토목기사 Darcy의 법칙 — 투수계수와 층류 조건

식의 꼴이 정해져 있다. 유속 v는 동수경사 i에 비례하고 v = k·i이며, 단면적 A를 곱하면 유량 Q = k·i·A가 된다. 동수경사는 수두차를 흐름 길이로 나눈 값이므로, 유속은 수두차나 수심, 반지름이 아니라 동수경사에 비례한다. 수온이나 수심에 직접 비례한다고 적은 선지가 오답이다.

투수계수의 성질이 따로 있다. 투수계수 k는 속도와 같은 단위(m/s)를 가진 물리량이므로 무차원량이 아니다. 흙 입자의 크기·모양과 공극의 상태, 그리고 물의 점성과 밀도에 의해 정해지는 물성치다. 투수계수를 무차원량으로 적거나 흙의 성질만으로 정해진다고 적은 선지가 오답이다.

적용 조건이 좁다. Darcy의 법칙은 다공질 매질 안의 지하수 흐름이 층류일 때 성립하며, 레이놀즈 수가 커져 난류로 바뀌면 적용이 제한된다. 균질하고 등방인 매질을 전제로 하고, 모관수대가 있는 경우나 난류 흐름에는 그대로 적용할 수 없다. 모든 흐름에 적용된다고 적거나 난류에서도 성립한다고 적은 선지가 오답이다.

유속의 뜻도 갈라 둔다. 법칙의 v는 전체 단면적을 기준으로 한 평균 유속, 곧 여과유속이다. 물이 실제로 지나가는 공극 단면은 전체 단면보다 좁으므로, 공극 안의 실제 평균 유속은 여과유속을 공극률 n으로 나눈 v/n이 되어 여과유속보다 크다. v를 공극 안의 실제 유속이라고 적은 선지가 오답이다.