[논문]투수성 포장도로 도입을 통한 보광배수유역 유출량 저감효과 검토

정지윤; 이건영; 류재나; 오재일

doi:10.11001/jksww.2013.27.2.251

투수성 포장도로 도입을 통한 보광배수유역 유출량 저감효과 검토
Effects of porous pavement on runoff reduction in Boguang subcatchment 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.27 no.2, 2013년, pp.251 - 259

정지윤 (중앙대학교 사회기반시스템공학부) , 이건영 (중앙대학교 사회기반시스템공학부) , 류재나 (중앙대학교 사회기반시스템공학부) , 오재일 (중앙대학교 사회기반시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Among various Green Infrastructure measures for urban stormwater management, effects of porous pavement were quantitatively examined in terms of hydrological cycle. Different scenarios for porous pavement were introduced on a SWMM model and the effects were compared and analysed using discharge hydrographs. Two types of pavements having different runoff coefficients (0.05 & 0.5) were introduced to cover different ratio of entire road areas (100 %, 77.5 % and 40.4 %) and these made up in total 6 different scenarios. Total runoff volume was reduced and peak flow was significantly decreased by applying the porous pavement. The highest reduction for total runoff was shown from S-6(covering area: 100 %, runoff coefficient: 0.05) as 19 % followed by S-5(covering area: 77.5 %, runoff coefficient: 0.05, 16 %), while that of S-2(covering area: 40.4 %, runoff coefficient: 0.05) and S-1(covering area: 40.4 %, runoff coefficient: 0.5) were the lowest with 8 % and 5 %. This proved that the application of porous pavement would improve urban hydrological cycle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 도시 빗물 관리를 위한 다양한 녹색인프라 수단 중에서 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 물 순환 관점에서 정량적으로 검토하고자 한다. 대상 소규모 집수구역을 대상으로 우수유출 모형(SWMM Model)을 구축하고 투수성 도로면의 도입 시나리오에 따른 효과를 유출수문곡선(Runoff hydrograph) 중심으로 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 도시 빗물 관리를 위한 다양한 녹색인프라 수단 중에서 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 물 순환 관점에서 정량적으로 검토하고자 한다. 대상 소규모 집수구역을 대상으로 우수유출 모형(SWMM Model)을 구축하고 투수성 도로면의 도입 시나리오에 따른 효과를 유출수문곡선(Runoff hydrograph) 중심으로 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 도시 빗물 관리를 위한 다양한녹색인프라 수단 중에서 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 물 순환 관점에서 정량적으로 검토하고자, 대상 소규모 집수구역(Catchment)을 대상으로 우수유출 모형(SWMM Model)을 구축하고 투수성 도로면의 도입 시나리오에 따른 효과를 유출수문곡선(Runoff hydrograph) 중심으로 비교·분석하였다.
본 연구에서는 도시 빗물 관리를 위한 다양한녹색인프라 수단 중에서 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 물 순환 관점에서 정량적으로 검토하고자, 대상 소규모 집수구역(Catchment)을 대상으로 우수유출 모형(SWMM Model)을 구축하고 투수성 도로면의 도입 시나리오에 따른 효과를 유출수문곡선(Runoff hydrograph) 중심으로 비교·분석하였다. 이를 통해 투수성 도로 포장제가 물 순환에 미치는 효과와 적용 가능성을 확인하였다.

가설 설정

50의 범위로 정의된다. 시나리오에 적용된 2개의 유출계수는 투수 블록 포장(다공성 포장)과 틈새 투수 블록을 적용했을 경우로 가정하였으며, 모델에 적용된 투수성 도로면의 유출계수는 투수성 포장(Porous Pavement) 0.05, 틈새 투수 블록(Open-jointed blocks) 0.5의 값으로 선정되었다. 따라서 시나리오에 대한 모델의 구축은 투수성 도로가 각 소유역마다 차지하는 비율에 따라 각 소유역의 불 투수 면적을 변화시킴으로 적용하였다.

제안 방법

본 연구대상유역에서는 유량의 측정된 자료가 부재하여, 대상유역이 포함된 용산구 전체 유역의 추정 침수피해 흔적도와의 결과를 비교하였다. 2010년 9월 21일 발생한 강우량과 침수피해 흔적도를 이용하여 구축된 모델을 검증하였으며, 침수 발생 특성을 나타내는 인자로서 모델의 보정, 검증 인자로는 침수심과 침수면적을 사용하였다. 침수심은 일반적으로 시뮬레이션 기간 동안 표면유출 모델 격자별 발생하는 최대 침수심을 나타내며, 물리적인 침수흔적조사의 결과와 비교할 수 있는 인자이다.
2(c)에 나타냈으며 총 114개로 구성되었다. GIS를 활용하여 각 소유역의 면적, 평균 경사, 불투수 면적비율 등의 지형 특성인자를 도출하였으며, 유출특성을 나타내는 조도계수, 표면저류, 침투 손실 등에 대한 매개변수를 산정하였다.
대상 유역의 강우유출해석 모형 구축은 GIS를 통한 하수관망도와 지형도를 바탕으로 간선 관로를 분리하여 관망을 구성하고, 구성된 관망에 대해서 각 관로와 맨홀의 제원에 대한 자료를 입력하였다.
침수면적은 일반적으로 시뮬레이션 기간 동안 대상유역에서 침수가 발생하는 최대 면적을 나타낸다. 대상지역의 침수발생은 침수심 0.05 m를 기준으로 침수가 발생한다고 가정하여, 해당 침수심 이상의 발생이 기록된 모델 격자들의 면적을 침수면적으로 평가하였으며, 홍수량은 시뮬레이션 기간 동안 각 셀에서 기록된 최대 침수심 값과 침수면적을 곱하여 산정하였다.
도시 빗물 관리를 위해 투수성 도로 포장의 도입 효과를 물 순환 관점에서 정량적으로 검토하고자 투수성 도로 포장의 적용 전·후의 총 유출량 저감 효과를 비교·분석하였다(Fig. 7).
5의 값으로 선정되었다. 따라서 시나리오에 대한 모델의 구축은 투수성 도로가 각 소유역마다 차지하는 비율에 따라 각 소유역의 불 투수 면적을 변화시킴으로 적용하였다.
본 연구대상유역에서는 유량의 측정된 자료가 부재하여, 대상유역이 포함된 용산구 전체 유역의 추정 침수피해 흔적도와의 결과를 비교하였다. 2010년 9월 21일 발생한 강우량과 침수피해 흔적도를 이용하여 구축된 모델을 검증하였으며, 침수 발생 특성을 나타내는 인자로서 모델의 보정, 검증 인자로는 침수심과 침수면적을 사용하였다.
본 연구에서는 강우유출해석에서 대표적으로 상용화된 XP-SWMM ver. 2011을 사용하여 대상 유역의 모형을 구축하였다. SWMM 모형은 강우 시 도시 유역 내에서 발생하는 유출량에 대한 해석 및 지표면 및 지표 하 흐름 등을 모의할 수 있는 합리적인 모형이다.
91 mm)을 각 시나리오에 대하여 저감량을 나타내면 다음과 같다. 빗물 저감량의 산정은 각각의 시나리오에 따른 유출량을 빗물량으로 환산하여 산정하였다. Table 1에 나타낸 유출계수와 투수성 포장도로 도입을 가정한 면적의 비율이 증가함에 따라 빗물 저감효과가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, Fig.
유출계수가 상이한 2개(0.05, 0.5) 투수성 포장제를 전체 도로 면적의 100 %(대로, 중로, 소로), 77.5 %(중로, 소로), 40.4 %(소로)에 적용하여 총 6개 시나리오로 모의하였다(Table 1). 도로 분류의 기준은 대로는 4차선 이상, 중로는 4차선 미만 및 2차선 이상, 소로는 2차선 미만으로 설정하였고, 각각의 면적은 2.

대상 데이터

5 m로 분석되었고, 지표의 물길 흐름을 확인하였다. SWMM 모형에 구성된 관로와 맨홀의 총 개수는 94개, 93개이고, 관경이 800 mm 이상인 관로를 기준으로 구축하였다(Fig. 2(b)).
서울 기상관측소는 1961년 4월에 관측을 개시하여 약 50개년의 자료를 보유하고 있으며, 시간강우량 및 1시간 이하의 강우량 자료도 보유하고 있어 강우분석에 적용이 가능하였다. 따라서 강우자료는 1961년부터 2011년까지의 약 50년 동안의 장기 강우량 자료를 사용하여 빈도 분석을 수행하였으며, 전체 강우사상의 90 백분위수에 해당되는 39.91 mm(1.6 inch)을 산정하여 모델 해석의 기준 강우사상으로 결정하였다(Fig. 4). 산정된 90 백분위수 강우량은 건설교통부(2000)의 지역적 설계 강우의 시간적 분포에 제시되어 있는 Huff의 제 2분위법을 적용하였고, 지속시간을 24시간으로 분포시킨 설계 강우를 이용하여 모델 해석에 적용하였다.
대상 유역 내의 토지이용현황은 고밀도의 주거 밀집지역으로 주택지와 상업지가 약 60 %로서 대부분의 구성을 차지하고 있으며, 도로가 약 19 %로 구성되어 있어, 전체 유역 면적의 약 80 %가 도시화가 되어 있어 불투수면적의 비율이 높은 지역이다. 따라서 도시 빗물 관리를 위한 다양한 녹색인프라 수단 중에서 지역적 적합인자를 고려하였을 때 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 검토하기에 적합하다고 판단되어 연구대상유역으로 선정하였다.
따라서 본 연구에서는 환경부(2008)에서 제안하는 90 백분위수 강우를 결정하기 위해 서울시의 대표 관측소로 서울 기상관측소를 선정하여 강우, 기상자료 등을 수집하여 분석에 활용하였다. 서울 기상관측소는 1961년 4월에 관측을 개시하여 약 50개년의 자료를 보유하고 있으며, 시간강우량 및 1시간 이하의 강우량 자료도 보유하고 있어 강우분석에 적용이 가능하였다.
본 연구에서 선정한 연구대상지역은 다음의 Fig. 1에서 나타낸 바와 같이 서울시 용산구 보광동 일대를 중심으로 유역 면적은 약 55.9 ha이며, 현재 한남 뉴타운 재정비 촉진지구로서 주거지역으로 조성될 예정인 곳으로, 유역 내에서 발생하는 모든 빗물을 관리할 수 있는 지점이다. 대상 유역 내의 토지이용현황은 고밀도의 주거 밀집지역으로 주택지와 상업지가 약 60 %로서 대부분의 구성을 차지하고 있으며, 도로가 약 19 %로 구성되어 있어, 전체 유역 면적의 약 80 %가 도시화가 되어 있어 불투수면적의 비율이 높은 지역이다.

이론/모형

4). 산정된 90 백분위수 강우량은 건설교통부(2000)의 지역적 설계 강우의 시간적 분포에 제시되어 있는 Huff의 제 2분위법을 적용하였고, 지속시간을 24시간으로 분포시킨 설계 강우를 이용하여 모델 해석에 적용하였다.
우수유출 모형(SWMM Model)을 이용하여Table 1의 시나리오를 모의하였고, Fig. 1에서 표기한 유출지점에서의 유출수문곡선을 Fig. 6에 나타내었다. 시나리오에 따른 유출 특성 모의 분석 결과, 투수성 도로 포장의 적용 전보다 적용 후 유출량이 감소되는 것을 확인하였으며, Table 1의 평균 유출계수가 가장 낮은 S-6에서 높은 저감 효율을 보여주었다.

성능/효과

5 mm 많이 발생한 것으로 파악되었다. 2시간 최대 발생 강우량은 15:40에서 17:40 동안 발생한 120 mm로 강우분석을 통해 산정된 확률강우량과의 비교 결과 확률년수 20년 정도에 해당하는 강우량(122.1 mm)이 발생한 것으로 파악되었다. 모델의 검증 시 침수 발생 특성 파악 및 대응시설 검토 등의 시뮬레이션 모델의 오차범위는 20 %로 설정하였다.
Table 1에 나타낸 유출계수와 투수성 포장도로 도입을 가정한 면적의 비율이 증가함에 따라 빗물 저감효과가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, Fig. 8에 나타낸 바와 같이 대상지역의 경우 약 유출계수×적용면적의 비율이 10 % 증가시마다 약 0.8 mm의 빗물 저감효과가 있을 것으로 기대되어진다.
가장 높은 저감 효율을 보인 S-6의 경우 약 7.5 mm의 빗물이 저감된 것으로 확인되었으며, S-5의 경우 투수성 도로 면적 비율이 S-4보다작지만 낮은 유출계수의 적용으로 1 mm 이상의빗물 저감 효과를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 투수성 도로 포장의 적용에 의한 유출량 저감효과 및 빗물 저감 효과로 개발 이전의 불 투수면적이 낮은 수문학적 특성과 근접하는 수문 순환의 개선 효과를 보일 것으로 판단된다.
9 ha이며, 현재 한남 뉴타운 재정비 촉진지구로서 주거지역으로 조성될 예정인 곳으로, 유역 내에서 발생하는 모든 빗물을 관리할 수 있는 지점이다. 대상 유역 내의 토지이용현황은 고밀도의 주거 밀집지역으로 주택지와 상업지가 약 60 %로서 대부분의 구성을 차지하고 있으며, 도로가 약 19 %로 구성되어 있어, 전체 유역 면적의 약 80 %가 도시화가 되어 있어 불투수면적의 비율이 높은 지역이다. 따라서 도시 빗물 관리를 위한 다양한 녹색인프라 수단 중에서 지역적 적합인자를 고려하였을 때 투수성 도로 포장제의 도입 효과를 검토하기에 적합하다고 판단되어 연구대상유역으로 선정하였다.
7 ha로 나타났다. 모델에서 기록된 침수흔적도 또한 Fig. 3에 나타낸 바와 같이, 추정된 침수흔적도내에 해당하는 것으로 나타나 검증 및 보정을 완료하였다.
05의 경우 투수성 도로 포장의 적용 전보다 첨두유출량 감소가 약 20 %로 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. 반면, S-4(투수성 도로포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.5)와S-5(투수성 도로 포장 면적의 비율이 77.5 %, 유출계수가 0.05)의 첨두 유출량을 비교한 결과, 0.472 m³/s와 0.445 m³/s로 S-5가 약 5 % 정도 높은 효율을 보였다. 이를 통해 투수성 도로 포장 면적의 비율이 상대적으로 작아도 유출계수를 낮추면 첨두 유출량이 감소되는 것을 알 수 있었다.
시나리오에 따른 유출 특성 모의 분석 결과, 투수성 도로 포장의 적용 전보다 적용 후 유출량이 감소되는 것으로 나타났으며, 첨두 유출량이확연히 감소되는 효과를 보였다. 특히 S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.
6에 나타내었다. 시나리오에 따른 유출 특성 모의 분석 결과, 투수성 도로 포장의 적용 전보다 적용 후 유출량이 감소되는 것을 확인하였으며, Table 1의 평균 유출계수가 가장 낮은 S-6에서 높은 저감 효율을 보여주었다. 전반적으로 강우 유출량이 확연히 감소되는 효과를 보였지만, 첨두시간 및 유출량의 패턴은 변화하지 않았다.
이를 통해 투수성 도로 포장 면적의 비율이 상대적으로 작아도 유출계수를 낮추면 첨두 유출량이 감소되는 것을 알 수 있었다.
7). 총 유출량 저감 효과 결과, S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.05) 19 %, S-5(투수성 도로 포장 면적의 비율이 77.5 %, 유출계수가 0.05) 16 %로 가장 높은 저감 효율을 보였으며, S-2(투수성 도로 포장 면적의 비율이 40.4 %, 유출계수가 0.05) 8 %, S-1(투수성 도로 포장 면적의 비율이 40.4 %, 유출계수가 0.5) 5 %로 가장 낮은 효율을 보이는 것으로 나타났다.
05)의 경우 투수성 도로 포장의 적용 전보다 첨두 유출량이 가장 높은 약 20 % 감소 효율을 보였다. 총 유출량 저감 효과 결과, S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가0.05)과 S-5(투수성 도로 포장 면적의 비율이77.5 %, 유출계수가 0.05)이 19 %와 16 %로 높은 저감 효율을 보였으며, 7.5 mm와 4.5 mm의빗물이 저감된 것으로 나타났다. 이를 통해 투수성 도로 포장의 적용에 의한 첨두 유출량, 총 유출량 저감 효과가 도시 개발 이전 상태의 투수 면적의 비율이 높은 수문학적 특성과 근접하는 수문 순환의 개선 효과를 보일 것으로 판단된다.
시나리오에 따른 유출 특성 모의 분석 결과, 투수성 도로 포장의 적용 전보다 적용 후 유출량이 감소되는 것으로 나타났으며, 첨두 유출량이확연히 감소되는 효과를 보였다. 특히 S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.05)의 경우 투수성 도로 포장의 적용 전보다 첨두 유출량이 가장 높은 약 20 % 감소 효율을 보였다. 총 유출량 저감 효과 결과, S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가0.
502 m³/s)의 순서로 나타났다. 특히 S-6(투수성 도로 포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.05의 경우 투수성 도로 포장의 적용 전보다 첨두유출량 감소가 약 20 %로 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. 반면, S-4(투수성 도로포장 면적의 비율이 100 %, 유출계수가 0.

후속연구

5 mm의 빗물이 저감된 것으로 확인되었으며, S-5의 경우 투수성 도로 면적 비율이 S-4보다작지만 낮은 유출계수의 적용으로 1 mm 이상의빗물 저감 효과를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 투수성 도로 포장의 적용에 의한 유출량 저감효과 및 빗물 저감 효과로 개발 이전의 불 투수면적이 낮은 수문학적 특성과 근접하는 수문 순환의 개선 효과를 보일 것으로 판단된다.
5 mm의빗물이 저감된 것으로 나타났다. 이를 통해 투수성 도로 포장의 적용에 의한 첨두 유출량, 총 유출량 저감 효과가 도시 개발 이전 상태의 투수 면적의 비율이 높은 수문학적 특성과 근접하는 수문 순환의 개선 효과를 보일 것으로 판단된다.
향후 연구에서는 우수유출모형을 통해 도시개발이 계획된 지역에서 투수성 도로 포장의 도입으로 인한 수질개선 효과도 함께 평가하는 것이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도시빗물 관리 차원의 녹색인프라가 제공하는 것은?	도시빗물 관리 차원의 녹색인프라는 실제 사람들이 생활하고 일하는 도시지역에서 사회적·경제적·환경적 편익을 제공하며, 다음의 두 가지 접근방법으로 크게 대변될 수 있다. 먼저 숲, 습지, 침수지 등 자연경관 및 생태 민감지역의 보전과 복구를 빗물 관리의 핵심요소로 보고 이러한 지역의 보전과 복구를 통해 수질개선, 생물서식지 및 야외 여가활동을 위한 기회를 제공하는 거시적(Macro) 접근 방법과, 레인가든(Rain garden; 빗물의 흐름을 완화시키고 모아서 땅에 스며들도록 하기 위해 토착식물을 심어 놓은 정원), 투수성 도로/도보 포장, 옥상녹화(Green roofs), 빗물모으기(Rain harvesting), 화단 등과 같은 우수의 유출수를 줄이거나 집수·처리할 수 있는 미시적(Micro) 접근 방법으로 구분할 수 있다(Haifeng, J.
	투수성 포장의 효과는?	이들의 다양한 방법 중 특히 투수성 포장의 효과는 유수/저류시설과 달리 전체 우수체적을 감소시킴과 동시에 첨두 유출도 저감할 수 있는 효과를 나타낸다 (Brattebo and Booth, 2003). 유출량 감소에 대해 나타낸 연구들은 미국의 플로리다, 노스캐롤라이나, 조지아에서 수행된 결과가 있으며, 각각 50, 75, 93 %의 저감을 나타내었다 (Rushton, 2001; Hunt et al, 2002, Dreelin et al, 2006).
	도시빗물 관리 차원의 녹색인프라의 두 가지 접근방법은?	도시빗물 관리 차원의 녹색인프라는 실제 사람들이 생활하고 일하는 도시지역에서 사회적·경제적·환경적 편익을 제공하며, 다음의 두 가지 접근방법으로 크게 대변될 수 있다. 먼저 숲, 습지, 침수지 등 자연경관 및 생태 민감지역의 보전과 복구를 빗물 관리의 핵심요소로 보고 이러한 지역의 보전과 복구를 통해 수질개선, 생물서식지 및 야외 여가활동을 위한 기회를 제공하는 거시적(Macro) 접근 방법과, 레인가든(Rain garden; 빗물의 흐름을 완화시키고 모아서 땅에 스며들도록 하기 위해 토착식물을 심어 놓은 정원), 투수성 도로/도보 포장, 옥상녹화(Green roofs), 빗물모으기(Rain harvesting), 화단 등과 같은 우수의 유출수를 줄이거나 집수·처리할 수 있는 미시적(Micro) 접근 방법으로 구분할 수 있다(Haifeng, J., 2011; USEPA, 2002, 2009).

참고문헌 (18)

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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