100. 침투능(infiltration capacity)

 침투와 침입은 토양속 물의 유동형태로서 침투는 급수우너과 흐름의 말단과 연속되어 모관력이 작용하는 전선을 같지 않는데 반하여 침입은 토양표면엣 물의 운동방향에 모관력을 같는 전선이 있는 경우, 즉 침윤에 dlm해 물이 토양속으로 스며드는 것을 말한다. 논에서 담수를 계속하여 지면 아래로 하강하고 있는 상태는 침투로서 이같은 흐름에서 공기가 존재할 때를 불포화침투, 공기가 없는 경우를 포화침투라 하며, 불포화침투에서 공기가 대기에 연속되어 있을 때를 개방침투, 흐름중 공기가 대기와 연락되어 있지 않고 같혀 있는 상태를 폐쇄침투라 한다. 강우나 관개수가 흙속으로 침입하는 최대강도를 침입능리라 하며, 모관력이 작용하는 전선을 갖지 않는 침투에 dlm해 수분이 하강하는 것도 있는데 이 경우는 침투능이라 하는 것이 옳으나 일반적으로 침투능이란 용어는 침입능을 포함하여 사용된다.

지점별 침투능을 구하려면 직경 20∼40cm 정도의 원통을 지표하 10∼20cm 정도 관입하고 그 안에 주수를 하여 측정한다. 이때 원통 주위로 물이 확산되는 것을 방지하기 위하여 원통을 2중으로 하거나 원통외측에 흙을 쌓아 원통 내외수위를 동일하게 유지하면서 측정한다. 또 원통내 수심은 얕게 하고 또한 수위를 일정하게 하는 것이 좋으며 마리어트병 등 수위 일정 급수장치를 사용한다.

경사지에서는 상자 안에 사면 위쪽에서 물을 얕게 방류하여 아래에 오일 유출량과 차에서 침투능을 구한다. 빗물이 낙하하는 상태로 하기 위해서는 소구획시험포에 스프링클러 등으로 살수하여 살수강도와 유출강도의 차에서 침투능을 산출한다(사면길이는 수십 m에서 수십 cm 로 함)

침투능은 강우 또는 관수가 계속되면 감소하고 거의 일정치로 된다. 침투능의 시간적 변화를 나타내는 곡선을 침투능곡선이라 하며 R.E.Horton은 다음 식으로 나타내었다.

밭의 관개계획 등에서는 다음 식이 잘 이용된다.

원통침투계로 밭의 초기 1시간의 침투능은 화산회토에서 100∼300mm/h 내외, 종기침투능은 10∼40mm/h 내외이며, 도로 등은 초기침투능 10∼30mm/h 내외, 종기침투능 2∼3 mm/h 내외로 측정된다.

침투능곡선이 시간과 함께 저감하는 것은 침투전선이 하향하는데 대하여 아래층이 습윤되어 전진 모관력이 저하하고 침윤에 따른 흙의 팽윤으로 휴효경이 감소하고 폐쇄기포가 발생하며, 지표의 단립이 분산하여 피막을 형성하기 때문이다. 또 지표가 매우 건조되어 있을 때는 모관력이 충분히 작용하지 않아 침입이 늦어진다. 물의 공급이 다량으로 계속되면 표층은 포화상태로 되고 아래층의 침투능에 지표침투가 제한된다.

강우나 급수가 없는 사이에 표층보유수분이 아래층으로 이행하면 표층의 침투능은 회복한다. 단 빗방울에 의한 지표의 피막형성은 지표의 건조 균열을 일으킬때까지 유지되므로 나지 등에서는 침투능의 회복이 늦어진다. 표층에서 하층으로의 수분이행 속도는 표층의 초과보유수분량(포장 용수량 이상을 보유하는 수분)에 비례한다. 표층하부에 수분이 정체하면 하강한 미세토립자나 용탈물이 침전하여 경계부의 투수성은 작게 되는 경향이 있으며, 종기침투능은 그 부분의 투수성에 좌우된다.

하층코가 지하수면가지 강하하는 토중수분의 속도는 강우와 지하수위 상승곡선의 형으로부터 추정되며, 강우시 폐쇄침투가 생기면 흙속의 공기가 지하수면을 눌러 정호나 측정관의 수위가 급격히 상승하고 공기가 개방되면 급격히 저하한다. 폐쇄침투는 표층수가 자유로히 하강하지 않으므로 침투능이 저하하는 경우도 있으며, 또 강우가 지하수면에 도달하지 않아도 지하수면 부근의 수분이 압출되어 지하수가 상승하는 것으로 생각된다.

유역 각지점의 침투능은 천차만별로 강우강도가 증가함에 따라 강우잉여가 생기는 면적이 증대한다. 강우-유출관계에서 산정된 유역의 평균 침투능은 강우조건에 따라 변한다. 이 경우 강우조건에 대응하는 유역평균 침투도라고 하는 것이 타당하다. 유역의 평균침투도를 구하는데는 강우중 유출하지 않고 일시 보유되는 양을 추정할 필요가 있다. 유츨량은 보유량에 비례하는 것으로 가정하여 약산하고 침투도의 시간적 변화를 구한다.

유역의 지점 침투능은 천차만별로 이를 지목이나 지표면 조건에 따라 침투역, 난침투역, 중간역 등으로 대별하고 각각의 면적율을 추정하여 유역의 평균 침투능을 계산하는 경우도 있다. 또 논은 강우중 침투를 거의 무시되는 저류역으로서 중요한 기능이 있다.

산에 덮여 있는 토층은 일반적으로 그 아래에 암층이나 매우 낮은 투수성을 갖는 경우가 많으며, 그 때문에 강우시 포화상태로 되기 쉽고 곳곳에서 중간유출이 생긴다. 이때 지표의 침투능은 암층의 침투능 이외의 이들의 토층을 유동하는 지하수나 중간유출 강도 등에 영향을 받는다.