부산대 LID단지에서의 실증실험과 수치분석을 통한 옥상정원시스템의 수문학적 효율성의 평가에 관한 연구 Hydrological performance evaluation for green roof systems based on in-situ experiments (PNU) and numerical modeling원문보기
Ladani, Hoori Jannesari
(Pusan National University
Department of Civil and Environmental Engineering
국내석사)
본 논문은 최근 기후변화 및 도시화에 따는 도시 물순환 왜곡을 해소하기 위한 중요한 저영향개발 (LID) 기술 중의 하나인 옥상정원시스탬에 대한 수문학적인 물순환 효율성을 실증실험적으로 입증하고 수치적으로 해석하는 기법을 개발하고 결과를 정리하였다. 실제로 옥상정원시스템은 건축물의 옥상에 설치하여 강우유출을 배출원에서부터 차단하고 저감하며 또한 발생 비점오염부하를 저감하는 기술로서 국내외에도 다양한 제품 및 시공이 이루어 지고 있다. 하지만 옥상정원시스탬의 구조나 설치에 따라 실증적인 실험을 통한 수문학적 효율성의 분석을 수행하는 연구는 미흡한 현실이며 이러한 실증실험을 통한 실험장치 및 기법, 검증기법을 개발하고 물순환 효과를 정량화한다는 것은 ...
본 논문은 최근 기후변화 및 도시화에 따는 도시 물순환 왜곡을 해소하기 위한 중요한 저영향개발 (LID) 기술 중의 하나인 옥상정원시스탬에 대한 수문학적인 물순환 효율성을 실증실험적으로 입증하고 수치적으로 해석하는 기법을 개발하고 결과를 정리하였다. 실제로 옥상정원시스템은 건축물의 옥상에 설치하여 강우유출을 배출원에서부터 차단하고 저감하며 또한 발생 비점오염부하를 저감하는 기술로서 국내외에도 다양한 제품 및 시공이 이루어 지고 있다. 하지만 옥상정원시스탬의 구조나 설치에 따라 실증적인 실험을 통한 수문학적 효율성의 분석을 수행하는 연구는 미흡한 현실이며 이러한 실증실험을 통한 실험장치 및 기법, 검증기법을 개발하고 물순환 효과를 정량화한다는 것은 옥상녹화의 기능을 평가하는 데 중요한 실증적 연구이다. 본 논문에서 다야한 실증실험은 부산대학교그린인프라저영향개발 센터 실내외에 구축된 옥상녹화 실증실험장치를 통하여 이루어 졌으며, 첫 번째 실능실험은 소형 강우-유출모사장치 (HPT-GR)를 개발하고 이용하여 다양한 토양층의 종류와 깊이에 대하여 강우, 침투량, 표면유출량을 측정하고 이를 통한 수문학적 침투능 및 저류능을 계측하고 평가하였으며, 두 번쩨 실증실험은 보다 큰규모의 옥상정원시스템과 완벽한 물수지를 구현할 수 있도록 개발된 인공강우-유출-실험-Lysimetor (HPTL-GR) 장치를 개발하고 이용하여 인공강우를 통한 침투율과 저류능, 증발산능, 그리고 물수지 분석을 통한 수문학적 효율성 성능 실험을 수행하고 결과를 도출하였다. 다음에는 이러한 실증실험결과를 바탕으로 부산대학교에서 개발된 다양한 LID 시설들과 시스템을 전산적으로 모의할 수 있는 K-LIDM 모형을 통하여 실험결과를 활용하여 검증을 수행하고, 보다 다양한 옥생녹화시스템의 구조, 종류 및 강우현상에 대한 모의를 통하여 수문학적 효율성의 평가를 일반화할 수 있는 기법을 개발하였으며 이를 수행하였다. 결론적으로 옥상정원시스탬의 침투능, 저류능, 유출계수 등 수문학적 효율성을 다양한 강우, 구조에 따라 분석하고 결과를 제시하여 차후 설계 및 운영에 필요한 근거 자료를 제시하고 활용될 수 있도록 하였다. 차후에는 실외현장 옥상녹화시스탬의 실증적, 분석적 연구가 확장된다면 이 시스템의 보다 안정적이고 효율적인 기술 발전을 기대할 수 있을 것이다.
본 논문은 최근 기후변화 및 도시화에 따는 도시 물순환 왜곡을 해소하기 위한 중요한 저영향개발 (LID) 기술 중의 하나인 옥상정원시스탬에 대한 수문학적인 물순환 효율성을 실증실험적으로 입증하고 수치적으로 해석하는 기법을 개발하고 결과를 정리하였다. 실제로 옥상정원시스템은 건축물의 옥상에 설치하여 강우유출을 배출원에서부터 차단하고 저감하며 또한 발생 비점오염부하를 저감하는 기술로서 국내외에도 다양한 제품 및 시공이 이루어 지고 있다. 하지만 옥상정원시스탬의 구조나 설치에 따라 실증적인 실험을 통한 수문학적 효율성의 분석을 수행하는 연구는 미흡한 현실이며 이러한 실증실험을 통한 실험장치 및 기법, 검증기법을 개발하고 물순환 효과를 정량화한다는 것은 옥상녹화의 기능을 평가하는 데 중요한 실증적 연구이다. 본 논문에서 다야한 실증실험은 부산대학교 그린인프라 저영향개발 센터 실내외에 구축된 옥상녹화 실증실험장치를 통하여 이루어 졌으며, 첫 번째 실능실험은 소형 강우-유출모사장치 (HPT-GR)를 개발하고 이용하여 다양한 토양층의 종류와 깊이에 대하여 강우, 침투량, 표면유출량을 측정하고 이를 통한 수문학적 침투능 및 저류능을 계측하고 평가하였으며, 두 번쩨 실증실험은 보다 큰규모의 옥상정원시스템과 완벽한 물수지를 구현할 수 있도록 개발된 인공강우-유출-실험-Lysimetor (HPTL-GR) 장치를 개발하고 이용하여 인공강우를 통한 침투율과 저류능, 증발산능, 그리고 물수지 분석을 통한 수문학적 효율성 성능 실험을 수행하고 결과를 도출하였다. 다음에는 이러한 실증실험결과를 바탕으로 부산대학교에서 개발된 다양한 LID 시설들과 시스템을 전산적으로 모의할 수 있는 K-LIDM 모형을 통하여 실험결과를 활용하여 검증을 수행하고, 보다 다양한 옥생녹화시스템의 구조, 종류 및 강우현상에 대한 모의를 통하여 수문학적 효율성의 평가를 일반화할 수 있는 기법을 개발하였으며 이를 수행하였다. 결론적으로 옥상정원시스탬의 침투능, 저류능, 유출계수 등 수문학적 효율성을 다양한 강우, 구조에 따라 분석하고 결과를 제시하여 차후 설계 및 운영에 필요한 근거 자료를 제시하고 활용될 수 있도록 하였다. 차후에는 실외현장 옥상녹화시스탬의 실증적, 분석적 연구가 확장된다면 이 시스템의 보다 안정적이고 효율적인 기술 발전을 기대할 수 있을 것이다.
Korea GI & LID Center is built in Yangsan campus of Pusan National University in order to study, test, and design various practices of Low Impact Development (LID) techniques for Korean climate and environment. One of the active sessions in this center is design and investigation of green roof syste...
Korea GI & LID Center is built in Yangsan campus of Pusan National University in order to study, test, and design various practices of Low Impact Development (LID) techniques for Korean climate and environment. One of the active sessions in this center is design and investigation of green roof systems that is followed by the present study. This study tries to design green roof systems and evaluate their performance by various experiments and modeling approaches. For this purpose, first, several green roofs with different substrate depths and materials were made and their hydrological performance under a range of rainfall intensities was evaluated using the hydrological performance tester for green roof (HPT-GR) machine. This survey was designed to study the effect of substrate depth and material on the storing capacity of the green roof system. Then, in order to study the effect of vegetation and evapotranspiration on the hydrological performance of a green roof system, two green roofs were made that one of them included vegetation and located at the rooftop of the GI & LID center for enabling the evapotranspiration. The other green roof did not include vegetation and located inside the center for preventing the evapotranspiration as much as possible. Then, their performances were evaluated using the hydrological performance tester lysimeter for green roof (HPTL-GR) under various rainfall intensities. Next, as the first use of the Korea Low Impact Development Model (K-LIDM) for numerical simulation of a green roof system, this model was hired to simulate all the experimental studies for proving its reliability. Finally, the results of HPT-GR machine were utilized to construct a surrogate model by Kriging regression analysis and predict the performance of the green roof under other un-tested conditions.
Korea GI & LID Center is built in Yangsan campus of Pusan National University in order to study, test, and design various practices of Low Impact Development (LID) techniques for Korean climate and environment. One of the active sessions in this center is design and investigation of green roof systems that is followed by the present study. This study tries to design green roof systems and evaluate their performance by various experiments and modeling approaches. For this purpose, first, several green roofs with different substrate depths and materials were made and their hydrological performance under a range of rainfall intensities was evaluated using the hydrological performance tester for green roof (HPT-GR) machine. This survey was designed to study the effect of substrate depth and material on the storing capacity of the green roof system. Then, in order to study the effect of vegetation and evapotranspiration on the hydrological performance of a green roof system, two green roofs were made that one of them included vegetation and located at the rooftop of the GI & LID center for enabling the evapotranspiration. The other green roof did not include vegetation and located inside the center for preventing the evapotranspiration as much as possible. Then, their performances were evaluated using the hydrological performance tester lysimeter for green roof (HPTL-GR) under various rainfall intensities. Next, as the first use of the Korea Low Impact Development Model (K-LIDM) for numerical simulation of a green roof system, this model was hired to simulate all the experimental studies for proving its reliability. Finally, the results of HPT-GR machine were utilized to construct a surrogate model by Kriging regression analysis and predict the performance of the green roof under other un-tested conditions.
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