<사진. 양수전의 상태, (중) 양수에 의한 염수의 혼합, (우) 이번에 개발한 기술
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
지하수질을 보전하는 이중양수기술 개발
- 염수화된 지하수의 확산방지 등에 활용
농업식품산업기술종합연구기구는 한 우물 내에 경계를 두고 각각의 펌프로부터 독립적으로 지하수를 양수하는 기술(이중 양수 기술)을 개발하였다. 대수층 내에 양호한 수질의 지하수와 수질이 악화된 지하수가 혼재하고 있는 경우, 지하수를 양수한 경우에는 양쪽이 대수 층 내에서 혼합된다. 그러나 이번에 개발한 기술은 양쪽을 별도로 양수함으로써 혼합을 억제할 수 있다. 또한 경계와 펌프 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.
대수층 내에 양호한 수질의 지하수와 수질이 악화된 지하수가 혼재하고 있는 경우, 한쪽의 지하수를 양사한 경우에는 양쪽이 대수층 내에서 혼합된다. 그러나 이번에 개발한 기술에서는 양쪽을 별도로 양수함으로써 혼합을 억제시킬 수 있다. 또한 경계와 펌프의 위치를 자유롭게 설정할 수 있다. 본 기술에 의해 대수층 하부에 염수가 침입한 연안지역, 지진해일 등에 의해 표층 부근의 지하수가 염수화된 지역, 지하수 오염에 의해 대수층의 일부를 사용할 수 없는 지역에서도 양호한 수질의 지하수가 이용 가능할 것으로 기대된다.
지하수를 우물로 이용하는 경우, 물을 보기 쉽고 수질이 양호한 대수층으로부터 양수한다. 그러나 대수층의 일부에 수질이 좋지 않은 지하수가 존재하는 경우가 있다. 예를 들면, 연안지역에서는 대수층의 상부는 담수이지만, 하부에는 바다로부터 침입한 염수가 분포하고 있다. 또한 지진해일에 의해 피해를 입은 지역에서는 대수층의 상부에 염수가 분포하고 있는 경우도 있다.
이러한 지역에서 수질이 양호한 층으로부터 양수를 실시하면, 그 층의 압력이 저하되기 때문에 수질이 좋지 않은 층으로부터 지하수가 흘러들어와 혼합되고, 수질이 서서히 악화된다. 때문에 양수량을 적게 하거나, 경우에 따라서는 우물을 이동할 필요가 있으며, 수질이 양호한 지하수를 안정적으로 양수하는 기술이 요구되었다.
본 기술은 하나의 우물 내부에 독립적으로 임의의 깊이에 설치할 수 있는 두 개의 펌프, 펌프사이에 배치된 공기 패커, 지하수압과 수질을 측정하는 센서, 이것을 이동시키는 승강기, 양수량 제어장치 등으로 구성되어 있다. 우물 안 깊이별 지하수질을 사전에 측정하고, 수질이 양호한 깊이에 펌프 하나를 설치하고, 수질이 좋지 않은 깊이에 다른 펌프 하나를 설치하며, 양쪽의 중간에 공기 패커를 설치하여 공기 패커를 부풀려 우물 안의 지하수 흐름을 차단함으로써 두 개의 펌프를 동시에 작동시킨다. 수질이 좋은 깊이에 설치된 펌프에 의해 양수된 지하수는 이용하며, 다른 펌프로 양수된 지하수는 폐기한다.
두 개의 다른 깊이로부터 동시에 양수함으로써 대수층 내 수질이 좋은 영역과 수질이 좋이 않은 영역 사이에 압력차가 발생하지 않고, 양쪽의 혼합을 억제할 수 있다. 펌프 가까이에 설치된 센서에 의해 압력과 수질을 감시하고, 각각의 깊이에서의 양수량을 조정한다.
농촌공학연구소 내에 설치된 구경 100mm의 우물에서의 시제품에 의한 시험에서는 상단 펌프와 하단 펌프가 각각 양수한 지하수의 전기전도도의 차가 유지되고 있으며, 양쪽 지하수가 혼합되지 않았다는 것을 알 수 있다.
지금까지 이중 양수는 수질이 좋은 깊이와 수질이 좋지 않은 깊이로부터 동시에 양수하기 때문에 각각의 전용 우물을 설치하였다. 그러나 이 방법은 두 개의 우물을 필요로 하기 때문에 비용이 많이 소요된다. 또한 수질이 좋은 깊이와 수질이 좋지 않은 깊이의 경계에서는 사용할 수 없다는 문제가 있었다. 본 기술은 하나의 우물에서 이중양수를 실현하였기 때문에 비용 저감이 가능하며, 우물 내의 경계 깊이를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 경계 깊이의 이동에도 대응할 수 있다.
본 기술을 이용함으로써 대수층 하부에 염수가 침입된 연안지역에서 지하수를 염수화시키지 않고 지속적으로 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 지진해일에 의해 표층 부근의 지하수가 염수화 된 지역, 지하수 오염에 의해 대수층의 일부를 사용할 수 없는 지역에서도 양호한 수질의 지하수를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 앞으로는 공기 패커의 수를 증가시키거나, 펌프끼리의 거리를 두는 등 다양한 조건에 대응할 수 있도록 기술의 적용범위를 확대시킬 예정이다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr