수두 (수문학)

개요

수두(水頭, hydraulic head)는 수문학 및 지하수학에서 사용되는 용어로, 단위 중량의 물이 가지는 위치 에너지 또는 위치 에너지와 압력 에너지의 합을 나타냅니다. 단위는 길이(m, ft 등)로 표현되며, 지하수의 흐름 방향 및 속도를 예측하는 데 중요한 역할을 합니다. 수두는 지점의 위치에 따라 달라지며, 지하수면의 높이, 지하수압, 그리고 지점의 고도를 고려하여 계산됩니다.

종류

수두는 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다.

• 압력수두(Pressure Head): 지하수의 압력에 의해 발생하는 수두입니다. 지하수면 아래의 지점에서는 물기둥의 무게에 의해 압력이 발생하고, 이 압력은 수두로 표현됩니다. 지하수면 위에서는 압력수두가 0이 됩니다.

• 속도수두(Velocity Head): 지하수의 흐름 속도에 의해 발생하는 수두입니다. 일반적으로 지하수의 흐름 속도는 매우 느리기 때문에 속도수두는 다른 두 수두에 비해 매우 작은 값을 가지며, 많은 경우 무시할 수 있습니다.

• 위치수두(Elevation Head): 지점의 고도(해발고도)에 해당하는 수두입니다. 이는 지구 중력의 영향을 받는 위치 에너지를 나타냅니다.

총수두

총수두(Total Head)는 압력수두, 속도수두, 그리고 위치수두의 합으로 계산됩니다. 지하수는 항상 총수두가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 경향을 보입니다. 이러한 총수두의 차이를 수두구배(Hydraulic Gradient)라고 하며, 지하수의 흐름 속도를 결정하는 중요한 요소입니다.

활용

수두 개념은 지하수의 흐름 분석, 지하수위 예측, 지하수 함양량 산정, 그리고 지하수 개발 및 관리 등 다양한 수문학적 문제 해결에 활용됩니다. 특히 다공성 매체를 통한 지하수 흐름 해석에 필수적인 개념입니다. 수두 측정을 위해서는 피에조미터(piezometer)와 같은 장비를 사용합니다.