포화대에서의 흐름과 분산
포화대에서는 연결된 모든 공극들이 물로 가득차 있으며, 이들은 수리경사도에 따라 결정되는 방향으로 공극을 통하여 흐르게 된다. 포화대에서의 지하수의 흐름은 층상(層狀; laminar)이거나 난상(亂狀; turbulent)이다. (그림 12). 층류(層流; laminar flow)에서는 물입자들이 유선(流線; flowlines)을 따라서 일정하게 움직인다. 반면에, 난류(亂流; turbulcnt flows)에서는 물 입자들의 운동이 불규칙적이므로 입자들이 서로 섞이게 된다. 자연상태에서는, 자갈이나 용암지대 또는 공동이 발달된 석회암 지대 같이 입자간의 공극이 대단히 큰 지역에서만 난류가 형성되며, 대부분 퇴적층에서의 흐름은 층류이다.
조립질 매질내의 층류에서는, 통로가 좁아지면 여러 입자들간의 유선들이 집중되며, 공극이 넓어지면 유선들은 분산된다. 그러므로, 이 과정에서 몇몇 유선들은 지하수의 흐름에 직각 방향으로 퍼지게 되는데, 이 현상을 종분산(transverse dispersion; lateral dispersion)이라 한다. 또한 물 입자들과 암석 입자들 사이의 마찰에 의하여, 어떤 물 입자들은 다른 입자들보다 상대적으로 속도가 늦어지게 된다. 따라서, 물의 이동 속도는 암석입자에 가까운 곳에서 느려지며, 공극의 중심부에서 가장 빠르게 된다. 이러한 현상은 지하수의 흐름과 같은 방향으로 일어나는 물 입자의 분산으로 횡분산(longitudinal dispersion)이라고 한다.
Danel(1953)은 균등/동방성인 조립질 매체에 염료를 투입한 결과 횡분산이 약 6° 정도의 폭으로 나타남을 알아냈으며(그림 13-(2)), 또한 염료의 농도가 주입점으로부터의 거리에 따라 종 모양을 이루는 것을 발견하였다. 물의 흐름에 따른 종분산과 횡분산으로 인해 최고 농도는 흐름 방향으로 가면서 낮아진다.
종분산의 영향은, 초기농도
의 어떤 물질을 한 지점에서 지속적으로 주입하는 경우, 일정한 거리 떨어진 하류의 한 지점에서 그 물질의 농도 변화를 보면 알 수 있다. 이 지점에서는, 빠른 유선들이 먼저 도착하면서 이 물질의 농도가 서서히 증가하다가, 초기 농도의 0.7배 정도까지 비교적 빨리 증가하며, 이후에 다시 초기 농도에 이르기까지 서서히 증가하게 된다(그림 13-(3)).
이러한 분산현상은 지하수 오염의 연구에 대단히 중요하지만, 이를 야외에서 측정하기는 쉽지 않다. 왜냐하면, 오염 물질의 이동 방향과 속도가 분산 외에도 층리, 이온 교환, 이과작용, 기타 주변 조건과 여러 반응들에도 동시에 영향을 받기 때문이다. 층리와 그 밖의 암상의 차이, 그리고 대수층과 피압층의 특성들은 위에 언급한 Danel(1953)이 균질/등방성의 매질에서 측정한 것보다 훨씬 큰 종분산과 횡분산을 일으킨다.
포화대에서는 연결된 모든 공극들이 물로 가득차 있으며, 이들은 수리경사도에 따라 결정되는 방향으로 공극을 통하여 흐르게 된다. 포화대에서의 지하수의 흐름은 층상(層狀; laminar)이거나 난상(亂狀; turbulent)이다. (그림 12). 층류(層流; laminar flow)에서는 물입자들이 유선(流線; flowlines)을 따라서 일정하게 움직인다. 반면에, 난류(亂流; turbulcnt flows)에서는 물 입자들의 운동이 불규칙적이므로 입자들이 서로 섞이게 된다. 자연상태에서는, 자갈이나 용암지대 또는 공동이 발달된 석회암 지대 같이 입자간의 공극이 대단히 큰 지역에서만 난류가 형성되며, 대부분 퇴적층에서의 흐름은 층류이다.
조립질 매질내의 층류에서는, 통로가 좁아지면 여러 입자들간의 유선들이 집중되며, 공극이 넓어지면 유선들은 분산된다. 그러므로, 이 과정에서 몇몇 유선들은 지하수의 흐름에 직각 방향으로 퍼지게 되는데, 이 현상을 종분산(transverse dispersion; lateral dispersion)이라 한다. 또한 물 입자들과 암석 입자들 사이의 마찰에 의하여, 어떤 물 입자들은 다른 입자들보다 상대적으로 속도가 늦어지게 된다. 따라서, 물의 이동 속도는 암석입자에 가까운 곳에서 느려지며, 공극의 중심부에서 가장 빠르게 된다. 이러한 현상은 지하수의 흐름과 같은 방향으로 일어나는 물 입자의 분산으로 횡분산(longitudinal dispersion)이라고 한다.
Danel(1953)은 균등/동방성인 조립질 매체에 염료를 투입한 결과 횡분산이 약 6° 정도의 폭으로 나타남을 알아냈으며(그림 13-(2)), 또한 염료의 농도가 주입점으로부터의 거리에 따라 종 모양을 이루는 것을 발견하였다. 물의 흐름에 따른 종분산과 횡분산으로 인해 최고 농도는 흐름 방향으로 가면서 낮아진다.
'응용지질학 > 지하수' 카테고리의 다른 글
| 방사상 집수정에 의한 강변여과수 개발[방사상 집수정의 장점, 산출량, 모델링, 개선방향] (0) | 2023.05.14 |
|---|---|
| 강변여과수의 기원, 정의, 특징, 개발 방식과 검토사항, 강변여과수의 개발사례 (0) | 2023.05.13 |
| 대수층과 피압층[비피압 대수층(unconfince aquifcr), 자유면 대수층(water-table aquifer), 피압 대수층(confined aquifer), 자분정(自噴井; flowing well)] (3) | 2023.05.13 |
| 수두와 수리경사도 (2) | 2023.05.13 |
| 지하수계의 역할[충진현상, 배수작용] (0) | 2023.05.13 |