[논문]투수블록시설의 유출저감효과 분석 및 강우강도-지속시간 관계 분석

한상윤; 길경익

doi:10.17663/jwr.2020.22.1.1

투수블록시설의 유출저감효과 분석 및 강우강도-지속시간 관계 분석
Analysis of Runoff Reduction Effect and Rainfall Intensity-Duration Time of Permeable Block Facility 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.22 no.1, 2020년, pp.1 - 7

한상윤 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) , 길경익 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과)

초록
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비점오염은 수계에 악영향을 끼치며 그 영향은 점차 커지고 있다. 이러한 비점오염을 관리하기 위해 정부에서는 LID(Low Impact Development) 시설의 연구와 다양한 효율평가를 시행하고 있다. 본 연구에서는 다양한 LID 시설 중 실제 설치된 투수 블록 시설의 강우 유출 억제를 위한 유출 저감율, 저류 강우량 분석 및 유출 지연시간 그리고 최대 유입 및 유출의 저감율을 분석했으며, 그 결과를 각 시설 간 비교했다. 불투수블록, 필터형 투수블록, 틈새형 투수블록 순서대로 분석 결과 저감 효율이 높게 나타났으며, 이를 통해 강우강도-유출지연시간간의 관계를 나타낸 그래프를 제시하였다. 이 그래프를 통해 앞으로 설계 시, 본 시설과 유사한 투수블록 시설의 재현 기간에 따른 시설 용량 선정 등의 설계에 도움을 줄 수 있으리라 생각한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-point pollution adversely affects the water system and its influence is increasing. In order to manage such nonpoint source pollution, the government has conducted studies on LID (Low Impact Development) facilities and various efficiency evaluations. In this study, the actual installed permeable block facility among the various LID facilities was analyzed the effluent reduction rate, the residual rainfall analysis, the runoff duration time and the reduction rate of the maximum inflow and outflow for the rainfall runoff control and the results were compared the other facilities. The analysis results show that the reduction efficiency is high in order of impermeable block, filter type permeable block, and clearance type permeable block, and the graph showing the relationship between the rainfall intensity and the runoff duration time is presented. This graph can be helpful in the design of facilities such as the facility capacity selection according to the reproduction period of the permeable block facility similar to this.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Monitoring area and permeable block facility
그림 Fig. 2. Permeable block facility
표 Table 1. Summary of rainfall events in facility
그림 Fig. 3. Stored rainfall relative to total rainfall
그림 Fig. 4. Comparison of stored rainfall permeable block
그림 Fig. 5. Comparison of runoff duration time by permeable block
그림 Fig. 6. Comparison of maximum inflow and outflow reduction by facility
그림 Fig. 7. Relation of rainfall intensity duration time and runoff

AI 본문요약
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문제 정의

또한 최근에는 비점오염 저감 시설의 종류 및 용량을 결정하여 설계할 시 유량 저감 효과, 지하수 충진등의 강우 유출수 관리능력 또한 주목받고 있는데(Lee, 2016; Valinski and Chandler, 2015) 이는 환경부의 비점오염저감시설의 설치 및 관리 운영 매뉴얼(MOE, 2016)에서도 수로 보호 및 홍수 예방이 필요한 지역에서의 비점오염저감시설 설계 시 기존 시설로 부족할 경우 추가적 시설의 설치를 고려하는 등의 강우 유출수 관리능력에 대한 언급을 하는 것을 통해 확인할 수 있다. 실제 투수블록 시설의 유량저감 효율분석을 다양한 조건의 강우 모니터링 자료를 바탕으로 실시하였다. 이러한 시설 효율 분석을 통해 투수블록 형태별 강우 강도와 시설의 유출지연 시간 간의 관계를 알아보았다.
실제 투수블록 시설의 유량저감 효율분석을 다양한 조건의 강우 모니터링 자료를 바탕으로 실시하였다. 이러한 시설 효율 분석을 통해 투수블록 형태별 강우 강도와 시설의 유출지연 시간 간의 관계를 알아보았다. 이는 연구 대상 지역의 투수블록형 비점오염저감시설 설계 시 강우 강도와 유출지연 시간에 따른 시설의 유출 발생 여부 및 재현 기간에 따른 시설 용량 선정 등에 도움을 줄 수 있을 것이라 예상한다.

제안 방법

도로 및 인도에서 가장 쉽게 접할 수 있는 투수포장시설의 유출 저감율, 저류 강우량, 유출 지연 시간, 최대 유·출입 유량저감을 비교하여 연구 대상 시설의 유량 관련 시설효율을 평가하였다.
Table 1은 연구 대상 시설의 강우 사상을 나타내고 있다. 시설별 6회씩의 모니터링으로 총 18번의 모니터링을 시행하였으며, 불투수 포장은 인공강우 5회, 실제 강우(이하 실강우) 1회의 모니터링, 투수포장A, B는 실강우와 인공강우를 합한 강우를 3회, 인공강우만을 이용한 3회의 모니터링을 하였다. 또한 최소 3일 이상의 선행건기일수를 확보했다.

대상 데이터

연구 대상 시설은 별도의 유역은 존재하지 않으며, 강우가 시설 내부로 직유입되므로 시설의 면적인 14.4m²이 해당 시설의 배수 면적이라 할 수 있다. 시설의 하부 토양층은 모래층과 자갈층으로 구성되어 있으며 유공관은 자갈층 구간에 설치되어 있고, 이 유공관은 강우가 시설 내부로의 침투 및 침루가 발생하여 지하 수위가 일정 이상 상승한 경우 원활한 유출을 발생시키기 위해 설치되어 있다.

성능/효과

각 시설의 유출 저감율을 살펴보면 불투수포장의 경우 인공강우 유입 및 유출 유량은 평균 0.45m3, 0.28m3 의 값을 보였고, 유출 저감율은 약 37.9%로 나타났다.
강우강도-유출 지연시간 관계 곡선을 통해 시설에 저류된 강우량, 유량등의 값들을 쉽게 파악할수 있으며, 강우강도와 강우지속시간간의 관계를 통해 시설유출시간을 예측할 수 있었다. 또한 IDF곡선과 함께 비교하여 본 시설과 유사한 투수성 블록 시설 설계시 재현기간에 따른 시설 용량 선정등의 설계에 도움을 줄 수 있을것이라 생각한다.
도로 및 인도에서 가장 쉽게 접할 수 있는 투수포장시설의 유출 저감율, 저류 강우량, 유출 지연 시간, 최대 유·출입 유량저감을 비교하여 연구 대상 시설의 유량 관련 시설효율을 평가하였다. 그 결과 투수블록의 비율이 높은 투수포장B 시설이 전체적으로 높은 시설 효율을 보였다. 또한, 분석된 결과를 바탕으로 유출에 영향을 주는 강우강도와 유출 지연시간간의 관계를 나타낸 관계 곡선을 제시하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었으며, 향 후 연구과제로써 좀 더 많은 시설별 추가 모니터링이 필요할 것이며, 이를 이용한 다변량 분석 및 다중 회기분석등의 통계적 기법을 사용하여 연구를 보완할 수 있을 것이다.
대상 시설별 각 시설의 유출 저감율은 불투수 포장의 경우 약 21.4~53.6%, 투수포장A의 경우 약 55.0% 그리고 투수포장B의 경우 약 84.7%의 유출 저감 효과를 보이는 것으로 나타났다. 또한 시설 내 저류된 강우량의 경우 불투수 포장은 평균 5.
대상 시설별 시설의 최대 유입유량대비 최대 유출유량 (ΔQPeak) 저감 비교의 결과는 불투수포장의 경우 평균 27.9%, 투수포장A의 경우 24.2% 그리고 투수포장B의 경우는 53.5%로 나타났으며, 투수포장A대비 매우 높은 저감수치를 나타내었다.
대상 시설별 유출 지연 시간은 중앙값 기준 불투수 포장의 경우 18.9분, 투수포장A는 77.4분 그리고 투수포장B는 122.4분으로 나타났다.
모니터링 대상 강우 조건은 불투수포장 평균 강우강도 2.5~42.5mm/hr, 투수포장A는 0.6~36.3mm/hr 그리고 투수포장B는 0.6~77.6mm/hr 의 강우강도 이며 이를 통해 현실적인 강우강도 조건에서의 실험이 이루어졌음을 확인 할 수 있다. 실강우 및 인공강우를 사용해 시설의 효율을 평가함으로써, 실강우조건과 함께, 자유롭게 강우강도를 조절할 수 있는 인공강우의 특성을 이용하여 시설의 효율을 평가함에 있어, 다양하고 세밀한 강우 조건에서의 시설 효율을 평가할 수 있었다.
3의 저류된 유량을 이용하여, 시설별 시설 내 저류된 강우량을 비교한 그래프이다. 불투수포장, 투수포장A, 투수포장B의 순서대로 저류된 강우량이 값이 높았다. 불투수포장의 경우 평균 5.
이러한 지연시간의 차이를 보이는 이유는 앞선 각 투수포장별 침투 및 저류된 강우량에 따른 결과로 관련지어 해석할 수 있다. 시설 전체적으로 초기손실이 발생하였으며, 불투수포장의 경우 일부 강우가 표면에 저류되는등의 이유로 유출 지연이 발생하였고, 투수포장A와 투수포장B의 경우 투수블록이 설치되지 않은 불투수포장 시설보다 유출지연시간이 크게 증가한 것을 볼 수 있다. 또한 투수포장B의 경우 투수포장A보다 약 58% 높은 유출지연시간을 보이고 있다.
이는 투수포장A시설과 비교하였을 시 약 2배 이상의 높은 저감 효율을 나타낸 것으로 판단된다. 시설별 결과를 보았을 때, 투수블록의 비율이 적은 투수포장 A시설의 경우 불투수 포장시설과 비교하여 큰 저감율의 차이를 보이지 않았으나, 투수블록의 비율이 높은 투수포장 B시설의 경우 앞선 두 시설에 비해 높은 저감율을 보였다. 이를 통해 투수포장 시설에서 불투수 포장시설과 비교하여 의미있는 최대 유입 유량 대비 최대 유출 유량의 저감율을 확보하기 위해서는 높은 투수블록의 비율이 필요할 것으로 생각된다
6mm/hr 의 강우강도 이며 이를 통해 현실적인 강우강도 조건에서의 실험이 이루어졌음을 확인 할 수 있다. 실강우 및 인공강우를 사용해 시설의 효율을 평가함으로써, 실강우조건과 함께, 자유롭게 강우강도를 조절할 수 있는 인공강우의 특성을 이용하여 시설의 효율을 평가함에 있어, 다양하고 세밀한 강우 조건에서의 시설 효율을 평가할 수 있었다. 또한 일정한 강우강도가 장기적으로 지속됨에 따라 최대 유출 유량 저감평가를 위한 장기간의 모니터링이 가능하였다.
7%로 나타났다. 유출 저감율을 산정한 결과 투수포장 시설별 투수블록의 비율 및 종류에 따라 효율이 다르게 나타났고, 투수블록의 비율이 높을수록 저감율이 높게 나타나는 경향을 보였다. 이는 시설자체의 저류효과가 결과에 작용했으며, 또한 시설 면적 대비 단위 투수블록이 차지하는 집수 면적이 차이가 투수포장B의 시설이 더 작고, 투수포장B의 경우 투수블록의 비율이 100%인 만큼 시설의 전면에 걸쳐 고른 투수가 이루어졌다는 점과 또한 투수 블록의 공극에 추가적인 저류가 발생하는 등의 이유로 판단된다.
투수포장A의 경우 유입 및 유출 유량은 평균 1.34m3, 0.67m3 의 값을 보였고, 유출 저감율은 약 55.0%로 나타났으며, 투수포장B의 경우 유입 및 유출 유량은 평균 2.78m3, 0.39m3 의 값을 보였고, 유출 저감율은 약 84.7%로 나타났다.
이는 불투수포장의 시설 특성상 강우가 유출되기까지의 지연시간이 발생하고 시설의 표면 등에 일부 강우가 저류되는 이유로 저감율이 발생한 것으로 해석할 수 있다. 투수포장A의 최대 유입유량대비 최대 유출유량의 저감율은 24.2%이고, 투수포장B의 저감율은 53.5%이다. 이는 투수포장A시설과 비교하였을 시 약 2배 이상의 높은 저감 효율을 나타낸 것으로 판단된다.

후속연구

강우강도-유출 지연시간 관계 곡선을 통해 시설에 저류된 강우량, 유량등의 값들을 쉽게 파악할수 있으며, 강우강도와 강우지속시간간의 관계를 통해 시설유출시간을 예측할 수 있었다. 또한 IDF곡선과 함께 비교하여 본 시설과 유사한 투수성 블록 시설 설계시 재현기간에 따른 시설 용량 선정등의 설계에 도움을 줄 수 있을것이라 생각한다.
7을 통해 시설의 저류된 강우량, 유량등의 값들과 함께 IDF곡선과 비교하여 본 시설과 유사한 전주지역 투수성 블록의 시설 설계 시 재현기간에 따른 시설 용량 선정 등에 도움을 줄 수 있을 것이라 예상된다. 또한 이 후 추가적인 모니터링을 통해 그래프의 신뢰도를 높일 수 있을 것이라 생각된다. Fig.
그 결과 투수블록의 비율이 높은 투수포장B 시설이 전체적으로 높은 시설 효율을 보였다. 또한, 분석된 결과를 바탕으로 유출에 영향을 주는 강우강도와 유출 지연시간간의 관계를 나타낸 관계 곡선을 제시하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었으며, 향 후 연구과제로써 좀 더 많은 시설별 추가 모니터링이 필요할 것이며, 이를 이용한 다변량 분석 및 다중 회기분석등의 통계적 기법을 사용하여 연구를 보완할 수 있을 것이다.
이러한 시설 효율 분석을 통해 투수블록 형태별 강우 강도와 시설의 유출지연 시간 간의 관계를 알아보았다. 이는 연구 대상 지역의 투수블록형 비점오염저감시설 설계 시 강우 강도와 유출지연 시간에 따른 시설의 유출 발생 여부 및 재현 기간에 따른 시설 용량 선정 등에 도움을 줄 수 있을 것이라 예상한다.
하지만, A지점에서 강우 시간이 증가한 B지점을 봤을 때 이 강우가 약 3시간 이상 지속될 시 투수블록B에서도 유출이 발생될 것을 예상할 수 있는데 이는 전주지역의 IDF곡선에 근거하여 산정된 재현기간 약 50~70년에 해당하는 강우강도이다. 이와 같이 Fig. 7을 통해 시설의 저류된 강우량, 유량등의 값들과 함께 IDF곡선과 비교하여 본 시설과 유사한 전주지역 투수성 블록의 시설 설계 시 재현기간에 따른 시설 용량 선정 등에 도움을 줄 수 있을 것이라 예상된다. 또한 이 후 추가적인 모니터링을 통해 그래프의 신뢰도를 높일 수 있을 것이라 생각된다.
이는 투수포장 시설별 투수블록의 비율에서 그 이유을 확인할 수 있었다. 추 후 연구를 통해 투수블록의 비율과 저감율간의 관계를 파악할 수 있을 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비점오염원이란 무엇인가?	비점오염원이란 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등으로서 불특정장소에서 불특정하게 수질오염 물질을 배출하는 배출원을 말한다(MOE, 2016). 이러한 비점오염원은 도시화로 인한 불투수면의 증가와 함께 강우가 하천으로 직유입 되어 홍수의 위험 증가와 수계의 수질에 악영향을 끼치는 등 많은 문제점을 발생시킨다(Gil et al.
	비점오염을 관리하기 위해 정부에서는 어떤 것을 시행하고 있는가?	비점오염은 수계에 악영향을 끼치며 그 영향은 점차 커지고 있다. 이러한 비점오염을 관리하기 위해 정부에서는 LID(Low Impact Development) 시설의 연구와 다양한 효율평가를 시행하고 있다. 본 연구에서는 다양한 LID 시설 중 실제 설치된 투수 블록 시설의 강우 유출 억제를 위한 유출 저감율, 저류 강우량 분석 및 유출 지연시간 그리고 최대 유입 및 유출의 저감율을 분석했으며, 그 결과를 각 시설 간 비교했다.
	Low Impact Development 시설 중 투수블록 시설을 사용함으로서 어떤 효과를 얻을 수 있는가?	, 2008). 다양한 LID시설 중 투수블록 시설은 빗물이 지하로 스며들 수 있도록 함으로써 토양수의 증발에 따른 기온의 저하, 토양미생물의 보전, 지하수 함량에 의한 물순환 재생, 미기후 조절, 수질 오염저감, 수목 및 생물의 생육환경 조성 등의 환경보전의 효과를 가지고 있다. 또한 일상 생활에서 도심, 주차장 지역등 가장 광범위하게 설치되고 볼 수 있는 시설이며, 일반적으로 지하수를 고갈시키고 물순환 체계를 왜곡시키는 아스팔트형 포장 대비 투수포장은 빗물침투, 저류등을 통해 강우의 유출지연을 높이는 효과가 있다(Brattebo et al., 2003).

참고문헌 (12)

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저자의 다른 논문 :

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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