Field Applications of Crossline Resistivity Tomography for the Detection of Anomalous Seepage Pathways in Embankment Dams
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(2) 592. 조인기 염지연 김기주 최보규 김병호 이상선 박영규. Titov et al., 2000; Sjödahl et al., 2002; Salmon and Johansson, 2003; 정승환 등, 1992; 이명종 등, 2000; 송성호 등, 2001; 박삼규 등, 2002; 박삼규 등, 2005, 조 인기 등, 2006b). 현재 제체의 누수구간 탐지에는 제체 마루부에서 수행되는 쌍극자 배열 전기비저항 탐사가 사 용되고 있으며, 여기서 얻어지는 결과는 측선 하부의 2차 원적 전기비저항 분포 단면이다. 일반적으로 전기비저항 분포 단면에서 저비저항대를 누수구간을 해석하게 된다. 한편 앞서 설명한 바와 같이 제체에서 발생하는 누수 는 중심점토의 훼손에서 기인한다. 일반적으로 점토는 제체의 축조에 사용되는 토사에 비하여 전기비저항이 매 우 낮다. 일단 중심점토에서 세굴현상이 발생하면 중심 점토내의 점토가 하류사면으로 이동하게 되며, 결과적으 로 하류사면 쪽의 점토와 수분함량이 증가하고, 이는 전 기비저항의 감소로 이어진다. 반면 중심점토 내에서는 오히려 점토함량이 감소하면서 전기비저항이 증가하게 된다. 결국 제체 마루부에서 얻어지는 전기비저항 탐사 자료는 하류사면의 낮아진 전기비저항과 중심점토의 높 아진 전기비저항에 모두 영향을 받게 되며, 해석과정에 서 이를 분리할 수 없다는 한계가 있다. 조사의 편의를 위하여 마루부에서 조사를 수행할 경우 이러한 문제점을 피하기 위해서는 가능하면 하류사면 쪽으로 설치하는 것 이 유리하다. 즉 중심점토의 훼손보다는 하류사면에 발 달한 누수구간 즉 저비저항대를 주된 탐사대상으로 설정 하는 효과적이다(조인기 등, 2006a). 따라서 체체 마루부에서 수행되는 쌍극자 배열 전기비 저항 탐사는 중심점토의 훼손에 관한 정보를 획득하는 데는 한계가 있다. 중심점토의 훼손 여부를 파악하기 위 해서는 기존의 탐사법과는 다른 조사방법이 요구되며, 생각할 수 있는 여러 방법 중 측선간 토모그래피법(조인 기 등, 2006c)이 중심점토의 분포양상을 파악하는 데 효 과적이다. 측선간 토모그래피법은 상류사면과 하류사면 에 제체에 평행하게 측선을 설정하고 crossline과 inline 방식으로 자료를 획득하여, 두 측선 사이의 전기비저항 분포를 파악하는 방법이다. 따라서 이 방법을 사용하여 두 측선 사이에 존재하는 중심점토의 분포양상을 파악할 수 있다. 즉 측선간 토모그래피 영상에서는 중심점토가 훼손된 부위가 정상적인 중심점토에 비하여 상대적으로 높은 전기비저항을 보이게 되며, 하류사면에 발달한 저 비저항대의 탐지도 가능하다. 결과적으로 측선간 토모그 래피 영상은 누수유로(anomalous seepage pathway)의 발달 상황을 한눈에 파악할 수 있는 효과적인 방법이다. 또한 부가적으로 상류사면과 하류사면에서 얻어지는 inline 자료는 개별적으로 처리하여 측선하부의 2차원 전기비저항 분포단면을 제공하므로 보다 신뢰도 높은 해 한국지구시스템공학회지. 석결과를 얻을 수 있다. 물론 마루부에서도 조사를 수행하 는 것이 누수구간의 수직적 위치 파악에 큰 도움이 된다. 본 연구에서는 이러한 측선간 토모그래피법을 국내의 4개 저수지에 적용하여 누수유로를 파악하고자 하였다. 물론 모든 경우에 마루부에서 쌍극자 배열 전기비저항 탐 사를 동시에 수행하여 해석의 신뢰도를 높이고자 하였다.. 사례 1 - 만수위의 경우 제체 내부의 전기비저항의 평면적 분포 양상을 파악하 기 위하여 강원도에 소재한 ○○저수지에 측선간 전기비 저항 토모그래피법을 적용하였다. 저수지는 제체길이 300m, 제고 20m 인 농업용수 저수지로 중심점토가 시 공되어 있으며, 아직까지는 대량 누수가 일어나지 않는 건전한 제체지만 국지적으로 누수의 징후가 외관조사에 서 확인된 바 있다. 조사는 2005년 7월 9일부터 10일 2 일간에 걸쳐 수행되었으며, 장마철이기 때문에 저수지 수위는 만수위를 유지하고 있었다. Fig. 1에 나타낸 바와 같이 사면의 기울기가 2.1:1이며, 제체 마루부에서 수면 까지의 수평거리가 6.8m 이고, 마루의 너비가 6.2m로 측선간의 수평거리는 20.0m 이다. 각 측선의 길이는 185 m, 측점 간격은 5m로 설정하였으며, crossline 조사는. Fig. 1. Plan view of the embankment dam and location of survey lines. Table 1. Dam Specification and survey parameters Dam specification Length (m). Height(m). 300. 20 Survey parameters. Date of survey. Line length(m). Dipole spacing(m). Line spacing(m). July, 9, 2005.. 185. 5. 20.
(3) 저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용. 변형된 단극-쌍극자 배열을, inline 조사는 쌍극자 배열 을 사용하였다. 전극은 상류사면에서 납추를 수면과 사 면의 경계부에 설치하였으며, 하류사면에서는 일반적인 금속봉을 사용하였다. 댐의 크기 및 탐사변수는 Table 1 에 정리하였다. Fig. 2의 (a), (b)와 (c)는 상류사면, 제체 마루 및 하류 사면에서 쌍극자배열 탐사자료를 역산하여 얻어진 전기 비저항 분포단면이다. 상류사면 단면의 경우에는 상부에 나타나는 불규칙한 형태의 고비저항대는 파도에 의한 사 면의 침식 방지를 위하여 피복된 사석의 영향으로 판단 되며, 저수지물의 영향으로 전반적으로 저비저항을 나타 내는 것으로 해석된다. 한편 35~45m 구간, 75~90m 구 간과 100~110m 구간에서도 80ohm-m 정도의 저비저항 대가 나타나고 있다. 제체마루의 하류사면 쪽에서 측정 된 전기비저항 분포단면에서 천부의 저비저항층은 제체 마루의 성토구간으로 해석되며, 그 하부는 전체적으로 볼 때 200ohm-m 이상의 고비저항을 보이고 있다. 25~ 40m 구간은 20m 심도에서 저비저항대 출현하고 있어 누수 위험구간으로 해석된다. 또한 100~115m 구간에 나타나는 저비항대도 누수 가능성이 있는 구간으로 생각 된다. 이들 이상대는 앞의 상류사면 측정결과에 나타난 25~40m, 100~110m 구간의 저비저항 이상대와 연결된. 593. 것으로 해석된다. 마지막으로 하류사면에 얻어진 전기비 저항 분포영상에서 중간 심도에 나타나는 저비저항대는 측선의 직하부에 존재하지 않는 중심점토의 영향으로 해 석되며, 심부의 고비저항대는 원지반의 영향인 것으로 해석된다. 특이한 점은 하류사면에서 얻어진 결과에서는 누수 위험구간으로 해석할 만한 뚜렷한 이상대가 보이지 않는다는 점이다. 2차원 전기비저항 탐사를 통하여 누수경로를 탐지하 는 경우에는 통상적으로 제체에 평행한 여러 개의 측선 에 대한 2차원 전기비저항 탐사를 실시하고, 각 2차원 전기비저항 단면의 누수 구간을 연결하여 누수경로를 해 석하게 된다. 그러나 Fig. 2에 나타난 바와 같이 상류사 면, 제체 마루, 하류사면에서 얻어진 전기비저항 단면에 서는 저비저항대의 연결성을 찾기가 쉽지 않다. 이는 제 체의 구성물질 예를 들어 중심점토나 사면 보호를 위하 여 설치된 사석 등이 각 측선에서 획득되는 전기비저항 자료에 미치는 영향이 서로 다르기 때문인 것으로 생각 된다. 즉 상류사면에서 측정된 전기비저항은 저수지물과 사석의 영향을 많이 받게 되며, 하류사면의 전기비저항 은 사면을 구성하는 토사와 원지반의 영향이 크게 작용 한다. 또한 제체 마루의 전기비저항은 중심점토의 영향 을 가장 많이 받는 측선일 것이다. 이와 같은 이유 때문. Fig. 2. Resistivity sections obtained at the upstream slope(a), the crest(b) and the downstream slope(c). It is not easy to find anomalous seepage pathways because low resistivity zones in sections do not exhibit a distinct continuity.. 제43권 제6호.
(4) 594. 조인기 염지연 김기주 최보규 김병호 이상선 박영규. Fig. 3. Crossline tomogram obtained at an embankment dam. The banded low resistivity zone is the clay core and dotted circles indicate anomalous seepage pathways.. 에 비록 평행하게 설정된 측선이지만 이상대의 연결성이 부족할 수밖에 없으며, 이는 누수경로의 파악을 어렵게 하는 주된 요인 중의 하나가 된다. Fig. 3은 저수지 상류사면과 하류사면에 설치된 측선 에서 crossline과 inline 조사를 통하여 획득된 전기비저 항 탐사자료를 역산하여 얻은 전기비저항 토모그래피 영 상이다. 전반적으로 중앙부에 중심점토로 해석되는 100 ohm-m 이하의 저비저항대가 제체에 평행하게 분포하고 있다. 이 중심점토는 제체의 차수효과를 높이는 중요한 역할을 하므로 중심점토의 파손은 저수지의 누수가 증가 함을 의미하며, 25~40m 구간에서 중심점토의 연결성이 손상되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 내부 침식 및 세굴현상에 인하여 중심점토내의 점토입자가 상당부분 유실된 것으로 해석할 수 있다. 마찬가지로 95~105m 구 간에도 중심점토가 손상된 구간이 나타나고 있다. 이와 같이 중심점토가 훼손된 구간은 제체 마루에서 수행된 전기비저항 탐사결과(Fig. 2b)에서는 저비저항대로 나타 나고 있다. 제체마루에서 얻어진 전기비저항 단면에서는 누수 위험구간이 저비저항 이상대로 나타나는데 반하여 측선간 토모그래피 영상의 중심점토 부분에서는 오히려 고비저항대로 나타나고 있다. 측선간 토모그래피 결과에 서 누수 위험구간이 상대적 고비저항대로 나타나는 이유 는 중심점토의 유실로 인하여 점토함량이 감소하기 때문 으로 판단된다. 반면 중심점토에서 유실된 점토는 하류 사면 쪽으로 분산되어 하류사면의 점토함량을 증가시키 며, 중심점토의 차수효과 저하로 인하여 함수율이 증가 할 것이다. 점토함량과 함수율의 증가는 모두 전기비저 항을 감소시키는 역할을 하게 된다. 따라서 제체마루의 하류사면 쪽에서 측정된 2차원 전기비저항 탐사 결과에 서는 누수 위험구간이 저비저항 이상대로 나타난 것으로 해석된다. 한편, 전기비저항 분포 영상에서 중심점토로 해석되는 저비저항대가 중앙부에는 양호하게 발달하고 있으나 평. 한국지구시스템공학회지. 면의 양단에는 고비저항대가 불규칙하게 분포하고 있다. 좌측의 고비저항 이상대는 수년전에 실시된 여수로 이전 공사 때 남아있는 시멘트 구조물인 것으로 해석된다. 반 면 170m 이상의 구간에 나타나는 고비저항대는 상류사 면과 하류사면에 평행하게 분포하고 있으며, 현 상태로 는 원지반의 영향 이외에는 뚜렷한 해석방안이 없어 보 인다. 이상을 종합해 보면 이 제체의 경우에는 상류부 30~40 m 지점에서 하류부 25m 지점을 연하는 경로와 상류부 95~105m 지점에서 하류부 105m 지점을 연결하는 선상 을 따라 주된 누수유로가 발달된 것으로 해석된다. 물론 내제 사면의 경우에는 거의 물에 의해 포화되어 있기 때 문에 누수가 특정 지점을 통하여 이루어지지는 않을 것 이지만, 중심부분에서는 중심점토가 훼손된 부분을 통하 여 집중적으로 누수가 일어날 것으로 보인다. 일단 중심 점토를 통과한 누수는 하류사면으로 들어와서는 다시 넓 게 분산되어 흐르는 것으로 해석된다. 이 제체의 경우 외 관조사 결과, 하류부 25m 지점을 중심으로 습지식물이 군락을 이루고, 지면의 습윤도가 다른 지역에 비하여 높 은 누수 징후가 뚜렷하게 나타나고 있으며, 차후에 트렌 치 작업을 통하여 대규모 누수를 확인할 수 있었다. 이 러한 결과는 전기비저항 탐사에서 얻어진 결과와 잘 일 치하고 있어 제체 누수문제에 전기비저항 탐사의 효율성 을 뒷받침해 준다고 볼 수 있다.. 사례 2 - 만수위의 경우 경상북도에 위치한 ○○저수지에 측선간 토모그래피 법을 적용하였다. 이 저수지는 Fig. 4에 나타낸 바와 같 이 제체길이 300m, 제고 40m 인 대형 농업용수 저수지 로 중심점토가 시공되어 있으며, 외관조사에서는 뚜렷한 누수징후를 보이지 않는 건전한 저수지이다. 조사시기는 2006년 7월 1일에 수행되었으며, 조사당시 상당량의 비.
(5) 595. 저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용 Table 2. Dam Specification and survey parameters Dam specification Length (m). Height(m). 300. 40 Survey parameters. Fig. 4. Plan view of the embankment dam and location of survey lines.. Date of survey. Line length(m). Dipole spacing(m). Line spacing(m). July, 1, 2006.. 200. 5. 30. Fig. 5. Resistivity sections obtained at the upstream slope (a), the crest(b) and the downstream slope(c). There is no anomalous zone representing anomalous seepages.. 가 내려, 하류사면의 경우에는 양호한 전극 접지상태를 유지할 수 있다. 홍수를 대비하여 수위를 낮게 유지하고 있었고, 파도에 의한 제체의 침식을 방지하기 위하여 상 류사면에 피복된 사석의 크기가 상당히 큰 암석으로 구 성되어 있었다. 하지만 납추를 수면 하부에 설치하여 전 극으로 사용하였기 때문에 접지상의 문제는 없었다. 측 선 간격은 수평거리로 30m, 측점간격은 5m, 측선의 길 이는 200m 이다. Fig. 5는 상류사면, 마루부, 하류사면에서 수행된 쌍극 자 배열 전기비저항 탐사 결과이다. 상류사면에서 얻어 진 결과는 저수지 물의 영향으로 상대적으로 매우 낮은 비저항을 보이고 있으며, 천부에 불규칙적으로 나타나는 고비저항대는 사석에 의한 영향으로 생각된다. 마루부의 결과는 천부에서는 고비저항대가 얇게 분포하고 있으며, 하부에 거의 균질한 저비저항대가 나타나고 있다. 260 m 이상의 구간에서 나타나는 이상대는 시멘트 구조물인 여수로의 영향인 것으로 판단된다. 하류사면에서 얻어진 결과도 마루부의 결과와 거의 유사한 양상을 보인다. 결. 과적으로 쌍극자 배열 전기탐사 영상에서는 누수 위험구 간으로 볼 수 있는 뚜렷한 이상대가 나타나지 않고 있다. Fig. 6은 측선간 토모그래피 영상이다. 상류사면 근처 에는 사석의 영향으로 고비저항대가 불규칙하게 출현하 고 있으나, 상류사면은 물로 포화되어 있기 때문에 평균 적인 전기비저항은 낮으며, 중앙에 중심점토를 나타내는 100ohm-m 정도의 저비저항대가 띠 형태로 나타나고 있 다. 하류사면 쪽은 상류사면에 비하여 평균적인 전기비 저항이 높게 나타나고 있어, 중심점토의 차수효과가 반 영된 것으로 해석된다. 하지만 중심점토는 구간에 따라 그 두께에 차이를 보이며, 특히 150~160m 구간에서는 중심점토가 훼손된 것으로 해석되는 고비저항 이상대가 나타나고 있으며, 90m 지점도 중심점토가 어느 정도 훼 손된 것으로 판단된다. 따라서 이 저수지는 현재 외관상으로는 아무런 누수징 후를 보이지 않는 건전한 저수지이지만 160m 부근에 누 수유로의 발달 가능성이 높은 것으로 판단되며, 향후 적 절한 보수가 이루어져야 할 것으로 보인다. 제43권 제6호.
(6) 596. 조인기 염지연 김기주 최보규 김병호 이상선 박영규. Fig. 6. Crossline tomogram obtained at an embankment dam. The banded low resistivity zone at the central part is the clay core and dotted circle indicate the zone which can be interpreted as an anomalous seepage pathway.. 사례 3 - 수위가 낮을 경우 강원도에 위치한 ○○저수지는 제체의 중앙부에 위치 한 구릉을 중심으로 그 좌우에 제체를 축조한 형태로, 측 선간 토모그래피 탐사를 구릉 우측부의 제체에서 수행되 었다. 제체의 길이는 110m 이지만 측선을 구릉부까지 연장하여 접합부에서의 토모그래피 탐사 가능성을 타진 하였다. 이 제체의 제고는 17.7m 이며, 홍수기를 대비한 물빼기로 인하여 수위가 매우 낮았으며 거의 저수지 바 닥이 드러나 있었다. 또한 제체가 노후화되어 설계도면 의 경사보다 작은 경사를 보이고 있었다. 측선간 토모그 래피 탐사에서 측선의 길이는 140m, 측선 사이의 간격 은 38m, 측점간격은 5m로 설정하였다. 앞의 두 경우와 마찬가지로 상류사면 측선의 경우 수면 경계부에서는 납 추를 구릉지대에서는 금속봉을, 하류사면의 측선에서는 금속봉을 사용하였으며, 제체 마루부에서도 쌍극자 배열 전기비저항 탐사를 수행하였다. Fig. 7에 본 저수지의 평 면도 및 측선을 나타내었다. Fig. 8은 상류사면, 마루부와 하류사면에 위치한 측선 에서 얻어진 쌍극자 배열 전기비저항 탐사 결과이다. 상 류사면의 경우 구릉지대인 0~30m 구간에서는 상부에서 높은 전기비저항을 나타내고 있으며, 제체가 시작되는 30m 이상의 구간에서는 천부에 저비저항대가 그 하부에 는 원지반의 영향에 의한 고비저항대 나타나고 있다. 구 릉 지대인 0~30m 구간에서는 심부에 저비항대가 나타 나고 있으며, 95m 이상의 구간에서도 심부에 저비항대 가 나타나고 있다. 한편 마루부에 얻어진 결과에서는 0~30m 구간에서 심부에 저비저항대가 발달하고 있으며, 110m 이상의 구간에서는 중간심도에 저비저항대가 발 달하고 있다. 마지막으로 하류사면에서 얻어진 결과에서 는 75m 지점에 강한 저비저항대가 나타나고 있으며, 110m 이상의 구간에서도 저비저항대가 출현하고 있으. 한국지구시스템공학회지. Fig. 7. Plan view of the embankment dam and location of survey lines. Table 3. Dam Specification and survey parameters Dam specification Length (m). Height(m). 110. 17.7 Survey parameters. Date of survey. Line length(m). Dipole spacing(m). Line spacing(m). July, 4. 2006.. 140. 5. 38. 나 가장자리이기 때문에 신되도가 떨어진다. 이상의 결과를 보면 3개의 측선에서 공통적으로 나타 나는 뚜렷한 이상대는 없어 보인다. 한편 제체의 누수원 인은 내부침식에 의한 세굴현상이다. 이러한 관점에서 보면 상류사면은 수위의 변화에 따라 차이는 있으나 물 로 포화되어 있으며, 세굴현상이 일어난다고 해도 물성 의 변화는 없다. 반면 하류사면의 경우에는 누수유로를 따라 중심점토에 분포하는 점토가 이동하고 수분함량이 증가하므로 급격한 전기비저항의 감소가 일어난다. 따라 서 상류사면에서 얻어진 결과보다는 마루의 하류사면 쪽 에 위치한 측선과 하류사면에 위치한 측선에서 얻어진 결과에 나타나는 저비저항 이상대가 누수구간으로 해석 되어야 한다. 이 경우에는 두 개의 측선에서 공통으로 나.
(7) 597. 저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용. Fig. 8. Resistivity sections obtained at the upstream slope (a), the crest(b) and the downstream slope(c).. Fig. 9. Crossline tomogram obtained at an embankment dam. The banded low resistivity zone representing the clay core does not take place at the central part of the image.. 타나는 이상대는 75m 지점과 110m 지점 정도이며, 이 들 이상대도 뚜렷한 연결성을 보이지는 못한다. Fig. 9는 측선간 토모드래피 영상을 나타낸 것이다. 좌 측의 구릉 지대에서는 높은 전기비저항을 보이고 있으 며, 대략 30m 지점에서부터 저수지 제체의 영향이 나타 나고 있다. 하지만 이 경우에는 앞의 두 측선간 토모그래 피 영상과는 판이한 양상을 보이고 있다. 가장 큰 특징은. 중앙부에 중심점토를 나타내는 띠 형태의 저비저항대가 출현하지 않는다는 점이다. 따라서 측선간 토모그래피법 의 가장 큰 장점중의 하나인 중심점토의 훼손여부에 대 한 정보를 얻을 수 없다. 이는 우선 두 측선사이의 간격 이 앞의 두 경우보다 넓기도 하지만, 그보다 더 중요한 점은 측선의 위치가 원지반에서 가깝기 때문인 것으로 해석된다. 측선간 토모그래피법에서는 이론적으로 연직 제43권 제6호.
(8) 598. 조인기 염지연 김기주 최보규 김병호 이상선 박영규. 방향의 물성변화가 없다고 가정하는데, 이 경우와 같이 측선의 위치가 거의 원지반에 가까울 경우에는 중심점토 의 깊이에 한계가 있으므로 중심점토의 영향보다는 오히 려 원지반과 상, 하류사면의 영향이 자료에 크게 나타난 것으로 판단된다. 결과적으로 이와 같이 측선의 위치가 너무 원지반에 가까워지면 측선간 토모그래피법의 장점 인 중심점토의 분포상황에 대한 직접적인 정보를 얻을 수 없게 된다. 이 저수지에서와 같이 측선의 위치가 원지반에서 가까 울 경우에는 중심점토보다 거리상으로 가까운 원지반과 상, 하류사면의 영향이 크게 나타날 것이며, 이러한 가정 이 틀리지 않다면, 측선간 토모그래피 영상에서 상, 하류 사면과 원지반의 전기비저항 분포에 관한 정보를 얻어낼 수 있을 것이다. 비록 중심점토가 토모그래피 영상에 나 타나지는 않고 있지만 상류사면과 하류사면의 경계는 구 분할 수 있다. 즉 상류사면과 그 하부의 원지반 중 일부 는 물로 포화되어 있기 때문에 전반적으로 낮은 전기비 저항을 나타내며, 하류사면과 그 하부 원지반은 중심점 토의 차수효과에 의하여 수분함량이 급격히 감소하므로 상대적으로 높은 전기비저항을 나타낸다. Fig. 9의 토모 그래피 영상에서도 일부 구간을 제외하면 상류사면 쪽의 전기비저항이 낮고, 하류사면 쪽의 전기비저항이 높게 나타나고 있어 중심점토가 정상적으로 작동하고 있음을 알 수 있다. 한편 토모그래피 영상에서 75m 지점에서는 하류부 쪽 에 국지적인 저비저항대가 관찰되며, 110~130m 구간 에서는 저비저항대가 상, 하류 쪽 모두에 넓게 분포하고 있다. 이는 Fig. 8의 쌍극자 배열 결과와도 잘 부합되므 로 이 제체에서 가장 누수 가능성이 높은 지점인 것으로 해석된다. 0~30m 구간에서는 구릉의 영향으로 높은 전 기비저항을 보이고 있으며, 제체와 원지반의 접합부가 잘 나타나고 있다. 비록 이 저수지의 경우에는 접합부에 서 누수를 나타내는 이상대가 없지만, 일반적으로 저수 지에서 누수 가능성이 높은 것으로 알려진 접합부의 조 사에 측선간 토모그래피법을 적용하면 효과적으로 누수 여부를 판별할 수 있을 것으로 기대된다.. 사례 4 - 수위가 낮을 경우 충청북도에 위치한 ○○저수지에 대하여 안전진단의 일환으로 측선간 토모그래피 탐사를 수행하였다. Fig. 10에 나타난 바와 같이 저수지 제체의 길이는 250m이 며, 제고는 17.9m이다. 조사기기는 2006년 7월 2일로 이 저수지도 홍수기에 대비한 물빼기로 수위가 매우 낮은 상태를 유지하고 있었기 때문에 측선간의 거리는 46m로 한국지구시스템공학회지. 설정하였다. 제체의 전반적인 상태를 파악하기 위하여 마루부에 제체의 길이와 같은 측선을 설치하고 쌍극자 배열 전기비저항 탐사를 수행하였다. 반면 측선간 토모 그래피 탐사는 50~250m 구간에 대하여만 수행하였다. 모든 측선에서 측점간격은 공히 5m로 설정하였으며, 상 류사면 측선에서는 납추를, 하류사면에서는 금속봉을 전 극으로 사용하였다. Fig. 11은 상류사면, 마루부, 하류사면에서 얻어진 쌍 극자 배열 전기비저항 탐사 결과이다. 상류사면에서 얻 어진 결과는 상부에 물과 저수지 바닥의 점토층으로 해 석되는 강한 저비저항 이상대가 분포하고 있으며, 심부 에는 원지반으로 보이는 고비저항대가 분포하고 있다. 마루부의 측선에서 얻어진 결과는 상부에 강우에 의해 물로 포화된 토사층으로 판단되는 저비저항대가 얇게 분 포하고 있으며, 그 하부는 비교적 균질한 고비저항대가 분포하고 있다. 하류사면에 설치된 측선의 결과는 상류 사면과 마루부의 결과보다 훨씬 높은 고비저항대가 천부 에서부터 비교적 균질하게 나타나고 있다. 따라서 이 세 개의 단면에서 특별한 누수구간으로 해석되는 이상대는 보이지 않으며, 외관상으로도 누수징후를 보이는 구간이 발견되지 않았다. Fig. 12는 이 저수지에서 얻어진 측선간 토모그래피 영상이다. Fig. 9의 경우와 유사하게 상류사면 쪽에서는 물로 포화된 원지반과 상류사면의 영향으로 저비저항대 가 분포하고 있으며, 하류사면 쪽에서는 수분함량이 낮. Fig. 10. Plan view of the embankment dam and location of survey lines. Table 4. Dam Specification and survey parameters Dam specification Length (m). Height(m). 250. 17.9 Survey parameters. Date of survey. Line length(m). Dipole spacing(m). Line spacing(m). July, 2. 2006.. 200. 5. 46.
(9) 599. 저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용. Fig. 11. Resistivity sections obtained at the upstream slope (a), the crest(b) and the downstream slope(c).. Fig. 12. Crossline tomogram obtained at an embankment dam. A banded low resistivity zone representing the clay core does not take place at the central part of the image.. 은 원지반과 하류사면의 영향으로 고비저항대가 나타나 고 있다. 이 경우에도 중심점토는 토모그래피 영상에 나 타나고 있지 않다. 처음에는 측선 사이의 간격이 42m로 매우 넓기 때문에 역산 알고리듬의 분해능 저하로 인하 여 중심점토가 나타나지 않는 것으로 의심하였으나, 이 론자료에 대한 수치실험을 통하여 측선 간격이 50m일 경우에도 충분히 중심점토를 탐지해 낼 수 있음을 확인 하였다. 따라서 중심점토가 토모그래피 영상에 나타나 지 않는 이유는 측선 사이의 간격에 비하여 중심점토의 수직 방향으로의 규모(vertical extent)가 너무 작기 때문 인 것으로 해석된다. 하지만 대략 y=15m를 기준으로 저비저항대와 고비저항대가 확연하게 구분되는 점으로. 보아 중심점토의 차수기능은 제대로 유지되고 있는 것으 로 해석된다. 한편 토모그래피 영상의 좌우에 나타나는 국지적 저비저항 이상대는 자료의 커버리지가 낮기 때문 에 신뢰도가 낮아 이 결과만으로 해석하기에는 한계가 있다.. 결. 론. 농업용 저수지 제체의 안전진단을 위하여 국내에 위치 한 4개의 저수지에 대하여 측선간 토모그래피 탐사와 추 가적으로 마루부에서 쌍극자 배열 전기비저항 탐사를 수 행하였다. 모든 조사에서 측점간의 간격은 5 m를 유지 제43권 제6호.
(10) 600. 조인기 염지연 김기주 최보규 김병호 이상선 박영규. 하였으며, 측선의 길이는 제체의 길이를 고려하여 설정 하였다. 상류사면 쪽의 측선은 상류사면과 물의 경계선 을 따라 설정하였으며, 하류사면 쪽 측선은 상류사면 측 선과 동일한 고도를 유지하였다. 상류사면에는 파도에 의한 제체의 침식을 방지하기 위한 사석이 시공되어 있 으므로 양호한 접지저항을 확보하기 위하여 수면 하부에 납추를 담가 전극으로 사용하였다. 만수위인 사례 1의 경우에는 중심점토의 훼손부가 비 교적 명확하게 나타나고 있으며, 이 결과는 마루부에서 수행된 쌍극자 배열 전기비저항 탐사결과와도 잘 부합된 다. 또한 누수구간으로 해석되는 하류사면에서 습지식물 의 군락을 확인하였으며, 차후의 트렌치 작업을 통하여 대규모 누수를 확인할 수 있었다. 마찬가지로 만수위인 사례 2의 경우에도 측선간 토모그래피 영상은 중심점토 의 분포 양상을 잘 보여주고 있으며, 중심점토가 훼손된 구간도 나타나고 있다. 반면 수위가 낮은 사례 3과 4의 경우에는 측선간 토모그래피 영상에 중심점토가 나타나 지 않는다. 이는 상, 하류사면에 설치된 측선이 너무 저 수지 바닥과 가까워, 자료가 중심점토보다는 원지반과 상, 하류 사면의 영향을 크게 받기 때문인 것으로 판단된 다. 하지만 이 경우에도 중심점토의 차수기능이 제대로 발휘되는가에 대한 정보를 얻을 수 있다. 즉 토모그래피 영상에서 중심점토를 기준으로 상류사면 쪽에서는 저비 저항대가 하류사면 쪽에서는 고비저항대가 나타나며, 이 는 상류사면이 물로 포화되어 있는 반면, 하류사면을 중 심점토의 차수효과에 의하여 수분함량이 급격히 저하되 기 때문인 것으로 해석된다. 따라서 비록 중심점토가 측 선간 토모그래피 영상에 나타나지 않는다고 해도 누수유 로의 파악에 매우 중요한 정보를 제공해 준다. 이상에서 측선간 토모그래피법은 제체에 발달한 누수유 로의 파악에 매우 효과적인 방법인 것으로 판단된다. 또한 부가적으로 상류사면과 하류사면에 설치된 측선에서 쌍극 자배열 전기비저항 탐사자료를 얻게 되므로 해석의 신뢰 도를 높일 수 있다는 장점도 있다. 물론 측선간 토모그래피 탐사와 마루부에서 쌍극자 배열 전기비저항 탐사를 함께 병행하는 것이 제체 안전진단에 효과적이다.. 사. 사. 이 논문은 농림부가 주관하고 한국농촌공사가 시행하 는 “수리시설물 재해예방 계측시스템 설치사업”의 일환 으로 수행되었습니다.. 한국지구시스템공학회지. 참고문헌 박삼규, 김정호, 서구원, 2005, “저수지 유지관리를 위한 전기비저항 모니터링 기법 응용”, 물리탐사, Vol. 8, pp. 177-183. 박삼규, 송성호, 최종학, 최보규, 이병호, 2002, “수리시설 물의 누수탐지를 위한 물리탐사의 적용성; 땅과 물이 만 나는 곳에서의 물리탐사”, 한국지구물리탐사학회 제4회 특별심포지움 논문집, pp. 179-195. 송성호, 권병두, 최종학, 김경만, 2001, 저수지 누수문제에 대한 수리지질 및 지구물리방법의 적용, 한국자원공학 회지, 38, 292-300. 이명종, 김정호, 정승환, 송윤호, 2000, “2차원 및 3차원 전기비저항탐사를 이용한 제당 누수조사”, 한국물리탐 사학회 제2회 특별심포지움 논문집, pp. 41-53. 정승환, 김정호, 양재만, 한규언, 김영웅, 1992, “전기비저 항탐사에 의한 제당의 누수구간 탐지”, 지질공학, Vol. 2, pp. 47-57. 조인기, 강형재, 김기주, 2006a, “저수지 3차원 구조에 의 한 전기비저항 탐사자료의 왜곡”, 물리탐사, Vol. 9, pp. 291-298. 조인기, 강형재, 이병호, 김병호, 이상선, 박영규, 이보현, 2006b, “전기비저항 상시관측에 의한 제체 안전도 지수 산출”, 물리탐사, Vol. 9, pp. 155-162. 조인기, 김기주, 김하림, 김건수, 한성훈, 임진택, 이원경, 2002, “시추공간 전기비저항 탐사에서 겉보기 비저항의 거동특성”, 한국자원공학회지, Vol. 39, pp. 173-181. 조인기, 염지연, 김기주, 박영규, 2006c, “저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피”, 한국지구 시스템공학회지, 인쇄중. Ogilvy, A. A., Ayed, M. A., and Bogoslovsky, V. A., 1969, “Geophysical studies of water leakages from reservoirs”, Geophy. Prosp., Vol. 17, pp. 36-63. Salmon, G. M., and Johansson, S., 2003, “Research on geophysical methods of detecting seepage and piping in embankment dams with case studies of geophysical measurements at two Swedish Tailings dams”, International Symposium on Major Challenge in Tailing dams, June 15, Montreal 2003, ICOLD 71st Annual Meeting. Sjödahl, P., Dahlin, T., Zhou, B., and Johannson, S., 2002, “Monitoring of leakage in embankment dams through resistivity measurements - A 2.5D modeling study”, Procs. 8th Environmental and Engineering Geophysics, pp. 169-172. Titov, K., Loukhmanov, V., and Potapov, A., 2000, “Monitoring of water seepage from a reservoir using resistivity and self polarization methods: case history of the Petergoph fountain water supply system”, First Break, Vol. 18, pp. 431-435..
(11) 601. 저수지 누수유로 파악을 위한 측선간 전기비저항 토모그래피법의 현장적용. 조 인 기. 염 지 연. 1982년 서울대학교 자원공학과 공학사 1984년 서울대학교 자원공학과 공학석사 1989년 서울대학교 자원공학과 공학박사. 2004년 강원대학교 지구물리학과 이학사 2006년 강원대학교 지구물리학과 이학 석사. 현재 강원대학교 지구물리학과 교수 (E-mail; [email protected]). 현재 에버텍엔지니어링 (E-mail; [email protected]). 김 기 주. 최 보 규. 1998년 강원대학교 지구물리학과 이학사 2001년 강원대학교 지구물리학과 이학석사 2004년 강원대학교 지구물리학과 이학박사 수료 지질 및 지반기술사. 1979년 고려대학교 지질학과 이학사 지질 및 지반기술사. 현재 강원대학교 지구물리학과 박사과정 (E-mail; [email protected]). 현재 한국농촌공사 환경지질사업처장 (E-mail; [email protected]). 김 병 호. 이 상 선. 1979년 전북대학교 자원공학과 공학사 지질 및 지반기술사. 1983년 인하대학교 자원공학과 공학사 지질 및 지반기술사. 현재 한국농촌공사 환경지질사업처 특수사업팀장 (E-mail; [email protected]). 현재 한국농촌공사 환경지질사업처 특수사업팀 과장 (E-mail; [email protected]). 박 영 규 1995년 강원대학교 지구물리학과 이학사 1999년 강원대학교 지질학과 이학석사 수료 지질 및 지반기술사. 현재 한국농촌공사 환경지질사업처 특수사업팀 (E-mail; [email protected]). 제43권 제6호.
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