수두와 수리경사도
지하수면의 깊이는 지표의 토지 이용이나, 비피압 대수층으로부터 지하수를 개발하는데 중요한 영향을 미친다. 지하수면이 지표 얕은 부분에서 나타나면 비가 많은 계절에는 지표층이 항상 젖어 있으므로, 이러한 지역은 거주지나 여러 가지 토지 이용에 적합하지 않을 것이다. 지하수면이 지하 심부에 위치한다면, 주변 지역에 지하수 용수공급을 위한 관정 개발이나 펌프 설치에 지나치게 비용이 많이 들 수 있다.
지하수면의 경사 방향은 지하수의 유동 방향을 지시하므로 중요하다. 지하수면의 위치와 경사도는 관정내에서의 수위를 측정함으로 결정한다. 이러한 관측 자료를 이용하여 지하수면의 경사를 알기 위해서는 모든 관정에 적용할 수 있는 임의의 기준면으로부터 각 관정내의 수위를 결정해야 한다. 이때 가장 널리 쓰이는 기준면은 평균해수면이다.
정호내 지하수면까지의 깊이를 관측 지점의 고도에서 빼면, 그 정호의 전체 수두(total hcad: Tt)를 얻게된다. 전체 수두란, 유체 역학에서 정의하듯이, 위치 수두(clcvation hcad; He), 압력 수두(prcssurc hcad; Hp), 속도 수두(vclocity hcad; Hv)로 구성된다(그림 7). 이 중에서 지하수의 흐름은 상당히 느리므로, 속도 수두는 무시될 수 있다. 그러므로, 지하수는 전체 수두가 낮아지는 방향으로 움직인다.
전체 수두(Ht)에 대한 공식은 다음과 같다.
Ht = He + Hp
다음 모든 요인들이 일정한 경우에, 지하수의 유동 속도는 수리경사(또는 동수구배, 동수경사; hydraulic gradients)에 따라 달라진다. 지표에서 지형의 기복을 나타낼 때 지형경사를 사용하듯이, 수리경사는 지하수면의 경사를 의미하며, 따라서 일정한 방향에서 단위 거리당 수두의 변화로 계산된다.
그림 8-(1)에서 보듯이 지하수가 관정 1에서 관정 2 방향으로 흐른다면, 수리경사는 그림 중의 자료를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다. 수리경사는 h1/L이며, 이때 h1은 정호 1과 2 사이의 수두 차이를, L 은 두 관정간의 거리를 나타낸다. 따라서,
수리경사의 단위는 측정 길이의 단위가 일정하다면, 어떤 단위를 사용하여도 그 결과는 마찬가지다. 즉, 5ft/780 ft 나 5m/780m는 같은 수리경사를 나타낸다. 수리경사 5m/780m는 m/km 단위로 다음과 같이 변환될 수 있다.
지하수면의 깊이는 지표의 토지 이용이나, 비피압 대수층으로부터 지하수를 개발하는데 중요한 영향을 미친다. 지하수면이 지표 얕은 부분에서 나타나면 비가 많은 계절에는 지표층이 항상 젖어 있으므로, 이러한 지역은 거주지나 여러 가지 토지 이용에 적합하지 않을 것이다. 지하수면이 지하 심부에 위치한다면, 주변 지역에 지하수 용수공급을 위한 관정 개발이나 펌프 설치에 지나치게 비용이 많이 들 수 있다.
지하수면의 경사 방향은 지하수의 유동 방향을 지시하므로 중요하다. 지하수면의 위치와 경사도는 관정내에서의 수위를 측정함으로 결정한다. 이러한 관측 자료를 이용하여 지하수면의 경사를 알기 위해서는 모든 관정에 적용할 수 있는 임의의 기준면으로부터 각 관정내의 수위를 결정해야 한다. 이때 가장 널리 쓰이는 기준면은 평균해수면이다.
정호내 지하수면까지의 깊이를 관측 지점의 고도에서 빼면, 그 정호의 전체 수두(total hcad: Tt)를 얻게된다. 전체 수두란, 유체 역학에서 정의하듯이, 위치 수두(clcvation hcad; He), 압력 수두(prcssurc hcad; Hp), 속도 수두(vclocity hcad; Hv)로 구성된다(그림 7). 이 중에서 지하수의 흐름은 상당히 느리므로, 속도 수두는 무시될 수 있다. 그러므로, 지하수는 전체 수두가 낮아지는 방향으로 움직인다.
전체 수두(Ht)에 대한 공식은 다음과 같다.
Ht = He + Hp
다음 모든 요인들이 일정한 경우에, 지하수의 유동 속도는 수리경사(또는 동수구배, 동수경사; hydraulic gradients)에 따라 달라진다. 지표에서 지형의 기복을 나타낼 때 지형경사를 사용하듯이, 수리경사는 지하수면의 경사를 의미하며, 따라서 일정한 방향에서 단위 거리당 수두의 변화로 계산된다.
그림 8-(1)에서 보듯이 지하수가 관정 1에서 관정 2 방향으로 흐른다면, 수리경사는 그림 중의 자료를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다. 수리경사는 h1/L이며, 이때 h1은 정호 1과 2 사이의 수두 차이를, L 은 두 관정간의 거리를 나타낸다. 따라서,
수리경사의 단위는 측정 길이의 단위가 일정하다면, 어떤 단위를 사용하여도 그 결과는 마찬가지다. 즉, 5ft/780 ft 나 5m/780m는 같은 수리경사를 나타낸다. 수리경사 5m/780m는 m/km 단위로 다음과 같이 변환될 수 있다.
