지하수의 발생
지하수는 지하수면 밑에서만 존재할 수 있습니다. 그러나 지하의 지층의 구조나 불투성층의 분포 위치에 따라 지역적으로 지하수가 불투성층 위에 보존되어 지역적인 지하수면을 형성하게 됩니다. 이 때는 이 지역의 광역적인 지하수면보다 훨씬 얕은 위치에서도 지하수가 산출될 수 있습니다. 이를 주수천이라 합니다. 그리고 지형과 대수층의 분포 특성에 따라 지하수층에 작용하는 압력 때문에 지하수가 높은 압력으로 분출하는 경우가 있습니다. 이를 찬정이라 합니다. 지하수의 양은 그 지역의 강수량, 대수층의 암석의 특성, 지질구조 등에 영향을 받습니다. 이러한 지하수의 양은 물의 순환에서처럼 물질 평형이 이루어지는 경향으로 항상 조절이 되며 지하수량은 대수층에 한정되어 있습니다. 따라서 우물에서 지하수량을 양수할 경우 지하수면은 우물 부근에서 낮고, 대량 양수하게 되면 지역적으로 지하수면이 낮아지게 됩니다.
지하수 모델 설정
섬과 해안지역에서의 지하수 해수가 담수보다 밀도가 크기 때문에 해안지역이나 섬지역에서의 담수 대수층에는 염수의 유입 가능성이 큽니다. 일반적으로 해안이나 섬지역에서 강수에 의해 유입된 담수는 염수층 위에 렌즈형으로 담수층이 형성됩니다. 평형상태에 있던 해수와 렌즈형 담수 대수층은 강수의 유입과 지하수의 사용량에 따라 평형이 파괴되기 쉽습니다. 렌즈형 담수 대수층에 염수가 침입하면 담수가 해수에 의해 오염되기 쉽습니다. 일단 염수가 담수층에 혼입되면 대단히 회복되기 어렵게 된 것입니다. 해안지역에서 염수와 담수가 평형상태에 있게 될 때 이들 경계면이 고정되어 있게 되며, 해수와 담수 사이에 해수와 담수가 혼합된 전이대가 형성됩니다. 염수와 담수에 관한 시뮬레이션 모델 설정시에 혼합유체와 불혼합유체를 생각할 수 있습니다. 혼합유체로 가정하면 이들 두 유체간에 전이대가 형성됩니다. 그러나 전이대가 렌즈형 담수체의 두께에 비해 아주 얇으므로 보통 불혼합유체로 가정하여 섬지역의 지하수계 모델 설정시 두 유체간에 경계가 명확한 인터페이스 방법을 사용한 것입니다. 보통 기벤헤르즈버그 관계로 알려져 있습니다. 물론 렌즈형 담수체의 두께가 전이대의 두께에 비해 비교적 얇은 동력적 조건인 경우에는 혼합유체 모델을 적용할 수도 있습니다.
기벤헤르즈버그 모델
기벤헤르즈버그 모델은 해안지역과 섬지역의 담수 렌즈와 염수 간의 수문학적 평형관계를 연구하여 기벤헤르즈버그 모델을 설정하였습니다. 염수와 담수를 수평적 유체로 가정하여 수문학적 평형이 이루어졌다면 담수지역의 수직적인 압력의 분포는 다음 조건을 형성합니다. 즉 염수지역의 압력과 담수지역의 압력이 같게 됩니다. 즉, 해수면 밑의 담수 렌즈의 두께는 해수면 위의 담수 두께의 약 40배가 된 것입니다. 그러나 해안지역이나 섬지역에서 수직성분을 무시할 수 없으므로 수평적 유체로만 가정한 것은 문제가 많습니다. 지하수의 개발로 발생되는 문제점 국민생활의 향상과 산업화로 인하여 지하수의 사용량이 급증하였습니다. 지하수의 채수량이 자연 함량을 초과하게 되면 물수지가 파괴됩니다. 즉, 과잉 양수를 하면 지하수면의 저하로 인하여 지하수의 취수장해, 지반침하, 염수침입, 지하수의 오염 등이 증대하게 됩니다. 광산폐수, 공장폐수, 생활하수, 축산과 양식장에 의한 오염, 골프장에 의한 오염 및 농약오염 등에 의해 지하수가 오염되면 오염을 제거하는데 장기적인 시간과 막대한 예산이 소요되므로 오염 현상을 사전에 근본적으로 막아야 할 것입니다.
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