지하수의 유속, 투수도, 저류상수

수위 강하추, 지하수 온도와 양수정의 문제점(산출량 감소)와 대수층 시험.pptx

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n지하수 유동과 층리 : 대수층과 피압층의 수리전도도 차이에 의해 경계면에서 유선의 굴절을 일으켜 유선은 대수층에서 피압층으로 들어가면서 경계면에 수직방향으로 굴절된다. 즉 피압층내에서는 가까운 경로 방향으로 굴절된다. 유선이 피압층으로부터 대수층으로 다시 나오는 경우에는 이와 반대로 대수층내의 경계면에 평행한 방향의 재굴절이 일어난다. 유선의 굴절각도와 대수층과 피압층 사이의 수리전도도에 비례한다

ntan@1 K1

ntan@2 = K2 ,

n물의 이동은 대수층과 피압층의 두께와 수직/수평 수리전도도 그리고 수리경사에 의하여 결정되며 충진지역과 배수지역의 각 중심부 사이에서 최대 수두차가 나타난다. 물이 피압층을 통과할 때 수두감소가 크게 나타나기 때문에 지하수의 순환현상은 얕은 대수층에서 많이 일어나며 깊이가 증가할수록 서서히 진행된다.

n지하수의 유속 : 지하수의 속도는 Darcy 의 법칙과 유량공식을 조합하면

nQ= K(dh/dl)A ----- Darcy 법칙 , Q= q A ----- 유량공식

Q = 단위시간당 유량, K = 수리전도도, A = 유수의 직각방향 단면적, q = 단위 면적을 통하여 흐르는 유수 시간당 평균 유량(q는 단위면적을 통하여 흐르는 유수의 시간당 평균유량을 의미함으로 계산결과에 나타나는 단위가 속도단위와 같으므로 흔히 Darcian 속도라고한다) q가 단위시간당 단위면적을 통하여 흐르는 유량을 표현하는 유출율임으로 비유출율이라고 한다

n∴ qA= K(dh/dl)A --- q = K(dh/dl), 위식은 단지 수리전도도와 수리경사도 만을 포함하므로 완전한 지하수속도를 표현하지 못함으로 이식에 포함되지않는 변수는 공극율 (n)이다. 지하수는 암석내 공극만을 통하여 흐르기 때문에 공극율을 첨가하면 지하수의 평균 선형유속을 구할 수가 있다

ex. 조립사암 대수층에서 K=60m/day, (dh/dl) = 1m/1000m, n=0.2일때

v= (K/n)(dh/dl) = 60m/d ☓ 1/0.2 ☓ 1m/1000m = 0.3m/day

ex. Clay 물질의 피압층에서 K=0.0001m/d, (dh/dl) = 1m/10m, n=0.5

v = 0.0001m/day/0.5☓1m/10m = 0.00002m/day

 

n예외적인 경우로 석회암동굴이나 용암굴 또는 거대한 암석 절단면 등에서는 거의 지표수흐름과 같다.

n모세관대 내의 물도 지하수면에 존재하는것과 같이 수리경사도에 영향을받고 따라서 모세관대내의 물도 지하수와 같은 방향으로 이동한다.

n

n대수층의 물을 통과시키는 정도를 나타낼때 투수도(또는 투수량계수, Transmissivity, T)를 사용한다. 대수층의 투수도는 대수층의 수리전도도(K)에 포화된 두께(b)를 곱하여 얻게된다.

T= Kb , 수리전도도의 경우와 마찬가지로, 투수도 역시 단위 수리경사도에 대한 값이다

n예를들어 대수층의 일부분을 생각하면, 이 대수층의 수리전도도를 K, 수리경사도를 (Dh/DL), 포화대의 두께 b, 대수층의 너비를 w, 이를 통과한 지하수 유량을 Q라 할때 Darcy 법칙으로부터

nQ= K A (dh/dL) = K b w (dh/dL) = T w (dh/dL)

nT= Q/w (dL/dh)

n물을 함유할수 있는 용량과 투과시킬수 능력은 지질매체의 가장 중요한 수리학적 성질로 다음과 같이 표현한다

 

저류상수(storage coefficient, S)는 단위수두의 변화에 의하여 단위면적의 대수층으로부터 유입/유출되는 물의 양(부피)으로 정의된다.

물의 부피 (m3)

S = (단위 수두변화)(단위면적) = (m2)(m)

n비피압대수층의 경우에는 중력에 의하여 일어나는 퇴적층을 통한 지하수면의 하강에 따른 유출이 주를 이룬다. 또한 자유면대수층에서는 물의 팽창이나 대수층의 압축이 무시될수 있다. 이런 경우에는 저류계수와 비산출율(specific yield)이 거의 같으며 그 범위는 0.1에서 0.3정도이다.

 

n피압면 대수층의 경우에 수두가 낮아짐으로 나오는 저장된 물은 물자체의 팽창에 의하거나 대수층의 압축에의하여 나온 것으로 압력감소에 따른 발생하는 물의 팽창은 상당히 작다. 대부분 저류상수는 약 10-5에서 10-3 정도이다

n비피압면 대수층의 저류상수는 피압대수층의 경우보다 100배에서 10,000배 정도 크게 나타나며 피압대수층으로부터 장기간에 걸친 지하수양수는 대수층 내의 점토층과 주변의 피압층들로부터 지하수유출을 초래한다

n이런 유출은 지질매체에 가해지는 하중을 증가시키며 대수층의 압축을 일으켜 지표의 침하를 발생한다.

 

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