대수층

Aquifer
제한구역, 지하수 이동시간, 샘 및 우물을 나타내는 대수층 개략도

대수층은 물을 머금은 투과성 암석, 암석 균열 또는 미고결 물질(자갈, 모래 또는 진흙)의 지하층입니다.대수층의 지하수는 우물 등을 이용해 뽑아낼 수 있다.대수층은 그 특성이 크게 다르다.대수층에서의 물의 흐름과 대수층의 특징에 대한 연구는 수문 지질학이라고 불린다.관련 용어로는 대수층을 [1]따라 투과율이 낮은 층인 대수층과 대수층 아래에 있거나 위에 있는 고체 투과성이 없는 영역인 대수층(또는 대수층)이 있다. 이 영역은 압력이 제한적인 대수층을 형성할 수 있다.대수층의 분류는 포화층 대 불포화층, 대수층 대 대수층, 밀폐층 대 불포화층, 등방성 대 이방성, 다공질, 카르스트 또는 파단층, 경계 대수층이다.

지하수 사용의 과제는 초과 인출(대수층의 평형 산출량을 초과하는 지하수 추출), 지하수 관련 침하, 지하수가 식염수가 되는 것, 지하수 오염이다.

특성.

다음 항목도 참조하십시오.대수층 특성

깊이

대수층 단면.이 다이어그램은 두 개의 대수층 사이에 하나의 대수층(폐쇄층 또는 불투수층)이 있는 두 개의 대수층을 나타내며, 암반 대수층으로 둘러싸여 있으며, 암반 대수층은 (습한 지역에서 전형적으로) 상승 흐름과 접촉하고 있다.수위와 불포화 구역도 예시되어 있다.

대수층은 지표면 부근에서 9,000m(30,000ft)[2] 이상 깊이까지 발생합니다.지표면에 가까운 곳은 급수 및 관개 용도로 사용될 가능성이 높을 뿐만 아니라 국지성 강우에 의해 보충될 가능성이 높다.비록 대수층이 때때로 "지하강이나 호수"로 특징지어지지만, 그것들은 사실 [3]물로 포화 된 다공질 암석이다.

많은 사막 지역들은 지하수 자원으로 이용될 수 있는 석회암 언덕이나 산이 그 안에 있거나 그 근처에 있다.북아프리카 아틀라스 산맥의 일부, 레바논과 시리아와 레바논 사이의 반레바논 산맥, 오만의 제벨 아크다르 산맥, 시에라 네바다 산맥의 일부와 미국 남서부의 인근 산맥에는 물을 얻기 위해 이용되는 얕은 대수층이 있다.과도한 개발은 실질적인 지속 수율을 초과할 수 있습니다. 즉, 보충할 수 있는 것보다 더 많은 물이 배출됩니다.

리비아와 이스라엘 같은 특정 국가의 해안선을 따라, 인구 증가와 관련된 물 사용의 증가로 인해 수위가 낮아졌고, 그 후 바닷물이 지하수에 오염되었다.

2013년에는 호주, 중국, 북미 및 남아프리카 대륙붕 아래에서 대형 담수 대수층이 발견되었다.그것들은 약 50만 입방 킬로미터의 "저염수" 물을 포함하고 있으며, 이 물은 음용수로 경제적으로 처리될 수 있다.이 매장량은 해수면이 낮아지고 빗물이 20,000년 전 빙하기가 끝날 때까지 물에 잠기지 않았던 육지 지역에 흘러들어갔을 때 형성되었다.그 [4][5]부피는 1900년 이후 다른 대수층에서 추출한 물의 100배에 달하는 것으로 추정된다.

분류

대수원은 지하수의 흐름을 한 대수층에서 다른 대수층으로 제한하는 지구 내의 구역이다.나는 그것이 얼마나 중요한지 잘 알지 못한다.대수대는 유압 전도율이 낮은 점토 또는 비다공성 암석 층으로 구성되어 있습니다.

포화 대 불포화

다음 항목도 참조하십시오.수분 함량 및 토양 수분

지하수는 지구의 얕은 지표면의 거의 모든 지점에서 어느 정도 발견될 수 있지만, 대수층이 반드시 민물을 포함하고 있는 것은 아니다.지구의 지각은 두 개의 영역으로 나눌 수 있다: 모든 이용 가능한 공간이 물로 채워지는 포화 지대 또는 수생 지대(예: 대수층, 대수층 등)와 약간의 물을 포함하고 있는 공기 주머니가 여전히 있지만 더 많은 물로 채워질 수 있는 불포화 지대(예: Vadose zone)이다.

포화상태는 물의 압력 헤드가 대기압보다 크다는 것을 의미한다(게이지 압력 > 0).수표의 정의는 압력 헤드가 대기압과 동일한 표면(게이지 압력 = 0)입니다.

불포화 상태는 압력 헤드가 음수이고(절대 압력은 절대 음수일 수 없지만 게이지 압력은 음수일 수 있음), 대수층 재료의 모공을 불완전하게 채우는 물이 흡입 중인 수 테이블 위에서 발생합니다.불포화 구역의 수분 함량은 표면 접착력에 의해 제자리에 고정되며, 모세관 작용에 의해 수분 테이블(제로 게이지 압력 이소바) 위로 상승하여 대기압보다 낮은 수압 표면(모관 가장자리) 위의 작은 구역을 포화시킵니다.이를 장력 포화라고 하며 함수량 기준의 포화도와는 다릅니다.모세관 가장자리의 수분 함량은 수증기 표면으로부터의 거리가 멀어질수록 감소한다.모세혈관 헤드는 토양 모공 크기에 따라 달라집니다.모공이 큰 모래 토양에서는 모공이 매우 작은 점토 토양보다 머리가 작습니다.점토질 토양에서의 일반적인 모세관 상승은 1.8m(6ft) 미만이지만 0.3~10m(1~33ft)[6] 범위일 수 있습니다.

작은 지름의 튜브에서 물의 모세관 상승은 동일한 물리적 과정을 수반합니다.수표는 대수층으로 내려가 대기에 개방된 큰 지름의 파이프(예: 우물)에서 물이 상승하는 수준입니다.

대수층 대 대수층

대수층은 일반적으로 우물이나 샘에 경제적으로 실현 가능한 양의 물을 생성하는 지표면의 포화 영역이다(예: 모래와 자갈 또는 부서진 암반이 종종 좋은 대수층 재료를 만든다).

대수원은 지하수의 흐름을 한 대수층에서 다른 대수층으로 제한하는 지구 내의 구역이다.완전 불침투의 대수정원은 대수정 또는 대수정이라고 불린다.대수터에는 유압 전도율이 낮은 점토 또는 비다공질 암석 층이 포함되어 있습니다.

산악 지역(또는 산악 지역의 강 근처)에서 주요 대수층은 전형적으로 통합되지 않은 충적층이며, 물 과정(강물과 하천)에 의해 침전된 물질의 대부분 수평층으로 구성되어 있으며, 단면(수층의 2차원 슬라이스를 보면)은 거칠고 미세한 물질이 번갈아 존재하는 층으로 보인다.als. 거친 재료는 이동에 필요한 높은 에너지로 인해 선원(산지 전방 또는 하천) 근처에서 발견되는 경향이 있는 반면, 미세한 재료는 선원(분지의 평평한 부분이나 오버뱅크 영역(압력 영역이라고도 함)에서 멀리 떨어져 있습니다.근원 근처에는 미세한 퇴적물이 적기 때문에 대수층이 종종 정제되지 않거나(전방영역이라고도 함) 육지 표면과 유압적으로 연결되어 있습니다.

다음 항목도 참조하십시오.유압 전도율 및 저장율

제약과 제약 없음

대수층 타입의 스펙트럼에는 2개의 엔드 멤버가 있습니다.즉, 구속형 및 미확정형(반확정형)입니다.정수되지 않은 대수층은 때때로 수위 또는 수위 표면이기 때문에 수위 또는 수위 표면이라고도 불립니다.(Biscayne Aquifer 참조).일반적으로(항상 그렇지는 않지만) 특정 위치에서 가장 얕은 대수층은 미확정이며, 이는 대수층과 표면 사이에 제한층(수층 또는 대수층)이 없다는 것을 의미한다."농장"이란 점토층과 같은 저투과성 단위 또는 지층 위에 축적되는 지하수를 말한다.이 용어는 일반적으로 지역적으로 광범위한 대수층보다 높은 고도에서 발생하는 지하수의 작은 국소 영역을 가리키는 데 사용된다.쐐기형 대수층과 쐐기형 대수층의 차이는 크기(더 작음)입니다.제한 대수층은 종종 점토로 이루어진 밀폐층으로 덮인 대수층입니다.밀폐층은 표면 오염으로부터 어느 정도 보호할 수 있습니다.

제한층과 비격리층의 구분이 지질학적으로 명확하지 않은 경우(즉, 명확한 구속층이 존재하는지 알 수 없는 경우 또는 지질학이 보다 복잡한 경우(예: 파단 암반 대수층), 대수층 테스트에서 반환되는 저장성 값은 이를 결정하는 데 사용할 수 있다(비격리 대수층의 대수층 테스트는 i이어야 함).제한적인 것과 다르게 해석됩니다.)제한 대수층은 매우 낮은 저장율 값(0.01보다 훨씬 작고 10보다−5 작음)을 가지고 있는데, 이는 대수층이 일반적으로 매우 적은 양의 물을 압축하여 대수층 매트릭스 팽창 메커니즘을 사용하여 물을 저장하고 있다는 것을 의미한다.미정제 대수층은 저장율(일반적으로 비수율이라고 함)이 0.01(일반적으로 부피의 1%)보다 큽니다. 대수층의 모공을 실제로 배수하는 메커니즘에 의해 저장소에서 물을 방출하여 비교적 많은 양의 물을 방출합니다(수층 물질의 배수 가능한 다공성 또는 최소 체적 수분 함량까지).

다음 항목도 참조하십시오.다공성과 저장성

등방성과 이방성

등방성 대수층 또는 대수층에서는 유압 전도율(K)이 모든 방향의 흐름에 대해 동일하지만, 이방성 조건에서는 특히 수평(Kh) 및 수직(Kv) 의미에서 다르다.

1개 이상의 대수층을 가진 반밀착 대수층은 복합 Kh 및 Kv 값이 다르기 때문에 별도의 층이 등방성이더라도 이방성 시스템으로 기능한다(유압 투과율 및 유압 저항 참조).

배수구 또는[7] 대수층의 유정으로[8] 흐르는 흐름을 계산할 때 배수 시스템의 설계상 결함이 발생하지 않도록 이방성을 고려해야 한다.

다공성, 카르스트 또는 골절

대수층을 적절하게 관리하려면 대수층의 특성을 이해해야 한다.많은 특성들이 대수층이 강우, 가뭄, 펌핑, 오염에 어떻게 반응할지를 예측하는 것으로 알려져 있어야 한다.강우나 융설로 인해 지하수로 유입되는 물은 어디에서 얼마나 됩니까?지하수는 어느 정도의 속도로 어느 방향으로 흐르나요?얼마나 많은 물이 용수철로 땅을 떠나나요?얼마나 많은 물을 지속적으로 퍼낼 수 있을까요?오염 사고는 얼마나 빨리 우물이나 샘에 도달합니까?컴퓨터 모델을 사용하여 대수층 특성에 대한 이해가 실제 대수층 [9]: 192–193, 233–237 성능과 얼마나 정확하게 일치하는지 테스트할 수 있습니다.환경규제에 따르면 잠재적 오염원이 있는 사이트는 수문학의 특성을 [9]: 3 입증해야 한다.

다공질

Water slowly seeping from tan porous sandstone at contact with impermeable gray shale creates a refreshing growth of green vegetation in the desert.
다공질 대수층의 물은 모래 알갱이 사이의 모공 공간을 통해 천천히 스며듭니다.

다공질 대수층은 일반적으로 모래와 사암에서 발생합니다.다공질 대수층의 특성은 퇴적 퇴적 환경과 나중에 모래 알갱이의 자연 석출에 따라 달라집니다.모래가 퇴적된 환경은 모래 알갱이의 방향, 수평 및 수직 변화, 셰일층의 분포를 제어합니다.얇은 셰일층도 지하수 흐름을 막는 중요한 장벽이다.이 모든 요인들은 모래 대수층의 [10]: 413 다공성과 투과성에 영향을 미칩니다.

얕은 해양 환경과 바람에 날리는 모래 언덕 환경에서 형성된 모래 퇴적물은 중간에서 높은 투과율을 가지며, 하천 환경에서 형성된 모래 퇴적물은 낮은 투과율을 [10]: 418 가진다.강우와 녹은 눈은 대수층이 수면 근처에 있는 지하수로 들어간다.지하수 흐름 방향은 우물 및 스프링의 수위 전위차계 표면도에서 확인할 수 있다.대수층 테스트와 우물 테스트는 다공질 대수층이 [9]: 177–184 물을 운반하는 능력을 결정하기 위해 Darcy의 법칙 흐름 방정식과 함께 사용할 수 있습니다.

이러한 유형의 정보를 한 지역에 걸쳐 분석하면 초과 인출 없이 얼마나 많은 물을 퍼낼 수 있는지, 오염이 어떻게 [9]: 233 이동하는지 알 수 있습니다.다공질 대수층에서는 지하수가 모래 알갱이 사이의 모공에 천천히 스며들면서 흐른다.첨부 이미지의 사암에서 왼쪽으로 서서히 스며드는 물로 알 수 있듯이 지하수 유속은 다공질 대수층에 [11]대해 높은 속도로 간주된다.

다공성도 중요하지만, 그것만으로는 암석이 대수층 역할을 하는 능력을 결정하지 못한다.인도 중서부의 데칸 트랩(현무암 용암) 지역은 다공성은 높지만 투과성은 낮아 대수층이 부실하다는 암석 형성의 좋은 예이다.마찬가지로, 영국 남동부의 미세 다공질(위 백악기) Check Group은 상당히 높은 다공성을 가지고 있지만, 주로 미세 분쇄와 균열에 의한 양호한 수분 산출 특성과 함께 낮은 입자 대 곡물의 투과성을 가지고 있다.

카르스트

Several people in a jon boat on a river inside a cave.
카르스트 대수층의 물은 지하수로 물이 흐르는 개방된 도관을 통해 흐른다.

카르스트 대수층은 일반적으로 석회암에서 발달한다.천연 탄산을 포함한 지표수는 석회암 내 작은 틈으로 이동한다.이 탄산은 석회석을 서서히 녹여 균열을 크게 한다.균열이 확대되면 더 많은 양의 물이 유입되어 개구부가 점차 확대됩니다.많은 작은 개구부는 많은 양의 물을 저장한다.더 큰 개구부는 대수층을 [12]스프링으로 배수하는 도관 시스템을 형성합니다.

카르스트 대수층의 특성화에는 지질도 [13]: 4 연구 외에도 싱크홀, 사월렛, 침하 하천 및 스프링의 위치를 찾기 위한 현장 탐사가 필요합니다.대수층 시험 및 전위차학적 매핑과 같은 기존의 수문 지질학적 방법은 카르스트 대수층의 복잡성을 특징짓기에는 불충분하다.이러한 종래의 조사 방법은 염료 트레이스, 스프링 배출량 측정, 물 [14]화학 분석 등으로 보완할 필요가 있다.미국 지질조사국(US Geological Survey)의 염료 추적 결과 다공성의 균일한 분포를 가정한 기존 지하수 모델은 카르스트 [15]대수층에는 적용되지 않는 것으로 밝혀졌다.

직선 스트림 세그먼트 및 싱크홀과 같은 표면 피쳐의 선형 정렬이 파괴 흔적을 따라 개발됩니다.파단 흔적 또는 파단 흔적의 교차점에 유정을 배치하면 물이 [16]잘 생성될 가능성이 높아집니다.카르스트 대수층의 공동은 지표면의 파괴적 붕괴나 침하를 야기할 만큼 충분히 클 수 있으며,[9]: 3–4 이로 인해 오염물질의 치명적인 방출이 발생할 수 있다.카르스트 대수층의 지하수 유속은 다공질 대수층의 유속보다 훨씬 빠르다.예를 들어, Barton Springs Edwards 대수층에서 염료 추적은 카르스트 지하수 유량을 하루에 0.5 ~ 7마일(0.8 ~ 11.3km/d)[17]로 측정했습니다.지하수 유속이 빠르기 때문에 카르스트 대수층은 다공질 [13]: 1 대수층보다 지하수 오염에 훨씬 더 민감하다.

극단적인 경우 지하수는 지하수(예: 카르스트 지형 아래에 있는 동굴)에 존재할 수 있다.

골절

기공률이 낮은 암석 유닛이 고도로 파괴되면 암석이 물의 이동을 용이하게 할 수 있는 충분한 유압 전도성을 가진다면 (균열 흐름을 통해) 좋은 대수층을 만들 수도 있다.

월경 대수층

암석 종류별 미국 주요 대수층 지도

대수층이 국경을 넘어서는 경우에는 경계 대수층이라는 용어가 적용됩니다.[18]

월경성은 2017년에 [19]처음 도입된 개념, 척도 및 접근법이다.이 접근방식의 관련성은 대수층의 물리적 특성이 대수층의 경계선 성질에 대한 광범위한 고려사항 중 단지 추가적인 변수가 된다는 것이다.

  • 사회(인구);
  • 경제적(지하수 생산성)
  • 정치적(경계선으로서);
  • 이용 가능한 조사 또는 데이터
  • 수질 및 양
  • 의제를 지배하는 기타 문제(보안, 무역, 이민 등)

논의는 "대수층이 국경을 넘나드는가?"라는 전통적인 질문에서 "대수층이 국경을 넘나드는가?"로 바뀐다.

사회경제적, 정치적 맥락이 대수층의 물리적 특징을 효과적으로 압도하고 그에 상응하는 지정학적 가치(경계)[20]를 추가한다.

이 접근법에 의해 제안된 기준은 대수층과 다차원 경계를 정의하는 데 역할을 하는 모든 잠재적 변수를 캡슐화하고 측정하려고 시도한다.

인간의 지하수 이용

이 섹션은 지하수 사용방법에서 발췌한 것입니다.[편집]

지구의 대부분의 육지 지역은 어떤 형태로든 지하에 대수층이 있으며, 때로는 상당한 깊이에 있다.몇몇 경우에, 이러한 대수층은 인구에 의해 급격히 고갈되고 있다.

모든 천연자원 중에서 지하수는 세계에서 가장 많이 추출된 자원이다.2010년 기준으로 지하수 채취량 상위 5개국은 인도, 중국, 미국, 파키스탄, 이란이다.추출된 지하수의 70%가 농업용으로 [21]사용된다.지하수는 식수, 관개, 제조를 포함하여 세계에서 가장 많이 접근되는 담수원이다.지하수는 세계 식수의 약 절반, 관개수의 40%, 산업용 [22]물의 3분의 1을 차지한다.

민물 대수층, 특히 운석수로 알려진 눈이나 비에 의한 재충전이 제한된 수층은 과도하게 이용될 수 있으며, 지역 수문 지질학에 따라서는 유압으로 연결된 대수층이나 지표수로부터 음용수가 아닌 물이나 소금물이 유입될 수 있다.이는 특히 해안 지역과 대수층 펌핑이 과도한 다른 지역에서 심각한 문제가 될 수 있습니다.일부 지역에서는 지하수가 비소와 다른 미네랄 독에 오염될 수 있습니다.

대수층은 인간의 주거와 농업에서 매우 중요하다.건조한 지역의 깊은 대수층은 오랫동안 관개 수원이었다(아래 오갈랄라 참조).많은 마을과 심지어 대도시는 대수층의 우물에서 물을 끌어옵니다.

과제들

주요 기사 : 지하수 challeng 과제

지하수 사용의 과제는 초과 인출(대수층의 평형 산출량을 초과하는 지하수 추출), 지하수 관련 침하, 지하수가 식염수가 되는 것, 지하수 오염이다.

국가 또는 대륙별

주요 기사:미국의 대수층과 대수층 목록
Edwards Aquifer에서 발견된 텍사스산 맹도롱뇽

아프리카

대수층 고갈은 일부 지역, 특히 리비아의 그레이트 인조강 프로젝트를 예로 들 수 있는 북아프리카에서 문제가 되고 있다.그러나 계절적 습기 동안 지표수의 인공 재충전 및 주입과 같은 새로운 지하수 관리 방법은 특히 미국에서 많은 담수 대수층의 수명을 연장시켰다.

호주.

호주에 위치한 Great Artesian Basin은 틀림없이2 세계에서[23] 가장 큰 지하수 대수층이다.그것은 퀸즐랜드와 사우스오스트레일리아의 일부 외딴 지역의 물 공급에 큰 역할을 한다.

캐나다

캐나다 앨버타 북동부의 Athabasca Oil Sands 지역에 있는 McMurray 층의 기초에 있는 불연속 모래체는 일반적으로 BWS([24]Basic Water Sand) 대수층이라고 불립니다.물로 포화되면, 그것들은 합성 원유 생산을 위한 역청을 회수하기 위해 이용되는 불투과성 역청 포화 모래 밑에 갇힙니다.깊은 곳에 자리잡고 있는 데본기 층에서 재충전이 일어나는 곳에서는 식염수이고, 얕은 곳에서는 지표수에 의해 재충전이 이루어지는 곳에서는 비염수이다.BWS는 일반적으로 노천 채굴 또는 증기 보조 중력 배수(SAGD)와 같은 현장 방법을 통해 역청 회수에 문제를 제기하며, 일부 지역에서는 역청 [25][26][27]회수가 대상이다.

남미

아르헨티나, 브라질, 파라과이, 우루과이의 지표면 아래에 위치한 과라니 대수층은 세계에서 가장 큰 대수층 시스템 중 하나이며 담수의 [28]중요한 원천이다.과라니 족의 이름을 따서 명명된 이곳은 1,200,0002 km3 (460,000 평방 mi)의 면적에 약 40,000 km (9,600 cu mi), 두께는 50에서 800 m (160에서 2,620 피트), 최대 깊이는 약 1,800 m (5,900 피트)이다.

미국

미국 중부의 오갈랄라 대수층은 세계에서 가장 큰 대수층 중 하나이지만, 도시 이용의 증가와 지속적인 농업 이용으로 인해 급격히 고갈되고 있다.8개 주에 걸쳐 있는 이 거대한 대수층은 주로 마지막 빙하 당시의 화석수를 포함하고 있다.대수층의 건조한 지역에서 연간 재충전은 연간 총 수확량의 약 10%에 불과할 것으로 추정된다.미국 지질조사국(USGS)의 2013년 보고서에 따르면 2001년과 2008년 사이의 고갈은 20세기 [29]전체 누적 고갈의 약 32%에 해당한다.

미국에서 대수층의 물을 가장 많이 사용하는 것은 농업용 관개, 석유 및 석탄 [30]추출이다."미국의 누적 지하수 고갈은 1940년대 후반에 가속화되어 세기 말까지 거의 일정한 선형 속도로 지속되었습니다.지하수 고갈은 널리 알려진 환경적 영향 외에도 지하수 공급의 장기적인 지속가능성에 악영향을 미쳐 국가의 물 [29]수요를 충족시키는 데 도움이 됩니다."

중요하고 지속 가능한 탄산염 대수층의 예로는 텍사스 중부의 에드워즈 대수층이[31] 있습니다.이 탄산염 대수층은 역사적으로 거의 2백만 명의 사람들에게 양질의 물을 공급해 왔고, 심지어 오늘날에도 많은 지역 하천, 강, 호수로부터 엄청난 양의 재충전 때문에 가득 차 있다.이 자원에 대한 주요 위험은 충전 영역에 대한 인적 개발입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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