 지하수배수지역이 아니라 충진역할을 하며 손실하천이라 한다. 거의 모든 지하수계에는 대수층과 피압층을 모두 갖고 있고 지하수유동은 대수층을 통한 흐름 뿐만아니라 피압층을 통한 흐름도 연관된다.

자유면대수층의 수리전도도는 피압층의 수천배 수만배에 이르고 한 유선에서 단위 거리당 수두차는 비피압층의 수천 수만분의 일에 해당된다. 결과적으로 피압층에서는 지하수의 횡적인 유동은 무시될수 있고 유선들은 대수층에 집중되며 경계면에 평행하게 나타난다

대수층과 피압층 사이의 수리전도도 차이에 의해 경계면에서 유선의 굴절을 일으켜 유선은 대수층에서 피압층으로 들어가면서 경계면에 수직방향으로 굴절된다. 즉 피압층내에서는 가까운 경로 방향으로 굴절된다. 유선이 피압층으로부터 대수층으로 나오는 경우에도 반대로 다시 경계면에 평행한 방향의 재굴절이 일어난다. 유선의 굴절각도와 대수층과 피압층에서의 유선들 사이의 거리는 수리전도도 차이에 비례한다.

정호의 양수에 대한 대수층의 반응은 즉 양수가 시작되면 정호내 저장된 물이 제거되면서 수위가 낮아지기 시작하며 정호내의 수두는 주변 대수층의 수위보다 낮아지고 대수층의 물이 정호내로 유입되기 시작한다. 양수가 계속되면서 정호내의 수위는 계속 낮아지며 정호 안으로 유입율은 양수율과 같아질때까지 낮아질것이다

대수층으로부터 정호내로의 지하수유입은 대수층내에 수위하강추(cone of depression)를 형성하고 지하수가 모든 방향에서 정호로 집중하고 수리경사도는 정호에 근접하면서 커지게 된다. 비피압면대수층에서 양수는 수위하강추가 형성되면서 지하수면이 하강하고 이에따라 대수층내의 물이 배출된다. 비피압면대수층의 저류계수(S)는 비산출율(Sr)과 같으므로 수위하강추는 서서히 확장될것이다

피압대수층의 양수는 피압층에 대하여 수압을 감소시키고 양수된 지하수는 물의 팽창과 대수층 매질의 압축에 의해 형성된다. 피압대수층의 지극히 작은 저류계수는 수위하강추를 신속히 확장시킬것이다. 결과적으로 주변정호들의 의한 상호간섭작용으로 하강추의 확장은 비피압대수층보다 피압대수층에서 더욱더 빠르게 나타난다

지하수산출량을 결정하고 지하수의 유동 및 오염체의 거동을 평가하기 위해

-. 대수층과 피압대수층의 위치 및 두께

-. 대수층의 투수도(T)와 저류상수(S)

-. 대수층의 경계면 위치 및 특성

-. 지하수배출량과 배출지점 위치

-. 오염물질 종류와 오염도

이러한 정보를 얻기 위해 수리지질학적조사가 필요한데 정호에서 양수에 의한 시간에 따른 수위의 변화를 분석하는데 이런조사를 대수층시험 또는 양수시험이라 한다. 대부부의 경우 한 정호에서 몇시간 또는 며칠정도의 일정한 시간동안 일정한 양을 양수하면서 양수정으로부터 얼마간 떨어진 관측정에서 지하수위 변화를 측정한다. 수위하강은 처음에는 빨리 일어나지만 나중에는 하강속도가 느려진다. 이상적인 상태에서 수위회복(recovery)은 수위하강의 반대로 나타난다

최근 에너지 비용의 상승으로 지하수는 열원으로 중요하게 고려되고 있고 지하수의 온도는 태양열의 지표흡수량의 계절적인 변화와 지구내부의 열이 이동함에 따라 달라진다지가상부의 열의 계절적인 변화는 10m - 25m 깊이에 존재하는 지하수의 온도는 영향을 미친다 지표 가까울수록 영향은 심해지고 지구 내부로부터 열의 이동은 지하수 수온을 깊이에 따라 증가시킨다

이러한 지하증온률(geothermal gradient)이라고 부르며 두터운 퇴적암에서 1.8oC/100m로부터 화산활동이 있었던 지역은 3.6oC/100m 정도의 범위를 갖는다. 지하수의 이동으로 등온선의 모양이 일정하지 않는 경우가 있는데 이런 효과는 지하수의 양수로 인해 하천수가 대수층으로 유입되면 그러하다.

수리지질학 또는 지하수학(3).hwp

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