[논문]강우유출수 차집능력 증대형 빗물받이의 성능 평가

한상종; 신현준; 황환국

doi:10.11001/jksww.2017.31.6.567

강우유출수 차집능력 증대형 빗물받이의 성능 평가
Evaluation of Catchbasin for Increasing Interception Capability of Stormwater Runoff 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.31 no.6, 2017년, pp.567 - 575

한상종 (한국건설기술연구원 환경플랜트연구소) , 신현준 ((주)엔포텍디에스) , 황환국 (한국건설기술연구원 환경플랜트연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

It is not cost effective to raise the density of catch basins in preparation for heavy rainfall in terms of construction and maintenance. Our researchers have developed the new catch basin for increasing interception capacity of runoff with internal filtration structure. To compare interception capacity of an existing catch basin with the invented catch basin, a hydraulic experiment device with 4% of road gradients and 0.2% of road gradients was constructed. For runoff conditions of 4.4 l/s, 6.7 l/s and 10.4 l/s, capability of runoff and separation capability of debris (sand and leaves) were evaluated. As the main experimental results, the effectiveness of the developed catch basin has been verified with an increase in interception rate of approximately 22% for the runoff of 6.7 l/s as heavy rainfall. However, the results of invented catch basin showed only 4.5% of settlement rate of debris regarding sand. Therefore, the authors proposed an improved tilted screen structure additionally. After reviewing the performance of improved catch basin, application of the invented catch basin is expected to drain runoff effectively when it is applied to the faulty road drainage section.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

강우 유출수를 효과적으로 배수하여 침수를 예방하기 위하여 기존 빗물받이의 일반적인 제품 규격을 탈피하고 내부 공간을 좀 더 확보할 수 있는 차집능력 증대형 빗물받이를 고안하기 위하여 선행 빗물받이 사례를 검토하였다. 선행 사례들은 초기우수에 포함된 미세한 오염물질까지 차단하고 흡착하기 위한 초기우수처리시설형 (Fig.
4 l/s인 고유출량 조건에서는약 8%의 차집률 증가를 나타냈다. 따라서 고안된 빗물받이의 차집능력 효과성을 일부 확인하였다.
따라서 본 연구의 목적은 (1) 빗물받이를 개선하여 차집·배제능력을 향상시킬 수 있는 새로운 방법론을 개발하고, (2) 강우강도별 수리실험을 실시하여 기존 그레이팅 빗물받이와 신규 고안된 빗물받이의 차집성능을 비교하는 것이다.
도로면 강우 유출수를 신속히 배제하기 위하여 빗물받이 설치밀도를 높이는 것은 시공성 및 유지관리 용이성 측면에서 효율적이지 못하다. 본 연구에서는 신개념으로 내부 거름구조를 가지는 차집능력 증대형 빗물받이를 고안하였다. 도로 종경사 4%, 도로 횡경사 0.

가설 설정

8. Concept of solid-liquid separation at the developed catchbasin.

제안 방법

강우강도별로 강우 유출수를 생성하기 위하여 강우실 험장치에 순환수 유량밸브를 개폐함에 따라서 투입유 량조건을 측정하여 4.4 l/s, 6.7 l/s, 10.4 l/s 조건을 생성하였다.
고안한 빗물받이 기술은 두 가지 형태로서 설계되 었으며, 집수면적 및 설치환경에 따라 적용 가능하도록 하였다. 차이점은 협잡물에 의한 막힘으로부터 자유롭게 강우 유출수가 유입하도록 새로운 유하공간(Type A: 측구 유출수 유하측 노면일체형의 유입부, Type B: 그레이팅 연석일체형의 연석하부)을 두고, 그레이팅 하단에 경사지게 설치된 다공성 스크린을 통해 빗물이 배수되는 기본 개념을 가진다.
기존 빗물받이는 그레이팅에 낙엽들이 모여서 노면 유출수가 차집되는 것을 방해하는 반면 차집효율 증대형 빗물받이는 낙엽 등의 협잡물을 경사스크린에서 걸러 내부 청소조로 모아지게 하는 것을 기본 방향으로 하고 있다. 기존 빗물받이 그레이팅과 내부 경사면에 거름구조를 가지고 있는 빗물받이의 낙엽차집량을 분석하였다 (Fig. 6).
기존 빗물받이와 고안된 차집능력 개선형 빗물받이의 실규모 모의실험을 수행하기 위해 배수로 및 저수조를 갖춘 수리모형시설을 제작하여 A형 빗물받이와 기존 그레이팅을 각각 설치하여 수리실험장치에 유량을 공급하였다. 수리실험장치의 제원은 Fig.
본 연구에서는 신개념으로 내부 거름구조를 가지는 차집능력 증대형 빗물받이를 고안하였다. 도로 종경사 4%, 도로 횡경사 0.2%의 수리모형 실험장치를 제작하고 3가지 케이스의 강우 유출량과 빗물받이의 막힘을 유발하는 협잡물을 동시에 유하시켜 고안한 빗물받이의 차집능력을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
0 m) 그레이팅를 각각 이용하여 강우강도 별로 3가지 케이스로 구분하여 차집유량 비교 실험을 실시하였다. 도로면 강우 유출량 조건을 산출하기 위해 빗물받 이의 최대 설치간격 30 m, 편도 6차선의 도로폭 20 m를 기준으로 집수면적을 구하고, 빗물받이 집수면적 이외의 상류로부터 바이패스되어 흘러들어오는 유량을 감안하여 집수면적 900 m²으로 계산하였다. 강우 유출수 저-중-대유량조건 4.
기존 빗물받이 개발품들은 그레이팅 하단에 이토실 또는 오염물질 처리조, 악취역류방지시설이 위치하고 있어서 집중강우시 유출수를 차집·배제하는데는 방해 요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 강우 시 노면에 흐르는 유출수를 협잡물의 방해를 받지 않고 온전히 공공하수도로 원활하게 배수하는 기술과 함께 침사조를 그레이팅으로부터 분리하여 쌓인 퇴적물을 청소구를 쉽게 통해 처리할 수 있도록 차집능력 개선형 빗물받이를 고안하였다 (Fig. 2).
따라서 유지관리용 침사조로 협잡물을 충분히 유도하기 위하여 내부 경사스크린의 표면은 원뿔형으로 오목하게 제작하고, 단위 경사스크린의 격벽을 90℃ 이상을 지니도록 하는 고액분리용 경사스크린 구조물을 제안하였다.
마사토와 낙엽은 각각 5 kg과 0.3 kg 비율로 섞어서 협잡물로 조제하였고, 유량개방시 빗물받이로부터 상류측 50 cm 위치에서 협잡물을 투하하였다.
본 연구에서 고안된 내부 거름구조를 가지는 차집 능력 증대형 빗물받이와 기존 빗물받이(0.4 m × 1.0 m) 그레이팅를 각각 이용하여 강우강도 별로 3가지 케이스로 구분하여 차집유량 비교 실험을 실시하였다.
2%로 고정시켰다. 유량 공급조의 수두 높이를 일정하게 하여 유입유량을 유지하도록 하였고, 빗물받이 유출구로부터 정류장치를 설치하고 삼각웨어를 통하여 차집유량을 측정하였다.
4 l/s 조건을 생성하였다. 차집유량 비교 실험은 일련의 유출량 지속 시간 총 15분 단위로 각 3회씩 유량 측정용 버켓을 이용하여 일정간격 (3분)마다 측정하여 총 15회 결과를 각각 비교하였다. 기존 빗물받이와 고안된 빗물받이의 협잡물 차집효과를 비교분석하기 위한 재료선정은 마사토와 낙엽을 활용하였다.

대상 데이터

따라서 빗물받이 이토실에서 퇴적가능한 입자는 하수관내 발견된 퇴적토보다 약간 조립입자로서 체거름 체 2.8mm에 거른 시료를 활용하였다.
차집유량 비교 실험은 일련의 유출량 지속 시간 총 15분 단위로 각 3회씩 유량 측정용 버켓을 이용하여 일정간격 (3분)마다 측정하여 총 15회 결과를 각각 비교하였다. 기존 빗물받이와 고안된 빗물받이의 협잡물 차집효과를 비교분석하기 위한 재료선정은 마사토와 낙엽을 활용하였다. 빗물받이내 퇴적토의 물리적 성상을 구현하기 위하여 선행문헌조사 결과, Yosimoto 등은 일본의 합류관에 퇴적된 침전물 중에 입경 2 mm 이상의 것은 전체의 10% 정도 밖에 차지 하고 있지 않다고 보고한 바 있다(1994).
8mm에 거른 시료를 활용하였다. 낙엽의 선정은 G시에서 식재된 가로수종 중 빗물받이 막힘을 유발할 수있는 낙엽수종으로서 느티나무와 중국단풍을 채택하 였다. 기타 담배꽁초는 최근 버스정류장 등 공공장소 흡연금지 정책의 발효에 따라 줄어드는 추세이고, 종이 쓰레기와 같은 불특정한 협잡물은 일반화하기가 어려워서 시료에 포함시키지 않았다.

성능/효과

1) 기존 빗물받이와 고안된 빗물받이의 차집효율을 비교검토한 결과, 4.4 l/s 저유출량조건 에서는 거의 동등하였다. 그러나 6.
내부 거름구조가 있는 빗물받이는 대부분 내부 경사 스크린을 통해서 궁극적으로 침전조에 쌓이는 것을 확인하였다. 10.4 l/s 유출량 기준으로 내부 거름구조로 유입된 낙엽 중 경사스크린에 머무른 낙엽은 약 33% (0.04kg), 침사조에 유입된 낙엽은 66% (0.08kg) 정도로 양호한 결과를 나타냈다. 그러나 일부 내부 거름구조에 유입된 낙엽면이 경사스크린에 달라 붙어 고정되는 경향도 발견되었다.
2) 고안된 빗물받이의 유지관리용 토사 침전조의 활용성을 검토한 결과, 낙엽류 협잡물의 경우 66%가 침사조로 유입되었으나, 토사류 협잡물은 유출량과 함께 대부분 경사스크린의 공극을 통하여 배수조로 빠져나가고 오직 4.5% 정도만 침사조로 유입되었다. 따라서 유지관리용 침사조로 협잡물을 충분히 유도하기 위하여 내부 경사스크린의 표면은 원뿔형으로 오목하게 제작하고, 단위 경사스크린의 격벽을 90℃ 이상을 지니도록 하는 고액분리용 경사스크린 구조물을 제안하였다.
고유출량 조건인 10.4 l/s는 기존 빗물받이의 차집 유량 8.19 l/s, 고안된 빗물받이 차집유량 8.83 l/s으로서 약 8%의 향상을 보였다(Fig.
본 내부 거름구조를 가지는 신규 빗물받이는 기존 그레이팅 빗물받이에 비하여 20~30mm/hr 정도의 집중강우 발생시에는 약 22%의 차집률 증가를 보였음을 확인하였다. 그러나 고유출량조건에서 차집효율이 오히려 떨어진 이유는 수리모형실험장치의 재현성 부족의 결과인 것으로 판단된다.
그러나 고유출량조건에서 차집효율이 오히려 떨어진 이유는 수리모형실험장치의 재현성 부족의 결과인 것으로 판단된다. 빗물받이측 L형 측구의 경사조건을 급하게 하여 고유출량조건에서 고유출량이 빗물받이측으로 과부하를 일으키도록 해야 하나, 0.2%의 완만한 횡경사를 활용하였기에 고유출량이 빗물받이측으로 모이지 않고 도로면으로 직유하된 유량이 과다하여 오히려 효율이 감소하였다.
세부적으로 ‘도로공사 표준 시방서(2009)’ 및 ‘도로 설계 요령(2009)’에 따르면 L형측구의 스틸 그레이팅 뚜껑의 베어링 바(bearing bar)의간격은 50 mm 이어야 하며, T=20(후륜일축하중 8t)에 견딜 수 있는 제품이어야 한다고 명시하고 있었다. 스틸 그레이팅의 베이링 바 및 크로스 바 간격은 제조업 체에 따라 유출수 흐름방향에 따라 비율이 조금씩 상이 했으나, 평균적으로 베어링바 순간격(두께 제외)은 22 ~ 35mm, 크로스바 순간격(두께 제외)은 89 ~ 93mm 정도를 차지하였다. 그 밖에 도로의 연석은 차도에 접하여 설치하는 경우 높이 25cm 이하로 설치하고 있었다.
중유출유량 조건인 6.7 l/s은 기존 빗물받이 그레이팅의 평균 차집 유량이 3.64 l/s, 고안된 빗물받이는 평균 차집유량이 4.45 l/s로서 기존 빗물받이 차집유량에 비하여 22% 향상된 결과를 보였다(Fig.
차집효율 비교실험결과로서, 저유출유량 조건 4.4l/s 에서는 기존 빗물받이 평균 차집유량이 2.72 l/s, 고안된 빗물받이는 평균 2.70 l/s로서 실험오차범위 내에서 비슷한 차집효율을 나타냈다(Fig. 5, a).

후속연구

3) 향후 본 개발 빗물받이의 성과검증을 위해 수리모형장치를 개선하고, 수정된 고액분리용 경사스크린을 통하여 차집효율을 평가할 필요가 있다. 그 결과가 성공적인 경우, 고안된 빗물받이는 빗물받이 설치밀도를 높이지 않아도 노면유출수 배제효과를 배가 시킬 수 있으며, 지자체에서 연례적으로 장마철이전에 빗물받이 준설청소시 유지관리의 수월성을 기대할 수 있을 것이다.
3) 향후 본 개발 빗물받이의 성과검증을 위해 수리모형장치를 개선하고, 수정된 고액분리용 경사스크린을 통하여 차집효율을 평가할 필요가 있다. 그 결과가 성공적인 경우, 고안된 빗물받이는 빗물받이 설치밀도를 높이지 않아도 노면유출수 배제효과를 배가 시킬 수 있으며, 지자체에서 연례적으로 장마철이전에 빗물받이 준설청소시 유지관리의 수월성을 기대할 수 있을 것이다.
본 개발 빗물받이는 내부 거름구조를 개선하여 토사는 거르고, 빗물은 충분히 유하할 수 있는 내부 경사구조물의 장치적 개선이 필요하다. Fig.
이때 다량의 조립모래성분은 침전조에 가라 앉게 될 수 있도록 하였다. 본 개선된 경사스크린은 향후 추가적인 수리 모형실험을 통해 성과를 검증할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하수관로의 계획우수량 결정을 위한 확률년수의 변화는 어떠한가?	최근 기후변화에 따른 기설 하수관로의 통수능력를 초과하는 집중강우가 종종 발생함에 따라 하수관로의 계획우수량 결정을 위한 확률년수는 과거 5~10년(지선 5년, 간선 10년)에서 10~30년으로 상향 조정되었고 (KWWA, 2011), 각 지자체 별로 배수펌프장 확장 및신설, 우수저류시설 설치 등 집중강우에 대비한 하수도 시설의 정비를 지속적으로 진행해왔다. 그 중 빗물받이는 가장 기본적인 하위 배수시설물로서 도로노면의 강우 유출수를 지하 하수관로로 차집·배제시키는 역할을 수행하는데, 이 기능이 원활하지 못하면 침수방지에 자유롭지 못하다.
	집중강우에 대비한 하수도 시설의 정비에서 가장 중요한 과제는 무엇인가?	아울러 국지적인 차집·배제능력 미달된 빗물받이만으로도 저지대 도로면의 막힘현상을 유발하여 차량 통행을 마비하거나 보행자의 거동을 불편하게 한다. 따라서 빗물받이가 적절한 노면 유출수 차집능력을 지속적으로 유지하는 것은 중요한 해결과제 중 하나이다.
	하수관로의 계획우수량 결정을 위한 확률년수를 상향 조정시킨 이유는 무엇인가?	최근 기후변화에 따른 기설 하수관로의 통수능력를 초과하는 집중강우가 종종 발생함에 따라 하수관로의 계획우수량 결정을 위한 확률년수는 과거 5~10년(지선 5년, 간선 10년)에서 10~30년으로 상향 조정되었고 (KWWA, 2011), 각 지자체 별로 배수펌프장 확장 및신설, 우수저류시설 설치 등 집중강우에 대비한 하수도 시설의 정비를 지속적으로 진행해왔다. 그 중 빗물받이는 가장 기본적인 하위 배수시설물로서 도로노면의 강우 유출수를 지하 하수관로로 차집·배제시키는 역할을 수행하는데, 이 기능이 원활하지 못하면 침수방지에 자유롭지 못하다.

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KIPRIS, http://www.kipris.or.kr/khome/main.jsp (December 11, 2017).

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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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