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도시 물 순환 건전성을 위한 유수지와 침투기반 저류지의 복합설계기법
An Hybrid Approach for Designing Detention and Infiltration-based Retentions to Promote Sound Urban Hydrologic Cycle 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.33 no.1, 2011년, pp.1 - 8  

최치현 (부경대학교 환경공학과) ,  최대규 (부경대학교 환경공학과) ,  이재관 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소) ,  김상단 (부경대학교 환경공학과)

초록
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본 연구는 도시환경개선계획의 일환으로서 강우유출수 제어설비의 크기 결정과 관련된 복합 설계기법을 제안하고 있다. 제안된 복합설계기법의 목적은 도시 개발이전의 수문순환상태를 복원시키는 것에 있다. 먼저, 연속적인 강우기록으로부터 개개의 강우사상을 분리하기 위해 IETD를 결정한다. 그 다음에 NRCS-CN 방법을 적용하여 모든 강우사상에 대한 직접유출량과 침투량을 산정한다. 직접유출량과 침투량의 장기간 통계치는 개발이전, 개발이후, 개발이후 유수지 설계, 그리고 개발이후 제안된 복합설계의 경우에 대하여 각각 분석된다. 개발이전의 직접유출량과 침투량을 재현하기 위해서 유전자 알고리즘을 적용하여 유수지 및 침투기반 저류지의 크기가 산정된다. 제안된 복합설계기법은 자연 상태의 직접유출량과 침투량의 통계치를 재현하는데 매우 효과적인 것이 보여진다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This article proposes a hybrid approach involved in determining the size of stormwater control facilities as part of a very large scale urban retrofit project. The objective of the proposed hybrid approach is to restore the pre-development hydrologic cycle. Firstly, an appropriate IETD is determined...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 12) 본 연구에서는 이들 방법 중 전문가적 지식 없이도 비교적 객관적으로 IETD를 결정할 수 있는 방법인 변동계수 분석법을 통하여 IETD를 산정하고자 하였다. 변동계수 Cv는 자료의 표준편차를 평균으로 나눈 값을 의미한다.
  • 본 연구에서는 개발이후의 수문순환상태를 수문성분 구성비의 복원을 통해 개발이전의 수문순환상태로 복원하기 위한 방안으로 유수지와 침투기반 저류지의 복합설계기법을 제안하였다. 이를 위하여 개발이전 및 이후의 연간 직접 유출량 및 침투량을 주요 복원 수문성분으로 선택하였다.
  • 본 연구에서는 유수지 설계가 목적이 아니므로, 비교적 간략한 방법을 통하여 유수지를 설계하도록 하였다. 즉, 24 시간 지속시간을 갖는 재현기간 2년에 해당하는 강수량을 설계 강수량으로 결정한 후, 이러한 강수량에 대하여 개발 이전과 개발이후의 지표면 유출량을 일치시키기 위한 유수지를 설계하였다.
  • 이에 관한 여러 가지 토론이 있을 수 있겠으나, 자연 상태의 수문성분 구성비의 복원을 통해 자연 상태의 수문순환상태의 복원하는 것이 그 중 하나가 될 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 개발이전 및 이후의 연간 직접 유출량 및 침투량을 평가해 보고자 하였다. 강우-유출 모형으로는 NRCS-CN 방법을 적용하였으며, 기존의 단일설계 호우사상에 의한 유수지 설계의 경우와 유수지-침투기반 저류지 복합설계의 경우를 비교함으로써 도시 개발이전의 수문성분과 개발이후의 수문성분을 일치시키기 위한 강우유출수 제어설비의 개략적인 크기를 결정할 수 있는 기법을 제공하고자 하였다.

가설 설정

  • fD는 전체배수분구면적에 대비 유수지가 설치된 면적의 비, DD는 실제 유수지의 깊이(mm)이다. 단, 이 경우 유수지에 집적된 강우유출수는 강우사상이 종료된 후에 방류되는 것으로 가정하였으며, 이는 강우에 따라 직접적으로 발생되는 유출이 아닌 것으로 간주하여 추후 직접 유출량의 연간 평균을 계산할 때 제외하였다. 그러나 유역 전체의 침투량의 경우 유수지 설치 유무와 전혀 관련이 없으므로 유수지가 없을 경우의 침투량 계산방법을 그대로 적용하여 연간 침투량을 산정하게 된다.
  • 강우-유출 모형으로는 NRCS-CN 방법이 적용되었으며, 장기간의 강우사상에 대한 분석을 수행하기 위하여 IETD 개념을 도입하여 연속된 강우자료로부터 각각의 강우사상을 분리하여 적용하였다. 실제 적용을 위하여 기상청 부산지점 28년 연속 시간강우자료를 이용하였으며, 개발이전의 배수분구 CN값은 75, 개발이후 CN값은 85로 가정하여 분석을 수행하였다. 개발이전 및 개발이후, 그리고 개발이후 유역출구에 유수지를 단독으로 설계한 경우와 유역전반에 침투기반 저류지를 분산 설치하여 유역출구에 유수지를 설계한 경우(복합설계)를 비교 분석함으로서 제안된 기법의 적절성을 평가하였다.
  • 개발이전 및 이후의 평균 CN값을 결정하기 위해서 온천천 지역 면적에서 산림지역의 영향을 최소화하고 도심지가 밀집된 고도 250 m 이하 배수분구를 통해 1975~2000년까지 5년 단위로 평균 CN값을 산정하였으며 이때 1975년과 2000년의 평균 CN값이 77, 84로 각각 산정되었다. 이를 근거로 대상 배수분구의 개발이전의 CN 값은 75, 개발이후의 CN값은 85로 가정하여 이후 분석을 수행하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제안된 복합설계기법의 목적은 무엇인가? 본 연구는 도시환경개선계획의 일환으로서 강우유출수 제어설비의 크기 결정과 관련된 복합 설계기법을 제안하고 있다. 제안된 복합설계기법의 목적은 도시 개발이전의 수문순환상태를 복원시키는 것에 있다. 먼저, 연속적인 강우기록으로부터 개개의 강우사상을 분리하기 위해 IETD를 결정한다.
IETD를 결정하는 이유는 무엇인가? 제안된 복합설계기법의 목적은 도시 개발이전의 수문순환상태를 복원시키는 것에 있다. 먼저, 연속적인 강우기록으로부터 개개의 강우사상을 분리하기 위해 IETD를 결정한다. 그 다음에 NRCS-CN 방법을 적용하여 모든 강우사상에 대한 직접유출량과 침투량을 산정한다.
도시화에 따른 지형변화, 식생 및 토양의 변화, 불투수층 면적의 증가 등과 같은 유역의 수문학적 상태의 변화는 도시하천의 양적 질적 상태를 변경시키는데, 특히 주거지, 상업지 및 공업지의 개발 등에 따른 불투수층 면적의 증가는 무엇을 감속시키는가? 도시화에 따른 지형변화, 식생 및 토양의 변화, 불투수층 면적의 증가 등과 같은 유역의 수문학적 상태의 변화는 도시하천의 양적 질적 상태를 변경시킨다. 특히 주거지, 상업지 및 공업지의 개발 등에 따른 불투수층 면적의 증가는 유역의 지면보유량 및 침투량을 감소시켜 같은 기후상태에서도 보다 더 빈번한 지표면 유출을 발생시키게 되며, 건기 시도시하천의 건천화를 초래하게 한다. 지금까지의 도시화로 인한 수문순환의 변화에 대한 대응은 장기적이고 연속적인 접근법을 취하기보다는 설계호우사상의 개념을 적용하여 왔다.
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참고문헌 (15)

  1. Kim, S. and Han, S., "Urban Stormwater Capture Curve Using Three-Parameter Mixed Exponential Probability Density Function and NRCS Runoff Curve Number Method," Water Environ. Res., 82, 43-50(2010). 

  2. Guo, J. C. Y. and Urbonas. R. B., "Maximized detention volume determined by runoff capture ratio," J. Water Resour. Planning and Manage., 122, 33-39(1996). 

  3. Hammer, T., "Stream and Channel Enlargement due to Urbanization," Water Res., 8, 130-1540(1972). 

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  7. 최지용, "유역관리 효율화를 위한 불투수면 지표 개발과 적용," 한국환경정책평가연구원(2004). 

  8. 김이형, "21세기 친환경 건설을 위한 low impact development (LID) 기술," 한국수자원학회지, 41(6), 47-57(2008). 

  9. Prince George's County, Low-impact development hydrologic analysis, Prince George's County, MD Department of Environmental Resources(1999a). 

  10. Prince George's County, Low-impact development design strategies: an integrated design apporach, Prince George's County, MD Department of Environmental Resources(1999b). 

  11. 전지홍, 최동혁, 김태동, "지속가능한 도시개발을 위한 LID 평가모델(LIDMOD)개발과 수질오염총량제에 대한 적용성 평가," 한국물환경학회지, 25(1), 230-238(2009). 

  12. Nix, S. J., Urban Stormwater Modeling and Simulation, Lewis Publishers, Boca Raton, FL(1994). 

  13. Holland, J. H., Adaptation in Natural and Artificial Systems, Univ. of Michgan Press, Ann Arbor, Mich(1975). 

  14. Goldberg, D. E., Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning, Addison-Wesley, New York, N.Y(1989). 

  15. Gen, M. and R., Cheng., Genetic Algorithms and Engineering Design, John Wiley & Sons, New York, N.Y(1997). 

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