하천유량

상위 문서 : 수문학

유량자료의 필요성

• 수자원 계획, 관리를 위한 수자원 부존량 파악
• 홍수 예경보를 위한 기본자료
• 수문설계, 연구의 기초자료
• 유역관리 기초자료(수질, 수량, 오염총량제)

용어 정리

• 하천유량 : 단위 시간동안 강, 하천, 계곡, 하도의 특정 단면을 통과하는 물의 양. [m³/s]
• 수위(stage) : 평균해수위(mean sea level)를 기준으로 관측한 하천 수표면 높이.

유량산정방법

• 수위 측정 : 보통수위계, 부표식, 압력센서식, 전자기식
• 유속 측정 : 유속계, 희석식, 부자식, 초음파식, 전자기식
• 유량 측정 : 직접측정, 위어사용, 오리피스, 수로

유속측정

• 자연하천 하상근처 유속은 하상 마찰로 유속이 작아지고 하상에서 멀어질수록 유속 증가.
• 수심에 따라 유속이 다르므로 소단면의 평균유속값을 구해야 유량 산정에 쓸 수 있다.
• 유량측정하고자 하는 하천횡단면을 소단면으로 분할하여 유속을 측정한다.
• 하천 흐름이 관측하는 동안 수심, 유량이 변하지 않는 정상상태(steady flow)여야 하므로 최대한 빨리 수위, 유속측정을 한다.
• 소단면 유량을 구했으면 이걸 합쳐 하천단면 총 유량을 구할수있다

기계적 방법 - Price meter 이용 시 검정

V = A + B N

V : 유속

N : 컵의 초당 회전수

A, B : 검정 상수

측점 수	수심 범위(m)	수면으로부터 관측지점 (D : 수심)	평균유속 ${\bar {V}}$
1	0.3 - 0.6	0.6D	$V_{0.6D}$
2	0.6 - 3.0	0.2D, 0.8D	$0.5(V_{0.2D}+V_{\color {red}0.8D})$
3	3.0 - 6.0	0.2D, 0.6D, 0.8D	$0.25(V_{0.2D}+2V_{0.6D}+V_{0.8D})$
5	6.0 초과	0.3m, 0.2D, 0.6D, 0.8D 하상으로부터 0.3m	$0.1(V_{S}+{\color {red}3}V_{0.2D}+{\color {red}2}V_{0.6D}+{\color {red}3}V_{0.8D}+V_{B})$

V_S : 수면으로부터 0.3m 점유속, V_B : 하상으로부터 0.3m 점유속

소구간 단면적 결정

중간단면적법

midsection method. 관측선이 소구간의 중앙에 있도록 하여 소구간을 분할하는 방법. 관측선에서의 평균 유속이 각 소단면에서의 평균유속이라고 가정. 소단면 폭을 B로 나타내면 i 소단면의 유량은

$Q_{i}=A_{i}{\overline {V_{i}}}={\frac {B_{i-1}+B_{i}}{2}}D_{i}{\overline {V_{i}}}$

평균단면적법

mean section method. 두 관측선 사이 면적에 대한 평균유속을 두 관측선 유속의 산술평균으로 가정. i 소단면의 유량은

$Q_{i}=A_{i}{\overline {V_{i}}}=B_{i}{\frac {D_{i}+D_{i+1}}{2}}\times {\frac {V_{i}+V_{i+1}}{2}}$

제일 가장자리 삼각형 부분은 계산 안 함.

부자에 의한 유량산정

시험!

• 물에 뜨는 부자를 투하, 일정 구간을 떠내려가는 시간을 측정하여 구간의 평균유속을 구하여 유량을 산정하는 방법.
• 봉 부자, 표면 부자, 야간용 부자가 있다.
• 교량에서 투하하거나, 케이블을 설치해 투하한다.
• 보조구간, 측정구간이 있다.

희석법에 의한 유량산정

시험!

• 작은 수심 하천, 유속이 너무 큰 경우, 접근 어려운 지역에 사용.
• 상류 지점에서 추적물질(tracer) 주입. 하류지점에서 물 채취, 농도 분석 또는 물의 전도도 측정. 유량계산.
• 순간주입법, 일정량 주입법이 있다.

Manning 공식을 이용한 평균유속 계산

하천의 횡단면을 알고 있는 경우 Manning 공식을 이용하면 간편하게 평균유속과 유량을 구할 수 있다. n은 조도 계수, R은 동수반경, I는 에너지선 경사라 할 때,

${\bar {V}}={\frac {1}{n}}{\color {red}R}^{\frac {2}{3}}{\color {red}I}^{\frac {1}{2}}$

• 기울기를 나타낼 때 1:2라면 앞에 있는 숫자가 높이를 나타낸다!!
• 등류일 때 하상경사 = 에너지경사로 볼 수 있음.
• 하상 : 수로의 바닥면

수위유량관계곡선

rating curve or stage-discharge relation

• 매번 하천에 나가서 수위, 유속 측정 후 유량을 계산하기엔 시간과 비용이 소요됨.
• 특히 홍수시에 수심, 유속 관측 힘듦.
• 수위를 알면 유량을 알 수 있게 미리 곡선을 만듦.
• 곡선에 따른 식도 있다. 수위 유량관계식.
• 곡선 예시 - 원주시(원주교) 수위관측소 수위유량 관계곡선도 : 저수위, 중수위, 고수위별로 따로 있고, 곡선이 여러 개 그려진 게 아니라 하나만 있음. 가로 유량, 세로 수위