SCS 유출곡선지수(CN) 유출량 계산기

SCS 유출곡선지수 유출량 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리

SCS(현재 NRCS) 유출곡선지수(CN) 방법은 한 번의 호우에서 내린 비 가운데 몇 mm가 직접유출이 되는지 추정합니다. 토양 종류, 토지피복, 선행 습윤 상태를 CN 하나로 나타낼 수 있어 홍수 분석, 암거와 저류지 설계, 개발 전후 비교에 널리 쓰입니다. 강우량과 CN을 넣으면 유출고, 최대 잠재보유수량, 초기손실량을 계산합니다.

계산 방법

• 최대 잠재보유수량: S = 25400/CN − 254 (mm)입니다.
• 초기손실량: Ia = 0.2·S로, 유출이 시작되기 전에 차단, 지면 저류, 초기 침투로 잃는 비의 양입니다.
• 유출고: P > Ia이면 Q = (P − Ia)²/(P − Ia + S), 그렇지 않으면 Q = 0입니다.

P는 호우의 강우량(mm), CN은 0~100 사이의 값으로 수문학적 토양군(A~D)과 토지이용에 따라 표에서 찾습니다.

원리

이 방법은 실제로 보유된 물과 최대 보유 가능량의 비가 실제 유출과 잠재 유출의 비와 같다고 가정합니다. 곧 F/S = Q/(P − Ia)입니다. 여기에 물수지 P = Ia + F + Q를 결합하면 유출 공식이 나옵니다. 비가 계속되면 토양이 점점 채워지므로 유출은 처음에는 작다가 나중에는 강우에 가까워집니다. CN은 S를 다루기 쉽게 바꾼 값으로, CN = 100이면 S = 0이 되어 모든 비가 유출되고, CN이 낮을수록 저류 능력이 큽니다. 숲으로 덮인 모래 토양은 30대, 포장면은 약 98입니다.

예제 풀이

1. 입력값은 P = 80 mm, CN = 75입니다.
2. S = 25400 ÷ 75 − 254 = 84.67 mm입니다.
3. Ia = 0.2 × 84.67 = 16.93 mm입니다.
4. P − Ia = 63.07 mm이고, 제곱하면 3977.4입니다.
5. Q = 3977.4 ÷ (63.07 + 84.67) = 3977.4 ÷ 147.73 = 26.92 mm입니다.

결과 해석

예제에서는 80 mm 강우의 약 34%가 유출됩니다. 유출고에 유역면적을 곱하면 유출 용적이 되며, 1 ha에서 26.92 mm는 269 m³입니다. 중간 규모 호우에서는 CN이 조금만 달라져도 결과가 크게 변하므로 토양군과 토지피복 선정에 가장 신경 써야 합니다. 이 방법은 첨두유량이 아닌 유출 깊이를 주므로, 수문곡선이 필요하면 단위도와 도달시간을 함께 써야 합니다.

흔한 실수

• 인치용 식(S = 1000/CN − 10)에 mm 강우량을 넣는 경우입니다.
• 여러 개의 독립된 호우를 합친 일 강우량을 한 호우처럼 쓰는 경우입니다.
• 선행 습윤 상태를 무시하는 경우입니다. 표의 CN은 평균 조건 값입니다.
• 초기손실이 지배적인 아주 작은 강우에 적용하는 경우입니다.

자주 묻는 질문

CN 값은 어디서 찾나요?

NRCS의 TR-55와 National Engineering Handbook Part 630에 토지이용과 토양군별 표가 있습니다.

토지이용이 여러 가지면 어떻게 하나요?

면적 가중평균 CN을 쓰거나, 구역별 유출량을 각각 구해 더하는 방법이 있으며 뒤쪽이 더 정확합니다.

비가 적게 오면 왜 유출이 0인가요?

강우가 초기손실량을 넘기 전까지는 차단, 지면 저류, 침투로 모두 붙잡히기 때문입니다.

출처: USDA NRCS, National Engineering Handbook, Part 630 Hydrology, Chapter 10 · USDA SCS, Urban Hydrology for Small Watersheds, Technical Release 55, 1986