예비패커를 이용한 오염지하수 관정 상.하부 대수층의 지하수 수질 평가

조희남,조윤철,김주영,최상일,Cho, Heuy-Nam,Cho, Yun-Chul,Kim, Joo-Young,Chol, Sang-Il 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.6

Two different aquifers with different characteristics developed in the study area - a lower and upper aquifer zone. Nitrate contamination of the lower aquifer zone was likely due to infiltration of nitrate-contaminated groundwater of the upper aquier zone through abandoned groundwater wells. In order to evaluate the feasibility of a preliminary packer designed to prevent nitrate migration through abandoned groundwater wells NO3-N concentrations of the upper and lower part of preliminary packer installed at four sampling sites were measured. Nitrate concentrations of the and lower part of Yechun sinwolri were 10.3 mg/L and 5.0 mg/L, respectively. Yechun eosinri, Yechun jeowooriis, and Andong hoegokri were $NO_3$-N concentrations in the upper (11.3, 11.0, and 14.6 mg/L) and lower (8.8, 1.6, and 8.0 mg/L), respectively. $NO_3$-N contents of all groundwater samples in the lower part after the preliminary packer installation showed 22~85% lower than those of the upper part. 연구대상지역내에는 지하수수질이 상이한 상 하부 대수층이 각각 발달되어 있었다. 하부 대수층내 지하수의 주 오염원인은 상부의 질산성질소로 오염된 천부지하수가 지하수공 내로 유입되었기 때문으로 사료된다. 폐기 또는 방치지하수공을 통한 질산성질소의 하부 대수층으로 오염 확산 억제를 위하여 예비팩커를 공 내부에 설치하고 패커 상, 하부의 질산성질소 함량을 측정하였다. 예비패커 설치후 상, 하부 구간의 질산성질소 함량은 예천군 신월리 경우, 상부는 10.3 mg/L 이었으나 하부는 5.0 mg/L로 상부에 비해 50% 낮은 함량을 나타내였다. 예천군 어신리는 상부는 11.3 mg/L 이었으나 하부는 8.8 mg/L로 상부에 비해 22% 낮은 함량을 보였다. 예천군 저우리는 상부는 11.0 mg/L이고 하부는 1.6 mg/L로 상부에 비해 85% 낮은 함량을 보였다. 안동시 회곡리는 상부는 14.6 mg/L 이었으나 하부는 8.0 mg/L로 상부에 비해 45% 낮은 함량을 나타내였다. 연구지역에서 예비패커를 적용한 결과 패커 하부의 질산성질소 함량은 상부에 비해 22~85% 낮게 나타내였다.

오염지하수 유입방지를 위한 압축패커 그라우팅 장치 개발

조희남 ( Heuy Nam Cho ),최상일 ( Sang Il Choi ) 대한지질공학회 2009 지질공학 Vol.19 No.4

압축패커장치는 지하수관정의 지표하부오염방지시설의 개선을 위하여 개발한 장치이다. 이 장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 시공이 간편하고, 4.5 kg/cm2의 내압성을 갖고 있어 지하수 누출이 없도록 수밀성을 갖추고 있으며, 단일케이싱을 설치하며 그라우팅을 위한 확공은 300 mm로 굴착 가능하므로 시공비를 절약할 수 있다. 압축패커의 재질은 실리콘 고무를 사용하여 신장율이 590%이고 Pb, Cd, 페놀 등의 유해성분이 기준치 이하거나 불검출 되어 우수한 환경성을 가지고 있다. 또한 시공비가 기존의 그라우팅 공법의 35~62% 이하, 환경신기술 제 47호인 팽창패커 공법의 87% 이하로 시공이 가능한 경제적인 방법이며, 지하수 수질보전등에 관한 규칙, 제주도 지하수개발·이용시설 설치 및 관리기준, 환경부와 농림수산식품부의 소규모수도시설 운영관리 방안 지침 등 관련 법령규정에 적합한 제품이다. The compressed packer device is designed to improve the underground contamination prevention facilities of ground water wells. As for the device, the installation is simple because of the safety lock device and the compression of the casing are simple the installation is simple. There is no leakage of ground water because the pressure resistance with 4.5 kg/cm2 makes it equipped with the watertightness The single casing is installed and the reaming for grouting is possible with 300 mm excavation so that installation cost can be saved. Silicon rubber is used for the compressed packer so that the extension rate is 590%. In terms of environmental pollution, it is an environmental friendly product which does not contain harmful ingredients such as Pb, Cd, and phenol. below the standard or undetectable level Furthermore, the installation costs are 35 to 62% or lower than the conventional grouting construction method and are 87% or lower than the expansion packer construction method, the new environmental technology No.47 Also, the device is designed to meet the relevant regulations such as Rules on Preserving the Ground Water Quality, The Standard on Jeju Island Ground Water Development and Facility Installation and Management, and The Plan and Guideline on Operating and Managing the Small-Scale Tap Water Facilities of Ministry of Environment and Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries.

R&D를 통한 지하수오염방지 차폐장치 및 사후관리 개발기술의 현장적용 사업화

조희남(Heuy Nam Cho),정교철(Gyo cheol Jeong) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

논문 : 고심도 지중열전도도에 의한 지열 응용의 효뮬성

조희남 ( Heuy Nam Cho ),이달희 ( Dal Heui Lee ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2012 지질공학 Vol.22 No.2

이 연구의 목적은 현장의 지중열교환기에서 조건별 지중열전도도, 유속, 유량 및 파이프관내 압력을 측정하고, 이들 시험자료들을 분석하여 지열응용의 효율성을 평가하는데 있다. 규정에 따라 현장측정 장비를 설치한 후 3가지 다른 경우 에서 각각 열전도도를 얻었다. 2차와 3차 경우의 결과를 바탕으로, 동일한 암반 지중하에서 다른 깊이(506m, 151m), 다른 파이프관경(65mm, 30mm) 별 얻어진 열전도도는 각각 k=2.9, k=2.8로 크게 차이가 나지 않았다. 4차 경우는 2차 경우와 같은 조건의 심도 지중하에서도 이중관일 경우에는 열전도도가 k=2.5로 크게 차이 나지 않았다. 이러한 결과는 지열이용 시, 같은 지질일 경우 깊이가 중요한 변수가 될 수 있음을 보여 주고 있다. 또한 이 시험에서 얻은 물의 유속 과 물의 유량 측정값 및 열전도도를 시뮬레이션 분석한 결과, 지열시스템의 운영 시심도 506m 지열공 한개가 심도 151m 지열공 3개 운영보다 더 경제적임이 확인되었다. 비슷한 지중열전도도 환경에서 0.8m/sec로 같은 유속일 경우 약 4배의 유량 (9.3~9.8m3/d, 2.3∼2.5m/d)의 차이를 보였다. 특히 대도시 건물 밀집형 지대 또는 지가가 비싸서 간접비가 많이 발생하는 대도시 지역에서는 훨씬 더 경제적일 것으로 판단된다. The objectives of this study were to test geothermal conductivity (k), water velocity, water quantity, and pipe pressure from a ground heat exchanger in the field, and then to analyze these data in relation to the effectiveness and economical efficiency for application of geothermal energy. After installation of the apparatus required for field tests, geothermal conductivity values were obtained from three different cases (second, third, and fourth). The k values of the second case (506 m depth) and third case (151 m depth) are approximately 2.9 and 2.8, respectively. The k value of the fourth case (506 m depth, double pipe) is 2.5, which is similar to the second and third cases, This result indicates that hole depth is a critical factor for geothermal applications, Analysis of the field data (k, water velocity, water quantity, and pipe pressure) reveals that a single geothermal system at 506 m depth is more economically efficient than three geothermal systems at depths intervals of 151 m. Although it is more expensive to install a geothermal system at 506 m depth than at 151 m depth, test results showed that the geothermal system of the fourth case (506 m, double pipe) is more economically efficient than the system at 151 m depth. Considering the optional cost of maintenance, which is a non-operational expense, the geothermal system of the fourth case is economically efficient. Large cities and areas with high land prices should make greater use of geothermal energy.

관정내부에서 지하수유입에 따른 수질변화 특성

조희남 ( Heuy Nam Cho ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1

열응답 실험 및 열저항 해석을 통한 장심도 수직밀폐형 지중열교환기의 성능 분석

심병완,박찬희,조희남,이병대,남유진,Shim, Byoung Ohan,Park, Chan-Hee,Cho, Heuy-Nam,Lee, Byeong-Dae,Nam, Yujin 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.6

300 m 이상의 장심도 지중열교환기는 도심지나 넓은 부지를 확보가기 어려운 지역에 지열냉난방 시스템을 경제적으로 설치하는데 유리하다. 그러나 실제 시공에서는 여러 가지 문제들로 인하여 보편적으로 시도되지 않았고, 일반적으로 100 ~ 200m 심도로 설치되어 왔다. 본 연구에서는 일반적인 시추공 직경 150 mm에 U 파이프는 50A 규격으로 외경 50 mm의 300 m 심도로 지중열교환기를 설치하였다. 고밀도 PE관은 단위 길이당 비중이 $0.94{\sim}0.96g/cm^3$으로 지열공 내부에 채워진 지하수 영향으로 부력이 존재하여, 이를 개선하기 위해 4.6 kg 무게의 금속으로 제작된 하중밴드 10개조를 설치하여 부력의 영향을 감소시켰다. 지중열교환기의 길이 산정 및 성능평가를 위한 기초조사로서 지반조사 및 열응답실험이 실시되었다. 지반내 온도구배는 100 m 심도까지는 주변 지하수 이용에 의한 영향 등으로 $15^{\circ}C$ 정도의 분포를 보이며 그 하부는 $1.9^{\circ}C/100m$의 지온증온율을 나타내고 있다. 열응답실험은 기존에 설정된 표준 방식으로 48 시간 진행되었으며 평균 주입전력은 17.5 kW이며 평균 순환수 유량은 28.5 l/min, 그리고 평균 입출구 온도차는 $8.9^{\circ}C$로 나타났다. 측정된 지중열전도도는 3.0 W/mk이며, 공내열저항은 0.104 mk/W로 나타났다. Stepwise 평가에서 지중열전도도 변화는 초기 13시간을 제외한 이후에는 표준편차가 0.16으로 매우 안정된 값으로 수렴한 것으로 나타났다. 그리고 공내열저항의 민감도를 분석한 결과 파이프의 구경과 그라우팅 물질의 열전도도가 증가함에 따라 그 값이 미미하게 감소하는 경향을 나타내었다. Due to the limited areal space for installation, borehole heat exchangers (BHEs) at depths deeper than 300 m are considered for geothermal heating and cooling in the urban area. The deep vertical closed-loop BHEs are unconventional due to the depth and the range of the typical installation depth is between 100 and 200 m in Korea. The BHE in the study consists of 50A (outer diameter 50 mm, SDR 11) PE U-tube pipe in a 150 mm diameter borehole with the depth of 300 m. In order to compensate the buoyancy caused by the low density of PE pipe ($0.94{\sim}0.96g/cm^3$) in the borehole filled with ground water, 10 weight band sets (4.6 kg/set) were attached to the bottom of U-tube. A thermal response test (TRT) and fundamental basic surveys on the thermophysical characteristics of the ground were conducted. Ground temperature measures around $15^{\circ}C$ from the surface to 100 m, and the geothermal gradient represents $1.9^{\circ}C/100m$ below 100 m. The TRT was conducted for 48 hours with 17.5 kW heat injection, 28.65 l/min at a circulation fluid flow rate indicates an average temperature difference $8.9^{\circ}C$ between inlet and outlet circulation fluid. The estimated thermophysical parameters are 3.0 W/mk of ground thermal conductivity and 0.104 mk/W of borehole thermal resistance. In the stepwise evaluation of TRT, the ground thermal conductivity was calculated at the standard deviation of 0.16 after the initial 13 hours. The sensitivity analysis on the borehole thermal resistance was also conducted with respect to the PE pipe diameter and the thermal conductivity of backfill material. The borehole thermal resistivity slightly decreased with the increase of the two parameters.

장심도 지중열교환기에서의 열응답 실험 및 해석

심병완(Byoung Ohan Shim),조희남(Heuy-Nam Cho),박찬희(Chan-Hee Park),이병대(Byeong-Dae Lee),남유진(Yujin Nam) 한국신재생에너지학회 2017 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

지질별 토양침식 특성 및 모니터링 센서 개발

최재진(Jae-Jin Choi),남경훈(Koung-Hoon Nam),류정옥(Jeong-Ok Ryu),이재형(Jea-Hyoung Lee),이학윤(Hak-Yun Lee),김민규(Min-Gyu Kim),차경훈(Kyeong-Hun Cha),조희남(Heuy-Nam Cho),정교철(Gyo-Cheol Jeong) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

기술보고 : 지하수오염방지 시설기준의 개선에 관한 연구: 지하수오염관정에의 팩커그라우팅 적용사례

추창오 ( Chang Oh Choo ),류종흠 ( Jong Heum Ryu ),조희남 ( Heuy Nam Cho ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2013 지질공학 Vol.23 No.3

국내 현행 지하수법에서는 오염방지 시설에 관한 개략적인 설치규정만이 설정되어 있어서 대수층의 특성을 고려하지 않은 일률적인 오염방지 시설 기준이므로 지질에 따라 다양하게 발달하는 우리나라의 지하수자원을 효과적으로 보호해 주지 못한다. 최근에는 지하수오염방지에 중요한 기술과 장치로서 패커개발이 점차 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 경북 안동시 서후면, 충남연기군의 오염된 지하수공에 대하여 하부지하수오염방지시설로서 팩커의 적합성을 검토한 결과, 그 효과는 우수한 것으로 나타났다. 연구대상지인 경북 안동시 서후면 창풍리의 경우 팩커를 시공한 결과 탁도는 94%, 연기군 남면 눌왕리의 경우 질산성 질소는 60% 감소효과를 나타내었으며, 이로 인해 모든 수질검사항목에서 적합수질을 보였다. 지하수오염방지를 위해서는 정확한 관정카메라 촬영과 오염원 모니터링 분석을 실시하고, 이에 근거하여 지질특성, 풍화대심도, 파쇄대 발달, 대수층의 수리경사, 오염물의 이동경로를 파악한 후, 통합적으로 지하수오염 가능성을 평가하고, 이를 통하여 적절한 그라우팅과 케이싱 작업이 이루어져야 한다. 유용한 대수층 구간을 확보하여 오염물을 차단하는 그라우팅, 팩커장치, 케이싱은 지하수의 활용과 오염방지에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. Because the present groundwater law broadly regulates a simple and impractical guideline ignoring aquifer characters and geology, general purpose facilities for protection of groundwater contamination is still considered unsatisfactory to ensure groundwater resources. In recent, there have been growing attempts in the packer development as crucial techniques and devices for groundwater protection. This study investigated the application of packer grouting techniques to contaminated groundwaters of two well sites in the Andong and Yeongi areas, both of which revealed a satisfactory effect with improved water quality: 94% decrease in turbidity at the Andong area and 60% decrease in NO3-N, respectively. Based on aquifer characters including geology. weathering depth, fracture pattern. hydraulic gradient. and the flow path of contaminants. the integrated properties of groundwater contamination should be evaluated and treated with the help of accurate analyses such as bore hole imaging and monitoring data. Packer grouting and casing on well to ensure the useful aquifer free of contaminant are expecten to play important role in inhibiting the inflow of contaminants when adequately applied. Therefore it is concluded that these can serve as reliable tools in remediation and protection of contaminated groundwater as well as efficient utilization of groundwater.

압축패커를 이용한 보은지역의 질산성질소에 의한 오염지하수 수질개선

이병대 ( Byeong Dae Lee ),윤욱 ( Uk Yun ),윤성택 ( Seong Taek Yun ),조희남 ( Heuy Nam Cho ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.1

연구지역의 오염된 대부분의 지하수는 상부의 오염된 천부지하수가 지하수공내로 유입되면서 질산성질소로 오염되었다. 공내 카메라 검층 결과 오염된 공들은 그라우팅 불량과 찢어진 유공관으로 인하여 오염된 천부지하수가 공내로 유입되어 지하수질을 악화시켰다. 오염된 천부지하수는 야외 지질조사시 확인된 동남동-서북서 방향, 북북서 방향, 북서-남동 방향, 남북 방향의 단층 및 절리, 파쇄대를 따라서 공내로 유입되었다. 금번 연구의 목적은 질산성질소로 오염된 지하수 공에 대하여 압축패커 기법을 이용하여 상부 오염물질 유입을 차단함으로써 지하수 수질개선 여부를 평가하는 것이다. 본 연구를 위하여 연구지역내 46개소의 지하수공을 대상으로 질산성질소 분석용 시료를 채취하였다. 질산성질소 함량이 10 mg/L 이상으로 먹는물 수질기준을 초과하거나 먹는물 수질기준에 가까운 공은 9개소로 전체 시료수의 약 20%이다. 압축패커장치를 설치한 후 모든 공들의 질산성질소 함량이 설치 전에 비하여 26~81% 감소되었다. Most of contaminated groundwater in the study area was contaminated by NO3-N due to inflow of contaminated shallow surface groundwater inflow into groundwater well. Poor grouting and teared screen have increased contaminated shallow surface groundwater inflow into groundwater well. Contaminated shallow surface groundwater was inflowed into groundwater well throughout faults, joints and fracture zone of ESE-WNW, NNW, NW-SE and NS direction. The objective of this paper is to evaluate an improvement of water quality for contaminated groundwater by NO3-N using compression packer. For this study groundwater samples collected from 46 groundwater wells were analyzed to clarify NO3-N contents. Groundwater wells over 10 mg/L in NO3-N content is 9 wells showing 20% among total samples. NO3-N contents after compression packer installation showed 26~81% low value compared with before compression packer.