<수리수문학>

1. 강우로 인한 유수가 그 유역 내의 가장 먼 지점으로부터 유역출구까지 도달하는데 소요되는 시간을 의미하는 것은?

    ① 기저시간 ② 도달시간

    ③ 지체시간 ④ 강우지속시간

해설

1. 기저시간(Base Time): 하천의 유출 하이드로그래프에서 유출이 시작되어 다시 원래의 유출량으로 돌아가는 데까지 걸리는 전체 시간을 의미합니다.
2. 도달시간(Time of Concentration): 강우로 인한 유수가 유역 내의 가장 먼 지점에서 유역의 출구까지 도달하는 데 걸리는 시간을 말하며, 유역의 설계 및 관리에 중요한 파라미터입니다.
3. 지체시간(Lag Time): 특정 강우 사건의 최대 강우 강도가 관측된 시간과 유출량이 최대에 도달하는 시간 사이의 지연시간을 의미합니다.
4. 강우지속시간(Duration of Rainfall): 강우가 시작되어 끝나기까지의 총 시간을 의미합니다.

2. 지하의 사질 여과층에서 수두차가 0.5m이며 투과거리가 2.5m일 때 이곳을 통과하는 지하수의 유속은? (단, 투수계수는 0.3cm/s이다.)

    ① 0.03cm/s ② 0.04cm/s

    ③ 0.05cm/s ④ 0.06cm/s

해설

Q=KΔh​/L

• Q는 단위 너비당 유속(일반적으로 m/s),
• K는 투수계수(m/s),
• Δh는 수두차(m),
• L은 투과거리(m)입니다.

이 값을 다르시의 법칙에 대입하여 유속 Q를 계산하면

Q=0.06cm/s

3.지하수 흐름에서 Darcy 법칙에 관한 설명으로 옳은 것은?

    ① 정상 상태이면 난류영역에서도 적용된다.

    ②  투수계수(수리전도계수)는 지하수의 특성과 관계가 있다.

    ③ 대수층의 모세관 작용은 이 공식에 간접적으로 반영되었다.

    ④ Darcy 공식에 의한 유속은 공극 내 실제유속의 평균치를 나타낸다.

해설

1. 정상 상태이면 난류영역에서도 적용된다. - 다르시 법칙은 주로 층류(laminar flow)에 대해 정의되었고, 난류(turbulent flow) 상태에서는 정확성이 떨어질 수 있습니다. 따라서, 이 설명은 옳지 않습니다.
2. 투수계수(수리전도계수)는 지하수의 특성과 관계가 있다. - 투수계수는 지하수가 지반을 통과하는 능력을 나타내며, 지반의 공극률, 공극의 연결성, 지하수의 온도 및 점성 등 지하수와 지반의 물리적 특성에 영향을 받습니다. 이 설명은 올바릅니다.
3. 대수층의 모세관 작용은 이 공식에 간접적으로 반영되었다. - 다르시 법칙은 모세관 작용을 직접적으로 다루지 않으며, 모세관 현상은 일반적으로 미세한 공극 구조에서 중요한 역할을 합니다. 다르시 법칙은 대규모의 지하수 흐름을 다루기 때문에, 이 설명은 다르시 법칙의 주요 초점이 아닙니다.
4. Darcy 공식에 의한 유속은 공극 내 실제유속의 평균치를 나타낸다. - 다르시 법칙에 의해 계산된 유속은 실제 공극을 통과하는 지하수의 실제 유속이 아니라, 단위 면적당 평균 유속을 나타냅니다.

4. 오리피스(orifice)로부터의 유량을 측정한 경우 수두 H를 추정함에 1%의 오차가 있었다면 유량 Q에는 몇 %의 오차가 생기는가?

    ① 1% ② 0.5%

    ③ 1.5% ④ 2%

해설

오리피스(orifice)에서의 유량 Q는 수두 H에 의해 결정되며, 유량과 수두 사이의 관계는 다음과 같은 방정식으로 나타낼 수 있습니다.

Q는 유량,C는 오리피스의 계수,g는 중력가속도,H는 수두입니다.

수두 H에서의 작은 변화가 유량 Q에 어떠한 영향을 미치는지 파악하기 위해, 위의 식을 H에 대해 미분합니다. 이를 통해 H의 변화가 Q에 미치는 영향의 비율을 찾아낼 수 있습니다.

로 부터 

H가 1%오차가 생기면 유량은 1/2 x 1% = 0.5%오차가 생긴다.

5. 유체의 흐름에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

    ① 이상유체에서 점성은 무시된다.

    ② 유관(stream tube)은 유선으로 구성된 가상적인 관이다.

    ③ 점성이 있는 유체가 계속해서 흐르기 위해서는 가속도가 필요하다.

    ④ 정상류의 흐름상태는 위치변화에 따라 변화하지 않는 흐름을 의미한다.

해설

1. 이상유체에서 점성은 무시된다. - 이 설명은 옳습니다. 이상유체는 내부 마찰력인 점성을 무시할 수 있는 가상의 유체로 정의됩니다.
2. 유관(stream tube)은 유선으로 구성된 가상적인 관이다. - 이 설명도 옳습니다. 유관은 유체의 흐름을 나타내는 유선들로 둘러싸인 가상의 관으로, 유체가 이 경로를 따라 흐른다고 가정합니다.
3. 유체의 흐름, 특히 점성이 있는 유체의 경우를 살펴보면, 유체의 흐름을 유지하기 위해서는 외부에서의 압력 차이가 주어져야 합니다. 이 압력 차이는 유체가 점성에 의한 내부 마찰을 극복하고 흐를 수 있게 합니다. 여기서 "가속도가 필요하다"는 표현은 일반적인 유체 역학의 맥락에서 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 유체가 지속적으로 흐르기 위해 필요한 것은 지속적인 에너지 공급(압력 차이)이며, 이것이 필연적으로 가속도를 의미하는 것은 아닙니다.정확히 말하자면, 유체가 흐르기 시작할 때 가속도가 필요하고, 일단 흐름이 시작되면, 점성이 있는 유체라 할지라도 정상 상태의 흐름을 유지하기 위해 추가적인 가속이 필요한 것은 아닙니다. 정상 상태에서 유체의 속도는 일정하게 유지됩니다. 따라서, "계속해서 흐르기 위해 가속도가 필요하다"는 표현은 유체 흐름의 일반적인 상황을 정확하게 설명하지 않습니다.
4. 등류에 관한 설명입니다.