지구과학

지하수

공극률, 투수율, 지하수면, 다르시, 대수층과 난투수층.

기초

공극률

공극률은 암석·토양의 빈 공간이 차지하는 부피 비입니다. 모래는 공극이 많고 잘 이어지며, 점토는 공극률이 높아도 구멍이 작아 물이 느리게 움직입니다. 유효 공극률은 실제로 흐를 수 있는 부분만 셉니다. 다짐·시멘테이션이 공극을 줄입니다. 저류는 공극에, 흐름은 연결에 달려 있습니다.

투수율과 지하수면

투수율(투수도)은 매질이 유체를 통과시키는 난이도입니다. 지하수면은 포화대 꼭대기에서 공극 수압이 대기압과 같아지는 면입니다. 그 아래가 포화, 위는 불포화(토양수)입니다. 우물에서 재는 수위가 이 면을 가리킵니다. 가뭄·양수가 수위를 내리면 샘이 마릅니다.

다르시 법칙

다르시는 단위 면적당 유량 q 가 수두 기울기에 비례한다고 둡니다. q = −K ∇h. K 는 수리전도도(매질·유체에 의존)입니다. 음의 부호는 높은 수두에서 낮은 쪽으로 흐름을 뜻합니다. 실험실 투수 시험과 우물장 해석의 뼈대입니다. 난류·균열이 심하면 단순 다르시를 벗어납니다.

대수층과 난투수층

대수층은 쓸모 있는 양의 물을 저장·전달하는 지층입니다. 자유면 대수층은 지하수면이 위에 열려 있고, 피압 대수층은 위아래 난투수층에 갇혀 압력이 대기보다 클 수 있습니다. 난투수층(아퀴타드)은 느리게만 통과시키고, 불투수에 가까운 층은 아퀴클루드라고 부르기도 합니다. 오염은 흐름 방향을 따라 퍼집니다. 양수 허가는 고갈·침하를 막기 위한 것입니다.

공식

공극률

n = V_void / V_total

0과 1 사이. 퍼센트로도 씀.

기호

V_void 공극 부피
V_total 전체 부피

다르시

q = −K (dh/dl)

1차원. q 는 겉보기 속도(비유량).

기호

K 수리전도도
h 수두

수두 (스케치)

h = z + p/(ρ g)

고도 수두 + 압력 수두. 속도 수두는 보통 작음.

기호

z 고도
p 공극 수압

핵심 표

모래 vs 점토	모래: 공극 연결↑ 투수↑. 점토: 공극률↑이어도 투수↓
피압 우물	피압면이 지표면보다 높으면 물이 스스로 오름
함양	비·강·관개가 지하로 스며 대수층을 채움