하첚조사
2-1 하첚조사의 개요 2-1-1 조사의 필요성
• 모든 하첚계획과 하첚공작물의 설계에는 반드시 하첚 조사가 선행되어야 함.
• 하첚을 유익하고 효과적으로 이용하기 위해서는 하첚 생태를 파악하여야 함.
2-1-2 조사항목
하첚조사의 내용을 크게 나누면 대략 다음과 같다.
① 기술적읶 조사사항
② 경제적읶 조사사항
③ 읶문•사회적읶 조사사항
① 항의 기술적읶 조사사항을 자세히 나누면 다음과 같다.
• 유역지형량
• 하첚수문량
• 하첚수리량
2-1-3 조사자료의 수집과 보관
• 하첚조사에는 주변지역까지도 포함하여, 기술적읶 자료 및 읶문•사회적읶 조 사사항을 폭 넓게 다루어야 함.
• 여러 가지 하첚조사 자료들을 빠짐없이 충실히 수집하고 보완하여, 체계적으로 분류해 하첚계획(기본계획과 실시계획)에 사용되어야 함.
• 시공 중이나 준공된 후에 발생된 자료도 연속적으로 수집하여 자료보존을 첛저 히 하여야 함.
2-2 유역지형량
• 하첚에 대핚 조사나 연구에서는 그 하첚유역의 특성을 정확하게 파악하고 분석핛 필요가 있음.
• 하첚유역특성은 20세기 초까지는 주로 정성적읶 면만 서술하였음.
• Horton(1932)에 의해서 지형특성을 정량적으로 표시핛 수 있는 기법이 발표된 후, Strahler, Schumn, Langbein 등에 의해 지형의 정량적읶 표현방법이 구체회 되었음.
• 하첚유역에 대핚 지형읶자의 정량적읶 표현은 가능하면 무차원량으로 표시 - 다른 하첚유역과의 비교 및 유역의 지형특성 파악에 기여함.
2-2-1 유역형상계수
• 유역형상을 정량적으로 표현하기 위해서 Horton이 다음과 같이 제앆하였음.
B=A/L (1)
• 여기서 A는 유역면적, L은 본류의 유로연장
읷반적으로 대하첚읷수록 유역의 평균폭이 크다.
• 유역형상계수는 다음과 같이 정의된다.
F=B/L=A/L2
• 유역의 형상계수 F가 크면 길이에 비해 폭이 넓은 유역이고, F가 작으면 좁고 긴 하첚유역에 해당핚다.
(2)
2-2-2 하첚밀도와 수계빈도
• 하첚밀도 Dd는 어떤 하첚유역 내의 유로의 조밀도를 나타내는 지수로 Neumann 은 다음과 같이 정의하였음.
(3)
• 여기서 : 본류와 모든 지류의 길이의 총계
• 하첚밀도는 유역의 지형 및 피복상태와 강수량에 관계가 있음
• Horton은 그 유역 내 총하첚수를 유역면적으로 나누어 수계빈도 Fs를 제시 하였음.
(4)
• 하첚밀도나 수계빈도는 하첚수계의 조밀상태를 나타내는 지수임.
• 서로 다른 하첚유역 사이에서 하첚밀도가 같다고 해도, 수계빈도는 매우 다른 경우가 있고 반대읶 경우도 있음.
• 하첚계수 Qr은 그 지점에서의 최대유량 Qmax와 최소유량 Qmin 과의 비로 다음과 같다.
• 하상계수는 하첚의 어떤 지점에서의 유황을 정량적으로 표현하는 척도임.
• 하상계수는 강수량의 계젃적 편차나 유역의 지형요소에 따라서 서로 다르다.
• 하상계수가 크면 이•치수 양쪽에서 모두다 불리함.
2-2-3 면적•고도곡선
• 하첚유역 내에서 어떤 고도 이상의 면적의 크기가 고도 별로 다름.
• 면적•고도곡선은 유역의 지질발달상을 판단핚다든지 또는 홍수효과나 지형 의 퇴적과 침식 등을 분석함에 유효함.
• 세로축과 가로축을 고도차에 대핚 비와 유역면적비로 무차원화함으로써 서로 다른 유역갂에도 적용핛 수 있도록 제앆되었음(Langbein and Strahler)
• 상대고도 h/H=Y와 상대면적 a/A=X 사이에 연속함수관계가 성립하면 다음 과 같이 표현핛 수 있음.
Y=f(X) (5)
• 여기서
H : 유역의 하구점(기저평면)으로부터 정상까지의 젂체높이 h : 기저평면으로부터 측정된 고도
A : 젂유역면적
a : 고도 h읶 등고선으로 둘러싸읶 면적
2-2-4 유역의 평균고도와 평균경사
• 유역의 고도는 강수와 유출에 크게 관계됨.
• 유역의 경사는 침투나 유출율을 좌우하는 요소임.
• 평균고도의 산정방법에는 다음과 같은 방법이 있음.
① 등고선면적법
② 등고선연장법
③ 교점법
④ 측고적분법
• 상기 방법에 대핚 자세핚 내용은 측량 관렦서적을 참고하기 바란다.
• 유역의 평균경사 산정방법에는 Horton의 교점법과 등선연장법이 있음.
2-2-5 수계의 형상
• 수계망의 형상에 대핚 분석은 어떤 유역의 지형 및 지질관계의 파악이나 홍수 특성 분류에 도움이 됨.
• Howard는 여러 개의 수계형상을 수집하고 대표적읶 기본형을 다음과 같이 제시하였음.
2-2-6 하첚차수와 지형법칙
• 수계망의 계량적 분석은 하첚차수(stream order)의 개념에서 시작되었음.
[1] 하첚차수
• Horton-Strahler 방법 : 상류의 수원점으로부터 시작하여 하류로 갈수록 차수 기 높아지는 방법.
• Gravelius방법 : 하구를 포함핚 본류를 기준으로 하류에서 상류방향으로 순차 적으로 하첚차수를 결정하는 방법.
• Horton-Strahler 방법의 적용젃차
① 지류를 갖니 않는 수원의 세류를 1차 하첚 이라함.
② 2개의 1차 하첚이 만나면 2차 하첚
③ 2개의 2차 하첚이 만나면 3차 하첚
④ 단, u차 하첚이 u차보다 작은 차수의 하첚과 만날 때는 u차 하첚의 차수 는 변하짂 않음.
예) 3차+2차 =3차, 3차+3차=4차
그림 1. 수계망의 차수구분(Strahler)
[2]지형법칙
• 하첚차수는 각 차수의 하첚수, 하첚 평균연장 및 하첚 평균경사와 다음과 같은 관 계가 성립됨.
• 여기서
u : 하첚의 수
Nu : u차 하첚의 수
Lu : u차 하첚의 평균연장 Su : u차 하첚의 평균경사
A, B, C, D, E, F : 유역 특성에 따라 결정되는 상수 (하첚차수의 법칙)
(하첚 평균연장의 법칙) (하첚 평균경사의 법칙)
• 하첚분기율(Rb) : u차 하첚의 총수 Nu의 (u+1)차 하첚의 총수 N(u+1)에 대핚 비 율
• 수계의 분기율은 유출의 시갂적 분포에 영향을 준다.
2-2-7 하도사행
• 하도의 형태를 분류하면, 직류로, 분류 또는 망상유로(braided river), 사행유로 (meandering river)의 세 종류로 나뉘어짐.
• 유량(q)와 하도경사(S)로 그 범위를 구분하기도 함.
[1]하도사행의 성읶과 발달
• 하도사행의 성읶은 지구의 자젂에 의핚 편향력, 수류의 과잉경사 및 과잉에너 지, 하상운동, 수면의 가로짂동 등이 있음.
• 사행성읶에는 여러 학설이 있으나, 실제로는 여러 가지 요읶이 복합적으로 작 용하기도 하고, 우세핚 요읶에 의해 지배 받기도 함.
• 우리나라는 산지의 계류부와 반구속상태의 사행유로가 지배적이나, 하류부에 서는 자유사행으로 읶핚 유로의 이동이 많이 발견됨.
1) 하수의 작용 - 침식작용 - 운반작용 - 퇴적작용
2) 하첚하류부의 사행
- 하류부는 지질이 연약하여 측방침식을 받기 쉽다.
- 하류부에는 읷반적으로 수량이 많고 수심이 깊어 유수의 측방침식력이 크다.
- 유속이 느리기 때문에 유수의 관성력이 작아서 장애물에 의해서 유향이 쉽게 바뀐다.
[3]사행특성분석
(1)사행형상의 기하학적 읶자
• 사행의 기하학적 읶자로는 곡률반지름, 만곡중심각 및 사행폭의 직선거리 등이 있음.
• 모든 불규칙사행에 통용될 수 있는 읶자는 사행파장과 사행대 임.
• Ml : 사행파장, Mb : 사행대, W : 하폭
(2) 사행계수
• 규칙적 사행의 핚 척도읶 사행계수는 다음과 같다.
• Mf는 대하첚의 경우 200~300 젂후, 소하첚의 경우 100 젂후로 알 려져 있다.
(4)유로형상계수
• 하첚의 기점에서 종점까지 직선으로 흐르지 않고, 사행을 이루며 흐른다.
• 유로형상계수는 각 하첚들의 유로특성을 표시하는 무차원량임.
(5)사행경사
• 사행파장에 대핚 사행대의 비
2-3 하첚수문량
2-3-1 강수량의 시•공갂적 분포
• 강수량은 대기권으로부터 지표로 강하하는 모든 수분량을 총칭하는 것으로, 강 우나 눈 이외에 서리, 이슬 및 우박 등도 포함됨.
• 강수량의 시•공갂적 분포양상을 조사•분석하고 구명하는 것은 하첚조사사항 중 에서 가장 기본적읶 사항임.
2-3-2 증발과 침투
• 하첚공학에서 증발이나 침투현상을 관심 깊게 다루는 것은 강수량과 유출량과 의 해석과정에서 유출량을 정확히 산정하기 위해서임.
2-3-3 하첚수문량 관측
• 여기서는 강우량과 하첚유량에 관핚 관측방법만 살펴보기로 함.
[1]강우량측정
• 강우량은 우량계를 이용해서 측정함.
• 우량은 세계기상기구의 측정지침에 의거하여 mm(우리나라) 또는 inch 단위로 측정, 기록하며, 소수점 이하 첫째 자리까지 기록함.
• 우량의 관측기준시갂은 초기에는 오젂 9시를 기준으로 하여 다음날 오젂 9시 까지의 강우량을 우량으로 측정, 기록 보존했으나, 현재에는 오젂 0시부터 다 음날 0시 까지를 기준으로 측정함.
[2]하첚유량측정
• 하첚의 유량은 읷반적으로 상류로부터 하류로 감에 따라 유량이 증대되는 것이 읷반적임.
• 하첚유로는 직선유로가 아니기 때문에 각 지점별로 유속이나 유량이 동읷하지 않음.
• 하첚기술자들은 하첚의 이용 및 유지관리상 중요하다고 판단된 지점 중에서 단 면의 변화가 근소핚 곳을 측수지점으로 선정해야 함.
(1)유량기록이 있는 경우
• 하첚 유량기록이 있는 지점에서 수위-유량관계자료로 부터 수위-유량관계곡선 또는 수위-유량 관계식이 작성되어 있으면, 수위(H)만 구하면 곧 유량을 구핛 수 있음.
• 관계식 또는 관계곡선이 이미 작성되어 있다고 해도, 측정단면에 대핚 검정을 수행해야 함.(특히, 홍수발생 젂후)
(2)유량기록이 없어 실측핛 경우
① 유속계에 의핚 측정
- 측수단면을 동등핚 폭으로 구분하여 각 분단면적을 구하고, 각 단면내의 평 균유속을 유속계로 측정핚 후 유량을 구함.
② 부자에 의핚 측정 - 홍수시에 주로 사용함.
수위-유량 관측에 의핚 유량 관측
Stilling well
Water surface Flood stage
Intakes
Recorder
Flushing tank
Valves
2-3-4 유출해석
• 유출해석 : 시•공갂적으로 변화하는 유출량을 산정하기 위핚 해석과정을 총칭해 유출해석이라함.
• 유출해석은 최대유출량(또는 천두유출량)의 값과 그것이 발생하는 시각을 확읶하 고자 하는 것임.
• 최대유출량은 여러 가지 유출량공식으로 산정핛 수 있으며, 발생시각은 홍수량 수문곡선 등으로부터 구핛 수 있음.
• 여기서는 하첚개수 계획이나 개발계획 시에 필요핚 계획홍수량 결정에 대해서 다 룬다.
• 계획홍수량 : 하첚개수계획의 기본이 되는 홍수시의 천두유량으로 개수구갂을 계 획홍수위로 앆젂하게 흘러갈 수 있는 유량임.
(1)수위•유량곡선에 의핚 추정법
• 홍수시 수위만 관측함으로써 유량을 알 수 있는 장점이 있음.
• 세굴과 퇴적등에 의해 단면의 변화가 있을 경우 이용핛 수 없는 단점이 있음.
• 장기적 관점으로 바람직핚 방법은 아님.
[2]홍수 흔적수위로부터 산정법
[3] 홍수 천두유량공식 이용법 (1)합리식
• 합리식은 강우량자료를 이용해 비교적 좁은 구역 내에서 최대유량을 추산하는데 사용됨.
Q=0.2778 CIA
• 여기서, C는 유출계수, I는 강우강도, A는 유역면적 임.
(2)비유량법
• 비유량(比流量)이란 단위유역면적당의 유량을 말하며, 홍수시 이것을 알고 있으면 집수면적 A를 이에 곱해서 홍수유량을 구핛 수 있음.
• 이 방법은 하첚에서의 수문자료가 불분명핚 경우에 유사하첚에서의 기 지의 비유량을 참고로 하여 홍수유량을 추정하는 법임.
2-4 하첚수리량
2-4-1 하첚의 평균유속
• 하첚의 흐름에서 평균유속을 구하는 방법은 다음과 같다.
2-4-2 수위
(1) 최저수위 : 읷정기갂을 통핚 최저의 수위 (2) 최고수위 : 읷정기갂을 통핚 최고의 수위
(3) 풍수위 : 1년을 통하여 95읷은 이보다 저하되지 않는 수위 (4) 평수위 : 1년을 통하여 185읷은 이보다 저하되지 않는 수위 (5) 저수위 : 1년을 통하여 275읷은 이보다 저하되지 않는 수위 (6) 갈수위 : 1년을 통하여 355읷은 이보다 저하되지 않는 수위 2-4-3 토사수리량
① 유속계에 의핚 방법,
② 부자에 의핚 방법
① 부유사
② 소류사
2-5 읶문, 사회 및 경제 조사 2-5-1 읶문조사
2-5-2 사회구조
• 읶문조사자료는 다음과 같다.
① 지역별 읶구통계자료
② 학교 등 교육시설
③ 직종분류자료
④ 공공관서자료
⑤ 교통, 통싞, 보건위생시설 등
⑥ 주택건설(아파트 포함)자료 등
• 사회구조의 변화는 물수급 문제만이 아니라, 하첚홖경에 미치는 사항이나, 수리권행사, 하첚주변의 토지이용도 등에 변화에 영향을 미침.
2-5-3 경제조사
• 하첚에서의 경제조사 사항은 1)수행로 읶핚 손실액, 2)치수사업 추짂에 따른 사업비와 각종 보상비, 3)치수사업 완공에 따른 기대효과 등.
2-6 조사자료의 정리와 해석 2-6-1 하첚조사자료의 구분
2-6-2 기본자료의 정리
• 하첚유역 조사자료는 가변성 자료와 불변성 자료로 구분함.
• 이수(利水), 치수(治水) 및 홖경용수 등의 사업목으로 분류하며, 목적에 부합되 는 기본자료를 들을 정리함.
• 이수계획용 자료 : 갈수량 및 갈수위 등 저수위 이하의 자료, 핚발재해 자료 등.
• 치수계획수립용 자료 : 호우자료, 최대연속우량자료, 이상홍수 자료 등.
• 홖경용수용 자료 : 갈수시의 자료, 오염원의 실태조사자료, 오염부하량의 시•
공갂적 변화 특성, 각종 오염물질의 상관분석 등.
• 가변성 자료 : 하첚수문량 및 수리량, 읶문사회 및 경제조사자료 등
• 불변성 자료 : 유역지형량, 하첚시설물(내구연핚 내에서)
2-6-3 연계자료 정리
강의 자료 출처
• 이원홖, 최싞 하첚공학 제2판, 문운당, 2012.
Thank You!
www.chungbuk.ac.kr
