[논문 리뷰] Establishment of earth tides effect on water level fluctuations in an unconfined hard rock aquifer using spectral analysis

Jean‐Christophe Maréchal, M. R. K. Sarma외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 20.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 2인용 수 42

한 줄 요약

이 연구는 인도 히아브라드 근처의 비압축 결정질 암석 옹이에서 깊은 우물의 수위 자료를 고해상도 스펙트럼 분석하여 지구 tidal이 Groundwater 변동에 미치는 영향을 규명한다. 결과적으로 수위 변동과 합성 지구 tidal 신호 사이에 강한 상관관계가 나타나며, Groundwater 펌프링과는 유의미한 상관관계가 없어, 이 저_porosity 옹이 시스템에서 지구 tidal이 관측된 변동의 주요 원인임을 시사한다.

ABSTRACT

Short-interval water level measurements using automatic water level recorder in a deep well in an unconfined crystalline rock aquifer at the campus of NGRI, near Hyderabad shows a cyclic fluctuation in the water levels. The observed values clearly show the principal trend due to rainfall recharge. Spectral analysis was carried out to evaluate correlation of the cyclic fluctuation to the synthetic earth tides as well as groundwater withdrawal time series in the surrounding. It was found that these fluctuations have considerably high correlation with earth tides whereas groundwater pumping does not show any significant correlation with water table fluctuations. It is concluded that earth tides cause the fluctuation in the water table. These fluctuations were hitherto unobserved during manual observations made over larger time intervals. It indicates that the unconfined aquifer is characterised by a low porosity.

연구 동기 및 목표

• 비압축 경암 옹이에서 지구 tidal 이 수위 변동에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 관측된 수위 진동의 주요 원인이 Groundwater 펌프링인지 자연적인 tidal 힘인지 규명하기 위해.
• 고해상도 수위 모니터링이 이전 수동 관측에서 감지되지 못한 미세한 지물리 신호를 감지하는 데 기여하는지 평가하기 위해.
• 관측된 지구 tidal 반응을 바탕으로 옹이의 수리지질학적 특성, 특히 다공도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 히아브라드 근처 NGRI 캠퍼스의 깊은 우물에서 자동 수위 기록기를 사용하여 고주기 수위 측정을 실시하였다.
• 수위 시계열에서 주기적 신호를 탐지하기 위해 스펙트럼 분석을 적용하였다.
• 관측된 수위 변동을 tidal 모델에서 유도된 합성 지구 tidal 신호와 비교하였다.
• 주변 우물의 Groundwater 펌프링 시계열도 수위 변화와의 상관관계를 분석하였다.
• 수위 변동과 지구 tidal 및 펌프링 신호 간의 상관관계를 정량화하기 위해 교차 스펙트럼 분석을 사용하였다.
• 주로 주요 주기 성분과 tidal 강제력과의 위상 관계를 식별하는 데 집중하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 히아브라드 근처의 비압축 경암 옹이에서 관측된 주기적 수위 변동의 원인은 무엇인가?
• RQ2 지구 tidal 이 이 옹이 시스템의 수위 변동에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 주변 지역의 Groundwater 펌프링은 관측된 수위 변화와 유의미하게 상관관계가 있는가?
• RQ4 왜 이러한 변동은 이전 수동 모니터링 캠페인에서 감지되지 않았는가?
• RQ5 관측된 반응은 옹이의 다공도와 수리학적 특성에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• 비압축 결정질 암석 옹이의 수위 변동은 합성 지구 tidal 신호와 높은 상관관계를 보인다.
• 수위 진동과 지구 tidal 간의 상관관계는 통계적으로 유의미하며 분석 기간 내내 일관되게 나타난다.
• 수위 변동과 Groundwater 펌프링 시계열 간에 유의미한 상관관계는 발견되지 않았다.
• 펌프링과의 상관관계 부재는 tidal 영향이 관측된 변동을 지배한다는 것을 시사한다.
• 연구 결과는 옹이가 낮은 다공도를 지닌 것으로 나타나, 지구 tidal 스트레스가 매우 미약함에도 불구하고 반응하는 매우 민감한 시스템임을 시사한다.
• 고해상도 모니터링은 이전 수동 관측 캠페인에서 시간 해상도가 부족하여 감지되지 못했던 tidal 영향을 드러내었다.