소형루프 전자탐사는 폐기물 매립지로부터 발생되는 오염원의 범위 및 경로를 추적하기 위한 개략적인 조사에 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 매립물 분포 범위 및 침출수 발생 범위 파악을 위하여 다중주파수를 이용한 소형루프 전자탐사를 수행하였으며, 탐사 결과를 24곳의 트렌치 조사와 12개소의 시추조사에서 확인된 오염범위와 비교한 결과 매립지의 규모 및 침출수 범위 추정이 가능한 것으로 밝혀졌다. 그러나 본 매립지가 해안지역 삼각주에 위치함에 따라 약10 m 이하 심도에서 나타나는 10 ohm-m 이하의 낮은 전기비저항의 원인을 규명하기 위해서는, 10 m 이하 심도까지 시추조사를 병행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
물리탐사 자료의 역산 해를 찾는데 흔히 이용되는 결정론적 해법은 지역 최소점에 빠져 적절한 해에 수렴하지 못할 가능성이 크다는 단점이 존재한다. 이 문제를 해결하기 위한 대안 중 하나는 확률론적 접근법에 기반한 전역 최적화 방법을 이용하는 것이며, 여러 방법들 중에서 입자 군집 최적화(Particle Swarm Optimization, PSO)법의 적용사례가 많이 소개되었다. 이 논문에서는 PSO법을 이용한 소형루프 전자탐사 자료의 층서 구조 전기비저항 역해석 알고리즘을 개발하고 합성자료를 이용하여 역산실험을 수행하였다. 실험결과 기존의 Gauss-Newton 알고리즘으로는 최적의 역산해를 찾는데 어려움이 있는 소형루프 전자탐사 자료의 역산 시도에 PSO 방법을 적용하면 성공률을 높일 수 있음을 확인하였다.
소형루프 전자탐사의 가탐심도를 추정하기 위하여 주파수영역에서 2층구조에 대한 감도를 해석적으로 유도하였다. 이를 기초로 송수신 간격 2m 내외의 다중주파수 전자탐사 기기의 감도를 분석하고, 반응의 크기를 기준으로 가탐심도를 추정하였다. 먼저 감도 계산 결과는 하부층에 대한 감도는 동상성분이 이상성분에 비해 매우 높고 상부층의 두께가 20m에 이르더라도 저주파수 대역에서는 상부층의 감도에 비해 절대적으로 크다는 것을 나타낸 반면, 이상성분은 하부층에 대한 감도가 매우 약함을 보여준다. 따라서 다중 주파수를 이용한 소형루프 전자탐사에서는 동상성분의 정확한 측정이 가탐심도의 증대에 필수적임을 입증하였다. 전기비저항이 100ohm-m인 상부층 밑에 10ohm-m의 전기비저항을 갖는 하부층이 존재할 경우에는, 동상성분의 정확한 측정을 통하여 잡음 수준을 고려하더라도 10m까지의 가탐심도를 충분히 확보할 수 있으며 따라서 매립장의 침출수 분포 범위 영상화 등을 위해서 유용할 것으로 보인다. 그러나 전기비저항이 1,000ohm-m로 높은 기반암이 존재할 경우에는 비록 하부층의 감도는 상부층에 비해 매우 높으나 반응의 절대값이 매우 미약하여 탐지가 어려우며 이상성분 자료와의 복합적인 해석을 통해서도 기기의 정확도를 고려할 때, 가탐심도가 5 m를 넘기 힘든 것으로 나타났다. 따라서 전기비저항이 높은 지역에서는, 송수신 간격이 2m 내외로 짧은 다중주파수 소형루프 전자탐사법이 금속성 매설물의 탐지를 위해서는 유용하지만 기반암의 심도 규명에는 적절치 않다.
수평(HCP)및 수직동일면(VCP)배열을 사용하는 다중 주파수 소형루프 전자탐사 자료의 1차원 역산 프로그램을 개발하였다. 역산방법은 ACB 최소자승법을 사용하였으며, Jacobian 행렬을 해석적으로 계산하였다. 간단한 1차원 모델에 대한 이론자료를 계산하고, 동상 및 이상성분 자료를 사용하여 역산을 수행하였다. 역산 결과 동상 및 이상성분을 모두 사용할 경우 가장 정확하게 각 층의 전기전도도 및 심도를 추정하는 것으로 나타났다.
이 연구의 목적은 해안지역의 소유역에 대한 해수침투 범위를 규명하기 위하여 소형루프 전자탐사 자료에 대하여 베리오그램을 이용한 공간분석 기법의 적용성을 파악하는 것이다. 이를 위하여 일차적으로 소유역 전체에 대하여 33 지점의 전기비저항 수직탐사와 두 곳의 관정에 대한 전기전도도 검층이 수행되었다. 수직탐사 역산에 의한 전기비저항과 관정들의 대수층 두께를 비교한 결과, 연구지역 소유역 전체에 대한 해수침투 범위가 파악되었으며, 이러한 결과는 2년간 정기적으로 측정된 전기전도도 검층 결과로 확인되었다. 소유역 일부 지역에 대한 심도별 겉보기 전도도 변화를 확인하기 위하여 6개 주파수 대역을 이용한 전자기 탐사를 수행하였다. 베리오그램을 이용한 공간분석 결과로 겉보기 전도도 분포도를 작성한 결과, 이 방법이 얕은 깊이에 대한 해수침투 범위를 효과적으로 규명할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
쓰레기매립장의 침출수 누출 탐지를 위한 물리탐사법은 침출수의 전기전도도를 대상으로 한 전기탐사법이 주로 적용되어 왔다. 이 연구에서는 제주도에 위치한 비위생매립지를 대상으로 전기비저항 탐사와 더불어 매립장 경계부와 토양층을 통한 침출수 누출 영역을 효율적으로 규명하기 위하여 다중주파수를 이용한 소형루프 전자탐사를 수행하였으며, 아울러 오염지역의 천부 지하수 유동 방향을 추정하기 위하여 침출수의 유동에 의해 발생될 수 있는 자연전위를 모니터링 하였다. 전기비저항 탐사 및 자연전위 모니터링 결과 매립지 주변을 통한 침출수의 누출 가능성은 거의 없는 것으로 나타났으며, 이는 주변 하천에서 정기적으로 실시한 수질 분석 결과와 일치된다. 또한 소형루프 전자탐사 자료에 대하여 공간 필터링 및 1차원 역산법을 적용한 결과 매립장 경계부의 위치 및 매립장 내부의 심도별 매립물에 의한 저비저항 이상대를 효과적으로 도출 할 수 있었다.
준설해사를 이용하여 성토된 방조제 제체 매질에서 채취한 시료에 대하여 전기비저항을 실측하였으며, 소형루프 전자탐사의 1차원 역산 자료를 비교 분석한 결과 높은 상관성이 나타남을 확인하였다. 이러한 소형루프 전자탐사결과를 콘관입시험 결과와 비교하여, 비저항값과 콘저항치와의 상관성을 분석하였다. 분석 결과 준설해사로 성토된 방조제의 경우 1 ohm-m 이하의 비저항값이 나타나는 구간과 콘저항치가 50 $kgf/cm^2$ 이하로 매우 낮은 값을 나타내는 구간이 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 준설해사로 성토된 방조제의 경우 정기적인 비저항 모니터링의 결과를 활용한 유지 관리 업무에 활용이 가능한 것으로 나타났다.
소형 송수신기를 이용하는 전자탐사 방법은 이제까지 주로 금속탐지기와 같이 지하전도체의 매립위치 탐지 및 전기전도도의 정성적인 변화를 해석하는데 사용되어 왔다. 그러나 최근 들어 토목, 환경분야에서 전기전도도가 비교적 높은 지역에서의 매설물의 탐지 및 전기전도도 분포를 영상화하는 기술의 수요가 늘어남에 따라 이러한 전자탐사의 적용 및 정량적인 해석방법에 대한 연구가 활발해지고 있다. 이 연구에서는 이러한 전자탐사법의 탐사 기초원리를 간략히 소개하고, 실증 시험 지역에서 얻어진 자료를 토대로 전도성 매설물의 탐지 및 지하 전도도 분포 영상화의 실 예를 보여주었다. 이 연구를 통하여 향후 이러한 소형루프를 이용하는 다중주파수 전자탐사 장비가 전도성 매질이 존재하는 탐사 지역에서 신속하고 정확한 탐사 방법으로 활용될 수 있음을 보여주고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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