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가설 설정
- ①~③의 결과로 미루어 볼 때 블록과 블록사이의 홈과 해당지점에 직접유출을 제외한 다른 유출이 없다고 가정하고(실험 당시의 함수량 차이 무시) 강우량 P를 100 mm라고 가정하면 5시간에 대한 C형 블록과 A형 블록으로 이루어진 부지의 직접유출량의 차이는 1.0 ha를 기준으로 약 196 m3(619 m3-423 m3)만큼의 차이를 보일 것이며 C형과 B형 블록으로 이루어진 부지에서도 31 m3(619 m3-588 m3)의 차이를 보일 것이다.
제안 방법
- (1) 본 연구에서는 지표면과 투수성 보도블록에서의 침투능 및 누가침투량 관계식을 현장실험을 통하여 Kostiakov 형 및 Horton 형으로 결정하였다.
- Horton의 침투능 곡선을 산정하기 위하여 ㉮, ㉯, ㉰지점의 Kostiakov 침투능곡선식 및 누가 침투량 곡선식을 각 장소별로 종합한 값을 사용하여(㉯지점 침투량 곡선식 산정시 실험 ⓓ 결과 제외), 초기 침투능 및 종기 침투능을 산정하였으며 산정한 초기 침투능 및 종기침투능 값을 활용하여, Horton 식의 K값을 유도하였다. Kostiakov의 초기 침투능 및 종기침투능으로부터 산정한 각 지점별 Horton 식의 침투능 곡선식은 표 5와 같다.
- 각 지점의 침투능 및 누가침투량 관계식은 Kostiakov 형식으로 유도하였다. Kostiakov 형의 종기침투능을 근거로 하여 Horton형 침투능 및 누가침투량을 결정하였다. 또한 Horton 형 침투능 관계식에서 토양의 종류를 반영하는 매개변수 값을 결정하고 토양의 종류를 추정하였다.
- 더블링 침투계를 이용하여 측정한 토양(내부링)의 실험ⓐ~실험ⓙ와 내부링에 블록을 관입하여 토양(내부링)과 블록(플라스틱관)의 실험ⓚ~실험ⓢ에 대한 측정결과는 누가침투량 F(mm)와, 침투율 I(mm/min)로 간략하게 표시 할 수 있으며, 수식만으로는 블록과 토양의 침투량 관계를 정립하기 어렵다고 판단되어 표 2.a ~ 표 2.c에 각 지점별로 침투량을 비교하였다. 침투량 비교는 일정한 시간대로 나누어 해당시간의 누가 침투량(mm)을 기입하는 방식으로 하였으며, 만일 해당시간에 누가 침투량 자료가 존재하지 않을 경우 ‘−’로 표기하였다.
- Kostiakov 형의 종기침투능을 근거로 하여 Horton형 침투능 및 누가침투량을 결정하였다. 또한 Horton 형 침투능 관계식에서 토양의 종류를 반영하는 매개변수 값을 결정하고 토양의 종류를 추정하였다.
- 본 연구에서는 각 투수성 보도블록의 침투량 및 침투율을 측정하기 위해 A형, B형, C형 블록에 각각 플라스틱 관을 부착한 후 더블링 내부링의 토양에 블록을 관입하여 침투량을 측정하였다. 실험은 토양의 침투능을 알아보기 위해 실험 ⓐ~실험ⓙ(㉮ 지점 6회, ㉯ 지점 3회, ㉰ 지점 1회)까지 총 10회 실시하였고, 블록 관입후의 침투능을 알아보기 위한 실험을 지역별로 블록을 교체하며 실험ⓚ~실험ⓢ까지 총 9회 실시하였다.
- 본 연구에서는 침투량의 측정을 위해 토성실험인 흙의 함수비 시험, 비중시험, 체분석 시험, 액·소성 한계 시험, 체가름 시험을 진행하였으며, 지표면과 블록의 침투량 측정을 3지점에 관하여 각각 19회와 9회를 진행하였다.
- 유역내 침투량의 변화는 수문환경 변화의 주된 요인이며 침투량의 변화를 최소화하여 자연유역에서의 침투량 양상으로 환원코자하는 노력은 선진국에서는 적극적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 한경대학교 교내 3지점에서 침투량을 측정하고, 각 지표면에 관하여 침투능 및 누가침투량 관계식을 결정하였다. 침투량 실험용 투수성 보도블록을 3종류로 제작하여 지표면 3개 지점에서의 보도블록에 관한 침투능 및 누가침투량 관계식을 결정하였다.
- 본 연구에서는 각 투수성 보도블록의 침투량 및 침투율을 측정하기 위해 A형, B형, C형 블록에 각각 플라스틱 관을 부착한 후 더블링 내부링의 토양에 블록을 관입하여 침투량을 측정하였다. 실험은 토양의 침투능을 알아보기 위해 실험 ⓐ~실험ⓙ(㉮ 지점 6회, ㉯ 지점 3회, ㉰ 지점 1회)까지 총 10회 실시하였고, 블록 관입후의 침투능을 알아보기 위한 실험을 지역별로 블록을 교체하며 실험ⓚ~실험ⓢ까지 총 9회 실시하였다. 지표면에 대한 침투능 측정과, 지표면과 블록에 대한 침투능 측정은 그림 2와 같으며, 토양과 블록에 대한 침투능 측정(실험ⓚ~실험ⓢ 측정시)은 내부링과 블록에 부착된 플라스틱관에서 측정하였다.
- 본 연구에서는 침투량의 측정을 위해 토성실험인 흙의 함수비 시험, 비중시험, 체분석 시험, 액·소성 한계 시험, 체가름 시험을 진행하였으며, 지표면과 블록의 침투량 측정을 3지점에 관하여 각각 19회와 9회를 진행하였다. 실험지역의 토양특성 및 침투율, 누가침투량 관계식등을 정량적으로 나타내기 위해 표 4에 침투 실험 각 지점별 토성, 침투율, 누가침투량 관계식 등을 수록하였다.
- 실험은 토양의 침투능을 알아보기 위해 실험 ⓐ~실험ⓙ(㉮ 지점 6회, ㉯ 지점 3회, ㉰ 지점 1회)까지 총 10회 실시하였고, 블록 관입후의 침투능을 알아보기 위한 실험을 지역별로 블록을 교체하며 실험ⓚ~실험ⓢ까지 총 9회 실시하였다. 지표면에 대한 침투능 측정과, 지표면과 블록에 대한 침투능 측정은 그림 2와 같으며, 토양과 블록에 대한 침투능 측정(실험ⓚ~실험ⓢ 측정시)은 내부링과 블록에 부착된 플라스틱관에서 측정하였다. 실험시 사용한 블록은 A형, B형, C형 블록으로 각 블록의 사진 및 제원은 표 1과 같다.
- 침투량 비교는 일정한 시간대로 나누어 해당시간의 누가 침투량(mm)을 기입하는 방식으로 하였으며, 만일 해당시간에 누가 침투량 자료가 존재하지 않을 경우 ‘−’로 표기하였다.
- 본 연구에서는 한경대학교 교내 3지점에서 침투량을 측정하고, 각 지표면에 관하여 침투능 및 누가침투량 관계식을 결정하였다. 침투량 실험용 투수성 보도블록을 3종류로 제작하여 지표면 3개 지점에서의 보도블록에 관한 침투능 및 누가침투량 관계식을 결정하였다. 각 지점의 침투능 및 누가침투량 관계식은 Kostiakov 형식으로 유도하였다.
대상 데이터
- 지표면에 대한 침투능 측정과, 지표면과 블록에 대한 침투능 측정은 그림 2와 같으며, 토양과 블록에 대한 침투능 측정(실험ⓚ~실험ⓢ 측정시)은 내부링과 블록에 부착된 플라스틱관에서 측정하였다. 실험시 사용한 블록은 A형, B형, C형 블록으로 각 블록의 사진 및 제원은 표 1과 같다.
- 침투율을 측정하기 위해 선정한 조사지점은 한경대학교 내의 총 3지점으로서, 수목이 발달한 후생관 옆(이하 ㉮지점), 식생(잔디)이 있는 농구장 옆(이하 ㉯지점), 부식질 토양인 D동 뒤쪽(이하 ㉰ 지점)을 선정하였다. 실험 지점으로 선정된 지역은 각기 다른 침투조건을 가지고 있어 지반별 침투량 측정이 용이 할 것으로 판단하였다.
데이터처리
- 최초 10회(실험ⓐ~실험ⓙ) 측정한 침투링의 침투량 결과와 9회(실험ⓚ~실험ⓢ) 측정한 블록 침투량 결과를 비교 하려 하였으나, 함수율 및 기타 상황에 의해 침투능 차이가 상당하여 실험ⓚ~실험ⓢ까지 9회 측정한 결과에서 침투링과 블록의 결과를 비교하였다. 강우가 지속적으로 내려, 본 실험에서의 상황과 유사하게 물이 블록을 지속적으로 덮고 있는 상황이라면, A형 블록, B형 블록, C형 블록의 침투량은 차이가 있으므로 서로 다른 유출량을 나타낼 것이다.
이론/모형
- 침투량 실험용 투수성 보도블록을 3종류로 제작하여 지표면 3개 지점에서의 보도블록에 관한 침투능 및 누가침투량 관계식을 결정하였다. 각 지점의 침투능 및 누가침투량 관계식은 Kostiakov 형식으로 유도하였다. Kostiakov 형의 종기침투능을 근거로 하여 Horton형 침투능 및 누가침투량을 결정하였다.
- 침투능을 측정하는 데는 측정하고자 하는 지점에 침투계를 관입하여 인공적으로 물을 부어 흙에 침입하는 수량을 직접 측정하는 방법(원통법)과 현지에서 자연 강우에 의하여 나타나는 유출상황의 시간에 대한 수문곡선(Hydrograph)을 만들어 이 곡선에 의하여 침투능을 측정하는 방법의 2가지 방법이 있다. 본 연구에서는 전자의 원통법 중 더블링 침투계를 사용하였으며, 식 (1), (2)의 Kostiakov 공식으로 누가침투량 및 침투율의 관계식을 결정하였다.
성능/효과
- (2) 침투량 산정결과를 Horton의 침투량 곡선식에 적용시켜 본 결과 각 지점별로 토양상수 K값은 ㉮지점에서 2.45, ㉯지점에서 1.45, ㉰지점에서 3.81과 같이 산정되어 모래질 토양 범위내에서 Horton이 제시한 토성으로 세분 할 수 있었다.
- (3) 블록의 침투량 측정 결과를 분석해본 결과, 제작시 의도한 바와 같이 블록의 침투능의 순서는 C형 블록, B형 블록, A형 블록 순으로 나타났다. 따라서 C형 블록은 도시개발 전렸ƒ 침투량의 변화를 작게 함으로써 건전한 물순환 과정에 기여할 것으로 판단된다.
- ① 실험ⓚ 측정 결과 : A형 블록으로 1 ha 지표면을 덮을경우 지표면 대비 감소하는 직접유출량은 191 m3이며, 지표면 대비 A형 블록의 침투량 감소율은 31%이다.
- ② 실험ⓝ 측정 결과 : C형 블록으로 1 ha 지표면을 덮을 경우 지표면 대비 감소하는 직접유출량은 0m3에 가까우며, 지표면 대비 C형 블록의 침투량 또한 0%에 가까운 값으로 거의 감소하지 않는다.
- 침투율을 측정하기 위해 선정한 조사지점은 한경대학교 내의 총 3지점으로서, 수목이 발달한 후생관 옆(이하 ㉮지점), 식생(잔디)이 있는 농구장 옆(이하 ㉯지점), 부식질 토양인 D동 뒤쪽(이하 ㉰ 지점)을 선정하였다. 실험 지점으로 선정된 지역은 각기 다른 침투조건을 가지고 있어 지반별 침투량 측정이 용이 할 것으로 판단하였다. 그림 1은 한경대학교 내의 측정지점을 표시하였다.
- 표 3의 결과로 미루어 볼 때 침투량은 침투 능력이 큰 순서대로 C형 블록 > B형 블록 > A형 블록 순임을 알 수 있다.
후속연구
- (4) 적절한 투수성 보도 블록의 사용만으로도 지표면 유출량을 감소시켜 하천수량의 유지 및 건천화방지에 도움을 줌으로써 도시내 수환경 개선에 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
- (3) 블록의 침투량 측정 결과를 분석해본 결과, 제작시 의도한 바와 같이 블록의 침투능의 순서는 C형 블록, B형 블록, A형 블록 순으로 나타났다. 따라서 C형 블록은 도시개발 전렸ƒ 침투량의 변화를 작게 함으로써 건전한 물순환 과정에 기여할 것으로 판단된다.
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