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[수자원개발 기술사] 토양의 침투능 결정방법

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토양의 침수능 결정 방법

1. 개요

  1) 주어진 조건하에서 물이 토양면을 통해 침투할 수 있는 최대의 율을 침투능이라 하며

  2) 총침투량을 강우지속기간으로 나누어 평균침투율을 결정하며 이를 침투지수라 한다.

  3) 침투능은 일정하게 유지되는 것이 아니고 계속되는 강우로 인해 침투가 계속 발생하므로 시간에 따라 감소하는 특성을 가지고 있다.

2. 침투능 지배 인자

  1) 토양의 종류

  2) 토양의 다짐정도

  3) 토양의 수분함량 

  4) 지면보류수의 깊이와 포화토층의 두께

  5) 식생피복상태

  6) 토양의 동결

  7) 흙속의 온도

3. 침투능의 결정방법

  1) 직접측정 방법

    - 소규모의 시험포에서 침투계를 설치하여 직접 침투능을 결정하는 방법.

    - 침투계의 종류는 Flooding형, Sprinking형

  2) 경험적 방법

    - 시험포에서 침투량 실측자료 또는 토양물리학적 이론해를 근거로 하 여 유도한 경험적인 공식으로 침투능을 결정하는 방법이다.

    - Horton공식, Phillips공식, Holtan공식,

  3) 개념적 방법

    - 포화되는 깊이와 침투량의 관계식을 유도하여 침투능을 계산하는 방법

    - Green- Ampt공식

  4) 침투지수 방법

    - 우량주상도에서 임의의 침투지수선을 수평으로 그어 직접유출량과 손실우량을 분리하는 방법.

    - Φ-지수법, W-지수법

  5) SCS유효우량 산정방법

    - 침투량 뿐만 아니라 요면저류, 차단등을 고려하여 침투량을 산정하는 방법

4. 침투계의 종류

  1) Flooding형(관개형) (그림)

    - 대표적인 형식은 내외부관으로 구성된

      원통관에 일정한 용수를 공급하여 공급

      량 또는 수심의 변화를 측정하여 산정을 한다.

  2) Sprinking형(살수형)

    - 대표적인 형식은 F형 노즐로 인공강우를 만들어 작은 시험포에 일정한 강도로 살포한 후 유입과 유출률을 측정하여 산정을 한다.

    - 이 방법은 Flooding형보다 자연조건과 비슷하게 하여 침투능을 측정할 수 있는 것이 장점이며

    - 일반적으로 자연조건 침투능보다는 큰 값을 나타내는 것이 통상이다

5. 경험적 방법

  1) Horton 공식

    - 실측한 침투능의 자료를 이용하여 작성한 침투능 곡선식을 제안한 방법

    - 침투능 곡선식

    - 강우시작시간부터 임의시간동안의 누가침투능

  2) Phillips 공식

    - 비포화층 내에서 물의 흐름에 대한 편미분 연속방정식과 운동방정식을 해석적으로 풀어서 침투능 곡선식을 제안한 공식

    - 거의 사용되지 않는 공식

    - 침투능곡선식

  3) Holtan 공식

    - 침투율은 토양의 함유수분과 공극, 식물의 뿌리조직에 의해 지배된다는 가정 하에서 침투능 곡선식을 제안함

    - 농경지 지역에 적합한 공식이다

    - 침투능 곡선식

6. 개념적 방법

  1) Green-Ampt공식

    - 포화되는 깊이와 침투량의 관계식을 유도하여 침투능을 계산하는 방법

  2) 특징

    - 적용방법이 간단하다.

    - Darcy법칙에 의해 유도되었으며 물리적 개념이 도입된 공식

    - 다양한 토양조건에 적용이 가능하다.

    - 매개변수는 간극수압, 모관수두, 투수계수 등

    - 소유역에 적합하다.

7. 결론

  1) 침투계에 의한 방법과 와 경험공식에 의한 모형방법으로 산정한 침투능은 동일조건 하 에서만 적용되며 유역전체에 대하여 사용하기는 무리가 있다.

  2) 그리고 Green-Ampt모형은 여러 학자에 의해 계속적인 연구로 개선되어 왔으며 물리적으로 이론적 근거가 강한 침투능 결정방법이다.

  3) 그러나 대유역에는 유역의 토양이 균일하지 못하기 때문에 널리 사용되지 못하고 있다.

여러분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다.

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[수자원개발 기술사] 토양의 침투능을 지배하는 인자

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토양의 침투능을 지배하는 인자

1. 개요

  1) 주어진 조건하에서 물이 토양면을 통해 침투할 수 있는 최대의 율을 침투능이라 하며 단위는 혹은 의 표시한다.(침투량/시간)

  2) 침투능은 일정하게 유지되는 것이 아니고 계속되는 강우로 인해 침투 가 계속 발생하므로 시간에 따라 변화한다.

2. 침투현상의 과정

  1) 침투과정

    토양면 유입 ⇒ 토양 내부로의 이동 ⇒ 토양내 저류용량의 고갈(枯渴)

  2) 침투(infiltration)

    - 물이 토양면을 통해 토양속으로 스며드는 현상이며

  3) 침루(percolation)

    - 토양면을 스며든 물이 중력의 영향으로 계속 지하로 이동하여 포화대 인 지하수면까지 도달하는 현상을 말한다.

3. 침투능의 지배인자

  1) 토양의 종류

    - 토양속의 공극 크기, 공극의 분포상태, 강우나 관개용수로 인한 공극 의 안정성에 의하여 크게 좌우된다.

    - 모래질 토양은 점토질의 토양보다 침투율이 크다

  2) 토양의 다짐정도

    - 토양공극을 변화시키는 다짐의 정도에 비례하여 감소한다.

    - (다짐에 의해 토양의 공극 크기가 변화한다.)

  3) 토양의 수분함량

    - 초기의 건조한 토양은 큰 침투능을 가지나 시간이 경과함에 따라 감 소한다.

  4) 지면보류수의 깊이와 포화토층의 두께(그림)

    - 강우초기에는 보류수 깊이가 깊을수록 침투를 촉진시키나 포화토층의 두께가 커짐에 따라 흐름에 대한 마찰력에 의해 점차 감소하여 거의 일정한 값을 갖는다.

  5) 식생피복상태

    - 식생피복이 양호하면 식물뿌리에 의한 토양공극 보전 및 다짐을 방지 함에 따라 침투능은 증대하고 유출량은 감소한다.

  6) 토양의 동결

    - 동결은 침투능을 저하시키며 건조 상태의 동결은 습윤 상태보다 크다.

  7) 흙속의 온도

    - 마찰력은 온도가 높아지면 온도에 비례하여 작아지므로 침투는 겨울 보다 여름이 더 크다.

4. 침투능 결정방법

  1) 직접측정 방법

    - 소규모의 시험포에서 침투계를 설치하여 직접 침투능을 결정하는 방법.

    - 침투계의 종류는 Flooding형, Sprinking형

  2) 경험적 방법

    - 시험포에서 침투량 실측자료 또는 토양물리학적 이론해를 근거로 하 여 유도한 경험적인 공식으로 침투능을 결정하는 방법이다.

    - Horton공식, Phillips공식, Holtan공식,

  3) 개념적 방법

    - 포화되는 깊이와 침투량의 관계식을 유도하여 침투능을 계산하는 방법

    - Green- Ampt공식

  4) 침투지수 방법

    - 우량주상도에서 임의의 침투지수선을 수평으로 그어 직접유출량과 손실우량을 분리하는 방법.

    - Φ-지수법, -지수법

  5) SCS유효우량 산정방법

    - 침투량 뿐만 아니라 요면저류, 차단등을 고려하여 침투량을 산정하는 방법

5. 결론 (침투능에 가장 큰 영향을 미치는 요소는? 이에 대해 결론함)

  1) 침투는 3단계 과정을 거쳐 발생되며 이는 강우조건 토양의 종류, 함수량, 토양면의 상태 등 여러 가지 인자에 의해 침투량이 달라진다.

  2) 그리고 침투능은 계속되는 강우로 인하여 침투가 계속됨에 따라 토양면과 내부 토양의 상태가 시간에 따라 변하므로 침투율의 결정이 쉽지 않다.

여러분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다.

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