수리전도도와 대수층(피압층)

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대수층은 지하수를 충진 지역으로부터 배수 지역으로 통과시키는, 마치 모래나 다른 물질들로 가득찬 파이프 같은, 다공질 통로 역할을 한다.

 

지하수의 유동에 영향을 미치는 요인들은 1856년 프라아스의 공학도인 Henry Darcy에 의하여 다음의 공식으로 표현되었다.

Q = KA dh -------- (1)

dl

이 공식은 Darcy의 법칙이라 하며, 여기서 Q는 단위 시간에 흐르는 물의 양이며, K는 수리전도도(hydraulic conductivity)로서 물이 통과하는 공극의 크기와 배열, 유체의 동적 특성인 점도, 밀도, 중력장의 세기 등에 의하여 조절된다.

 

A는 지하수의 흐름에 직각방향인 단면적이고, dh/dl 은 앞에서 설명한 수리경사도이다. 공식 (1)을 K를 얻기 위해서 변형시키면,

 

K = Qdl = (m3/d)(m) = m ---------- (2)

Adh (m2)(m) d

그러므로, 수리전도도의 단위는 (거리/시간)으로 속도의 단위와 동일하다.

 

식(2)에서는 수리전도도를 결정하는 요인들로 유량(Q), 단위 면적, 수리경사를 포함한다는 것이 중요하다. 수리전도도를 단위 시간에 흐르는 수리경사로 표현하면, 다른 암석 내의 수리전도도들을 서로 비교할 수 있다.

 

지하수의 산출면에서 보면 지하의 모든 암석은 대수층(帶水層, aquifer)이나 피압층(confining layer), 둘 중의 하나로 구분될 수 있다. 대수층이란 우물(관정)이나 샘을 통하여 경제적으로 이용될 수 있을 만큼의 물을 산출하는 지층을 말하며,

이에는 미고결층도 포함된다. 피압층이란 상대적으로 상당히 낮은 투수성으로 인하여 지하수의 이동이 한정되고 결과적으로 그 속에 포함된 지하수가 경제적으로 이용가치가 없는 지층을 지시한다.

 

대수층은 그 산출특성에 의하여 두 가지로 구분될 수 있다. 대수층의 일부분 만이 포화된 경우에는, 포화대의 상부면이 유입 또는 배출되는 지하수의 변화에 따라서 자유롭게 상하로 이동하게 된다.

 

이때 대수층의 최상부면, 즉 포화대의 최상부면이 지하수면(water table)이고, 지하수면은 상하로 자유로이 이동하여 대수층의 두께가 주변 환경에 따라서 자유롭게 변할 수 있다. 이러한 대수층을 비피압 대수층(unconfince aquifcr) 또는 자유면 대수층(water-table aquifer)이라고 부른다.

완전히 포화된 대수층이 상부에 피압층으로 덮여 있는 경우에는 대수층에 포함된 지하수가 대기압 뿐 만 아니라 피압층에 의한 압력까지 받게되므로, 이러한 대수층은 피압 대수층(confined aquifer)이라고 부른다. 자유면 대수층에 뚫려 있는 관정을 자유면 관정(지하수면 관정; water table wells)이라 하며, 이들 관정에서의 수위는 주변 지역 대수층 내에서의 지하수위를 지시한다.