정압주입시험을 이용한 지하수유동차원 해석

Flow Dimensional Analysis for Constant Pressure Injection Test

지하매질의 유동특성을 알기 위한 직접적인 방법은 아직도 현장수리시험에 의존하고 있다. 열극암반에서 유동모델의 개념정립을 위하여는 열극체계분포와 특히, 수리시험해석결과가 중요시되고 있다. 국내에서 수행되고 있는 수리시험은 조사공구간별에 따른 수리전도도를 방사상의 정상류로 가정하여 결과를 해석하고 있다. 또한 시험대상 매질을 균질한 대수층 또는 단순한 기하학적 형태의 매질로 간주하며 구간별 투수량계수는 시험구간을 가로지르는 각 열극의 투수량계수의 합과 같다고 가정한다. 국내 기존의 수리시험 및 해석방법으로는 수리학적 경계면의 영향(boundary effects)이나 유동로의 기하학적 형태(flow geometry)에 대한 자료를 얻기가 힘들며, 일정한 조사공 주변을 벗어나면 투수성열극의 연결성에 대한 정보를 구할 수 없다. 열극특성을 고려한 지하수유동 해석을 위하여 단일공 정압주입시험을 실시하였으며, 비정상류해석방법을 통하여 유동차원(flow dimension)에 대한 분석을 시도하였다. 시추시에는 단일패커시험을 일정구간별로 시행하였으며, 조사공의 시추후에는 이중패커에 의한 구간별 시험을 실시하였다. 비정상류해석으로 구한 수리전도도값은 정상류해석의 결과와 큰 차이(10배 이내)는 없었으나, 정압하에서 도출된 유동량변화곡선에서 유동차원분석이 가능하였다. 상부구간(<10m 깊이)의 단일 및 이중패커시험결과는 모두 정상류의 유동차원이 나타났으며, 이는 영향반경의 경계면이 open system임을 알 수 있다. 15m 깊이에서 도출된 유동량변화곡선은 1차원 유동상태에서 3차원(구상유동)으로 변화하였다. 하부구간(25m 깊이)의 시험결과는 closed system 특성이 관찰되었으며, 이는 조사구간에서 연결된 열극이 수리적으로 격리되어 있음을 알 수 있다. 현장수리시험으로부터 보다 많은 자료를 도출하기 위하여는 무엇보다도 수리시험장비의 보완이 필요하다. 특히 조사구간을 완벽하게 분리할 수 있는 패커장비와 미세한 유동량변화를 계측할 수 있는 유량계의 확보가 필수적이며, 조사구간의 압력변화를 자동기록할 수 있는 계측기기가 필요하였다.

Nowadays, the field hydraulic test is still an only method to evaluate groundwater characteristics in subsurface. The results of hydraulic test are very important for the concept model of fracture hydrogeology as well as the geometric pattern of fractures. The hydraulic tests performed in Korea are generally analysed under such assumption as steady radial flow in homogeneous aquifer or along simple geometry of fractures. Also the transmissivity measured in a fixed interval length is equivalent to a sum of individual fracture transmissivities in test legth. The boundary effects of weH hydraulics and the geometry of flow paths are hardly obtained from the test results analysed by a steady flow method. To circumvent this problem, the flow dimensional analysis was attempted from the results of constant pressure injection test carried out in a fractured granite area. A comparison of the hydraulic conductivity values from the transient and steady analysis shows that the latter is about a factor of 2~3 higher than the former. However, it was possible to analyse a flow dimension of each test interval from flow rate variation with time. The upper part of the bedrock(<10m deep) indicates an open boundary and the flow dimension shows nearly steady states, while the lower part of the bedrock(>25m deep) is characterized as sublinear flow dimension with a dosed boundary. In one of the test sections(15m deep), the flow dimension was changed from linear flow to spherical flow. From the experience of this study, one of the immediate problems to be solved is to enhance the field testing equipments, i.e., an accurate flowmeter with autorecording and a pressure detecting device to be able to install in the test section.