침투

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용어 정리

시험!!

• 침투(infiltration) : 강수가 지표면에 떨어진 후 지표면을 통해 토양 속으로 이동하는 것.
• 침루(percolation) : 토양속으로 침투한 물이 지속적으로 지하수대까지 이동하는 것.
• 투수성 : 물을 이동시키는 물질의 능력. 속도 단위[L/T]
• 침투율 : [L/T]
• 침투능(infiltration capacity, f_p) : 최대의 침투율. 토양 특성에 의해서만 제한.

NRCS 수문학적 토양 그룹

• 타입 A : 가장 작은 유출.(침투가 많이 돼서 물이 다 흡수돼버리니까 유출량이 줄어들지. 헷갈리지 말자.) 가장 큰 침투율. 실트와 점토 약간 포함한 모래, 자갈층. 배수 양호
• 타입 B : 비교적 낮은 유출. 비교적 높은 침투율. 자갈 섞인 사질토. 배수 양호
• 타입 C : 비교적 높은 유출. 비교적 낮은 침투율. 상당수 점토, 콜로이드질. 배수 불량.
• 타입 D : 가장 큰 유출. 가장 작은 침투율. 배수 대단히 불량. 대부분 점토질.

공극률, 함수비

시험!!

공극률(porosity)

$\eta ={\frac {V_{V}}{V_{T}}}$

토양함수비(soil moisture content)

$\theta ={\frac {V_{W}}{V_{T}}}$

$0\leq \theta \leq \eta$

토양이 포화상태면 토양함수비 = 공극률

토질역학에서의 함수비와 다르지만, '수문학에선 이렇게 쓴다...'고 그냥 받아들이면 된다.

침투 영향 인자

• 투수성
• 토양 구조
• 식생, 지표 이용
• 선행함수조건
• 지형, 강우조건

선행함수조건(AMC)

시험!!!

• I, II, III조건이 있다. III이 물 많은 것.
• 강우 초기에 선행함수가 높으면 선행함수가 낮아 건조한 경우보다 모세관력, 토양 내 가용 공극이 낮음.
• 유출율 달라짐. 선행함수 많으면 유출률 높아짐(침투 감소)
• NRCS는 5일 선행강수량 크기를 가지고 성수기냐 비성수기냐에 따른 조건을 비교하여 AMC 조건을 정함.

침투량 측정 방법

• 침투계에 의한 방법
• 강우 모의기에 의한 방법
• 수문곡선 해석에 의한 방법 : 강우량에서 유출량을 빼면 나머지가 침투량.

침투지수법

계산 시험!!

• 강우강도가 침투능보다 커지면 지표면에 고인 물 증가, 지표면 유출 시작.
• 증발량 무시한다면, 총 강우량 - 유출량 = 총 침투량
• 침투량 단위는 [L]. 단위 맞춰주기 위해, 유출량을 유역면적으로 나누어준다.
• 총 침투량을 강우지속기간으로 나누면 평균침투능. 이를 침투지수(infiltration index)라 함.
• 강우 초기엔 실제 큰 침투능 반영 불가. 강우 종기에 낮은 침투능을 과대산정하는 단점. 침투지수법은 강우 지속기간이 크고 강우강도도 큰 경우에 적합. 또는 토양수분 함유량이 많은 경우에도 적합.

Φ지수법

• 유역에 저류된 강우 양을 강우지속기간으로 나눈 것.
• 침투뿐 아니라 지면저류도 포함.

$\Phi ={\frac {F}{T}}={\frac {P-Q}{T}}$

Φ : Φ-지수(mm/hr)

F : 총 침투량(mm)

P : 총 강우량(mm)

Q : 직접유출량(mm)

T : 강우지속시간(hr)

W 지수법

• Φ지수법의 개선
• 침투에 직접 기여하지 않은 지면보류와 호우기간 중 강우강도가 침투능보다 작은 기간에 대한 고려를 한 것. 즉 W지수법은 강우강도가 침투능보다 큰 호우기간동안 평균침투능이다.
• 토양이 매우 습한 상태(침투능이 종기침투능 f_c에 가까운 상태)에서 호우 발생 시 지면보류량은 최소가 되고 강우강도도 침투능보다는 대부분 크게 되어 Φ지수와 W지수는 거의 같아진다.

$W={\frac {F}{T}}={\frac {P-Q-D}{T}}$

W : W-지수(mm/hr)

D : 지면보류량(mm)

T : 강우강도가 침투능보다 큰 강우지속기간(hr)

W-지수와 Φ-지수의 관계는

${\color {red}W=\Phi -{\frac {D}{T}}}$