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문제 정의
- 그러나 이에 대한 구체적인 실행방안에 대한 매뉴얼 또는 가이드라인의 미비로 인하여 적절한 도입이 이뤄지고 못하고 있는 실정이다. 이에 공동주택단지의 다양한 토지이용 형태를 고려하여 저영향개발(LID)의 다양한 적용기술(BMPs: Best Management Practice) 중 침투기술을 활용한 물순환 개선효과를 연구하고자 하며, 본 연구에서는 물순환 분석모델(SWMM 5.0) 적용을 통하여 LID 요소기술의 공동주택단지 적용성과 효과 검증을 제시하고자 한다.
제안 방법
- LID 기술은 크게 침투기술, 여과기술, 저류기술 등으로 구분할 수 있으며, 국내 관련 논문 및 연구서를 기준으로 공동주택 단지에 적용하기 용이한 10가지 LID 요소기술(BMPs: Best Management Practice)을 선정하였다. 또한 국내외 사례를 검토하여 아직 정리되지 않은 LID-BMPs 용어를 국문과 영문으로 정리하였다(표 3 참조).
- SWMM 5.0 모델을 이용하여 공동주택단지 내 LID 침투시설(침투트렌치, 침투정) 물순환 모의를 시행하여 연구대상지에 대한 강우유출량, 침투량, 증발량을 분석하였다. 동탄, 신갈, 송도 3개 지역의 강우유출량 분석결과, 동탄지역의 경우 LID 설치전과 비교하여 설치 후 유출량이 19.
- 개별 공동주택단지 유역에 LID 시설 설치 후 수문순환 인자에 대한 변화를 살펴보고자 물순환 분석을 수행하였다. 아래의 그림은 물순환 분석을 위하여 SWMM 5.
- 대상지의 LID 기법 적용 전 후 연구 대상지별 물순환 분석을 실시를 위하여 LID 침투시설 적용을 통한 문순환 분석을 수행하였으며(그림 5 참조), LID 적용 관리 목표량은 환경부와 국토교통부에서 규정하고 있는 5mm 강우로 적용하였고, 금번 물순환 모의는 여과, 저류기능을 제외하고 투수기능을 수행하는 침투트렌치, 침투정을 설치하는 물순환 모의를 실시하였다(표 14, 15 참조).
- LID 기술은 크게 침투기술, 여과기술, 저류기술 등으로 구분할 수 있으며, 국내 관련 논문 및 연구서를 기준으로 공동주택 단지에 적용하기 용이한 10가지 LID 요소기술(BMPs: Best Management Practice)을 선정하였다. 또한 국내외 사례를 검토하여 아직 정리되지 않은 LID-BMPs 용어를 국문과 영문으로 정리하였다(표 3 참조). 표 4는 정리된 10가지 BMPs에 대하여 토지이용별 적용성과 오염정화능력에 대한 문헌조사를 통하여 공동주택단지에 적용성 여부를 검토하였다.
- 그 외 시설로는 지하공극 쇄석 저류조, 홈통받이 등을 설치하여 빗물의 오염물질 및 유출량을 저감하였다. 빗물정원은 10mm의 강우시 옥상 우수 전량을 저류시켜 유출을 억제할 수 있도록 설계되었으며, 빗물 저류 후 약 9시간 내 바닥 토양으로 침투 유도하였다. 지하공극 쇄석 저류조는 단지 내 배드민턴장 지하에 공극률 35%, 총 저류량 4.
- 개별 공동주택단지 유역에 LID 시설 설치 후 수문순환 인자에 대한 변화를 살펴보고자 물순환 분석을 수행하였다. 아래의 그림은 물순환 분석을 위하여 SWMM 5.0 모형 구축화면을 나타낸 것이며, SWMM 5.0 모형으로 공동주택단지 유역에 대한 개발 후 LID 시설 설치 후의 물순환 모의를 수행하였다(그림 4 참조).
- 연구 대상지별 해당 관측소의 최근 10년(2002년부터 2012년까지) 동안의 시강우자료를 이용하여 공동주택단지별 물순환모의를 수행하였으며, 침투 특성을 가지고 있는 LID 요소 기술을 도로부 및 녹지부에 적용하였을 때 5mm 강우량 전량을 처리할 수 있는 시설을 적용하는 시나리오로 계획되었다. 단위용량 2.
- 연구대상지별 해당 관측소의 최근 10년(2002년부터 2012년까지) 동안의 시강우자료를 이용하여 공동주택단지별 물순환 모의를 수행하였다. 침투 기작을 가지고 있는 LID 요소기술을 도로부 및 녹지부에 적용하였을 때 5mm 강우량 전량을 처리할 수 있는 시설을 적용하는 시나리오로 계획되었으며, 단위용량 2.
- 이를 위하여 입지적 조건과 규모가 다른 공동주택단지 3개소를 대상으로 LID 요소기술(침투기술) 적용 전후에 대하여 강우 분석과 물순환 분석을 시행하고, 이를 통하여 단지별 강우침투량, 지표증발량, 지표유출량을 모의하여 공동주택단지에 LID 요소기술의 적정성과 효과를 검증하도록 한다(표 6, 7 참조).
- 또한 국내외 사례를 검토하여 아직 정리되지 않은 LID-BMPs 용어를 국문과 영문으로 정리하였다(표 3 참조). 표 4는 정리된 10가지 BMPs에 대하여 토지이용별 적용성과 오염정화능력에 대한 문헌조사를 통하여 공동주택단지에 적용성 여부를 검토하였다.
대상 데이터
- 2005년 시공된 단지로 4개동 옥상(1,100m2)에서 유출되는 빗물을 침투정과 침투트렌치를 이용하여 1차적으로 처리 및 저감하여 빗물저류조로 유입하였고. 빗물저류조로 차집된 빗물은 단지 중앙 벽천수로 활용하고 있다.
- 연구 대상지별 해당 관측소의 최근 10년(2002년부터 2012년까지) 동안의 시강우자료를 이용하여 공동주택단지별 물순환모의를 수행하였으며, 침투 특성을 가지고 있는 LID 요소 기술을 도로부 및 녹지부에 적용하였을 때 5mm 강우량 전량을 처리할 수 있는 시설을 적용하는 시나리오로 계획되었다. 단위용량 2.12m3을 가지는 침투 시설을 동탄과 신갈에 각각 69개도, 78개소, 송도의 경우 44개소 적용하였다. 연구 대상지의 전체면적에 대한 LID 적용 면적은 약 0.
- 연구대상지 강우분석에 필요한 우량관측소 선정 시 우량관측소의 위치, 관측연수, 1시간 미만 강우자료 보유 등을 종합적으로 고려하여 우량관측소를 선정한다. 대상지구 주변 우량관측소를 조사한 결과, 연구대상지 내 우량관측소는 없고 대상지와 인접한 기상청 관할 관측소를 선정하였다. 관측소의 위치 및 Thissen 망 결과는 아래 그림에 나타내었으며, 동탄과 신갈의 경우 수원관측소를 적용하였다.
- 0mm로 최갈수년을 나타내었으며, 표 9와 표 10에서는 인천관측소와 수원관측소의 연평균 강우량을 나타내었다. 본 연구에서는 수원기상대와 인천기상대의 최근 10년간(2003~2012년)의 연속시강우자료를 활용하였으며, 기상청(2013)에서 제공하는 월평균 소형증발량(mm/day)을 적용하였다.
- 관측소의 위치 및 Thissen 망 결과는 아래 그림에 나타내었으며, 동탄과 신갈의 경우 수원관측소를 적용하였다. 송도의 경우 인천관측소를 적용하였으며, 장기연속유출모의를 수행하기 위하여 수원관측소와 인천관측소의 강우자료와 증발량 자료를 수집하였다. 강우량 자료는 SWMM 5.
- 연구대상지 강우분석에 필요한 우량관측소 선정 시 우량관측소의 위치, 관측연수, 1시간 미만 강우자료 보유 등을 종합적으로 고려하여 우량관측소를 선정한다. 대상지구 주변 우량관측소를 조사한 결과, 연구대상지 내 우량관측소는 없고 대상지와 인접한 기상청 관할 관측소를 선정하였다.
데이터처리
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송도의 경우 인천관측소를 적용하였으며, 장기연속유출모의를 수행하기 위하여 수원관측소와 인천관측소의 강우자료와 증발량 자료를 수집하였다. 강우량 자료는 SWMM 5.0 모형의 입력 자료로 활용하기 위하여 시계열 자료를 이용하였으며, 증발량 자료는 과거 관측 자료의
월 평균값을 사용하였다.
이론/모형
- 국내에서 물순환 분석에 이용되는 모형의 종류는 표 12에서 보는 바와 같이 SWMM, STORM, MUSIC, RainstockTM 등이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 연구대상지의 물순환 효과분석을 위하여 SWMM 5.0 모형을 활용하였다.
- 연구 대상지에 대하여 물순환 분석을 위한 유역특성은 GIS 프로그램과 설계도면(CAD)를 이용하여 대상지의 특성을 도출하였으며, CN(Curve Number)의 경우 평상시 유역에 대한 물순환 모의에 적용 가능한 AMC-Ⅱ를 적용하였다(표 13 참조).
성능/효과
- 4 mm/yr이다. LID 설치에 따른 침투량 증가 및 지표 유출저감의 효과는 각각 55.1%, 33.3%이다.
- 4 mm/yr이다. LID 설치에 따른 침투량 증가 및 지표유출저감의 효과는 각각 52.5%, 33.5%이다.
- 0 모델을 이용하여 공동주택단지 내 LID 침투시설(침투트렌치, 침투정) 물순환 모의를 시행하여 연구대상지에 대한 강우유출량, 침투량, 증발량을 분석하였다. 동탄, 신갈, 송도 3개 지역의 강우유출량 분석결과, 동탄지역의 경우 LID 설치전과 비교하여 설치 후 유출량이 19.4% 감소하였으며, 신갈지역의 경우 약 19.5%, 송도지역은 23.7% 감소하였다. 침투량의 경우 동탄지역 16.
- 12m3을 가지는 침투 시설을 동탄과 신갈에 각각 69개도, 78개소, 송도의 경우 44개소 적용하였다. 연구 대상지의 전체면적에 대한 LID 적용 면적은 약 0.95~0.97%로 1% 미만의 면적을 이용하여 빗물의 유출량 저감, 침투량 및 증발량을 증가시켰다. 이는 적은 면적으로 도시 내 물의 침투, 저류기능을 증대시키는 저영향개발에 큰 효과가 있는 것으로 판단된다.
- 인천관측소와 수원관측소의 최근 10년(2003~2012년)의 강우량을 분석하였으며, 인천관측소의 연평균 강우량은 1,234.5mm이며, 10년 중 2010년에 1,777.7mm로 최다 강우기록을 나타낸 것으로 분석되었다. 2007년은 1120.
- 연구대상지별 해당 관측소의 최근 10년(2002년부터 2012년까지) 동안의 시강우자료를 이용하여 공동주택단지별 물순환 모의를 수행하였다. 침투 기작을 가지고 있는 LID 요소기술을 도로부 및 녹지부에 적용하였을 때 5mm 강우량 전량을 처리할 수 있는 시설을 적용하는 시나리오로 계획되었으며, 단위용량 2.12m3를 가지는 침투시설을 동탄에 69개소 신갈에 78개소, 송도에 44개소에 적용하였고, 연구 대상지별 LID 적용 전․후의 침투량, 증발량, 지표유출량의 모의 결과 동탄지역의 지표유출량이 전체 강우량의 LID 설치에 따른 지표유출저감 효과는 33.3%로 분석되었으며, 신갈지역의 경우 33.5%, 송도지역은 38.9%로 모의되었다(그림 7 참조).
후속연구
- 본 LID 적용 물순환 모의는 각자 위치와 입지 조건이 다른 공동주택단지 3개소를 대상으로 LID 요소기술 중 투수기능의 적용성과 효율을 검증하는 과정이며, 향후 세부설계 및 시공 모니터링을 통해 LID 침투시설의 적용성을 확대할 계획이다.
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