하천의 수리

 하천이란 크기와는 관계없이 일정한 물길을 따라 흐르는 물을 가리킨다. 하천의 물길, 즉 하도는 그림 4-5에 간단한 모형으로 나타나 있다. 수심은 d, 하폭은 w, 유수의 단면적은 A, 하천의 구배 또는 경사는 S로 각각 표시 되어 있다. 하천의 구배는 대단히 완만해서 각도로 나타내기 어려워 수평거리에 대한 낙차의 비율로 표현한다. 즉, 1km에 대한 낙타가 1m인 하천의 구배는 0.001 또는 0.1%이다.

 유속(V)은 마찰력 떄문에 하상에서 윗쪽으로, 양쪽 하안에서 안쪽으로 감에 따라 빨라지는데, 최대 유속은 단면이 대칭인 경우 수면 중앙의 약 1/3 깊이에서 관측된다. 하천은 부위마다 유속이 다르지만 일반적으로 유속이라고 언급할 때는 평균 유속을 가리킨다. 평균유속은 최대유속의 6/10내외이다. 하천에서 가장 중요한 것은 유량이다. 유량(Q)은 Q=AV의 공식으로 산출하며, 그 단위로는 ㎥/sec가 사용된다.

 

 하천의 수위가 상승하면 유량과 함께 하폭, 수심, 유속이 아울러 증가한다. 유량과 이것들 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

 

'대충 그 식'

 

 여기서 b, f, m 의 평균치는 각각 0.26. 0.40, 0.34이다. 이들 지수는 하천의 각 지점에서 유량이 증가할 때 하폭(b), 수심(f), 유속(m)이 어떻게 변화하는 지를 보여주는 것이다. 

 

 하천은 또한 하류로 감에 따라 유량이 증가하며, 이와 함께 하폭이 넓어지고 수심이 깊어진다. 유속도 하류로 감에 따라 빨라지는 경향이 있다. 한 하천에서 연평균 유량을 기준으로 할 때 하류쪽으로 증가하는 이들 지수의 평균치는 다음과 같이 얻어졌다. 

 

b=0.5, f=0.4, m=0.1

 

 이에 따르면 유량과 더불어 가장 빨리 증가하는 것은 하폭(b)이고, 수심(f)은 이보다 증가율이 낮다. 그리고 유속(m)은 약간 증가하는 정도이다.

 

 경사가 급한 산골짜기의 작은 하천은 빨리 흐르고, 경사가 완만한 평야지대의 큰 강은 느리게 흐른다고 알려졌다. 그러나 이러한 생각은 통념에 불과하다. 산골짜기의 하천은 빨리 흐르는 것 같이 보이지만 암괴가 많아 자유롭게 흐르지 못해서 평균유속이 느려질 수도 있다. 하천은 하류로 갈수록 수심이 깊어진다. 수심이 깊어지면 하폭과 함께 유수가 접하는 하상단면이 길어지는데, 이것이 길어지는 율은 하천의 단면적이 넓어지는 율보다 낮게 나타나며, 이로 인해 하천은 효율적으로 흐르게 된다.

 그림 4-6은 세 개의 지류가 만나서 하나의 본류를 이루는 경우, 수심에 변화가 일어나지 않는다고 가정하더라도 하상단면의 길이가 하천의 단면적이 넓어지는 만큼 길어지지 않는다는 사실을 보여준다. 실제로는 지류가 합치면 본류의 수심이 깊어지는 것이 보통이다. 유속이 하천의 하류에서 느려진다는 통념은 큰 강을 일반적으로 강가에서만 보기 때문에 생겨난 것 같다.