Ghyben과 Herzberg는 연안부와 도서부에서 담수 렌즈와 해수의 수리 밸런스를 연구함으로써 Ghyben-Herzberg 모델을 확립했습니다.
소금물과 담수를 수평유체로 하여 수문평형을 실현하면 담수역에서의 수직 압력 분포는 다음과 같은 조건이 됩니다. 즉, 염수 영역의 압력과 담수 영역의 압력이 같아집니다.
즉, 해면 아래의 담수 렌즈 두께는, 해면상의 담수 두께의 약 40배입니다. 다만, 연안부나 도서부에서는 수직 성분을 무시할 수 없기 때문에 수평 유체로 간주하는 것은 문제가 됩니다.
지하수 개발에 따른 문제
국민생활의 개선과 공업화로 인해 지하수의 이용이 급증하고 있습니다. 지하수의 집수량이 자연량을 초과하게 되면 물의 균형이 깨지게 되는 것입니다. 즉, 과도한 양수는 지하수 감소로 인한 지하수의 취수량, 지반침하, 염수침입, 지하수의 오염을 증가시킵니다.
지하수가 광산폐수, 공장폐수, 생활하수, 축산양어장, 골프장 오염, 농약 오염 등으로 오염된 경우 오염 제거에 시간과 예산이 소요되어 오염을 근본적으로 방지해야 합니다.
특히 과도한 지하수 퍼올림은 지하수 감소를 야기하고, 심각한 경우에는 지하수 시스템의 수문학적 시스템이 파괴되어 지하수의 고갈뿐만 아니라 구조물의 손상을 일으킵니다. 일리노이주 북부의 시카고시 부근에서는 강수에 의한 대수층으로의 유입 고속화에 의해 지하수위가 30m 이상 저하되고 휴스턴 갤버스톤만 지역의 지반침하로 해수면이 수m 상승했습니다. 또한 이탈리아 베네치아 연안 지역에서는 지반 침하가 보고된 바 있습니다. 특히 귀중한 역사적 유물은 상대적인 해수면 상승에 의해 위협받고 있습니다. 따라서 대수층에 의해 집수되는 영역은 건축에 의해 인위적으로 차단되는 것이 아닙니다.
한국에서의 지하수의 예
한국에서는 1982년부터 1986년 사이에 경기 포천에서 지하수위가 3cm, 경남 창녕군 부곡에서 온천수위가 145cm 낮아졌다는 보도가 있습니다.
지하수를 과도하게 사용하면 지반 침하의 원인이 될 뿐만 아니라 기공률과 투수성이 저하되어 지하수의 존재를 할 수 없게 됩니다. 지면을 낮춰 싱크홀을 형성하고 지면을 가라앉힙니다. 내륙이나 고지에서 이러한 현상이 발생하면 구조적인 파괴가 발생하고 해안지역 등 저지대에서 발생하면 지반침하로 인한 해안침식과 침수가 발생할 수 있습니다.
연안부나 도서부에서 지하수를 과도하게 사용하면 담수시스템에 침입하여 소금물 침입으로 인한 피해가 발생합니다. 바다로부터 빗물은 바닷물과 쉽게 섞이지만 육지에서 쏟아진 빗물은 바위나 흙 틈새에 염분이 많은 지하수와 쉽게 섞이지 않습니다. 소금물과 담수의 밀도에는 차이가 있기 때문에 렌즈에 있는 소금물에는 담수가 존재합니다. 강수량이 같으면 항상 담수를 보유하고 있지만 담수를 과도하게 사용하면 담수의 렌즈층이 얇아지거나 소산되어 염분이 부족해질 가능성이 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 수계를 파괴하지 않는 범위에서 적절한 양의 물을 사용하는 것이 중요합니다. 또한 인공저수지를 만들어 호우 시 강수량의 표층수 손실을 줄이고 지하수를 유지하기 위해 대수층에 의해 강수량이 대수층으로 흘러 들어가도록 합니다. 또한 건축, 아스팔트, 콘크리트, 공항활주로, 포장도로 등의 대수층으로의 강수 유입을 방해하는 인공구조를 설계할 때는 대수층 보호를 고려할 필요가 있습니다. 이 점에서 습지의 매립은 지하수 보전에 도움이 됩니다.
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