지하수의 개념

 지하수는 다공매체, 분쇄매체 또는 큰 균열(석회암층)을 통과하는 흐름이라고 정의할 수 있다. 다공매체는 고형물질과 비어있는 공극 또는 공간으로 구성되어 있다. 흙과 같은 다공 매체는 물이 흐를 수 있는 공극, 즉 투수공간이 상대적으로 아주 작다. 우리가 관심을 가지고 있는 다공매체는 일반적으로 지하수를 포함하고 있는 자연 토양, 다져지지 않는 퇴적토, 퇴적암이다. 토양에서 입자의 크기는 토양 구조와 관련되어 있다. 토양에서 점토(clay), 실트(silt), 모래(sand)의 구성 비율을 그림1.에 보인 토양구성 삼각도표에 의해 설명할 수 있다. 이 삼각형에서 각 점들은 점토, 모래, 실티의 중량비율이다.

그림1.

 지하수가 생성되는 지하의 구조는 그림2. 에 보인바와 같이 통기대(vadose zone)와 포화대(zone of saturation)로 구분할 수 있따. 불포화 지역 또는 부분적 불포화 지역이라고 부르는, 통기대는 지하수위 위쪽의 지하 매질이다. vadose라는 용어는 라틴어 vadosus에서 유래한 용어이며 얕다(shallow)는 의미이다.

그림2.

 지하수의 근원은 땅 속으로의 침투, 유입, 저수지로부터의 침윤, 인위적 충전, 응결, 바다로부터의 침윤, 퇴적암에 억류된 암석수(connate water) 및 초생수(juvenile water) 등이다. 어떤 지하수라도 대부분은 대수층이라고 정의된 땅 속의 지층에 저장된다. 대수층은 우물에 많은 양의 물을 제공할 수 있또록 충분히 포화되어 투수 가능한 물질로 구성된 지층이라고 정의할 수 있을 것이다. 대수층은 일반적으로 넓은 면적에 확장되어 있으며 기본적으로 지하수의 저수지이다. 이 층은 대수층 주변에 상대적으로 불투수성 물질로 구성된 경계층(confining beds)에 의해 위층과 아래층으로 구별된다.

경계층들의 형태는 다음과 같다.

○ Aquiclude : 포화 가능하지만, 우물과 같이 물의 생성을 감지할 수 있는 정도의 양이 아닌 불투수성 물질로서 점토가 그 예이다.

○ Aquifuge : 물이 포함된다거나 전달되지는 않지만, 상대적으로 투수 가능한 형태로서 화강암질 고체가 여기에 속한다.

○ Aquitard : 포화 가능하지만, 지하수의 움직임을 방해하고 우물에 대해 자유롭게 물이 생성되지 않을 정도로 아주 조금만 투수가 가능한 층이다. 그러나 인접 대수층으로부터 다른 대수층까지 물을 전달할 수 있으며, 이 층이 충분히 두꺼운 곳에서는 중요한 지하수의 저장지역을 구성할 수 있다. 모래성 점토(sandy clay)가 그 예이다.

 

 대수층은 지하수의 존재 유무에 따라 비피압대수층 또는 피압대수층으로 구분된다. 비피압대수층은 지하수면이 포화수대의 상층면을 형성하는 것으로서 자유대수층(free, phreatic 또는 non-artesian aquifer)이라고도 부른다. 지하수의 변화(상승 또는 하강)는 대수층 내에 저장된 물의 체적변화를 의미한다. 피압대수층은 지하수가 불투수성 두 암반층 사이에 끼어서 대기압보다 큰 압력을 받고 있는 대수층이다. 피압대수층은 피압층 또는 압력대수층(pressure aquifers)이라고도 부른다. 물은 이런 대수층으로 유입하여 불투수층으로부터 상승된 수면을 형성한다거나 지하의 끝부분에 도달하게 되고, 이런 지역은 충전지역이라고 알려져 있다. 압력 대수층을 관통한 우물에서 수위변화는 저장 체적의 변화보다도 압력변화의 결과에 기인한다.