토목기사 요약/수리수문학/강우 유출

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출제 기준[편집]

2019-2021

  • 주요 이론
    • 지표수 및 지하수 유출
    • 단위 유량도
    • 홍수추적
    • 수문통계 및 빈도
    • 도시 수문학
  • 응용 및 설계
    • 수문모형
    • 수문조사 및 설계

유출 구성[편집]

유출의 구성.jpg

19-1

  • 유출 : 강수 일부분이 지표상의 각종 수로에 도달해서 하천수를 형성하는 것

이재수 <<수문학>> 2판의 설명 정리

  • 지표면유출(surface runoff) : 지표면을 흐른 물이 하천, 수로를 통해 유역 출구에 도달하는 것.
    • 지표류(overland flow) : 하천 도달 전 지표면 위의 유출
    • 하천유출(streamflow) : 지표류가 아닌 하천의 유출
    • 총유출(total runoff) : 지표류가 하천으로 유입되면 다른 유출성분과 합류해서 총유출 생성.
  • 지표하유출(중간유출, subsurface runoff) : 강수가 지표토층에 침투한 뒤 토양 상부층(지하수위보다 높은 층에서 흐름.)에서 횡방향으로 이동하는 유출. 일부는 하천으로 장기간에 걸쳐 들어갈수도 있음.
  • 지하수유출(groundwater runoff) : 지표토층을 통과한 물이 더 깊은 곳으로 침루. 지하수를 형성하는 유출의 일부분. 나중엔 하천, 바다로 흘러들어감.

만약 실무적 목적으로 유출해석을 하면 총유출은(97)

  • 직접유출(direct runoff) : 강우나 강수 이후 비교적 단시간에 하천으로 흘러들어가는 유출. 유효강우와 관계있다.(유효강우 = 초과강우량 + 조기 지표하유출)(effective rainfall) (13-3, 14-2, 16-4, 18-2, 18-3) ♣♣♣
    • 조기지표하유출(prompt subsurface runoff)
    • 수로상 강수(channel precipitation) : 하천 유로 위에 직접 떨어지는 강수. 양 적음.
  • 기저유출(base flow) : 비가 오기 전 유출(dry weather runoff)
    • 지하수 유출(ground water runoff) : 지하수에 도달한 강수의 유출
    • 지체(지연)지표하 유출(delayed(retard) subsurface runoff) : 지표에 가까운 상부 토층을 통해 장시간에 걸쳐 하천으로 일어나는 유출
  • 손실량에 해당하는 것 : 차단, 증발, 증산, 지면 저류 등(96)

참고 서적

  • 이재수. 《수문학》 2판. 구미서관. 
  • 임진근 외 (2015). 《토목기사 필기 수리수문학》. 성안당. 

  • 유출률 : 지표유출 / 총 강우량 [m3/s] (91)
  • 유출계수 C = 하천유량 R / 강수량 P (02, 19-1) 즉 강우량×유출계수 = 유출량!!

수문곡선[편집]

단순 수문곡선 분리법

19-3

  • N day 법
  • 수평직선 분리법
  • 지하수 감수곡선법

수위-유량 관계곡선[편집]

= rating curve(94)


  • 자연하천에서 수위-유량 관계곡선은 loop형이다. 이유는?(01, 15-1)
    • 배수 및 저하 효과
    • 홍수 시 수위 급변화
    • 하도의 인공적 변화
    • 하도 내 초목 및 얼음 효과
  • 어떤 하천 단면에서 유출량의 시간적 분포를 나타내는 홍수 수문곡선을 작성하는 일반적 방법은? 수위-유량 곡선을 이용, 수위를 유량으로 환산하여 작성(00)

연장방법[편집]

12-3, 15-2

  • 전 대수지법
  • Stevens 방법 : Chezy 유속공식을 이용.(92, 98)
  • Manning 공식에 의한 방법

단위유량도[편집]

13-2

특정 단위 시간동안(1시간 아님(16-2)) 균일한 유역 전반에 걸쳐 균등하게 내린 단위 유효 우량(unit effective rainfall)으로 인하여 발생하는 직접 유출의 수문곡선을 말함. 기저 유출은 포함하지 않음.(12-3, 19-1)

단위도 아래 면적은 부피의 차원[1](16-2)


기본가정에 충실한 호우사상 선별 조건 ♣♣♣14-3

  • 단순 호우사상 선정
  • 지속기간 중 강우강도 일정
  • 지속시간이 짧은 호우를 택하여 해석
  • 유역 전반에 걸쳐 균등한 강우 분포 : 가능한 한 배수면적이 작은 유역에 단위도법 적용.

00, 12-3, 14-3, 18-3

  • 3 가정 : 일정 기저 시간, 비례 가정, 중첩 가정.
    • 일정 기저 시간 가정(principle of equal base time) : 유역 특성의 시간적 불변성. 동일 유역에 균일 강도로 비가 내린 경우 지속시간은 같으나 강도가 다른 각종 강우로 인한 유출량은 크기가 다를지라도 유하기간은 동일.
    • 비례 가정(principle of proportionality) : 유역의 선형성. 동일 유역에 균일 강도로 비가 내릴 경우 동일 지속 시간을 가진 각종 강도의 강우로부터 결과되는 직접 유출 수문 곡선의 종거는 임의 시간에 있어 강우 강도에 직접 비례
    • 중첩 가정(principle of superposition) : 일정 기간동안 균일한 강도를 가진 일련의 유효강우량에 의한 총유출은 각 기간의 유효 강우량에 의한 개개 유출량의 산술적 합과 같음.
  • S-curve를 이용해 단위도의 단위시간을 변경 가능.
  • 단위유량도 작성에 있어 긴 강우기간을 가진 단위도로부터 짧은 강우 기간을 가진 단위도로 변환하기 위해 사용하는 방법 : 단위도의 비례 가정법(94)

13-1

10mm 단위도 종거가 0, 20, 8, 3, 0 m3/s이고 유효 강우량이 20, 10mm일 때 첨두유량(m3/s)은? 단위 시간은 2시간이다.


합성 단위도[편집]

종류 묻는 문제 13-1, 19-2

유량 기록이 없는 경우 다른 유역의 자료를 토대로 단위도를 합성하여 미계측 지점의 근삿값으로 사용.(유역 면적 필요(93, 15-3))

  • Snyder 방법에서 합성 단위도를 결정하는 인자 : 기저 시간, 첨두 유량, 지체 시간(03)
  • SCS 방법 : 유출량 자료가 없는 경우 사용. 무차원 수문 곡선(dimensionless hydrograph)으로 실제의 단위도를 해석하여 얻은 것이므로 유역 특성에 관계없이 적용할 수 있는 장점이 있다.
  • Clark의 유역 추적법 : 유역 홍수추적법이란 하천 유역을 일련의 저수지 또는 저수지와 하도로 구성되어 있다고 가정하고 개개 저수지를 통해 저류 방정식을 풀이하는 홍수추적의 하나로써, 순간 단위도를 유도한 후 이를 적용하여 특정 호우로 인해 발생하는 홍수 유출 수문곡선을 유도하거나 저수지로의 유입량을 직접 계산, 저류 방정식에 입력하여 유출량을 계산하는 방법.
  • Nakayasu의 종합 단위도법

유량 빈도 곡선[편집]

92, 98, 12-3

  • 유량 빈도 곡선 기울기가 급하면 홍수 빈번.

합리식[편집]

♣♣♣92, 96, 00, 10, 13-2, 14-2, 18-2 / 상하수도 11, 12, 14-2, 17-1

단위 m3/s로 통일!

총괄(평균) 유출 계수 (02)

  • Ai는 토지 이용도별 면적, Ci는 토지 이용도별 유출계수

유달 시간[편집]

하수도 13-2, 17-1

유달 시간 = 유입 시간 + 유하 시간. 그림에 있는 파이프 첨두유량, 관경 결정 시 강우강도식을 사용한다. 이때 들어가는 도달시간(강우지속시간)은 유입시간만이다! 여기서 파이프를 거쳐 나간 물이 또다른 유역과 파이프로 연결된다면 그때는 그림 상 파이프의 유하시간도 도달시간에 포함시켜줘야 한다!

  • L : 하수관 길이
  • v : 관내 평균 유속
  • 유달시간 T가 강우지속시간 t보다 적을 때 전유역 강우에 의한 유출이 하수관 관측지점을 통과.(하수도 00)
  • 강우 지속시간은 도달시간과 같다고 본다.

예제

C, A가 주어져 있다. 로 5분간 내렸다. 우수거를 통한 도달시간은 5분, 지표흐름으로 우수거까지 수직으로 도달하는 시간은 15분일 때 첨두유량은?


강우강도와 도달시간을 어떻게 처리할지 몰랐음.

도달시간은 20분 = 1/3 시간.

합리식에 넣을 때 로 대입해주고 단위 맞춰주면 됨.


설계 홍수량 계산에서 합리식의 적용(01, 03)

  • 합리식은 일정 강우가 도달 시간보다 긴 시간동안 지속될 때 적용
  • 유량이 점차 증가되어 평형상태일 때 유출량을 말함
  • 하수도 설계 등 소유역에만 적용 가능.(1km2 이내(90))


  • 확률유량은 확률강우량을 사용해 구한다.(92, 99)

NRCS 유효우량 산정(SCS 방법)[편집]

  • 유출량 자료가 없는 경우 유역의 토양 특성과 식생 피복 상태 등에 대한 상세한 자료만으로도 총우량으로부터 초과 강우량을 산정할 수 있는 방법은? SCS 방법(96)
  • 투수성 지역 유출곡선지수(CN)가 불투수성 지역 유출곡선지수보다 작음.(16-4)
  • 참고 : 유출수문곡선#NRCS 유효우량 산정

기타[편집]

  • 자연 하천에서 대부분 동일 수위에 대한 수위 상승, 하강 시 유량이 다름.(92, 98)
  • 차원 문제(93, 97)
    • 강우강도(mm/hr)
    • 증발률(mm/day)
    • 침투율(mm/s)
    • 유출율(m3/s)
  • 홍수량 = 유역면적 × 비유량 (02)
  • 수문분석기법(01)
    • 확정론적 기법 : 사상의 입, 출력 관계가 확정적인 법칙을 따른다.
    • 확률론적 기법 : 관측된 자료 집단의 확률 통계학적 특성만을 고려한다.
    • 추계학적 기법 : 관측 기록의 통계학적 특성을 유지하면서 보다 장기적인 자료를 인위적으로 해석할 수 있는 확률 통계학적 방법이다.
    • 빈도 해석 기법 : 강우, 홍수량, 갈수량 등의 재현기간(생기빈도)을 확률적으로 예측하는 방법.

각주[편집]

  1. 이재수. 《수문학》 2판. 구미서관. 340쪽.