KR101773868B1 - Trace test system and method in an unsaturated zone aquifer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 불포화대 암반 추적자 시험 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단층(fault)이나 단열(fracture)(또는 전단균열, shear fracture)을 통해서만 지하수가 이동하는 불포화대 암반에 특화된 추적자 시험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an unsaturated to rock tracker test system and method, and more particularly to an unsaturated versus rock-specific tracker test in which groundwater moves only through fault or fracture (or shear fracture) System and method thereof.
일반적으로 추적자 시험(trace test)은 흔히 대수층 내에서 용질(solute)의 거동 및 확산특성을 파악하거나 관심있는 지점간의 수리적 연결성을 파악하기 위해 수행된다. In general, trace tests are often performed to determine the behavior and diffusion characteristics of solutes in the aquifer or to determine the hydraulic connectivity between points of interest.
용질의 거동 특성을 파악하기 위한 시험은 주로 용질(오염물질)의 이동속도와 분산지수(dispersivity), 흡착 및 저감 등 기작에 의한 지연계수(retardation factor) 등을 결정하기 위해 수행된다. Tests for characterizing the behavior of solutes are performed mainly to determine the rate of migration of solutes (pollutants) and the retardation factor due to mechanisms such as dispersivity, adsorption and reduction.
수리적 연결성을 파악하기 위한 시험은 카르스트지형에서 지하수체의 직접적인 연결성, 대형 탱크나 매립지 침출수 누출, 제방 혹은 댐의 누수 확인 등을 위해 수행된다. Tests to determine the hydraulic connectivity are carried out for karst topography, direct connection of groundwater bodies, leakage of large tanks and landfill leaks, leakage of leaks or dams.
일반적인 추적자 시험 방법의 경우, 추적자 용액을 지하수 관정을 이용하여 대수층에 주입하고, 동일한 관정 또는 다른 관정에서 지하수를 채취하여 추적자 농도의 변화를 모니터링한다. 현장 추적자 시험의 형태로는 1개 관정을 이용한 주입-양수시험, 표류-양수시험, 점희석시험 등이 있으며, 여러 관정을 이용한 지역구배시험, 수렴흐름시험, 발산흐름시험, 재순환시험 등이 있다. For a typical tracer test method, the tracer solution is injected into the aquifer using a groundwater gauge, and groundwater is taken from the same gauge or other well to monitor changes in tracer concentration. In the form of on-site tracer test, there are injection - pumping test, drift - pumping test, and spot dilution test using one well, and there are various tests such as regional gradient test, convergence flow test, divergent flow test and recirculation test .
하지만, 불포화대 암반에서 추적자 시험을 수행하는데 문제점이 있다. 즉, 추적자 시험은 지하수로 채워져 있는 대수층의 지하수에 추적자 용액을 주입하여 지하수의 이동 또는 이동과정에서 추적자(용질)의 확산 특성을 파악하기 위해 수행하는 시험인데, 일부분에만 지하수가 채워진 불포화대에서는 추적자 용액을 주입하여도 지하수의 이동이 발생하지 않으므로, 일반적인 방법으로 추적자 시험을 수행하는 것은 어렵다. However, there are problems in performing tracker tests on unsaturated versus rock. In other words, the tracer test is a test conducted to determine the diffusion characteristics of the tracer (solute) in the process of movement or movement of the groundwater by injecting the tracer solution into the groundwater of the aquifer filled with groundwater. In the case of the unsaturated zone filled with groundwater, It is difficult to carry out the tracer test in the usual manner, since the movement of the groundwater does not occur even if the solution is injected.
불포화 토양층(충적층)은 거의 모든 토양 공극이 연결되어 대수층(포화대)에서 지하수 흐름과 유사한 흐름을 유도하기 어려우나, 불포화대 암반은 단층나 단열을 통해서만 물이 이동하므로 대수층(포화대)와 유사한 물의 흐름을 유도하여 추적자 시험을 수행할 수 있다. Unsaturated soil layer (alluvial layer) is difficult to induce a flow similar to groundwater flow in an aquifer (saturation zone) because almost all soil pores are connected. However, since water flows only through monolayer or insulation, Flow can be induced to perform a tracer test.
이에 불포화대 암반에 특화된 추적자 시험 방법의 개발이 요구된다. Therefore, it is required to develop a test method for tracker specific to unsaturated to rock.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 단층이나 단열을 통해서만 지하수가 이동하는 불포화대 암반에 특화된 불포화대 암반 추적자 시험 시스템을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an unsaturated versus rock tracker test system specialized for an unsaturated rock bed in which groundwater moves only through a single layer or an insulation.
본 발명의 다른 목적은 상기한 불포화대 암반 추적자 시험 시스템에 의한 불포화대 암반 추적자 시험 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide an unsaturated to rock tracer test method by the unsaturated to rock tracer test system described above.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 시스템은, 불포화대 암반에 굴착된 주입공에 삽입되어 추적자 시험구간을 정의하는 이중 패커; 상기 주입공에 삽입되고 상기 추적자 시험구간까지 연장된 주입 배관과, 상기 주입 배관에 청수 또는 추적자 용액을 공급하는 주입펌프와, 상기 주입 배관에 연결된 유량계와, 상기 주입 배관에 연결된 압력계를 포함하는 주입설비; 상기 주입공에서 일정 간격 이격되어 불포화대 암반에 굴착된 모니터링공에 삽입되어 불포화대 암반 구간들을 정의하는 복수의 패커들; 상기 수위/수질 측정 센서들 각각에 연결되어 상기 추적자 용액 주입전의 청수 주입부터 모니터링공의 모든 구간에서의 수위변화 및 추적자 농도변화를 실시간으로 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링공에 삽입된 패커들 사이의 공간에 배치된 복수의 수위/수질 측정 센서들; 및 (a) 우선적으로 청수가 단독적으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어하고, (b) 상기 모니터링부의 모니터링 결과를 근거로, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액이 상기 우선적으로 이루어지는 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어한 후, (c) 다시 청수가 단독적으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어하는 제어부를 포함한다. In order to achieve the object of the present invention, an unsaturated to rock tracker test system according to an embodiment of the present invention includes a double packer which is inserted into an injection hole drilled on an unsaturated rock bed to define a tracker test zone; An injection pipe inserted in the injection hole and extending to the tracer test section; an injection pump for supplying fresh water or tracer solution to the injection pipe; a flow meter connected to the injection pipe; and a pressure gauge connected to the injection pipe equipment; A plurality of packers spaced a predetermined distance apart from the pouring hole and inserted into the monitoring pore excavated on the pouring rock to define unsaturated to rock sections; A monitoring unit connected to each of the water level / water quality measurement sensors, for monitoring water level change and tracker concentration change in real time from fresh water injection before the injection of the tracer solution to all monitoring points; A plurality of water level / water quality measurement sensors disposed in a space between the packers inserted into the monitoring hole; And (b) controlling the injection equipment so that fresh water is preferentially injected singly; and (b) the tracer solution prepared by dissolving the tracer in fresh water based on the monitoring result of the monitoring part is the same as the preferential fresh water injection (C) a control unit for controlling the injection equipment so that fresh water is injected singly, after the injection equipment is controlled to be injected at an injection pressure and an injection flow rate.
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일실시예에서, 상기 추적자는 이온류 또는 형광 추적자를 포함할 수 있다. In one embodiment, the tracer may comprise an ion stream or a fluorescence tracer.
일실시예에서, 상기 추적자가 소금(NaCl)을 포함하면, 염소 농도는 2,000mg/L 미만이 되도록 상기 추적자 용액이 제조될 수 있다. In one embodiment, if the tracer comprises salt (NaCl), the tracer solution may be prepared such that the chlorine concentration is less than 2,000 mg / L.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 방법은, (a) 불포화대 암반에 주입공 및 모니터링공을 굴착하여 암반상태를 조사하는 단계; (b) 상기 주입공에서 추적자 시험구간을 선정하는 단계; (c) 상기 주입공에 주입설비를 설치하는 단계; (d) 상기 모니터링공에 불포화대 암반 구간들을 정의하기 위해 복수의 패커들을 삽입하고, 상기 모니터링공에 삽입된 패커들 사이의 공간에 복수의 수위/수질 측정 센서들을 배치하는 단계; (e) 상기 모니터링공의 여러 구간 중에 특정 구간에서 지하수면이 형성되어 일정하게 유지될 때까지, 상기 주입설비를 통해 우선적으로 청수를 단독적으로 주입하면서 지하수 수위변화를 모니터링하는 단계; (f) 추적자 농도가 설정 농도에 도달할 때까지, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액을 단계(e)에서 이루어지는 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입하면서 추적자 농도 변화를 모니터링하는 단계; 및 (g) 단계(f)에서 모니터링되는 추적자 농도가 상기 설정 농도의 10% 미만일 때까지 청수를 단독적으로 주입하면서 추적자 농도 변화를 모니터링하는 단계를 포함한다. In order to achieve the other object of the present invention, there is provided an unsaturated to rock tracer test method comprising: (a) excavating an injection hole and a monitoring hole in an unsaturated to rock bed to investigate a rock condition; (b) selecting a tracer test zone in the injection hole; (c) installing an injection device in the injection hole; (d) inserting a plurality of packers to define unsaturated versus rock sections in the monitoring well, and placing a plurality of water level / water quality measurement sensors in a space between the packers inserted in the monitoring well; (e) monitoring the groundwater level change while injecting preferentially fresh water through the injection facility until the underground water surface is formed and maintained constant in a specific section of the monitoring hole during various intervals of the monitoring hole; (f) monitoring the tracer concentration change by injecting the tracer solution prepared by dissolving the tracer into fresh water until the tracer concentration reaches the set concentration, at the same infusion pressure and infusion rate as the fresh water infusion in step (e) ; And (g) monitoring the tracer concentration change while singly injecting fresh water until the monitored tracer concentration is less than 10% of the set concentration in step (f).
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일실시예에서, 상기 추적자는 이온류 또는 형광 추적자를 포함할 수 있다. In one embodiment, the tracer may comprise an ion stream or a fluorescence tracer.
일실시예에서, 상기 추적자가 소금(NaCl)을 포함하면, 염소 농도는 2,000mg/L 미만이 되도록 상기 추적자 용액이 제조될 수 있다. In one embodiment, if the tracer comprises salt (NaCl), the tracer solution may be prepared such that the chlorine concentration is less than 2,000 mg / L.
이러한 불포화대 암반 추적자 시험 시스템 및 그 방법에 의하면, 불포화대 암반에 굴착된 주입공에 이중 패커를 삽입하여 추적자 시험구간을 정의하고, 상기 주입공에서 일정 간격 이격되어 굴착된 모니터링공에 복수의 패커들을 배치하여 불포화대 암반 구간들을 정의하고, 상기 모니터링공에 삽입된 패커들 사이의 공간에 복수의 수위/수질 측정 센서들을 배치한 후, 우선적으로 청수를 주입하고, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액을 상기 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입한 후, 다시 청수가 주입하므로써, 단층이나 단열을 통해서만 지하수가 이동하는 불포화대 암반에 특화되어 추적자 시험을 수행할 수 있다. According to this unsaturated to rock tracker test system and method, a double packer is inserted into an injection hole excavated on an unsaturated rock bed to define a tracer test section, and a plurality of packers To define unsaturated versus rock sections, to arrange a plurality of water level / water quality measurement sensors in a space between the packers inserted in the monitoring hole, to inject fresh water first, and to dissolve the tracker in fresh water The tracer solution is injected at the same injection pressure and injection flow rate as the fresh water injection, and then the fresh water is injected again, so that the tracer test can be performed specifically for the unsaturated rock bed in which the groundwater moves only through the single layer or the insulation.
도 1은 본 발명이 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3a는 주입공에 주입되는 추적자 용액의 시간에 따른 주입압력 및 주입유량을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이고, 도 3b는 모니터링공에서 모니터링되는 시간에 따른 지하수위 및 추적자 농도를 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a는 모니터링공의 상부구간 심도에서 관측된 농도이력곡선이고, 도 4b는 모니터링공의 하부구간 심도에서 관측된 농도이력곡선이다. FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an unsaturated versus rock tracker test system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating an unsaturated to rock tracker test method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3A is a graph for schematically explaining injection pressure and injection flow rate of a tracer solution injected into an injection hole over time; FIG. 3B is a graph for schematically explaining groundwater level and tracer concentration Graph.
FIG. 4A is a density hysteresis curve observed at the depth of the upper section of the monitoring hole, and FIG. 4B is a density hysteresis curve observed at the lower section depth of the monitoring hole.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
도 1은 본 발명이 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an unsaturated versus rock tracker test system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 시스템은 주입공(110), 이중 패커(120), 주입설비(130), 모니터링공(140), 복수의 패커들(150), 복수의 수위/수질 측정 센서들(160), 제어부(170) 및 모니터링부(180)를 포함한다. 본 실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 시스템은 불포화대 암반의 투수성이 높은 단층/단열대 구간을 패커로 분리하고, 일정한 주입압력으로 물을 주입하여 지하수 흐름의 정류상태(steady state)을 형성시킨 후 추적자 용액을 주입하는 방식으로 추적자 시험을 수행한다. Referring to FIG. 1, an unsaturated to rock tracker test system according to an embodiment of the present invention includes an
상기 주입공(110)은 불포화대 암반에 굴착된다. 불포화대 암반에는 단층(fault)이나 단열(fracture)이 형성되어 이를 통해서만 지하수가 이동된다. 본 실시예에서, 상기 주입공(110)은 불포화대 암반에 굴착되므로 나공 상태를 유지한다. The
상기 이중 패커(120)는 상기 주입공(110)에 삽입되어 추적자 시험구간을 정의한다. The
상기 주입설비(130)은 상기 주입공(110)에 삽입되고 상기 이중 패커(120)에 의해 정의되는 추적자 시험구간까지 연장된 주입 배관과, 상기 주입 배관에 청수 또는 추적자 용액을 공급하는 주입펌프와, 상기 주입 배관에 연결된 유량계와, 상기 주입 배관에 연결된 압력계를 포함한다. The
상기 모니터링공(140)은 상기 주입공(110)에서 일정 간격 이격되어 불포화대 암반에 굴착된다. 본 실시예에서, 상기 모니터링공(140)은 불포화대 암반에 굴착되므로 나공 상태를 유지한다.The
상기 패커들(150)은 상기 모니터링공(140)에 삽입되어 불포화대 암반 구간들을 정의한다. The
상기 수위/수질 측정 센서들(160)은 상기 모니터링공(140)에 삽입된 패커들(150) 사이의 공간에 배치된다. The water level / water
상기 제어부(170)는 우선적으로 청수가 주입되도록 상기 주입설비(130)을 제어하고, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액이 상기 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입되도록 상기 주입설비(130)을 제어한 후, 다시 청수가 주입되도록 상기 주입설비(130)을 제어한다. The
상기 모니터링부(180)는 상기 수위/수질 측정 센서들(160) 각각에 연결되어 상기 추적자 용액 주입전의 청수 주입부터 모니터링공(140)의 모든 구간에서의 수위변화 및 추적자 농도변화를 실시간으로 모니터링한다. The
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불포화대 암반 추적자 시험 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 본 실시예에 따르면, 불포화대 암반의 투수성이 높은 단층/단열대 구간을 패커로 분리하고, 일정한 주입압력으로 물을 주입하여 지하수 흐름의 정류상태(steady state)을 형성시킨 후 추적자 용액을 주입하는 방식으로 추적자 시험을 수행한다. FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating an unsaturated to rock tracker test method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. According to the present embodiment, it is possible to separate a single layer / an insulating zone section having high permeability of unsaturated to rock by a packer, inject water at a constant injection pressure to form a steady state of groundwater flow, Perform tracer tests in the same manner.
도 1 및 도 2를 참조하면, 불포화대 암반에 주입공(110) 및 모니터링공(140)을 굴착하여 암반 상태를 조사한다(단계 S100). 시추를 통한 불포화대 암반 굴착의 경우, 토양/풍화대는 케이싱 처리하며, 암반은 나공상태로 존치시킨다. 그리고, 시추코어 분석, 구간별 수압 시험 등을 통하여 단층, 투수성 단열대 등의 발달상태를 조사한다. Referring to FIGS. 1 and 2, an
단계 S100에서 굴착된 주입공(110)에서 추적자 시험구간을 선정한다(단계 S105). 예를들어, 시추코어분석, 구간별 수압시험 등의 결과를 이용하여 추적자 시험에 적합한 투수성 단층/단열대를 선정한다. 또한, 시험단층/단열대 구간에서 주입 추적자 용액의 누수가 발생하지 않도록 상하부의 암반 상태가 양호한 패커 설치 위치를 선정한다. A tracer test section is selected in the
단계 S100에서 굴착된 주입공(110)에 주입설비(130)을 설치한다(단계 S110). 예를들어, 추적자 시험구간(주입구간)의 상하부에 2개의 패커를 설치하여 시험구간만 고립시켜 청수(맑은물) 또는 추적자 용액을 주입할 수 있는 주입 배관을 설치한다. 이때, 청수 또는 추적자 용액 주입시 주입압력과 주입량을 측정할 수 있는 센서를 주입 배관에 설치할 수 있다. In step S100, the
단계 S100에서 굴착된 모니터링공(140)에 추적자 모니터링 장치를 설치한다(단계 S115). 주입공(110)에서 주입되는 청수 또는 추적자 용액이 모니터링공(140)의 어느 심도로 이동할 지가 명확하지 않으므로 여러 개의 패커들을 이용하여 모니터링공(140)을 수개의 구간으로 구분한다. 개별 구간에는 지하수면의 형성을 확인할 수 있는 지하수위 및 추적자 농도를 실시간으로 모니터링하는 수위/수질 측정 센서들(160) 각각을 분리된 구간의 맨 하부에 설치한다. 예를들어, 4개의 패커에 의해 모니터링공(140)이 구분된다면, 3개의 수위/수질 측정 센서들(160)은 패커들 각각에 의해 정의되는 구간에 배치된다. In step S100, a tracer monitoring apparatus is installed in the monitoring hole 140 (step S115). It is not clear at what depth of the
불포화대 암반에서 지하수 시료채취를 통한 농도 측정은 불가능하며, 투수성 단층/단열로 이동한 물이 패커 구간의 하부에 누적되어 나타나는 수위 및 농도를 측정해야 하므로, 반드시 실시간 모니터링 센서인 수위/수질 측정 센서들(160)를 설치한다. 모든 구간의 실시간 모니터링 센서인 수위/수질 측정 센서들(160)은 노트북 또는 별개의 로거에 연결하여 자료를 확인한다. It is not possible to measure the concentration through the sampling of the groundwater in the unsaturated rock bed and it is necessary to measure the water level and concentration which accumulate in the lower part of the packer section of the water moved to the permeable fault /
맑은 물(청수)에 이온류나, 형광 추적자 등의 추적자를 용해시켜 추적자 용액을 제조한다(단계 S120). 소금(NaCl)을 추적자로 이용하면, 전기전도도(EC)를 이용하여 농도변화를 용이하게 모니터링할 수 있으나, 밀도 영향이 존재하므로 염소(Cl) 농도가 2,000mg/L 미만이 되도록 제조한다. A tracer solution is prepared by dissolving a tracer such as an ion source or a fluorescent tracer into clear water (fresh water) (step S120). Using salt (NaCl) as a tracer, it is possible to easily monitor the concentration change by using the electric conductivity (EC), but the concentration of chlorine (Cl) is less than 2,000 mg / L because of density effect.
단계 S120에서 제조된 청수를 주입공(110)에 주입하고 모니터링공(140)을 통해 지하수 수위변화를 모니터링한다(단계 S125). 불포화대 암반의 투수성 단층/단열대는 지하수가 흐르지 않으므로, 추적자 용액 주입전에 일정한 압력으로 청수를 주입하여 정류 상태(steady state)의 지하수 흐름을 유도 형성시킨다. 청수의 주입 압력은 지표면보다 0.5~1.0bar 수준으로 일정하게 고정시킨다. 즉, 주입유량(속도)는 서서히 감소하여 일정하게 유지한다. 일정한 압력으로 주입공(110)을 통해 청수를 지속적으로 주입하며, 모니터링공(140)의 여러 구간 중에 특정 구간에서 지하수면이 형성되어 일정하게 유지되는 것을 확인할 때까지 지속한다. 구간별 실시간 모니터링 센서인 수위/수질 측정 센서들(160)을 통해 확인한다. The fresh water produced in step S120 is injected into the
특정 구간에서 지하수면이 형성되는지의 여부를 체크하여(단계 S130), 특정 구간에서 지하수면이 형성되는 것으로 체크되지 않으면 단계 S125로 피드백한다. It is checked whether or not the underground water surface is formed in a specific section (step S130). If it is not checked that the underground water surface is formed in the specific section, the process returns to step S125.
단계 S130에서 특정 구간에서 지하수면이 형성되는 것으로 체크되면 주입공(110)을 통해 추적자 용액을 주입하고 모니터링공(140)을 통해 추적자 농도 변화를 모니터링한다(단계 S135). 구체적으로, 패커로 고립된 불포화대 암반의 투수성 단층/단열 구간의 지하수의 흐름이 정류에 도달한 후에 추적자 용액을 주입한다. 추적자 용액의 주입 압력 및 주입 유량은 청수 주입시와 동일하게 유지하여 주입을 수행한다. 추적자 용액의 주입이 완료된 후에도 불포화대 암반의 지하수 흐름을 정류 상태로 유지하기 위하여 추적자 용액 주입전과 동일하게 청수를 주입한다. 추적자 시험 종료시까지 지속적으로 주입한다. If it is checked in step S130 that the underground water surface is formed in a specific section, the tracer solution is injected through the
추적자 농도가 설정 농도에 도달하는지를 체크하여(단계 S140), 추적자 농도가 설정 농도에 도달하지 않은 것으로 체크되면 단계 S135로 피드백한다.It is checked whether the tracer concentration reaches the set concentration (step S140). If it is checked that the tracer concentration does not reach the set concentration, the process returns to step S135.
본 실시예에서, 추적자 용액 주입전의 청수주입 단계부터 모니터링공(140)의 모든 구간에서의 수위변화 및 추적자 농도 변화를 실시간으로 모니터링 센서인 수위/수질 측정 센서들(160)을 통해 지속적으로 관측한다. 추적자로 소금을 이용하는 경우에는 전기전도도(EC)를 이용하여 모니터링한다. 추적자 용액 주입 시작 일정 시간 후에 추적자 농도의 상승을 확인할 수 있으며, 추적자 농도가 배경 농도(설정 농도)에 도달하면, 추적자 시험을 종료한다. In this embodiment, the change in the water level and the change in the tracer concentration in all sections of the
단계 S140에서 추적자 농도가 설정 농도에 도달한 것으로 체크되면 주입공을 통해 청수를 주입하고 모니터링공(140)을 통해 추적자 농도 변화를 모니터링한다(단계 S145). If it is determined in step S140 that the tracer concentration has reached the set concentration, fresh water is injected through the injection hole and the tracer concentration change is monitored through the monitoring hole 140 (step S145).
단계 S145에서 모니터링된 추적자 농도가 설정 농도의 10% 미만인지를 체크하여(단계 S150), 추적자 농도가 설정 농도의 10% 미만으로 체크되면 종료하고, 10% 미만으로 체크되지 않으면 단계 S135로 피드백한다. It is checked in step S145 if the monitored tracer concentration is less than 10% of the set concentration (step S150). If it is checked that the tracer concentration is less than 10% of the set concentration, the process is terminated. .
추적자 농도의 하강은 상승시보다 느리게 장기간 나타날 수 있는데, 이럴 경우에는 추적자 농도가 설정 농도의 10% 수준 미만으로 하강하면 종료한다. The descent of the tracer concentration may appear for a longer period of time than when it is rising, in which case it is terminated when the tracer concentration drops below 10% of the set concentration.
도 3a는 주입공(110)에 주입되는 추적자 용액의 시간에 따른 주입압력 및 주입유량을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 3A is a graph for schematically explaining injection pressure and injection flow rate over time of the tracer solution injected into the
도 3a를 참조하면, 시간이 경과되더라도 주입공(110)의 주입압력(P)은 일정하게 유지한다. 즉, 사전에 청수를 주입하는 단계나, 추적자 용액을 주입하는 단계나 추적자 용액을 주입한 후 청수를 주입하는 단계 모두 추적자 용액의 주입압력은 일정하게 유지한다. Referring to FIG. 3A, the injection pressure P of the
추적자시험 초기에는 주입공(110)의 주입유량(Q)을 높게 유지하다가 시간이 경과됨에 따라 점차적으로 주입유량(Q)을 낮춘 후 일정하게 유지한다. 구체적으로, 사전에 청수를 주입하는 단계의 초기에는 주입유량(Q)이 가장 많게 추적자 용액을 주입한 후, 점차적으로 주입유량(Q)을 줄이다가 일정하게 유지한다. 즉, 주입공(110)을 통한 추적자 용액을 주입하는 단계나 주입공(110)을 통한 추적자 용액을 주입한 후 주입공(110)을 통한 청수를 주입하는 단계 모두 주입유량(Q)은 일정한 값을 갖는다. At the beginning of the tracer test, the injection flow rate Q of the
도 3b는 모니터링공(140)에서 모니터링되는 시간에 따른 지하수위 및 추적자 농도를 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 3B is a graph for schematically explaining the groundwater level and the tracer concentration according to the monitored time in the
도 3b를 참조하면, 주입공(110)을 통해 사전에 청수가 주입되는 동안, 모니터링공(140)을 통해 모니터링되는 지하수위는 점차적으로 높아지고 일정 수위가 도달하면 일정하게 유지된다. 이때 추적자 농도는 거의 제로에 가깝다. 왜냐하면 추적자 용액의 주입전이기 때문이다. Referring to FIG. 3B, while the fresh water is injected in advance through the
청수가 주입된 후 주입공(110)을 통해 추적자 용액이 주입되는 동안, 모니터링공(140)을 통해 모니터링되는 지하수위는 일정하게 유지된다. 이때 추적자 농도는 초기에는 제로에 가깝지만 추적자 용액 주입이 종료되는 시기가 도래함에 따라 추적자 농도는 급격히 상승한다. The groundwater level monitored through the
추적자 용액의 주입이 종료되고 청수가 다시 주입되는 동안, 모니터링공(140)을 통해 모니터링되는 지하수위는 일정하게 유지된다. 청수가 다시 주입되는 구간 초기에는 추적자 농도가 급격히 상승하고 일정 농도에 도달함에 따라 일정한 값을 유지하다가 다시 추적자 농도는 급격히 줄어든다. The monitoring groundwater level monitored through the monitoring well 140 remains constant while the infusion of the tracer solution is terminated and fresh water is injected again. At the beginning of the freshwater injection period, the tracer concentration increases sharply. As the concentration reaches a certain level, the tracer concentration decreases sharply.
그러면, 이하에서 불포화대 암반 추적자 시험 결과를 평가한 사례에 대해 설명한다. The following is an example of evaluating the results of the unsaturated versus rock tracker test.
불포화대 암반 추적자 시험 결과를 평가하기 위해, 불포화대 암반에 2m 이격 거리의 시추공을 굴착하였으며, 소금(Nacl)을 추적자로 이용하여 추적자 시험을 수행하였다. 추적자 농도는 전기전도도(EC)를 실시간으로 모니터링하여 측정하였다. In order to evaluate the unsaturated to rock tracker test results, a borehole with a distance of 2m was excavated on the unsaturated rock bed and tracer test was performed using salt (Nacl) as a tracker. The tracer concentration was measured by monitoring the electrical conductivity (EC) in real time.
불포화대 암반 추적자 시험 결과, 모니터링공의 2개 심도(상부구간 및 하부구간)에서 농도이력곡선은 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. As a result of the unsaturated versus rock tracer test, the concentration hysteresis curves at two depths (upper section and lower section) of the monitoring hole are shown in FIGS. 4A and 4B.
도 4a는 모니터링공의 상부구간 심도에서 관측된 농도이력곡선이고, 도 4b는 모니터링공의 하부구간 심도에서 관측된 농도이력곡선이다. FIG. 4A is a density hysteresis curve observed at the depth of the upper section of the monitoring hole, and FIG. 4B is a density hysteresis curve observed at the lower section depth of the monitoring hole.
불포화대 암반 추적자 시험 결과, 추적자 용액의 이동속도(v)와 분산계수(D)를 아래의 표 1과 같이 평가하였다. As a result of the unsaturated to rock tracer test, the moving speed (v) and the dispersion coefficient (D) of the tracer solution were evaluated as shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
포화대에서 추적자 시험 결과는 일반적으로 용질거동기작(advection-dispersion eq.)을 고려한 농도이력곡선 맞춤(curve fitting) 방법을 이용한다. 하지만, 불포화대 암반의 시험결과는 물리적인 거동기작을 고려하지 않은 모멘트분석(moment method; Yu et al., 1999)를 이용하는 것이 이용하다. The results of tracer test in the saturated zone generally use a concentration hysteresis curve fitting method considering the solvation-dispersion eq. However, the test results of the unsaturated versus rock mass are based on the moment method (Yu et al., 1999), which does not consider the physical behavior mechanism.
단계로 주입된 추적자 용액의 이동속도(v)는, 아래의 수식 1에 나타낸 바와 같이, 1차 모멘트를 이용하여 계산할 수 있다. The moving velocity (v) of the tracer solution injected into the step can be calculated using the first moment, as shown in the following equation (1).
[수식 1][Equation 1]
여기서, M1은 1차 모멘트, t는 지속시간, C1은 추적자 농도, z는 거리, v는 이동속도이다. Where M1 is the first moment, t is the duration, C1 is the tracer concentration, z is the distance, and v is the moving speed.
그리고, 단계로 주입된 추적자 용액의 용질분산계수(dispersivity)(D)는, 아래의 수식 2에 나타낸 바와 같이, 2차 모멘트를 이용하여 계산할 수 있다. The solute dispersity (D) of the tracer solution injected into the step can be calculated using the second moment, as shown in the following equation (2).
[수식 2][Equation 2]
여기서, μ2는 2차 모멘트, t는 지속시간, M1와 τ는 1차 모멘트, C1은 추적자 농도, z는 거리, v는 이동속도이다. Here, μ2 is the second moment, t is the duration, M1 and τ are the first moments, C1 is the tracer concentration, z is the distance, and v is the moving speed.
상술된 바와 같이, 추적자 용액의 이동속도(v)와 분산계수(D)를 평가하였다.As described above, the moving speed (v) of the tracer solution and the dispersion coefficient (D) were evaluated.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.
110 : 주입공 120 : 이중 패커
130 : 주입설비 140 : 모니터링공
150 : 패커들 160 : 수위/수질 측정 센서들
170 : 제어부 180 : 모니터링부110: injection hole 120: double packer
130: Infusion facility 140: Monitoring ball
150: Packers 160: Water level / water quality measurement sensors
170: control unit 180:
Claims (8)
상기 주입공에 삽입되고 상기 추적자 시험구간까지 연장된 주입 배관과, 상기 주입 배관에 청수 또는 추적자 용액을 공급하는 주입펌프와, 상기 주입 배관에 연결된 유량계와, 상기 주입 배관에 연결된 압력계를 포함하는 주입설비;
상기 주입공에서 일정 간격 이격되어 불포화대 암반에 굴착된 모니터링공에 삽입되어 불포화대 암반 구간들을 정의하는 복수의 패커들;
상기 모니터링공에 삽입된 패커들 사이의 공간에 배치된 복수의 수위/수질 측정 센서들;
상기 수위/수질 측정 센서들 각각에 연결되어 상기 추적자 용액 주입전의 청수 주입부터 모니터링공의 모든 구간에서의 수위변화 및 추적자 농도변화를 실시간으로 모니터링하는 모니터링부; 및
(a) 우선적으로 청수가 단독적으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어하고, (b) 상기 모니터링부의 모니터링 결과를 근거로, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액이 상기 우선적으로 이루어지는 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어한 후, (c) 다시 청수가 단독적으로 주입되도록 상기 주입설비를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화대 암반 추적자 시험 시스템.A double packer inserted into an injection hole excavated on an unsaturated rock bed to define a tracer test section;
An injection pipe inserted in the injection hole and extending to the tracer test section; an injection pump for supplying fresh water or tracer solution to the injection pipe; a flow meter connected to the injection pipe; and a pressure gauge connected to the injection pipe equipment;
A plurality of packers spaced a predetermined distance apart from the injection holes and inserted into the monitoring holes excavated to the unsaturated to rock to define unsaturated to rock sections;
A plurality of water level / water quality measurement sensors disposed in a space between the packers inserted into the monitoring hole;
A monitoring unit connected to each of the water level / water quality measurement sensors and monitoring the water level change and the tracer concentration change in real time from the fresh water injection before the injection of the tracer solution into all the monitoring points; And
(a) controlling the injection facility so that fresh water is injected singly; and (b) based on the monitoring result of the monitoring section, the tracer solution prepared by dissolving the tracer in fresh water is injected into the same injection And (c) a control unit for controlling the injection equipment so that fresh water is injected singly.
(b) 상기 주입공에서 추적자 시험구간을 선정하는 단계;
(c) 상기 주입공에 주입설비를 설치하는 단계;
(d) 상기 모니터링공에 불포화대 암반 구간들을 정의하기 위해 복수의 패커들을 삽입하고, 상기 모니터링공에 삽입된 패커들 사이의 공간에 복수의 수위/수질 측정 센서들을 배치하는 단계;
(e) 상기 모니터링공의 여러 구간 중에 특정 구간에서 지하수면이 형성되어 일정하게 유지될 때까지, 상기 주입설비를 통해 우선적으로 청수를 단독적으로 주입하면서 지하수 수위변화를 모니터링하는 단계;
(f) 추적자 농도가 설정 농도에 도달할 때까지, 청수에 추적자를 용해시켜 제조된 추적자 용액을 단계(e)에서 이루어지는 청수 주입과 동일한 주입압력 및 주입유량으로 주입하면서 추적자 농도 변화를 모니터링하는 단계; 및
(g) 단계(f)에서 모니터링되는 추적자 농도가 상기 설정 농도의 10% 미만일 때까지 청수를 단독적으로 주입하면서 추적자 농도 변화를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화대 암반 추적자 시험 방법. (a) inserting an injection hole and a monitoring hole in an unsaturated to rock bed to investigate the rock condition;
(b) selecting a tracer test zone in the injection hole;
(c) installing an injection facility in the injection hole;
(d) inserting a plurality of packers to define unsaturated versus rock sections in the monitoring well, and placing a plurality of water level / water quality measurement sensors in a space between the packers inserted in the monitoring well;
(e) monitoring the groundwater level change while injecting preferentially fresh water through the injection facility until the underground water surface is formed and maintained constant in a specific section of the monitoring hole during various intervals of the monitoring hole;
(f) monitoring the tracer concentration change by injecting the tracer solution prepared by dissolving the tracer into fresh water until the tracer concentration reaches the set concentration, at the same infusion pressure and infusion rate as the fresh water infusion in step (e) ; And
(g) monitoring the tracker concentration change while singly injecting fresh water until the monitored tracer concentration is less than 10% of the set concentration in step (f).
6. The method of claim 5, wherein if the tracer comprises salt (NaCl), the tracer solution is prepared such that the chlorine concentration is less than 2,000 mg / L.
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