합리식은 배수시설을 설계하기 위한 기본방정식으로 이용되고 있으며, 유출계수, 강우강도와 유역면적의 함수이다. 본 연구에서는 조경공간의 배수시설설계에 이용되는 합리식의 유출계수를 블록포장지역을 대상으로 지역적 강우분포를 고려하여 산정하였다. 합리식의 유출계수는 강우강도와 유출량의 비로 나타낼 수 있다. 강우강도는 재현기간과 강우지속기간의 함수로, 강우의 특성상 지역에 따라 변한다. 따라서 합리식의 유출계수는 동일한 재현기간과 강우지속기간일지라도 지역에 따라 강우강도가 변하므로 지역에 따라 변한다. 또한, 강우강도와 유출량의 비는 강우량에 대한 손실량에 따라 결정되므로, 손실량을 산정하기 위하여 본 연구에서는 Horton의 침투법칙 중 종기침투능을 이용하였다. 블록포장지역의 침투는 줄눈을 통하여 발생하며, 줄눈은 시간이 지남에 따라 황사, 오염물질, 꽃가루 등에 의하여 공극이 메워지고, 답압 등에 의하여 다져질 것이므로, 침투능은 감소할 것이다. 시공연한이 다른 6개 지역의 블록포장지역을 대상으로 Horton의 종기침투능을 산정하여 시간이 지남에 따라 침투능이 감소하는 것을 확인하였고, 지역별 재현기간 10년에 대한 강우지속기간 10, 20 및 30분에 해당하는 강우강도를 선정하여, 합리식의 유출계수를 산정하였다. 본 연구의 결과로, 산정 된 블록포장지 역의 유출계수 범위는 재현기간 10년, 강우지속기간 10분의 경우 지역에 따라 $0.94{\sim}0.84$의 범위를 가진다.
합리식은 배수시설을 설계하기 위한 기본방정식으로 이용되고 있으며, 유출계수, 강우강도와 유역면적의 함수이다. 본 연구에서는 조경공간의 배수시설설계에 이용되는 합리식의 유출계수를 블록포장지역을 대상으로 지역적 강우분포를 고려하여 산정하였다. 합리식의 유출계수는 강우강도와 유출량의 비로 나타낼 수 있다. 강우강도는 재현기간과 강우지속기간의 함수로, 강우의 특성상 지역에 따라 변한다. 따라서 합리식의 유출계수는 동일한 재현기간과 강우지속기간일지라도 지역에 따라 강우강도가 변하므로 지역에 따라 변한다. 또한, 강우강도와 유출량의 비는 강우량에 대한 손실량에 따라 결정되므로, 손실량을 산정하기 위하여 본 연구에서는 Horton의 침투법칙 중 종기침투능을 이용하였다. 블록포장지역의 침투는 줄눈을 통하여 발생하며, 줄눈은 시간이 지남에 따라 황사, 오염물질, 꽃가루 등에 의하여 공극이 메워지고, 답압 등에 의하여 다져질 것이므로, 침투능은 감소할 것이다. 시공연한이 다른 6개 지역의 블록포장지역을 대상으로 Horton의 종기침투능을 산정하여 시간이 지남에 따라 침투능이 감소하는 것을 확인하였고, 지역별 재현기간 10년에 대한 강우지속기간 10, 20 및 30분에 해당하는 강우강도를 선정하여, 합리식의 유출계수를 산정하였다. 본 연구의 결과로, 산정 된 블록포장지 역의 유출계수 범위는 재현기간 10년, 강우지속기간 10분의 경우 지역에 따라 $0.94{\sim}0.84$의 범위를 가진다.
The runoff coefficient for a block paved area is determined with regional rainfall distribution. The Rational Method is a basic equation of a drainage system design and is a function of runoff coefficient, rainfall intensity and area. A runoff coefficient is the ratio of rainfall intensity and runof...
The runoff coefficient for a block paved area is determined with regional rainfall distribution. The Rational Method is a basic equation of a drainage system design and is a function of runoff coefficient, rainfall intensity and area. A runoff coefficient is the ratio of rainfall intensity and runoff. The rainfall intensity which is a function of the return period and rainfall duration differs by region. Therefore the runoff coefficient varies regionally even though there is the same return period and rainfall duration. The ratio of rainfall intensity and rainfall duration is decided by the loss of rainfall. The constant infiltration capacity of Horton's equation is adopted to determine the loss of rainfall. As time passed, the joint of the block paved area through which the infiltration occurs is covered by pollution material, sandy dust, pollen and is hardened by foot pressure, so the constant infiltration capacity may decrease. Six different sites were selected to verify the assumption of the constant infiltration capacity decrease and 10 year return period. 10, 20, and 30 minute rainfall duration were applied to calculate rainfall intensity. The results indicate that the Horton's constant infiltration capacity decreases over time and the minimum constant infiltration capacity is selected to compute runoff coefficients. The runoff coefficients varied by region ranging from $0.94{\sim}0.84$ for 10 minute of rainfall duration.
The runoff coefficient for a block paved area is determined with regional rainfall distribution. The Rational Method is a basic equation of a drainage system design and is a function of runoff coefficient, rainfall intensity and area. A runoff coefficient is the ratio of rainfall intensity and runoff. The rainfall intensity which is a function of the return period and rainfall duration differs by region. Therefore the runoff coefficient varies regionally even though there is the same return period and rainfall duration. The ratio of rainfall intensity and rainfall duration is decided by the loss of rainfall. The constant infiltration capacity of Horton's equation is adopted to determine the loss of rainfall. As time passed, the joint of the block paved area through which the infiltration occurs is covered by pollution material, sandy dust, pollen and is hardened by foot pressure, so the constant infiltration capacity may decrease. Six different sites were selected to verify the assumption of the constant infiltration capacity decrease and 10 year return period. 10, 20, and 30 minute rainfall duration were applied to calculate rainfall intensity. The results indicate that the Horton's constant infiltration capacity decreases over time and the minimum constant infiltration capacity is selected to compute runoff coefficients. The runoff coefficients varied by region ranging from $0.94{\sim}0.84$ for 10 minute of rainfall duration.
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문제 정의
본 연구에서는 소규모공원뿐 아니라, 대규모 공원 조성 시 필수적인 공원시설중 하나인 배수시설의 첨두홍수량(Peak Discharge) 산정방법인 합리식의 유출계수를, 최근 광장, 보도 등의 포장에 많이 이용되는 블록포장에 대하여 산정하였다. 각종 도시시설물의 배수량 산정에 지침이 되는 하수도 시설기준(환경부, 2005)에 블록포장에 대한 유출계수를 언급하지 않고 있으며, 이와 유사한 시설로서 도로의 경우 0.
가설 설정
침투능으로 결정하였다. 설계 시 최대 첨두홍수량을 일으킬 수 있는 조건은 침투능이 최소일 때이므로, 포장재료에 관계없이 일정한 것으로 가정하였다
줄눈에서 발생할 것으로 판단된다. 포장지역의 줄눈은 도시지역에서 발생하는 각종 먼지, 황사, 꽃가루 등에 의하여 공극이 메워지거나, 답압 등으로 다져질 것으로 가정할 수 있다. 따라서 시공 연수가 경과할수록 줄눈을 통한 침투량은 감소할 것으로 판단하여 대상지역을 시공 후 기간에 따라 결정하였으며, 아래의 표 5와 같다.
표 6의 종기침투능측정결과에서 시공 후 기간이 경과함에따라 종기침투능이 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 Ⅱ장 4, 2)에서 설명한 바와 같이 도시지역의 먼지, 황사, 꽃가루 등의 미세입자들이 줄눈을 메우고, 답압에 의하여 다져진 결과로 가정하였으며, 이는 종기침투능측정에서도 확인된 바 있다. 본연구에서는 시공 후 1년 및 3년 이상 된 블록포장지역의 줄눈을 채취하여 성분분석 및 입도분포곡선을 실시하였으며, 그 결과가 표 8 및 그림 6에 나타나 있다.
제안 방법
Flooding형 침투계의 높이는 25cm로 하였으며, 내부에 눈금자를 부착하여, 침투로 인한 수위변화를 쉽게 판독할 수 있도록 하였다. 일반적으로 토양의 침투는 Darcy의 침투법칙을 따르며, 토양의 투수계수와 수두의 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
Horton의 종기침투능을 결정하기 위한 침투능 실험은 flooding형 침투계를 이용하였고, flooding형 침투계는 2개의 동심원으로 이루어진 침투계로 제원은 내경 150mm, 외경 290mm의 투명아크릴로 제작하였다. Flooding형 침투계가 2개의 동심원으로 설계된 것은 침투계 외부에 있는 건조토양에 의한 단 효과(End Effect)를 최소화하기 위한 것이다.
도시공간에 차지하는 조경공간이 많아지고 커지므로, 대규모 조경 공간 조성 시 필수적인 배수시설을 설계하기 위한 기초자료로서 블록포장지역의 지역별, 강우지속기 간별 유출계수를 산정하였으며, 결론은 다음과 같다.
따라서 flooding형 침투계 실험 시 수두는 Horton의 침투능을 결정하는 지배요소가 되지 않으며, 블록포장지역의 침투능측정 시 일정한 수두를 유지하기 어려우므로 높은 수두에서 실험을 시작하기 위하여 floods형 침투계의 높이를 25cm로 결정하였다.
160mm가 되도록 물을 채운다. 물을 채운 직후부터 5분 간격으로 1시간 동안 수위를 측정하고 같은 장소에서 반복 시험하여 두 개의 측정값의 평균을 측정값으로 한다.
본연구에서는 시공 후 1년 및 3년 이상 된 블록포장지역의 줄눈을 채취하여 성분분석 및 입도분포곡선을 실시하였으며, 그 결과가 표 8 및 그림 6에 나타나 있다.
설계강우강도 산정을 위한 재현기간 및 강우지속기간은 10년과 10, 20, 30분으로 결정하였다. 강우지속기간의 경우는 표 3에서 우리나라 기준의 지선 오수관거가 7~10분이며, 평지의 주택지구가 20~30분이므로, 10, 20, 30분으로 지속기간을 결정 할 경우 대부분의 기준을 만족할 수 있기 때문이다.
손실량은 시공 후 3년 이상 기간이 경과한 포장지역의 Horton 종기침투능 12mm/hr로 결정하였으며, 이를 토대로 식 4를 이용하여 블록 포장지역의 유출계수를 산정하였고 그 결과 표 7에 나타나 있다.
나타내는 침투능의 관계로부터 산출할 수 있다. 이때 설계강우강도는 재현기간과 강우지속기간의 함수로 나타나며, 본 연구에서는 건설교통부(2000)의 자료를 이용하여 재현기간 10년, 강우지속기간 10, 20, 30분에 대한 각 지역별 강우강도를 설계강우강도로 이용하기로 한다. 침투능은 Horton의 종기침투능을 이용하기로 하며, 설계강우강도와 종기침투능을 이용한 유출계수 산정방법은 다음의 식 4와 같다.
이와 같은 결과는 Horton의 이론적 침투공식을 블록포장지역에도 적용할 수 있음을 알 수 있설계 시 적용할 수 있는 유출계수 산정을 위한 침투능은 침투가 가장 작게 일어나는 경우를 대상으로 하므로 A-3지역의 종기침투능(12mm/hr)을 블록포장지역의 침투능으로 결정하였다. 설계 시 최대 첨두홍수량을 일으킬 수 있는 조건은 침투능이 최소일 때이므로, 포장재료에 관계없이 일정한 것으로 가정하였다
전술한 바와 같이, 블록포장지역의 유출계수는 강우강도, 손실량, 유출량에 따라 결정되어진다 설계강우강도는 재현기간 10년, 강우지속기간 10, 20, 30분을 대상으로 하였고. 손실량은 시공 후 3년 이상 기간이 경과한 포장지역의 Horton 종기침투능 12mm/hr로 결정하였으며, 이를 토대로 식 4를 이용하여 블록 포장지역의 유출계수를 산정하였고 그 결과 표 7에 나타나 있다.
대상 데이터
또 재현 기간을 10년으로 결정한 것은 식 3과 같은 형태의 강우강도식이 전국 모든 지역에 대하여 나타나 있지 않기 때문에 현실적으로 지속기간 5분에 대하여서는 구하기 어렵다. 본 연구에서는 재현 기간별 지속기간별 강우강도자료를 건설교통부(2000)의 연구 결과를 이용하였으며 표 4에 나타나 있다.
이론/모형
따라서 손실량은 침투량에 의하여 좌우되며, 본 연구에서는 침투량에 의한 손실량을 산정하기 위하여 Horton의 침투이론을 이용하기로 한다.
이때 설계강우강도는 재현기간과 강우지속기간의 함수로 나타나며, 본 연구에서는 건설교통부(2000)의 자료를 이용하여 재현기간 10년, 강우지속기간 10, 20, 30분에 대한 각 지역별 강우강도를 설계강우강도로 이용하기로 한다. 침투능은 Horton의 종기침투능을 이용하기로 하며, 설계강우강도와 종기침투능을 이용한 유출계수 산정방법은 다음의 식 4와 같다.
성능/효과
반영하여야 한다. 유출계수를 산정하기 위한 강우 손실량은 Horton의 종기침투능을 이용하였고 이는 Flooding형 침투계를 이용하여 측정하였으며, 시공후 기간이 증가함에 따라 종기침투능이 감소하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 먼지, 황사, 꽃가루 등으로 인한 공극의 폐색과 답압에 의한 다짐효과로 추정되며, 이는 줄눈의 입도분포곡선을 통하여 어느 정도 밝힐 수 있다.
표 7을 살펴보면, 다우지역인 부안, 임실 정읍 및 남원지역의 유출계수가 타 지역에 비하여 높은 편이며, 울진, 태백 등 영동지역의 유출계수가 낮게 나타났다.
한편 시공 후 기간이 오래될수록 3년 이상 된 블록포장지역의 종기침투능이 작은 것을 알 수 있으며, Ⅱ장 4, 2)절에서언급한 가정 즉, 시공 후 시간이 지남에 따라 줄눈의 공극이 메워지고, 다져지는 현상에 의한 침투능이 감소할 것이라는 가정이 타당한 것을 알 수 있다.
후속연구
최근 극대홍수량을 발생시키는 호우가 자주 발생하고 있으므로, 도시지역의 배수시설설계도 이를 반영하여야 할 것이다. 또 줄눈의 입도분석은 같은 재료를 이용한 줄눈을 분석하여야 정확한 변화를 알 수 있는데 반하여 본 연구에는 기 시공된 포장지역의 줄눈을 채취하여 분석하였으므로, 시공 후 기간에 지남에 따른 침투능 감소를 완전히 밝히는데 한계를 가진다.
본 연구는 건설교통부(2000)의 연구결과를 토대로 하였으므로 최근에 발생하는 기후변화로 인한 강우강도의 변화를 반영하지 못하였다. 최근 극대홍수량을 발생시키는 호우가 자주 발생하고 있으므로, 도시지역의 배수시설설계도 이를 반영하여야 할 것이다.
참고문헌 (9)
건설교통부(2000) 한국 확률강우량도 작성. 1999년도 수자원관리기법개발연구조사 제1권 보고서. 187-254
Honer, W. W. and F. L. Flynt(1936) Relation between rainfall and runoff from small urban area. Transactions of ASCE 101: 140-183
Rawls, W., P. Yates and L. Asmussen(1976) Calibration of selected infiltration equations for the Georgia Coastal Plain. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, ARS-S-113, Washington. D.C
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