조도계수 n

조도계수란

조도계수 n은 개수로 벽면과 바닥의 거칠기에 따른 흐름 저항을 나타낸다.

Manning 평균유속 공식에서 n은 흐름 저항을 결정하는 무차원 경험계수다.

수로가 매끄러우면 n이 작아 물이 빨리 흐르고, 거칠면 n이 커서 유속이 줄어든다.

영향 인자

조도계수 n을 정하는 인자는 크게 네 가지로 나눠 볼 수 있다.

표면 재질은 마찰저항을 만들며, 요철이 클수록 n이 커진다.

식생과 장애물은 주로 형상저항을 만들어 n을 키운다.

표의 인자는 모두 흐름 저항을 키우는 방향으로 작용한다.

계산 예제

직사각형 수로에서 유량을 구하는 계산 예제다. 값은 연습용 가상의 수치다.

단면적은 2.0 m²이고 윤변은 4.0 m이므로 경심 R은 0.5 m이다.

Manning 식에 대입하면 평균유속 V는 약 1.33 m/s가 된다.

유량 Q는 단면적과 유속을 곱해 약 2.7 m³/s로 구한다.

n이 두 배가 되면 유속은 절반으로 줄어, 조도계수의 영향이 크다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

시험에서는 산정 방법별 장단점을 비교하는 문제가 여러 차례 출제되었다.

조도계수 증가는 유속 감소와 수위 상승으로 이어진다는 인과를 반드시 쓴다.

Manning 식은 등류 조건에서만 쓴다는 적용 한계도 함께 적는다.

단위계는 SI로 맞추고, 식의 상수가 단위계에 따라 달라짐을 기억한다.

정리

핵심을 정리한다. 조도계수는 흐름 저항을 나타내는 무차원 경험계수다.

표면 재질, 식생, 수로 형상, 장애물이 n을 키운다.

n이 커지면 유속은 줄고, 같은 유량에서 수위는 높아진다.

설계 보고서에는 채택한 n과 근거 표를 함께 적는다.