자분 대수층
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1. 개요
자분 대수층은 지하의 대수층 위에 투수성이 낮은 지층이 겹쳐 있어 대수층의 포텐셜이 지표면보다 높은 경우, 지하수가 자연적으로 지표로 솟아오르는 현상을 의미한다. 이러한 현상으로 솟아오르는 물을 자분수라고 부르며, 인위적인 구조물 유무에 따라 자분정(우물)과 자분천(샘)으로 구분된다. 자분 현상은 프랑스 아르투아 지역에서 유래되었으며, 호주의 그레이트 아르테지안 분지, 쿠웨이트의 부르간 유전 등에서도 나타난다. 한국에서는 선상지, 신생대 제3기 이후 지층으로 이루어진 피압 분지에서 자분대가 많이 발견된다.
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| 자분 대수층 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 대수층의 한 종류로, 지하수가 압력을 받아 자유롭게 솟아나는 현상 또는 그러한 우물 |
| 어원 | 프랑스 아르투아 지방에서 유래 |
| 특징 | 불투수층 사이에 갇힌 대수층 지하수가 수압을 받아 지표면으로 분출 수원 확보 용이, 수질 오염에 비교적 안전 |
| 원리 | |
| 수압 발생 | 대수층의 경사, 지형적 높이 차, 외부 압력 등에 의해 발생 |
| 흐름 | 높은 곳에서 낮은 곳으로 지하수 흐름 발생 |
| 분출 | 피압면이 지표면보다 높을 경우 지하수 분출 |
| 구성 요소 | |
| 대수층 | 물을 함유하고 이동시키는 투수성 지층 (예: 사암, 자갈) |
| 불투수층 | 물이 통과하기 어려운 지층 (예: 점토, 셰일) |
| 함양 지역 | 물이 대수층으로 스며드는 지역 |
| 피압면 | 대수층 내 지하수가 받는 압력을 나타내는 가상적인 면 |
| 종류 | |
| 자분정 (Artesian well) | 지하수가 압력에 의해 지표면으로 솟아나는 우물 |
| 비자분정 (Subartesian well) | 지하수가 솟아오르지 않고 수면이 지표면 아래에 있는 우물 |
| 자분천 (Artesian spring) | 지하수가 자연적으로 지표면으로 솟아나는 샘 |
| 활용 | |
| 식수 공급 | 오염되지 않은 깨끗한 물을 얻을 수 있어 식수로 활용 |
| 농업 용수 | 안정적인 물 공급으로 농업 생산성 향상 |
| 공업 용수 | 각종 산업 시설에 필요한 물 공급 |
| 지열 에너지 | 지하의 뜨거운 물을 이용하여 난방 및 발전 |
| 관리 및 보존 | |
| 과도한 개발 방지 | 지하수 고갈 및 지반 침하 예방 |
| 오염 방지 | 대수층 오염 방지를 위한 노력 필요 |
| 지속적인 모니터링 | 지하수 수위 및 수질 변화 감시 |
2. 자분 현상의 원리
지중의 대수층 위에 물이 잘 통과하지 않는 지층(가압층)이 겹쳐져 있고, 해당 대수층의 압력이 지하수면보다 높은 경우[6], 이 대수층에 지표까지 통하는 구멍(우물 등)을 뚫으면 대수층 속의 지하수가 자연적으로 지표로 솟아오른다[7]。이것이 자분 현상이다.
지하수(또는 온천)에 녹아 있는 가스가 우물 구멍 내의 압력 저하로 인해 기체가 되어 지표로 분출하면서 자분 현상이 발생하기도 한다.
지하수의 유출역(절벽 등)에서는 피압 지하수가 아니더라도 지형과 지하수위에 의해 지하수가 샘처럼 솟아오르는 경우도 있으므로, 자분 현상이 있다고 해서 반드시 피압된 지하수가 솟아오르는 것은 아니다.
2. 1. 지질 구조
지하의 대수층 위에 투수성이 낮은 지층(가압층)이 겹쳐 있는 지역에서, 해당 대수층의 포텐셜이 지표면보다 위에 있으면[6], 이 대수층에 지표까지 통하는 구멍(우물 등)에서는 대수층 속의 지하수가 자연적으로 지표로 솟아오른다[7]。이것이 자분이다.
지하수(또는 온천)에 용존하는 가스가 우물 구멍 내의 수두 저하로 인해 우물 구멍 내에서 기체가 되고, 이것이 지표로 분출하면서 지하수나 온천의 자분 현상이 발생하기도 한다.
지하수의 유출역(절벽 등)에서는 피압 지하수가 아니더라도 지형과 지하수위에 의해 지하수가 샘이 되어 자분하는 경우도 있다. 따라서 자분 현상이 있다고 해서 반드시 피압 지하수가 솟아오르는 것은 아니다.
2. 2. 자분 메커니즘
지중의 대수층 위에 투수성이 낮은 지층(가압층)이 겹쳐 있는 지역에서, 해당 대수층의 포텐셜이 지표면보다 위에 있는 경우[6], 이 대수층에 지표까지 통하는 구멍(우물 등)에서는, 대수층 중의 지하수는 자연적으로 지표로 솟아오른다[7]。이것이 자분이다.
또한 지하수(또는 온천)에 용존하는 가스가 우물 구멍 내의 수두 저하에 의해, 우물 구멍 내에서 기체가 되어, 이것이 지표로 분출함으로써 지하수나 온천의 자분 현상이 발생하는 경우도 있다.
또한 지하수의 유출역(절벽 등)에서는 피압 지하수가 아니더라도, 지형과 지하수위에 의해 지하수가 샘이 되어 자분하는 경우도 있다. 따라서 자분하고 있다는 것은, 피압되어 있는 지하수가 솟아오르고 있다고 단정할 수는 없다.
3. 자분정(自噴井)과 자분천(自噴泉)
자분수(自噴水)는 자분 현상으로 인해 지하수가 솟아오르는 곳을 통칭하는 말이다. 자분수는 인위적인 구조물(우물)의 유무에 따라 자분정과 자분천으로 구분된다. 자분정은 지하수가 인위적인 동력 없이 스스로 분출되는 우물을, 자분천은 지표면에 지하수가 솟아나는 장소를 말한다.
3. 1. 자분정(自噴井)
자분정(自噴井)은 지하수가 인위적인 동력 없이 스스로 지표면으로 분출되는 우물을 말한다.[1] 피압 지하수에 의한 자분정이 많이 모여 있는 대규모 지역을 '''천정 분지'''(아르테지안 베이슨, Artesian Basin)라고 한다.[1]3. 2. 자분천(自噴泉)
자분천(自噴泉)은 우물 등 인위적인 구조물이 아닌, 지표면에 지하수(또는 온천)가 솟아나는 장소를 말하며, 일반적으로 샘이라고 불린다. 펌프 등을 이용해 인위적으로 지하수를 끌어올리는 샘은 동력천(動力泉)이라고 한다.4. 세계의 자분대
자분 현상은 전 세계 여러 지역에서 나타난다. '자분(自噴)'이라는 단어는 프랑스 북서부 아르투아 지역에서 유래되었다. 오스트레일리아의 '''그레이트 아르테지안 분지'''(대천정정 분지)는 대규모 피압 지하수 분지로 유명하며, 쿠웨이트 부르간 유전은 석유 자분대로 알려져 있다.[1]
4. 1. 프랑스 아르투아
아르테시안 우물(자분정)은 프랑스 아르투아 지방의 이름을 따서 명명되었는데, 1126년부터 이 지역에서 카르투시오회 수도사들이 많은 자분정을 시추했다.[5]4. 2. 호주 그레이트 아르테지안 분지
오스트레일리아의 '''그레이트 아르테지안 분지(대천정 분지)'''는 대규모의 피압 지하수 분지로 유명하다.[1]4. 3. 쿠웨이트 부르간 유전
쿠웨이트의 부르간 유전은 석유 자분대로 유명하다.[1]5. 한국의 자분대
한국에서는 선상지, 화산 산록을 포함한 신생대 제3기 이후 지층으로 이루어진 피압 분지에 자분대가 많이 존재한다. 일본 농미 평야 (기후현)의 오가키 자분대와 유사하게, 한국의 낙동강, 한강, 금강 등 여러 강 유역 주변 평야 지대에서도 자분 현상을 관찰할 수 있다.
6. 초기 역사
알 비루니가 아르테시안 우물에 대한 최초의 기계적이고 정확한 설명을 제시하였다.[4] 1126년부터 많은 아르테시안 우물을 시추한 카르투시오회 수도사들에 의해 프랑스의 아르투아 지방의 이름을 따서 명명되었다.[5]
참조
[1]
웹사이트
Artesian Water and Artesian Wells
https://www.usgs.gov[...]
United States Geological Survey
2020-12-18
[2]
서적
Artesian bores of South Australia : an annotated photographic record, 1939-1948
Pioneer Books
1980
[3]
간행물
Specification for construction, reconditioning or plugging of bores tapping recognised aquifers of the Great Artesian Basin in New South Wales
http://trove.nla.gov[...]
Dept. of Water Resources, Technical Services Division
1990
[4]
문서
Davis and De Wiest, Hydrogeolagy
1966
[5]
서적
Cathedral, Forge, and Waterwheel
Harper Perennial
1995
[6]
문서
この場合、被圧されている帯水層の地下水を被圧地下水と言う
[7]
서적
水文科学
共立出版
[8]
웹사이트
全国地盤環境情報ディレクトリ
https://www.env.go.j[...]
[9]
웹인용
Artesian Water and Artesian Wells
https://www.usgs.gov[...]
미국 지질조사국
2020-12-18
[10]
인용
Artesian bores of South Australia : an annotated photographic record, 1939-1948
Pioneer Books
1980
[11]
인용
Specification for construction, reconditioning or plugging of bores tapping recognised aquifers of the Great Artesian Basin in New South Wales
http://trove.nla.gov[...]
Dept. of Water Resources, Technical Services Division
1990
[12]
서적
Cathedral, Forge, and Waterwheel
Harper Perennial
1995
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