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문제 정의
- 동래천 유역을 대상으로 LID 장치의 적용 가능면적을 추출하고 그 값을 비율로 환산하여 온천천유역에 확대·적용하여 중규모 이상 유역에 대한 물순환 개선효과 및 비점저감효과를 분석하고자 하였다.
- 또한 유역관리 측면에서 LID 적용이 물순환 개선 효과와 더불어 비점오염 저감효과가 있지만 도시화 이전의 수문조건의 만족이라는 개념적인 기준은 과다한 설치 비용을 유발하게 되므로 유역관리와 비용적인 측면을 고려할 수 있는 판단기준이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 기본계획 단계에서 요구되는 유역관리 측면의 유역 내 적정 LID 설치비율로서 기존 비점오염 관리방안의 처리 효율을 만족하는 LID 설치비율을 설정하고 온천천 유역의 분석결과를 토대로 적용 가능성을 검토하였다.
- 즉 SWMM5 모형 내 LID 모의기법을 이용하여 소규모 유역을 대상으로 소유역별 LID 장치의 매개변수 설정하고 분석결과를 도출하는 연구가 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 중규모 이상의 크기의 유역에 대해 LID 기법의 적용에 따른 유역 내 수문학적 유출 특성과 오염 발생 특성 변화에 대한 연구가 미흡한 실정을 감안하여 소규모 배수 분구인 동래천 유역을 대상으로 LID 요소기술의 적용가능 면적을 추출하였다. 이를 기반으로 유역의 비율을 환산하여 중규모 크기의 유역인 온천천 유역으로 LID 기법의 효과분석을 확대·적용하였다.
- (2012)은 LID 기법이 기존 장치형 시설에 비해 계획기법의 측면이 커서 기술개발이 어려울 뿐만 아니라 저감시설의 적용여부에 대한 검증과 오염총량제와 연계된 오염부하 삭감효과 인정이 곤란하여 확대 적용에 한계가 있음을 주장하였다. 이에 LID 기법의 확대 적용은 국내의 제도적 여건 및 LID 기법 자체의 한계를 감안한 단계적 추진의 필요성을 제시하였다. LID 효율성 검증은 유역 내의 토지 이용이나 수문학적 토양 그룹에 의해 계산된 유출곡선지수(Runoff Curve Number, CN)를 이용하는 방법이 주를 이루고 있다.
가설 설정
- 관거 내에서의 세굴, 퇴적은 고려하지 않고 호우에 의한 수질 요소의 발생은 단지 지표유출에서만 발생하는 것으로 가정하여 수질 모의의 매개변수 산정하였다. 비점오염원에 의한 강우유출수의 오염물질 농도를 모의하기 위하여 토지이용 상태를 도시지역(urban)과 비도시지역(rural) 으로 분류하고 오염물질의 축적(Buildup)과 쓸림(Washoff)에 관한 입력자료를 Table 4와 같이 설정하였다.
- (1)을 적용하여 장치형 처리장치를 적용한 방류량 관리의 처리효과를 검토하였다. 오염물 축적량의 저감비율과 방류량 관리에 따른 저감효율을 검토하기 위해 적용된 시나리오는 Table 11과 같으며 BOD는 SS 처리효율의 60%, TN과 TP는 BOD 의 60%로 가정하여 모의하였다. 오염원 관리에 따른 시나리오는 최대축적 오염물의 10% 저감 시 시나리오 1, 최대 축적 오염물의 20% 저감 시 시나리오 2, 축적 오염물의 30% 저감 시 시나리오 3으로 구분하여 적용하였고 방류량 관리에 따른 시나리오는 SS 농도를 기준으로 최대 처리효율을 40%, 55%, 70%로 설정함에 따라 시나리오를 구성하였다.
제안 방법
- (1977a)이 제시한 35-micron 마이크로 스트레이너의 SS의 처리효율곡선인 Eq. (1)을 적용하여 장치형 처리장치를 적용한 방류량 관리의 처리효과를 검토하였다. 오염물 축적량의 저감비율과 방류량 관리에 따른 저감효율을 검토하기 위해 적용된 시나리오는 Table 11과 같으며 BOD는 SS 처리효율의 60%, TN과 TP는 BOD 의 60%로 가정하여 모의하였다.
- 2000∼2011년간의 연속강우를 적용하여 온천천 유역의 LID 적용 시나리오에 따른 오염부하 저감효과를 검토하였다.
- LID 기법을 기반으로 한 SWMM 모형은 2000∼2011년의 연속강우를 적용하였으며 물순환 개선효과를 분석하기 위해 지표유출량, 증발량, 침투량을 대상으로 증감비율을 검토하였다.
- 이에 유역별로 LID 장치를 적용하기 위하여 입력자료는 적용할 LID 장치를 시나리오별로 선정하고 시나리오별로 LID 장치면적을 산정하였다. LID 장치면적을 고려한 처리면적을 결정하여 기존의 유역에 대한 매개변수 중 불투수면적비를 보완한 후, LID 기법별 주요 설계인자를 설정 하여 해당 유역의 토양특성에 따른 저층의 투수계수를 설정하였다. Tables 5 and 6은 Street Planter와 옥상녹화, 투수성포장에 대한 설계 매개변수이다.
- 이를 기초로 도시물순환 개선 및 비점저감 효과를 분석하였다. LID기법 적용에 따른 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용한 경우 다음과 같은 결과를 도출하였다. 유출체적의 발생량이 46.
- 각 매개변수에 대한 불확실성을 ± 50% (단, 면적은 ±5%)로 적용하고 강우사상별 매개변수의 변화에 따른 목적함수(첨두유량)의 민감도를 검토하였으며 유역 폭, 불투수면적비, 유역경사, 투수지역 저류, 투수지역 조도계수, 초기침투능, 종기침투능과 같은 민감도가 높은 매개 변수를 변화시켜 목적함수에 대한 오차의 만족 여부를 반복적으로 검토하여 매개변수에 대한 최적값을 산정하였다.
- 모형의 대상유역을 선정 후 이에 대하여 하수도 대장 평면도(1 : 1000)로부터 간선관거를 분리하여 관망을 구성한 후 구성된 관망으로부터 간선관거의 합류점 및 크기가 큰 맨홀을 기준으로 유출량 산정 지점을 선정하고 유역내 지형과 각 지역의 인위적인 배수계통에 따라서 전체 대상유역을 43개의 소유역으로 분할하였다. 각 분할된 소유역에 대해 유역면적, 유역 폭, 유역 평균경사, 불투수율 등의 매개변수 산정을 위해 먼저 지형도(1 : 5,000)를 이용 하여 지형자료를 구축하고, 유역의 배수특성을 나타내는 조도계수, 표면저류, 침투손실 등에 대한 매개변수를 산정하였으며 하수도대장 평면도로부터 관망의 관거와 맨홀에 대한 자료를 추출하였다. 온천천모형의 소유역 분할도와 관망도는 Fig.
- 또한 Street Planter 는 유역의 불투수 면적비가 10%보다 큰 경우 대구와 부산의 도로보급률 평균값을 적용하고 유역의 불투수 면적 비가 10%보다 작은 경우 경남과 경북의 도로 보급률 평균 값을 적용하였다. 기존 도시상태를 BASE로 설정하고 각 LID 기법의 조합에 따라 시나리오를 설정하였으며 Green Roof, Porous Pavement, Street Planter를 모두 고려한 TOTAL를 포함한 총 8 가지의 시나리오로 구성하였으며 Table 10과 같다. LID 기법을 기반으로 한 SWMM 모형은 2000∼2011년의 연속강우를 적용하였으며 물순환 개선효과를 분석하기 위해 지표유출량, 증발량, 침투량을 대상으로 증감비율을 검토하였다.
- 5%를 적용하였다. 또한 Street Planter 는 유역의 불투수 면적비가 10%보다 큰 경우 대구와 부산의 도로보급률 평균값을 적용하고 유역의 불투수 면적 비가 10%보다 작은 경우 경남과 경북의 도로 보급률 평균 값을 적용하였다. 기존 도시상태를 BASE로 설정하고 각 LID 기법의 조합에 따라 시나리오를 설정하였으며 Green Roof, Porous Pavement, Street Planter를 모두 고려한 TOTAL를 포함한 총 8 가지의 시나리오로 구성하였으며 Table 10과 같다.
- LID 기법을 기반으로 한 SWMM 모형은 2000∼2011년의 연속강우를 적용하였으며 물순환 개선효과를 분석하기 위해 지표유출량, 증발량, 침투량을 대상으로 증감비율을 검토하였다. 또한 비점오염량의 저감 효과를 분석하기 위해 시나리오에 따른 수질항목별 오염 부하량을 산정하여 저감효과를 검토하였으며 LID 기법의 적용 시 비점오염량의 저감효과는 자연 토양으로의 침투나 증발로 인해 유량이 시스템에서 완전히 제거되는 경우 해당 유량의 오염량이 완전히 제거되는 것으로 간주된다.
- 모형의 대상유역을 선정 후 이에 대하여 하수도 대장 평면도(1 : 1000)로부터 간선관거를 분리하여 관망을 구성한 후 구성된 관망으로부터 간선관거의 합류점 및 크기가 큰 맨홀을 기준으로 유출량 산정 지점을 선정하고 유역내 지형과 각 지역의 인위적인 배수계통에 따라서 전체 대상유역을 43개의 소유역으로 분할하였다. 각 분할된 소유역에 대해 유역면적, 유역 폭, 유역 평균경사, 불투수율 등의 매개변수 산정을 위해 먼저 지형도(1 : 5,000)를 이용 하여 지형자료를 구축하고, 유역의 배수특성을 나타내는 조도계수, 표면저류, 침투손실 등에 대한 매개변수를 산정하였으며 하수도대장 평면도로부터 관망의 관거와 맨홀에 대한 자료를 추출하였다.
- 오염물질의 축적(Buildup) 함수는 SWMM 메뉴얼을 참고하여 한계 축적치(limit)가 존재하는 Michaelis-Menton 형태의 식으로 설정하였고 오염물질의 쓸림(Washoff) 함수는 EMC(Event Mean Concentration)으로 설정하였다. 모형의 수질 검보정에는 관측자료의 부족으로 인해 단일 강우사상에 대해 오염물질의 축적(Buildup)의 최대축적량(Max. Buildup)과 쓸림(Washoff)의 EMC를 변경시켜 수질항목별 검정 및 검증을 적용하였다. 수질 검정에는 2006년 4월 4일 강우사상에 대한 세병교 지점의 수질 관측자료를 이용하여 검정을 실시하였으며 수질 검증에는 2006년 4월 19일 강우사상에 대한 세병교 지점의 수질 관측자료를 이용하여 검증을 실시하였다.
- Tables 5 and 6은 Street Planter와 옥상녹화, 투수성포장에 대한 설계 매개변수이다. 선정된 LID 기법에 대한 적용인자별 입력값은 SWMM 매뉴얼과 문헌자료(2011 Philadelphia LID conference)를 기반으로 설정하였다. 해당지역의 토양형에 따라 성능이 달라지는 Street Planter & Porous Pavement는 토양 상태에 따른 영향을 모의하기 위해 Table 7에 나타낸 바와 같이 저류층의 투수계수를 토양형 타입에 따라 상이하게 적용하였다.
- LID 요소기술중 국내의 여건을 고려하여 적용이 용이한 Green Roof와 Porous Pavement 및 도로에 설치되는 Street Planter를 선정하였다. 선정된 LID 요소기술의 단일 및 복합적인 조합에 따라 시나리오를 설정하였다. 설정된 시나리오에 따라 연구대상 지역의 토양 타입을 고려하여 토양 투수계수를 달리하고 연속강우모의를 적용함으로써 물순환 기능의 개선효과 및 비점오염량 저감효과를 정량적으로 분석하였다.
- 선정된 LID 요소기술의 단일 및 복합적인 조합에 따라 시나리오를 설정하였다. 설정된 시나리오에 따라 연구대상 지역의 토양 타입을 고려하여 토양 투수계수를 달리하고 연속강우모의를 적용함으로써 물순환 기능의 개선효과 및 비점오염량 저감효과를 정량적으로 분석하였다. 또한 유역관리 측면에서 LID 적용이 물순환 개선 효과와 더불어 비점오염 저감효과가 있지만 도시화 이전의 수문조건의 만족이라는 개념적인 기준은 과다한 설치 비용을 유발하게 되므로 유역관리와 비용적인 측면을 고려할 수 있는 판단기준이 요구된다.
- 소규모 배수분구인 동래천 유역에서 도출된 LID 적용면적비율을 기반으로 하수처리구역과 같은 중규모 이상의 배수분구에 대한 LID 적용면적을 설정하였다. 이를 기초로 도시물순환 개선 및 비점저감 효과를 분석하였다.
- 오염물 축적량의 저감비율과 방류량 관리에 따른 저감효율을 검토하기 위해 적용된 시나리오는 Table 11과 같으며 BOD는 SS 처리효율의 60%, TN과 TP는 BOD 의 60%로 가정하여 모의하였다. 오염원 관리에 따른 시나리오는 최대축적 오염물의 10% 저감 시 시나리오 1, 최대 축적 오염물의 20% 저감 시 시나리오 2, 축적 오염물의 30% 저감 시 시나리오 3으로 구분하여 적용하였고 방류량 관리에 따른 시나리오는 SS 농도를 기준으로 최대 처리효율을 40%, 55%, 70%로 설정함에 따라 시나리오를 구성하였다.
- 오염원 관리측면에서의 비점 관리방안 효율을 검토하기 위해 시나리오별 모형의 최대 오염 축적량이 감소되는 것으로 모의하여 온천천에서의 오염량 저감효과를 검토하였고 방류량 관리측면에서의 비점 관리방안 효율을 검토하기 위해 온천천 유역의 토구와 처리장에서의 BYPASS에서 배출되는 비점오염량을 처리하는 것으로 모의하여 온천천에서의 오염량 저감효과를 검토하였다. Table 19는 축적 오염량의 저감과 처리효율 조정을 적용하여 시나리오에 따라 산정된 지점별 처리효율이며 SS를 기준으로 온천천 하류지점의 효율을 살펴보면, 오염원 저감에 따른 저감효과는 10.
- 소규모 배수분구인 동래천 유역에서 도출된 LID 적용면적비율을 기반으로 하수처리구역과 같은 중규모 이상의 배수분구에 대한 LID 적용면적을 설정하였다. 이를 기초로 도시물순환 개선 및 비점저감 효과를 분석하였다. LID기법 적용에 따른 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용한 경우 다음과 같은 결과를 도출하였다.
- (2010)은 청주 시 내 분류식 지역을 대상으로 옥상녹화와 주차장에 투수성 기법을 적용하였다. 이에 따른 CN(Curve Number)값 변화가 강우유출특성에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 또한 Park et al.
- 처리면적은 LID 장치의 적용 상황을 고려한 적용이 필요하지만 처리구역 규모에 LID 비율을 적용한 본 연구에서는 국외 연구사례(Shamsi, 2011; James, 2012)를 참조하여 투수성 포장은 LID 장치 면적의 2배를 처리면적으로 적용하였고 Street Planter는 LID장치 면적의 6배를 처리면적으로 적용하여 모의하였다. 이에 유역별로 LID 장치를 적용하기 위하여 입력자료는 적용할 LID 장치를 시나리오별로 선정하고 시나리오별로 LID 장치면적을 산정하였다. LID 장치면적을 고려한 처리면적을 결정하여 기존의 유역에 대한 매개변수 중 불투수면적비를 보완한 후, LID 기법별 주요 설계인자를 설정 하여 해당 유역의 토양특성에 따른 저층의 투수계수를 설정하였다.
- 적용 모형은 온천천 유역 내 모니터링 시스템의 유량계가 설치된 세병교 지점의 관측자료를 기반으로 검정 및 검증을 적용하였다. 모형 검보정을 위하여 검정에는 8개 강우사상, 검증에는 4개 강우사상으로 총 12개의 강우사상을 적용하였다.
- 유역 내 복수의 LID 장치를 설치하는 경우 각 장치별 면적 비율의 합이 100%를 초과할 수 없으며 각 장치가 처리하는 불투수면적의 비율 역시 각 장치의 합이 100%를 초과할 수 없다. 처리면적은 LID 장치의 적용 상황을 고려한 적용이 필요하지만 처리구역 규모에 LID 비율을 적용한 본 연구에서는 국외 연구사례(Shamsi, 2011; James, 2012)를 참조하여 투수성 포장은 LID 장치 면적의 2배를 처리면적으로 적용하였고 Street Planter는 LID장치 면적의 6배를 처리면적으로 적용하여 모의하였다. 이에 유역별로 LID 장치를 적용하기 위하여 입력자료는 적용할 LID 장치를 시나리오별로 선정하고 시나리오별로 LID 장치면적을 산정하였다.
- 첫 번째는 유역의 LID 장치의 미적용 면적과 동일한 면적을 복수의 LID 장치로 대체하는 방법이며, 두 번째는 새로운 유역을 만들어서 단일 LID 장치로 간주하는 방법이다. 첫 번째 방법은 유역 내 복수의 LID 장치를 설치할 수 있으며 유역의 LID 장치 미적용 지역에서 발생한 유출량을 각각 다른 LID 장치에 의해 발생량을 처리하게 된다. 이 방법에서 각 장치는 병렬 처리되며 특정 LID 장치로부터의 유출량이 또 다른 장치의 유입량으로 처리되는 것과 같은 직렬처리는 불가능하다.
대상 데이터
- 동래천 유역을 대상으로 LID 장치의 적용 가능면적을 추출하고 그 값을 비율로 환산하여 온천천유역에 확대·적용하여 중규모 이상 유역에 대한 물순환 개선효과 및 비점저감효과를 분석하고자 하였다. Green Roof와 Porous Pavement는 동래천 유역을 대상으로 캐드 및 위성사진 등으로부터 추출된 LID 요소기술별 적용 가능한 면적을 이용하였다. Street Planter는 적용이 가능한 도로 길이를 산정하기 위해 부산과 대구, 경남/경북의 도로보급률을 기반으로 불투수면적비에 따라 차등을 두어 적용하였으며 LID 기법별 적용면적은 Table 8과 같다.
- 이를 기반으로 유역의 비율을 환산하여 중규모 크기의 유역인 온천천 유역으로 LID 기법의 효과분석을 확대·적용하였다. LID 요소기술중 국내의 여건을 고려하여 적용이 용이한 Green Roof와 Porous Pavement 및 도로에 설치되는 Street Planter를 선정하였다. 선정된 LID 요소기술의 단일 및 복합적인 조합에 따라 시나리오를 설정하였다.
- LID 효율성 검증은 유역 내의 토지 이용이나 수문학적 토양 그룹에 의해 계산된 유출곡선지수(Runoff Curve Number, CN)를 이용하는 방법이 주를 이루고 있다. 대상유역도 LID 기법이 적용되는 대상면적에 대한 직접적인 산정이 가능하도록 소규모 유역을 대상으로 하였다. Kwon et al.
- 적용 모형은 온천천 유역 내 모니터링 시스템의 유량계가 설치된 세병교 지점의 관측자료를 기반으로 검정 및 검증을 적용하였다. 모형 검보정을 위하여 검정에는 8개 강우사상, 검증에는 4개 강우사상으로 총 12개의 강우사상을 적용하였다. 적용된 강우사상과 그에 따른 관측 및 모의 첨두유량은 Table 2와 같으며, 유량 검보정 결과는 Table 3과 같다.
- Buildup)과 쓸림(Washoff)의 EMC를 변경시켜 수질항목별 검정 및 검증을 적용하였다. 수질 검정에는 2006년 4월 4일 강우사상에 대한 세병교 지점의 수질 관측자료를 이용하여 검정을 실시하였으며 수질 검증에는 2006년 4월 19일 강우사상에 대한 세병교 지점의 수질 관측자료를 이용하여 검증을 실시하였다. 검정과 검증에 따른 실측값과 모의값에 대한 결과는 Table 4에 제시한 바와 같다.
이론/모형
- 이에 따라 LID 설치 적용에 있어 비용과 처리효율을 고려한 적정한 기준이 필요할 것으로 판단된다. LID 기법의 효율성을 검증하는 방법에 있어 Uzair S. Shamsi (2011)의 소규모 배수구역을 대상으로 SWMM 모형 내 LID 요소에 대한 모의기법을 활용하였다. LID 설치 시 물순환 개선효과와 CSO 저감효과를 분석한 바 있다.
- 비점오염원에 의한 강우유출수의 오염물질 농도를 모의하기 위하여 토지이용 상태를 도시지역(urban)과 비도시지역(rural) 으로 분류하고 오염물질의 축적(Buildup)과 쓸림(Washoff)에 관한 입력자료를 Table 4와 같이 설정하였다. 오염물질의 축적(Buildup) 함수는 SWMM 메뉴얼을 참고하여 한계 축적치(limit)가 존재하는 Michaelis-Menton 형태의 식으로 설정하였고 오염물질의 쓸림(Washoff) 함수는 EMC(Event Mean Concentration)으로 설정하였다. 모형의 수질 검보정에는 관측자료의 부족으로 인해 단일 강우사상에 대해 오염물질의 축적(Buildup)의 최대축적량(Max.
- 이를 기반으로 유역의 비율을 환산하여 중규모 크기의 유역인 온천천 유역으로 LID 기법의 효과분석을 확대·적용하였다.
성능/효과
- 5%가 적용되고 토양층으로의 침투도 발생하는 과정을 거치므로 가장 높은 유출저감효과를 나타낸 것으로 판단된다. 3가지 LID 기법이 적용된 시나리오 Total의 경우, 유출체적 발생비율이 46.2%에서 34.8%로 감소하였고 침투량 발생비율은 48.4%에서 56.1%로 증가하였으며 증발량 발생 비율도 5.5%에서 9.0%로 증가하는 것으로 분석되었으며 Porous Pavement와 Street Planter의 조합인 시나리오 PP+SP는 38.1%로 적용비율에 비해 높은 저감효과를 나타내고 있으며 이는 온천천 유역의 수문학적 토양그룹 중 B타입이 83.3%를 차지함으로써 토양층으로의 배수효과가 영향을 미친 것으로 판단된다.
- 5%이며 Street Planter가 1%를 차지한다. LID 적용면적 당 저감유출체적은 Green Roof 5,046 m3/ha, Porous Pavement 27,073 m3/ha, Street Planter 60,065 m3/ha를 나타내 토양층으로의 침투가 이루어지지 않고 토양층 내 저류 후 증발되는 과정을 거치는 Green Roof가 가장 많은 면적을 차지하지만 면적당 유출량 저감효과는 가장 낮은 것으로 분석되었다.
- 3 mm 로 증가함을 보였다. LID기법 적용에 따른 비점저감 효과는 온천천 하류 지점을 기준으로 3가지 LID기법을 모두 적용한 경우에 처리효율은 BOD는 29.94%의 처리효율을, SS는 30.68%의 수질 개선효과를 보였다. 기존 관리방안 중 방류량 관리에 의한 온천천 하류에서의 처리효율은 BOD 25.
- Green Roof는 Porous Pavement와 Street Planter에 비해 낮은 처리효율을 보이고 상대적으로 높은 설치비용을 요구하지만 증발량을 증가시켜 건물 밀집지역의 열섬효과 개선에 효율적인 방법이다. SS를 기준으로 26% 내외의 LID 시설 적용을 통해 30.68%의 비점오염 저감효과를 나타내어 기존 비점오염 관리방안의 방류량 관리 시 저감효과 45.19%보다 낮고 오염원 관리 시 저감효과 10.23%보다는 높은 처리효과를 보였다. 방류량 관리 측면 모의 시 하천의 모든 방류지점과 하수처리장의 BYPASS에 대한 처리시설을 적용한 것을 고려하면 과대평가한 측면이 있으므로 LID 시설 적용 시 처리효율이 기존 관리방안과 유사한 처리효율을 나타냈다고 볼 수 있다.
- Table 15는 LID 적용 전후의 유출량과 침투량에 대한 계절별 변화를 분석한 결과이며 유출량은 강우량이 집중된 여름에 LID 설치 전 126.4 mm에서 LID 설치 후 101.4 mm로 19.8% 감소하는 것으로 나타났으며 침투량은 여름에 LID 설치 전 131.9 mm에서 LID 설치 후 156.2 mm로 18.4% 증가하는 것으로 분석되었다. 유출량 감소에 있어 봄은 29.
- Table 18은 LID 요소기술의 적용 시 시나리오에 따른 온천천 주요지점별 처리효율을 나타낸 것으로 온천천 하류 지점을 기준으로 3가지 LID 기법을 모두 적용한 시나리오 TOTAL의 경우에 BOD는 29.94%의 처리효율을 나타냈고 SS는 30.68%의 수질 개선효과를 보였다. 한편 LID 적용면적에 비해 높은 처리효율을 나타낸 시나리오 PP+SP는 하류지점을 기준으로 BOD는 21.
- 또한 유역 관리에 있어 LID 시설 적용 시의 비점오염 저감효과와 기존 비점오염 관리방안의 저감효과에 대한 비교를 통해 적정 LID 적용비율을 산정하는 방법이 기본계획 단계에서의 유역관리와 설치비용의 결정 시 하나의 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다. 결론적으로, LID 요소기술의 적용을 통해 물순환 개선효과와 비점오염 저감효과를 기대할 수 있다. 하지만 LID의 개념적인 정의를 적용하는 경우 비용적인 부담이 따르므로 적정한 적용기준이 필요하다.
- 0%로 증가하였다. 계절 평균 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용했을 경우에 여름 유출량이 126.4 mm에서 101.4 mm로 감소하였고 침투량은 131.9 mm에서 156.2 mm로 증가함을 보였다. 월평균 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용했을 경우에 유출량이 59.
- 68%의 수질 개선효과를 보였다. 기존 관리방안 중 방류량 관리에 의한 온천천 하류에서의 처리효율은 BOD 25.36%, SS 45.19%를 나타냈다. 동래천 유역의 LID 적용 가능면적을 기반으로 산정된 온천천 유역 내 LID 기법 적용가능면적은 불투수면적의 26% 정도이다.
- Table 12는 연속강우에 대한 시나리오별 연평균 강우량, 침투량, 증발량, 유출량의 발생량을 분석한 결과이고 Table 13은 시나리오별 연평균 강우량, 침투량, 증발량, 유출량의 발생량에 대한 발생비율이다. 단일 LID 기법 중 Porous Pavement가 39.9%로 가장 낮은 유출량 발생비율을 보였고, Street Planter가 44.7%로 가장 높은 유출량 발생비율을 보였다. 이는 불투수면적의 18.
- 4% 증가하는 것으로 분석되었다. 단일 기법 중 불투수면적비의 6.5%를 LID 시설로 적용한 Porous Pavement가 13.6%의 유출량 저감을 나타내어 불투수면적의 18.8%를 LID 시설로 적용한 Green Roof보다 높은 유출량 감소를 나타냈으며 이는 Porous Pavement는 토양층으로 배수가 가능하지만 Green Roof는 토양층에 체류하는 양만큼만 저감되는 것에 기인하는 것으로 판단된다.
- 동래천 유역에서 추출한 LID 시설 적용비율을 기반으로 온천천 유역의 전체 불투수 면적비율의 약 26%에 대해 LID 시설을 적용한 비점오염저감 분석결과에서 LID 적용면적당 비점오염 저감량은 BOD 기준으로 Green Roof 83 kg/ha, Porous Pavement 877 kg/ha, Street Planter 2,627 kg/ha를 나타냈고 SS 기준으로 Green Roof 1,044 kg/ha, Porous Pavement 6,160 kg/ha, Street Planter 21,115 kg/ha를 나타냈다. 물순환 개선효과에서와 동일하게 Green Roof는 18.
- 또한 Table 16은 LID 장치 적용 이전 상태와 시나리오 TOTAL 적용에 따른 월별 강우량, 유출량 및 침투량에 대한 분석결과이며 LID 설치 전 최대 유출량은 586.5 mm에서 LID 설치 후 544.9 mm로 7.1% 감소되었고 평균 유출량은 59.0 mm에서 LID 설치 후 44.4 mm로 24.7% 감소되었다. 또한 최대 침투량은 LID 설치 전 348.
- 7% 감소되었다. 또한 최대 침투량은 LID 설치 전 348.8 mm에서 LID 설치 후 394.3 mm로 13.0% 증가하였으며 월평균 침투량은 LID 설치 전 68.7 mm에서 LID 설치 후 81.3 mm로 18.3%증가한 것으로 분석되었다.
- 7%의 오염물질 저감효과를 나타냈다. 본 연구에서 도출된 분석결과는 B타입의 수문학적 토양이 83.3%를 차지하는 온천천 유역에 Green Roof 18.5%, Porous Pavement 6.5%, Street Planter 1%를 적용한 결과에 해당한다. 그러므로 적용된 LID 타입과 면적비율에 따라 처리효율은 상이하게 나타날 수 있다.
- 2 mm로 증가함을 보였다. 월평균 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용했을 경우에 유출량이 59.0 mm에서 44.4 mm로 감소하였고 침투량은 68.7 mm에서 81.3 mm 로 증가함을 보였다. LID기법 적용에 따른 비점저감 효과는 온천천 하류 지점을 기준으로 3가지 LID기법을 모두 적용한 경우에 처리효율은 BOD는 29.
- 4% 증가하는 것으로 분석되었다. 유출량 감소에 있어 봄은 29.4%, 가을은 30.1% 그리고 겨울은 37.2%를 보여 겨울이 가장 높은 증가값을 나타냈으며 강우가 집중된 여름에 비해 유출량 감소효과가 더 큰 것으로 분석되었다. 침투량에 있어서도 강우가 집중된 여름이 18.
- LID기법 적용에 따른 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용한 경우 다음과 같은 결과를 도출하였다. 유출체적의 발생량이 46.2%에서 34.8%로 감소, 침투량은 48.4%에서 56.1%로 증가, 증발량도 5.5%에서 9.0%로 증가하였다. 계절 평균 물순환 개선효과는 Green Roof, Porous Pavement 및 Street Planter를 모두 적용했을 경우에 여름 유출량이 126.
- 7%로 가장 높은 유출량 발생비율을 보였다. 이는 불투수면적의 18.8%로 가장 높은 비율이 적용된 Green Roof는 토양층으로의 침투가 발생하지 않아 적용된 비율에 비해 유출량 저감효과가 낮게 나타났고 Street Planter는 토양층으로의 침투가 발생하지만 소유역 불투수면적의 1% 내외로 낮은 비율이 적용되어 가장 낮은 유출저감효과를 나타냈다. 반면 Porous Pavement는 불투수면적의 6.
- 동래천 유역의 LID 적용 가능면적을 기반으로 산정된 온천천 유역 내 LID 기법 적용가능면적은 불투수면적의 26% 정도이다. 이러한 LID 요소기술의 적용 시 연평균 24.7%의 유출량 감소효과와 20.7%의 증발량과 침투량 증가 효과를 보임과 동시에 SS 기준으로 기존의 처리시설 적용 기법과 비슷한 30.7%의 오염물질 저감효과를 나타냈다. 본 연구에서 도출된 분석결과는 B타입의 수문학적 토양이 83.
- 5%로 가장 작은 저감효율을 보였다. 저감효율은 적용 면적의 영향을 받은 것으로 보이며 Green Roof는 적용 면적이 넓으나 토양층 저류 후 증발되는 개념이므로 처리효율이 상대 적으로 작은 것으로 나타났다.
- Table 14는 LID 적용 전과 시나리오 TOTAL에 대한 연속모의결과를 분석항목별 연간 발생량의 통계분석을 실시한 결과이며 이를 통하여 항목별 연간 발생특성을 파악 할 수 있다. 평균 유출량은 LID 기법 적용 전에 비해 24.7%감소하였고 평균 침투량은 15.9% 증가하였으며 증발량은 63.4% 증가하는 것으로 분석되었다. 단일 기법 중 불투수면적비의 6.
- 68%의 수질 개선효과를 보였다. 한편 LID 적용면적에 비해 높은 처리효율을 나타낸 시나리오 PP+SP는 하류지점을 기준으로 BOD는 21.93%의 처리효율을 나타냈고 SS는 22.89%의 처리효율을 보였다.
후속연구
- 그러므로 적용된 LID 타입과 면적비율에 따라 처리효율은 상이하게 나타날 수 있다. 따라서 Porous Pavement와 Street Planter는 LID 적용 면적에 대한 처리면적의 설정비율에 따라 처리효율에 영향을 미치게 되므로 처리면적에 대한 추가적인 연구가 요구된다. 또한 토양타입과 같은 유역 상황을 고려한 최고의 효율을 나타내는 LID 타입과 면적 비율을 산정하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 하지만 LID의 개념적인 정의를 적용하는 경우 비용적인 부담이 따르므로 적정한 적용기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서 제시한 기존 비점오염 관리방안의 처리효율을 만족하는 LID 적용비율이 기본계획 단계에서의 유역관리와 설치비용을 고려해야 하는 경우에 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 토양타입과 같은 유역 상황을 고려한 최고의 효율을 나타내는 LID 타입과 면적 비율을 산정하는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 유역 관리에 있어 LID 시설 적용 시의 비점오염 저감효과와 기존 비점오염 관리방안의 저감효과에 대한 비교를 통해 적정 LID 적용비율을 산정하는 방법이 기본계획 단계에서의 유역관리와 설치비용의 결정 시 하나의 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다. 결론적으로, LID 요소기술의 적용을 통해 물순환 개선효과와 비점오염 저감효과를 기대할 수 있다.
- 따라서 Porous Pavement와 Street Planter는 LID 적용 면적에 대한 처리면적의 설정비율에 따라 처리효율에 영향을 미치게 되므로 처리면적에 대한 추가적인 연구가 요구된다. 또한 토양타입과 같은 유역 상황을 고려한 최고의 효율을 나타내는 LID 타입과 면적 비율을 산정하는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 유역 관리에 있어 LID 시설 적용 시의 비점오염 저감효과와 기존 비점오염 관리방안의 저감효과에 대한 비교를 통해 적정 LID 적용비율을 산정하는 방법이 기본계획 단계에서의 유역관리와 설치비용의 결정 시 하나의 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다.
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