[논문]저영향개발기법이 도시 유출에 미치는 영향

김희수; 정건희

doi:10.17663/jwr.2021.23.4.307

저영향개발기법이 도시 유출에 미치는 영향
The Effect of Low Impact Development Techniques on Urban Runoff 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.23 no.4, 2021년, pp.307 - 316

김희수 (호서대학교 재난안전시스템학과) , 정건희 (호서대학교 건축토목공학부)

초록
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도시개발의 지나친 진행에 따라 불투수면의 증가로 인해 유출이 증가되어 도시 홍수에 대한 우려가 증가되고 있으며, 도시 유역의 물순환을 개발 이전과 같은 상태로 되돌리고자 하는 노력이 지속되고 있다. 이를 위한 노력으로 저영향 개발(Low Impact Development, LID) 기술이 저류, 침투, 증발산과 같은 기작을 통해 도시개발 전후의 수문 현상을 모사하기 위해 주목받기 시작했으며, LID를 실제 유역에 도입할 수 있는 기법에 대한 연구가 국·내외에서 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 도시 소유역에 강우-유출 수문모형인 SWMM의 모의를 통해 LID를 적용하여 목표로 유출량 저감 효과를 시나리오 별로 분석 및 평가하였다. SWMM-LID 모형을 가산1빗물펌프장 유역을 대상으로 구축하였으며 옥상녹화와 투수성 블록 포장 기법을 기법별 정성평가를 통해 유역에 적용할 LID 기법으로 선정하였다. SWMM내에서 저류 및 침투를 통한 총 유출량 감소 효과를 위해 설정되어야 하는 각 인자들을 설계 하였으며, 6가지 시나리오를 선정하여 모의한 결과, 투수성 포장에 의한 저감 효과가 옥상녹화에 의한 저감 효과보다 더 크게 나타났다. 향후 유역의 특성에 맞는 LID 시설의 설계가 필요하며, 특히 서로 영향을 미치는 하천이나 지하수위 등 도시 수자원 요소들은 전체 시스템에서 고려할 수 있도록 고려되어야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Due to rapidly increased urbanization, impervious area has been extended and concerns about urban flooding has been increased as well. A lot of effort has been made to restore the urban water circulation. Low Impact Development (LID) technology that consist of retention, infiltration, and evapotranspiration has begun to attract attention to simulate the hydrologic phenomenon before and after development. Many researches on the technique is being actively conducted. In this study, the effect on reducing runoff in urban catchment was analyzed and evaluated by applying LID techniques using SWMM and six scenarios. A SWMM-LID model was built for the Gasan 1 rainwater pumping station basin, and Green Roof and Permeable Pavement were selected as LID techniques to be applied. As a result, the reduction effect of the permeable pavement was larger than green roof. In the future, the results could be used to design a LID facility using the characteristics of the watershed, and other urban water resource factors such as river and groundwater levels that affect each other should be considered, so that the entire system can be considered.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Conceptual diagram of a bio-retention cell LID in SWMM model(SEMCOG, 2008)
표 Table 1. Layers used to different types of LID units in SWMM model (EPA, 2010)
그림 Fig. 2. Gasan 1 Rainwater Pump Station Basin Diagram
그림 Fig. 3. Gasan 1 Rainwater Pump Station storm water Network Diagram
표 Table 2. Variables considered in LID Controls (EPA, 2010)
그림 Fig. 4. Rainfall data in Geumcheon-gu
그림 Fig. 5. LID Control Editor for Green Roof
그림 Fig. 6. LID Control Editor for Permeable Pavement
그림 Fig. 7. Area measurement using Google Earth Pro
그림 Fig. 8. Inflow Results by Area
그림 Fig. 9. Inflow Results by Technique
표 Table 3. Inflow Changes in volume by scenarios

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 LID 기법을 도시 소유역에 적용하여 강우-유출 수문모형인 SWMM의 모의를 통해 시나리오별 유출량 저감 효과를 분석하는 것이다. 이에 앞서 대상유역에서의 저감 목표 및 LID 기법을 설정하고 LID 장치의 제원을 설계함으로써 저감에 영향을 미치는 변수에 대해 고려하고자 하였다.
옥상녹화와 투수성 포장 LID 기법을 가산1빗물펌프장 유역을 대상으로 적용함에 있어 그 효율성을 검증하고자 시나리오를 선정하였다. 이와 같은 시나리오 설정은 적용 전의 기존 수문학적 조건과 LID 기법의 적용에 따른 영향을 비교 분석하기 적합하며, 면적 대비 두 기법의 효과와 두 기법 간의 시너지에 대하여 고찰이 가능하다는 장점이 있다.
본 연구의 목적은 LID 기법을 도시 소유역에 적용하여 강우-유출 수문모형인 SWMM의 모의를 통해 시나리오별 유출량 저감 효과를 분석하는 것이다. 이에 앞서 대상유역에서의 저감 목표 및 LID 기법을 설정하고 LID 장치의 제원을 설계함으로써 저감에 영향을 미치는 변수에 대해 고려하고자 하였다. 특히 LID 적용 면적을 소유역 별 불투수 면적 중에서 직접 산정을 하여 SWMM 5.
이에 앞서 대상유역에서의 저감 목표 및 LID 기법을 설정하고 LID 장치의 제원을 설계함으로써 저감에 영향을 미치는 변수에 대해 고려하고자 하였다. 특히 LID 적용 면적을 소유역 별 불투수 면적 중에서 직접 산정을 하여 SWMM 5.0 버전부터 새로 도입된 LID control 모듈을 이용한 실강우를 통한 유출 모의를 실시한 다음 이에 따른 결과 분석을 통해 LID 기법의 효율성과 적용성을 검증 및 분석하는데 본 연구의 목적이 있다.

가설 설정

6 mm의 값을 도입하였으며, 식생체적은 90%를 갖도록 설계하였다. 또한 SWMM 매뉴얼에서 제안한 Manning의 조도계수 표를 참고하여 표면 조도계수을 값을 설정하였고, 지표경사는 거의 존재하지 않는다고 가정하여 0.01로 설정하였다.
또한 여과율도 10 inch. 약 254 mm로 자갈층 기준으로 설정하였으며 저류층 내 막힘 현상이 발생되지 않도록 막힘계수(clogging factor)는 0으로 가정하였다.
포면층의 저류수심은 Fairfax county에서 제안한 투수성 포장기법에 대해 제안한 수치로 12인치, 약 304.8mm를 적용하였으며, 식생효과는 투수성 포장에 없는 것으로 가정하여 온전히 유출량 저감 효과를 투수성포장 기법에 의해 산정하고자 하였다. 표면 조도계수의 경우 기본 콘크리트에 일반적으로 적용되는 Manning의 0.

제안 방법

SWMM-LID 모형을 위 6가지 시나리오에 대해 각각 구축하여 시나리오 A를 Conventional, 시나리오 B를 Green Roof 75%(GR75), 시나리오 C를 Permeable Pavement 75%(PP75), 시나리오 D를 LID(Green Roof+Permeable Pavement) 50%(L50), 시나리오 E와 F는 LID 75%(L75), LID 100%(L100)으로 명명하여 시나리오에 따른 유출량 변화에 대한 결과를 도출하였다.
/hr로 약 1,270 mm/hr로 SWMM에서 제안한 식에 의해 막힘 계수를 고려하면서 설정하여 유출량저감 목표에 근접하도록 설계하였다. 본 연구에서는 부가적으로 암거 제원을 고려하였으며 암거유출 발생량 식을 바탕으로 암거계수를 산정하였다.
본 연구에서는 유역으로부터 저수지로의 유입량(inoutflow)을 통해 유출량(inflow)을 분석하였다. 분석 결과, 현재 도시 상태에 비해 LID시설(옥상녹화+투수성포장)을 적용 가능 면적의 50%를 실시할 경우, 전체 유역면적 484620㎡의 옥상녹화는 약 24.
12로 입력하였다. 연속적인 투수성 포장인 것으로 간주하고 불투성 포면적의 비율은 0으로 설정하였으며, 투수성의 정도는 투수성 콘크리트 및 아스팔트가 새로 시공된 경우 100 inch./hr 정도로 높으므로 본 연구에서는 50 inch./hr로 약 1,270 mm/hr로 SWMM에서 제안한 식에 의해 막힘 계수를 고려하면서 설정하여 유출량저감 목표에 근접하도록 설계하였다. 본 연구에서는 부가적으로 암거 제원을 고려하였으며 암거유출 발생량 식을 바탕으로 암거계수를 산정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 강우 입력 자료의 생성은 기상자료개방포털의 분강우 자료를 요청하여 구축하였으며, 대상 지역인 가산1빗물펌프장에서 가장 가까운 서울시 금천 지점의 강우관측소에서 측정한 데이터이다. 2009년 당시 1940년 이후 단기간 최대량의 비로 1~2주 동안 553mm의 비가 쏟아진 7월에 발생한 강우사상을 선택하였으며 시간은 13일 23:00부터 14일 22:00시의 강우사상이다.
적용 대상인 가산1빗물펌프장은 서울특별시 금천구 가산동의 안양천 변에 위치하고 있으며, 유역면적은 약 48ha이며 유역의 전체가 약 70%가 공업지역으로 구성되어, 대부분의 유역이 불투수면적으로 구성되어 있고, 4,200㎡의 면적과 9,000㎥의 용량을 가진 유수지가 존재한다. 총 펌프의 토출량은 540㎥/s이며, 100㎥/s 용량 3대의 펌프와 170 ㎥/s 용량 2대로 구성되어 있다.

이론/모형

포장층에서는 포장층의 두께를 투수성 인터락킹 콘크리트 포장 기법에 대한 Philadelphia LID Conference에서의 설계 기준을 준용하여 6인치, 약 101.6mm로 선정하였으며 간극률(Void rate)의 경우 0.12~0.21내의 SWMM 매뉴얼에서 권고하는 값 중에서 0.12로 입력하였다. 연속적인 투수성 포장인 것으로 간주하고 불투성 포면적의 비율은 0으로 설정하였으며, 투수성의 정도는 투수성 콘크리트 및 아스팔트가 새로 시공된 경우 100 inch.

성능/효과

본 연구에서는 유역으로부터 저수지로의 유입량(inoutflow)을 통해 유출량(inflow)을 분석하였다. 분석 결과, 현재 도시 상태에 비해 LID시설(옥상녹화+투수성포장)을 적용 가능 면적의 50%를 실시할 경우, 전체 유역면적 484620㎡의 옥상녹화는 약 24.2% 투수성포장은 14.3% 정도 실시하였음에도 불구하고, 전체 유출량의 약 7.30%를 감소시킬 수 있었다. LID 시설은 설치가 가능한 면적이 제한되어 있으므로 모든 소유역에 같은 비율로 설치할 수는 없으나, 그 효과가 설치면적에 비해 큰 것을 알 수 있었다.

참고문헌 (30)

Back, JS (2015). A study on adaptive LID region selection based on urban Hydro-Geomorphological properties. Master's thesis Pusan National University, Busan, pp. 63-65. [Korean Literature]
Baek, JR (2014). Improvement of SWMM-LID module for water quaility modeling of bioretention. Master's thesis Korea University, Seoul, pp. 1,16. [Korean Literature]
Brown, T., Turner, D., Soukup, L., and Wall, N. (2007). Low impact stormwater management approaches fow college gardens.. ASCE-EWRI 2nd National Low Impact Development Conference in Wilmington, North Carolina, USA[https://doi.org/10.1061/41007(331)30]
Cho, EY (2012). The analysis of LID adaptation efficiency on urban basin based on SWMM-LID model. Master's thesis Pusan National University, Busan, pp. 17-28, 60. [Korean Literature]
Choi, JY (2009). Development project for total contamination management and research on optimal management methods for non-point sources of contamination in the workplace. Korea Environment Institute, KEI. [Korean Literature]
Choi, hs, Kim, DH, and Cho, SY (2010) Application and effects of low Impact development in urban regeneration of waterfront areas. research report 1-187. [Korean Literature]
Department of Environmental resources. (1999). Lowimpact development: an integrated desing approach. Department of Environmental Resources, Prince George's County, Maryland, USA.
Elliott, A.H., and Trowsdale, S.A. (2007). A review of models for low impact urban stormwater drainage. Environmental Modelling and Software.22, 394- 405. [https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2005.12.005]

상세보기
EPA. (2007). Fact sheet: Reducing stormwater costs through low impact development(LID) strategies and practices. EPA publication number 841-F-07-006.
EPA. (2010). Storm water management model application manual Version 5.0. U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH 45268. EPA/600/R-09/000.
Fairfax County. (2018). Public facilities manual. 6-1309.
Han, Y.H. (2014). Research for management in urban small stream using automatic flow-quality monitoring system. Master's thesis Chungnam National University, Daejeon, pp. 13-21. [Korean Literature]
Hyun, KH, Kim, JK, Lee, JM, Jung, JS, Kim, JN, and Lee, YJ. (2010). Development plan for water-cycle green city in Asan new town.1. Land & Housing Institute ; LHI. [Korean Literature]
Joo, JS (2012). Analysis of the characteristics of non-point pollutant runoff and effects of SWMM-LID in industrial area. Master's thesis Pusan National University, Busan, pp. 65-68. [Korean Literature]
Kim, RH (2016). Low impact development and green infrastructure in SouthKorea: Trends and Future Directions. Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, pp. 84-88. [Korean Literature]
Kim, YM (2020). A study on the effective urban runoff reduction using SWMM-LID model. Master's thesis Kyungpook National University, Daegu, pp. 4-7. [Korean Literature]
Lee, HM (2019). Cost-effective application of pipelines and LID techniques for reduction of urban flooding and environmental load. Master's thesis Kongju National University, Chungcheongnam-do, pp. 14-15. [Korean Literature]
Lee, MJ (2021). An analysis of runoff reduction Effect by using SWMM-LID model in university campus. Master's thesis Jeonbuk National University, Jeollabuk-do, pp. 39-48. [Korean Literature]
Lim, YK (2011). A study of LID technologies for friendly environmental urban development. Master's thesis Pusan National University, Busan, pp. 79-85. [Korean Literature]
National Institute of Environmental Research. (2012). Guideline for non-point sources management in TMDL.
Ministry of Environment. (2009). Preparation of management plan for natural boiling point pollution sources using LID method.
Ministry of Environment. (2013). Guidelines for low impact development (LID) technology elements.
Palla, A., Berretta, C., Lanza, L.G., and Barbera, P.La. (2008). Modelling storm water control operated by green roofs at the urban catchment scale. 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, UK.
Park, JH, Yoo, YG, Park, YK, Yoon, HT, Kim, JG, Park, YS, Jeon, JH, and Lim, KJ (2008). Analysis of runoff reduction with LID adoption using the SWMM. J. of Korean Society on Water Environment 24.6: 806-816. [Korean Literature]
SEMCOG. (2008). Low impact development manual for Michigan: A Design Guide for Implementors and Reviewer.
Shin, DS, Park, JB, Kang, DK, and Jo, DJ (2013). An analysis of runoff mitigation effect using SWMM-LID model for frequently inundated basin. J. of Korean Society of Hazard Mitigation, 13(4), 303-309. [Korean Literature]

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The Philadelphia Water Department. (2009). Amended green city, clean waters-The city of Philadelphia's program for combined sewer overflow control program summary, PWD.
U.S. Departament of HUD. (2003). The practice of low impact development. HUD's Office of Polict Development and Research.
Wright, J.,and Struck, S. (2011). LID types, selection, design and construction considerations. 2011 Philadelphia Low Impact Development Symposium workshop in Philadelphia, PA, USA[https://doi.org/10.1061/41173(414)64]
Yoon, JB (2013). Urban design mitigation tools for heavy rainfall hazard : Focusing on the flooding hazard area in Gamjeon-1 Dong, Busan. Master's thesis Dong-A University, Busan, pp. 82-85. [Korean Literature]

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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