개념 한 쪽
수리·수문 특성은 강우가 지표와 시설을 통해 이동하면서 발생하는 유량과 투수 과정을 다루는 개념이다. 유출량 계산식과 유입시간·관거 흐름의 관계, 침투와 투수능의 차이를 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「수리·수문 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 빗물 이용 공정 순서 판정 | 1 | 빗물 집수부터 재활용까지의 올바른 처리 순서를 고르기 |
| 합리식에 의한 첨두유출 계산 | 1 | 도달시간과 단위 변환을 고려해 합리식으로 첨두유출량을 구하기 |
| 실제 투수능 계산 | 1 | 강우강도와 지표유출량으로 실제 투수능을 산정하기 |
자정능력은 자연환경이 스스로 오염물질을 분해하거나 희석하여 균형을 회복하려는 능력으로, 수질·대기·토양 등에 적용되는 개념이다. 이 능력에는 한계가 있으므로 오염물질 배출이 자정능력의 한계를 초과하면 오염이 발생한다는 점을 기억해야 한다.
유출량 계산에서 자주 쓰이는 기본 공식은 Q = A × V(충만 관로의 경우)와 합리식 Q = 0.2778 × C × I × A이다. 첫 공식은 관로나 측구가 충만하여 전 단면을 통해 흐를 때 단면적과 평균 유속의 곱으로 유량을 구하는 방법이다. 합리식은 유역의 면적과 유출계수, 강우의 세기를 이용해 첨두 유출량을 추정하는 경험식이며, 유입 지연을 고려한 도달시간 산정이 강우강도 산출에 영향을 미친다.
도시 우수처리시스템은 사전처리, 이용, 저류, 침투, 배수 등 단계로 구성된다. 저류는 빗물을 일시 저장하여 하류 부하를 완화하는 역할을 하고, 침투는 빗물을 지반으로 스며들게 하여 지하수를 보충하고 토양 여과를 통해 오염물질을 제거하는 기능을 가진다. 침투구덩이와 침투조는 이러한 침투 단계에서 사용되는 주요 시설이다.
투수능은 실제로 지반에 스며드는 물의 양을 말하며, 강우강도와 지표유출량의 차로 계산한다. 즉 실제 투수능 = 강우강도 − 지표유출량이며, 최대 침투능은 이론적 상한선으로서 실제 투수능보다 항상 크거나 같을 수 있다.
- 관로 충만 유량 계산 예: 콘크리트관 규격이 0.4m × 0.6m이고 평균 유속이 2m/s인 경우, 단면적 A = 0.4 × 0.6 = 0.24 m²이므로 유량 Q = A × V = 0.24 × 2 = 0.48 m³/s가 된다.
- 합리식 예: 예를 들어 유역 면적을 2.5헥타르로 잡고 유출계수를 0.4로 설정한 뒤, 도달시간을 반영하여 강우강도를 125 mm/hr로 산정하면 Q = 0.2778 × 0.4 × 125 × 2.5 ≈ 0.35 m³/s 정도가 된다. 도달시간은 유입시간과 관거 흐름시간의 합으로 산정한다는 점을 유의한다.
- 투수능 예: 강우강도 90 mm/hr이고 지표유출량이 30 mm/hr일 때 실제 투수능은 90 − 30 = 60 mm/hr가 된다. 최대 침투능 100 mm/hr는 상한치로 실제 투수능과는 구별해야 한다.
빗물을 이용한 생물서식공간 조성 과정 중 가장 적합한 것은?
정답 ① · 문제는 빗물 이용을 통한 생물서식공간 조성의 합리적 공정 순서를 묻고 있다. 먼저 빗물을 집수(모으기)하고 전처리(여과 등)를 통해 오염물질을 제거한 뒤 일시저류를 통해 유량을 조절하고 필요한 경우 침투를 통해 지하수 보충이나 생태적 처리를 거치며, 이후 저장하여 재활용하는 흐름이 논리적이다.
빗물 이용 과정은 집수, 전처리, 저류, 침투, 저장, 재활용의 순서로 진행되므로 1번이 가장 적합하다.
유역면적 2.5ha, 유출계수 0.4, 강우강도 7,500/(52+T)mm/hr, 유입시간 5분, 관거 내의 유속 1m/sec, 관거길이 180mm인 관거 출구에서의 첨두 유출량은?
정답 ② · 합리식 공식을 이용하여 첨두유출량을 계산하면 Q = 0.2778 × C × I × A 입니다. 먼저 도달시간(Tc)은 유입시간(5분) + 관거 내 흐름시간(180m / 1m/s = 180초 = 3분) = 8분입니다.
합리식 Q=0.2778CIA에서 도달시간은 유입시간+관거흐름시간이며, 강우강도와 면적을 곱해 첨두유출량을 구한다.
최대 침투능이 100mm/hr인 지역에 강우강도 90mm/hr로 비가 왔을 때, 지표유출량이 30mm/hr이었다. 해당 지역 투수능은 얼마인가?
정답 ② · 수문학적 원리에 따르면, 강우 시 지표로 내리는 총 강우량은 나무 등 식생에 의해 차단되는 양을 제외하고 나면 지표유출과 지표면 또는 토양 내부로 스며드는 투수(침투)량으로 구분됩니다. 수식으로 표현하면 '강우강도 = 투수능 + 지표유출량 + 지표저류량'의 관계를 가집니다.
실제 투수능은 강우강도에서 지표유출량을 뺀 잔여량으로 계산되므로 90-30=60mm/hr이다.
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