대수층, 자분계 및 지하수면 저하에 대하여

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대수층 : 우리가 믿을 만한 양의 지하수를 얻고자 할 때엔, 포화대에 놓여있는 투수성이 높은 암체 혹은 토양체인 대수층(aquifer)을 찾아야 한다. 자갈과 모래는 투수도가 높고 흔히 큰 공극을 갖기 때문에 좋은 대수층이 된다. 사암도 좋은 대수층이다 그러나 사암의 입자사이에 교결물질이 존재하면 간극의 직경이 줄어들어 투수도가 감소한다.

자분계 : 피압대수층으로 투과하는 물은 중력에 의해 아래로 향해 유동한다. 보다 깊은 곳을 감에 따라 증가하는 정수압하에 놓인다. 우물을 대수층까지 뚫고 내려가면 재충전 지역의 지하수면과 우물 입구 높이의 압력차로 우물에서 물은 상승하게 된다. 우물의 꼭대기가 재충전 지역보다도 고도가 낮다면 물은 양수를 하지 않아도 우물밖으로 흘러나올 것이다. 이 같은 대수층을 자분대수층(artesian aquifer)이라 하며 이때 우물은 자분정(artesian well)이라 한다(그림 11.11). 이와 비슷하게 자분 대수층으로부터 자유스럽게 흘러나오는 샘은 자분천(artesian spring)이라 한다. 자분(artesian)이란 말은 자분유동이 처음 연구된 프랑스의 마을 아르트(Artois)에서 온 말이다. 자분수압은 지상 60m이상으로 상승하는 분수를 만들만큼 클 수도 있다.

지하수면의 저하 : 우리가 고원대수층에서 본 것처럼 지하수 인출이 재충전을 능가하면 지하수면은 낮아지게 된다. 이 수위 강하는 지하수면이 더 이상 지면과 만나지 않는다면 샘과 하천을 마르게 할 수 있다. 이 강하는 얕은 우물도 말릴 수 있으며 나아가 우물을 시추하고자 할 때 그 깊이는 한층 증가할 수 있다. 이와 같은 상태에서 지하수 저장소는 꾸준히 고갈되는 한편 지하수면이 계속 깊어짐에 따라 양수비용은 계속 증가한다.

지반침하 : 지하수가 개발됨에 따라 다공질의 호수 퇴적물은 천천히 압축되었으며 아울러 지반 침하와 함께 많은 건물들은 위치가 바뀌고 기울기 시작했다. 또 다른 예는 피사의 사탑이다. 이 탑은 불안정한 세립질 범람원 퇴적물 위에 세워졌으며 1174년 건설이 시작했을 때 이미 기울기 시작하였다(그림 11.14). 이 탑은 기울기는 심부 대수층으로부터 지하수를 인출하게 된 금세기 동안 빠르게 증가하였다. 최근 지반의 보강작업이 이 탑을 미래 안정하게 유지하도록 설계되어 이루어졌지만 이는 지하수 인출이 엄격히 통제될 때만이 안전하게 유지될 것이다.

 

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