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문제 정의
- 본 연구는 지하 빗물저류시설 설치에 따른 유출저감효과를 분석하기 위하여 실험실내 빗물 저류 실험 장치를 설치하여 강우강도 변화, 표면경사 변화, 표층의 피복 상태 변화에 따른 유출량 변화 실험을 실시하고 지하 저류된 빗물의 일정유량 방류효과 실험을 수행하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- 강우강도는 40mn/hr, 60niMhr, 80mn/hr, 100mn/hr 로 변화시켰으며, 경사가 없는 상태에서 표층에는 제방 흙만 포설하였고 함수비 16.6%에서 실험을 실시하였다. 표층피복상태 변화는 표층에 승기천 현장의 흙만으로 20on를 포설한 경우, 표층에 잔디를 식재했을 경우, 표층에 블록을 포설한 후 블록안에 모래를 채운 경우 블록 안에 흙을 채운 경우 등 4가지 경우에 대하여 실험을 실시하였다.
- 표층피복상태 변화는 표층에 승기천 현장의 흙만으로 20on를 포설한 경우, 표층에 잔디를 식재했을 경우, 표층에 블록을 포설한 후 블록안에 모래를 채운 경우 블록 안에 흙을 채운 경우 등 4가지 경우에 대하여 실험을 실시하였다. 경사를 주었을 경우 표층재료의 유실을 막기 위해 블록을 포설하고 흙을 채웠으며, 함수비 16.6% 에서 lOOniMhr의 강우강도로 실험을 실시하였다. 잭 (jack)을 이용해서 실험장치 한쪽을 들어올려 경사를 변화시켰으며 0%, 3%, 5%, 7% 등 4가지 경사에 대해 실험을 하였다.
- 경사를 주었을 경우 표층재료의 유실을 막기 위해 블록을 포설하고 흙을 채웠으며, 함수비 16.6%에서 lOOmn/hr의 강우강도로 실험을 실시하였다.
- 것이 바람직하다. 따라서, 본 연구에서는 침투 능의 결정을 위해 빗물저류 실험장치를 통해 강우 강도의 변화, 피복상태의 변화 및 경사 변화에 따른 유출량 저감효과를 분석하였다.
- 본 실험에서는 빗물의 저류효과 분석을 위하여 강우강도의 변화, 표층의 피복상태 변화 그리고 경사의 변화에 따른 유출량과 침투량을 측정하였다. 실험에 있어 동일 조건을 유지하기 위하여 실험을 수행하기 전에 물 다짐을 실시하였고, 물다짐 후 실온에서 24시간 건조시켜 평균 함수율 16.
- 빗물침투 및 저류층은 1m2의 면적을 갖는 정사각형 모양으로 둘레에 폭 5cm의 수로를 두어 실험유역 이외의 지역 내 떨어진 빗물이 실험조 내로 침투하지 못하고 방류될 수 있도록 하였다 빗물침투 및 저류층의 최하부에는 자갈층을 포설하여 자갈의 공극을 이용해 빗물을 저류할 수 있도록 하였으며, 그 위쪽에는 굵은 모래와 가는 모래층을 두어 빗물의 침투가 용이하도록 하였다. 자갈층 상부에 포설된 모래층은 보조저류층의 역할과 함께 흙이 저류층에 유입되는 것을 방지하며, 필터로서의 역할을 할 수 있도록 하였으며 모래층의 상부 표층은 현장의 흙으로 포설 하였다.
- 따른 유출량과 침투량을 측정하였다. 실험에 있어 동일 조건을 유지하기 위하여 실험을 수행하기 전에 물 다짐을 실시하였고, 물다짐 후 실온에서 24시간 건조시켜 평균 함수율 16.6%를 유지하도록 하였다. 측정은 10분간격으로 1시간 동안 실시하였다.
- 자갈층 상부에 포설된 모래층은 보조저류층의 역할과 함께 흙이 저류층에 유입되는 것을 방지하며, 필터로서의 역할을 할 수 있도록 하였으며 모래층의 상부 표층은 현장의 흙으로 포설 하였다. 그림 2의 (a)는 빗물 침투 및 저류층의 평면도를 보여주고 있으며, (b) 는빗물침투 및 저류조의 재료구성을 나타내고 있다
- 6% 에서 lOOniMhr의 강우강도로 실험을 실시하였다. 잭 (jack)을 이용해서 실험장치 한쪽을 들어올려 경사를 변화시켰으며 0%, 3%, 5%, 7% 등 4가지 경사에 대해 실험을 하였다.
- 6%에서 실험을 실시하였다. 표층피복상태 변화는 표층에 승기천 현장의 흙만으로 20on를 포설한 경우, 표층에 잔디를 식재했을 경우, 표층에 블록을 포설한 후 블록안에 모래를 채운 경우 블록 안에 흙을 채운 경우 등 4가지 경우에 대하여 실험을 실시하였다. 경사를 주었을 경우 표층재료의 유실을 막기 위해 블록을 포설하고 흙을 채웠으며, 함수비 16.
대상 데이터
- 표 3은 본 실험에서 사용된 블록의 형태와 제원을보여주고 있다. 콘크리트로 제작된 공극률 22%를 갖는 970x970x220mm인 정사각형의 블록으로서 본 실험에서는 1/10의 축소모형으로 실험을 실시하였다.
이론/모형
- 제방의 흙을 사용하였다. 승기천 제방흙은 실 트질, 모래, 자갈이 균등하게 섞여있는 양호한 입도 분포를 보였으며, 실트질성분이 씻겨나가 유효입경과 투수 계수가 큰 값을 보였다 굵은자갈의 공극률은 투수성 유출 저감 시설 설치기준(행자부, 2001)에 따라 40.8%로 하였다. 그림 3은 제방흙의 입도분포곡선을 보여주고 있으며, 표 1은 빗물침투 및 저류층의 층별 구성 재료의 유효 입경, 균등계수 곡률계수, 공극률 투수계수를 나타내고 있다
성능/효과
- 경사가 없는 경우에는 유출량이 0.0634nf으로 유입량의 63.6%가 유출되었고 36.4%가 침투되었다 경사를 3%로 하였을 경우에는 유출량기 0.0797E으로 유입량의 81.2%가 유출되었고 18.8%가 침투되었다. 경사를 5%로 하였을 경우 유출량이 0.
- 8%가 침투되었다. 경사를 5%로 하였을 경우 유출량이 0.0813m3으로 유입량의 82.6%가 유출되었고 17.4%가 침투되었다 경사를 7%로 하였을 경우 유출량이 0.0827H으로 유입량의 82.6%가 유출되었고 17.4%가 침투되었다. 표 6은 경사에 따른 유출량, 침투량 유출률 침투율을 나타내고 있으며, 그림 7은 경사변화에 따른 1시간동안의 유출량과 저류량의 변화를 보여주고 있다.
- 넷째로 표층의 경사변화에 따른 총유출량의 변화는완만한 경사에서 매우 크게 나타나지만 3%이상의 급경 사에서는 변화가 작게 나타난다. 따라서 하천이나 산지 의 급경사지에 빗물침투시설을 설치하는 경우에도 상당 한 유출저감 효과를 기대할 수 있다.
- 둘째로 강우강도 변화에 따라 빗물저류시설 표면의 유출량 변화가 크고, 대상하천 유역 내 토양조건하에서강우강도가 40mm/hr~100mm/hr 일 때 총유출량 감소는 42.3%~52.9%로 나타났으며, 강우강도가 클수록 총유출량 감소비율이 적어진다.
- 셋째로 지하빗물시설 설치 후 표층의 피복상태 변화에 따라 총유출량 변화가 일어나며, 토양 및 잔디 설치에 비하여 22%의 공극률을 갖는 블록을 설치하는 경우 총유출량 저감효과가 5%정도 감소되므로 블록 제작 시 지표면 피복두께 등에 대한 고려가 요구된다. 그러나, 어느 한계 이하의 강우와 피복두께를 가진 통상(모래와 실트의 결합토)의 하천제방과 같은 토양을 가진 경우에 블록을 설치하는 경우 블록 하부의 토양에 따른 유출량의 변화는 크지 않다.
- 실험 결과 표층을 현장에서 채취한 흙으로만 포설한 경우는 유출량이 0.0569m'으로 강우량의 57.7%가 유출되었고 42.3%가 침투되었다 표층에 잔디를 식재한 경우에는 유출량이 0.0589m3으로 강우량의 57.9%가 유출되었고 42.1%가 침투되었다. 표층에 블록을 포설한 후 모래를 채운 경우에는 유출량이 0.
- 일반적으로 식생 피복은 침투능을 증가시키는 인자로 알려져 있는데, 본 실험에서는 잔디를 식재한 경우가 흙으로만 포설한 경우에 비해 침투율이 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 이것은 식생의 뿌리가 완전히 흙에 고착되지 않아 뿌리에 의한 토양공극의 sponging 효과가 적었고 잔디에 의해 투수면적이 적어진 결과라 판단된다.
- 1%가 침투되었다. 표층에 블록을 포설한 후 모래를 채운 경우에는 유출량이 0.603H 으로 총강우량의 62.5%가 유출되었고 37.5%가 침투되었다 표층에 블록을 포설한 후 흙을 채운 경우에는 유출량이 0.0634m3 으로 강우량의 63.6%가 유출되었고 36.4%가 침투되었다.
후속연구
- 이것은 식생의 뿌리가 완전히 흙에 고착되지 않아 뿌리에 의한 토양공극의 sponging 효과가 적었고 잔디에 의해 투수면적이 적어진 결과라 판단된다. 블록을 포설한 경우의 침투율은 채움 재료에 따라 미소한 차이를 보이나 약 37%로 표층을 흙만을 채운 경우보다 약 5%가 작게 나타나 앞으로 블록의 불투수 면적이나, 재료 및 형태에 대한 많은 연구가 필요하다고 판단된다. 그림 6은 표층재료에 따른 지속시간별 강우량과 유출량 침투량과의 관계를 나타낸 그림이다.
- 첫째로 지하 빗물저류시설을 설치하는 경우 홍수시총유출량과 첨두유출량 감소를 통한 침수피해 예방에 크게 기여하며, 저류조에 저류된 빗물을 2단 저류 조의 일정 유량 조절시스템을 활용하여 일정 방류하여 하천 유지 유량 등으로 활용이 가능하다.
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