지하수의 운동
1. 투 수 성(透水性)
물을 통과시키는 능력의 대소를 나타내는 데 투수성 (transmissibility) 이라는 말을 사용한다. 표토나 기반암 중에 큰 공극이 많으면 물은 잘 통과한다. 공극률은 커도 공극이 대단히 작으면 물의 유통을 불가능하게 한다.
사력층과 점토층의 공극률은 거의 같으나 사력층의 투수성이 큰 데 반하여 점토층의 투수성은 대단히 작다. 광물 입자에 물이 묻으면 물은 얇은 수막(水膜)으로 광물 위에 붙어서 떨어지지 않는다. 이는 광물과 물의 분자·들 사이에 생기는 분자 인력 (molecular attraction)에 의한 것이다. 공극이 넓으면 광물의 입자들 사이의 거리가 크므로 광물과 물사이의 인력에 거의 관계 없이 물이 통과하나, 공극이 작으면 물의 분자는 입자들 사이를 큰 힘을 가지고 연결하며 움직이지 않으므로 물은 통과하지 않는다. 이는 진흙이 불투수성인 원인이 된다. 투수성이 있는 물질 중에 포화되어 있는 물이 움직여 통과하는 현상을 삼투(汝透:percolation)라고 한다. 지하수는 암석이나 토양 중을 삼투하여 움직인다.
2. 투수율(透水率)
투수율은 수두(水頭:head)의 단위를 1.00, 물의 온도를 15°C, 단면적을 m²로 하였을 때, 1일 동안에 투과되는 물의 양을 리터 (Z)로 나타낸 것이다. 지하수의 수두와 온도는 일정하지 않으므로 이를 환산하여야 한다. 투수율을 야외에서 측정하려면 양수(水) 시험이 필요하며, 실내에서는 투수율 측정기 (permeameter)를 사용한다.
3. 지하수의 운동 속도
샘이 쉬지 않고 솟고, 비가 안 내려도 강물이 끊임없이 흐르며, 호소의 수면이 거의 일정하게 유지되는 것은 지하에 저장되어 있는 지하수가 서서히 움직이면서 그들의 소비를 보충하여 주기 때문이다. 지하수가 지하에서 삼투하여 운동하는 방향은 지표류의 방향과 거의 같으나 그 속도는 느리다. 지하수가 운동을 일으키는 에너지는 위치의 에너지에서 오는 것이다. 지하수가 어떤 곳에서 지표로 흘러 나가면 지하수면의 높이는 전체로 낮아진다. 이는 지하수의 운동이 일어나기 때문이다. 즉 위치의 에너지가 운동의 에너지로 변하면서 물의 운동이 일어난다. 이 때 물은 삼투하면서 공극 주위와 마찰을 일으켜 에너지의 대부분을 잃어버리므로 남은 에너지가 지하수의 느린 삼투 속도로 나타난다.
지하수의 속도를 직접 측정하는 데는 보통 다음과 같은 두 가지 방법이 있다. 첫째는 강한 염료나 방사성 동위 원소를 한쪽 우물에 풀어 넣고 이것이 인접한 우물에 나타나는 시간을 측정하는 것이고,둘째는 천기적인 방법으로 측정하는 것이다. 두 우물에 금속판[電極]을 전지와 전류계에 연결하고 우물 (1)에 강한 전해질인 염화암모늄 (NH4C1)을 풀어 넣는다. 이 용액이 우물 (2) 에 달할 때 전류가 통하여 전류계가 움직이게 되고 우물 (2) 안에서는 두 금속판 사이에 전기가 흐르게 되어 전류계를 더욱 많이 움직이게 한다. 이런 방법으로 지하수가 우물 (1)과 (2) 사이를 통과하는 데 요한 시간과 거리를 측정하여 그 속도를 계산할 수 있다.
지하수가 퇴적층 중을 지날 때 그 층의 입자들의 표면적의 총합계가 크면, 즉 직경이 작은 입자들로 되어 있으면 마찰력이 커지나, 입자들의 직경이 크면 표면적의 총합계는 작아져서 삼투 속도가 빨라진다. 지하수는 하저의 사력층 중에서 가장 빠른 속도로 흐른다. 이런 흐름을 복류(伏流:underflow)라고 하며 그 속도는 최대 20 m/ 일 (日)이다. 다른 곳에서는 2m/일 ~2m/년이다. 깊은 곳에 들어간 지하수는 거의 정지되어 있어 다른 물로 바뀌려면 장구한 시일을 요한다.
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