• Journal of Wetlands Research
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• v.20 no.3
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• pp.235-242
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• 2018

The function of vertical subsurface flow wetlands can potentially be reduced with time due to clogging and are often assumed to be occurring when ponding and overflow is observed during rainfall. To investigate their clogging potential, three pilot-scale vertical subsurface flow (VSF) wetland systems were constructed employing woodchip, pumice, and volcanic gravel as main media. The systems received stormwater runoff from a highway bridge for seven months, after which the media were taken out and divided into layers to determine the amount and characteristics of the accumulated clogging matters. Findings revealed that the main clogging mechanism was the deposition of suspended solids. This is followed by the growth of biofilm in the media which is more evident in the wetland employing woodchip. Up to more than 30% of the clogging matter were found in the upper 20 cm of the media suggesting that this layer will need replacement once clogging occurs. Moreover, no signs of clogging were observed in all the wetlands during the operation period even though an estimation of at least 2 months without clogging was calculated. This was attributed to the intermittent loading mode of operation that gave way for the decomposition of organic matters during the resting period and potentially restored the pore volume.

• Journal of Wetlands Research
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• v.20 no.1
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• pp.54-62
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• 2018

Nutrients generated from various land uses lead to eutrophication during the influx of water, and it is necessary to apply the LID techniques to reduce nutrients from nonpoint sources in order to mitigate the occurrence of the algal bloom. This study was carried out to derive the design factors of hybrid artificial wetland (HCW) to increase the removal efficiency of nutrients. HCW system was constructed in the year 2010 for the treatment of rainfall runoffs from parking lots and roads composed of 100% impervious floors in the Cheonan campus of Kongju University. The average nutrients removal efficiency of TN and TP was 74% and 72%, respectively. Both TN and TP removal efficiencies were higher than those of free surface wetlands and subsurface flow wetlands due to activated physical and ecological mechanisms. The critical design parameters for the efficient nutrients removal in the artificial wetlands were the ratio of the surface area to the catchment area (SA/CA), land use, the rainfall runoff, and the rainfall intensity. The optimal carbon to nitrogen (C/N) ratio was estimated at 5: 1 to 10.3: 1. The results of this study can be applied to the efficient design of hybrid artificial wetlands to treat nutrients in urban runoff with high efficiency.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.3 no.4
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• pp.272-278
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• 2016

Porous pavements are recommended as a Low-Impact Development (LID) method which is a strategy to develop a water cycle as close to a natural state as possible, and to solve the urban impervious surface problems. Porous pavements can yield a solution if it provides a more permeable surface with extra space to contain extra water from building roofs. But there are few applications in Korea because of a lack of recognition and experience. Highway engineers are mainly concerned about the infiltration of water into pavement structures. They worry about the weakening of the asphalt mixture and subgrade, and freezing during the winter season due to the infiltration of water. Meanwhile, hydrological experts doubt the effects of the amount of water to control during the flooding season, and environmental experts prefer a non-point pollution treatment system established beside highway. In this study, from reviewing the history and the body of literature about porous pavements, conclusions regarding the most advanced technologies were made. First, traditional thickness designs can be used for porous pavement, no extra distresses was found by weakening and freezing during the winter season. Second, hydrological design can be made by controlling the thickness of the pavement and the outlet of water. Third, the treatment efficiency of non-point pollution of porous pavements is not worse than any other method. Importantly, it's a more eco-friendly solution because of its lower requirement for de-icing agents.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.539-539
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• 2012

최근 미국 환경부에서는 국가 환경 정책으로써 LID(Low Impact Development)를 대안 책으로 제시하고 있으며 우리나라에서도 최근 LID기법 연구가 활발히 진행 되고 있다. LID란 기존의 집중식 BMP처럼 유출 발생 후 처리를 다루는 방식의 기법이 아닌 발생원 단계에서의 처리에 초점을 맞춘 기법이다. 환경적 측면에서 다양한 기능을 가능하게 할 수 있는 LID기법 적용에 따른 효과를 알아보기 위해 전 세계적으로 SWMM 모형이 많이 사용되고 있지만 SWMM 모형 내 유량 및 수질에 따른 자동 보정 툴이 존재하지 않고 유역에 적합한 최적의 LID 기법 구조물의 설계 기준을 정할 수 있는 툴이 존재하지 않기 때문에 보다 효율적인 유역의 수문 보정 및 LID 기법 적용에 따른 효과 모의를 제공하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 SWMM 5.0 버전 내 SWMM LID auto-calibration tool을 PARASOL 알고리즘을 기반으로 개발하였다. 또한 개발된 PARASOL 알고리즘 기반 SWMM LID auto-calibration tool을 이용하여 경기도 경안천 유역에 적용하였고 2011년 일별 실측 수문자료와 비교 분석 하였으며 경기도 경안천 유역에 맞는 최적의 LID기법을 산정하였다. 본 연구에서 개발 된 SWMM auto-calibration tool은 SWMM 모형의 유량 및 수질을 자동으로 보정하기 때문에 보다 효율적인 모형의 보정을 사용자에게 제공해 줄 수 있을 것이며 유역에 적합한 최적의 LID 기법 구조물 설계를 제시해 줄 수 있기 때문에 향후 LID 기법을 이용한 도시개발 계획에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 PARASOL 알고리즘 뿐만이 아닌 GLUE, SUFI-2, GA 등 다양한 알고리즘이 추가된 SWMM LID auto-calibration tool 을 개발 중에 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.326-330
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• 2007

도시화 면적이 증가하면 불투수 면적이 증가하고 그에 따라 도시 하천의 평상시 유출이 감소한다. 도시유역의 평상시 수량을 회복시키는 방법으로는 침투 증진시설(투수성 포장, 침투 트렌치, 침투 측구 등)의 설치, 하수의 고도처리 후 방류 저수지에 의한 유황 개선, 지하철 용출수 활용 등이 있다. 우리나라의 경우에 일부 도시하천의 수량 감소가 심각한 상황에 이르고 있으며 이를 해결하고자 하는 노력이 최근에 나타나고 있다. 수량을 회복하려면 유량 평가를 위한 현장조사, 수량회복 계획, 재원의 반영, 수량회복 시설의 설치 및 관리의 순서로 단계별 사업이 수행되어야 한다. 계획 단계의 과업에서 필요한 사항은 여러 가지 수량 회복 방법의 영향을 정량 평가하는 것이다. 이에 핵심이 되는 것은 수량 회복 요소를 포함하거나 추가한 수문순환 평가 도구이다. 침투시설 중 투수성 포장과 침투 트렌치를 모의하도록 기존의 SWMM 모형을 수정하였다. 그 과정에서 증발량 처리와 지하수 출력기능에 대한 오류도 수정되었다. 수정 개발된 SWMM을 침투시설 모형실험 결과와 비교하여 수정된 프로그램의 적합성을 검증하였다. 투수성 포장과 침투 트렌치를 고려하여 수정된 프로그램을 안양천의 지류인 학의천 유역에 적용하여 침투시설의 효과를 분석하였다. 만일 학의천 불투수 면적의 10%를 투수성 포장으로 교체하면 하류 비산교 지점의 저수량$(Q_{275})$이 3 %, 갈수량$(Q_{355})$이 17 % 증가하는 것으로 분석되었다. 침투 트렌치의 경우 학의천 소유역 별로 100m 트렌치를 $5{\sim}10$개 시공할 경우 저수량은 약 1 %, 갈수량은 약9 %가 증가하였다. 수정 개발된 SWMM을 사용하면 침투 트렌치와 투수성 포장 이 도시 유역의 건기 수량회복에 미치는 영향을 분석할 수 있다.해 경보발령 이전에 한계수위를 넘어서는 경우(case_3)로서 분석되었다. 이러한 실패한 경보발령의 경우에 대한 원인분석 결과, 기존의 모형화를 통해 고려되지 못하였던 해안도시 홍수의 특성 중 총강우량에 대한 고려, 선행강우 여부 및 강우 지속시간, 지속시간 내 강우집중도 그리고 선정지점 내 조위의 영향과 유역내 합류식 하수관거 시스템의 영향 등 자연유역과는 다른 다소 복잡한 요소를 고려한 해안도시홍수 경보발령 기준에 대한 개선이 필요함을 확인할 수 있었다.이 좋다고 고찰된다. 6. 우리 나라의 현행 수도작기로 본 기온 및 일조조건은 수도의 분얼전기에 대해서는 호조건하에 놓여 있으나, 분얼후기인 7월 중ㆍ하순 경의 일조부족과 고온다습조건은 병해, 특히 도열병의 유발원인이 되고 있다. 7. 우리 나라의 현행수도작기로 본 전국각지의 수도의 출수기는 모두 일조시간이 적은 부적당한 시기에 처해 있다. 8. 출수후 40일간의 평균기온에 의한 적산온도 88$0^{\circ}C$의 출현기일은 수원에서 8월 23일이었고, 년간편차를 고려한 안전출수기일은 8월 19일로서 적산온도면에서는 관행 출수기일은 약간 늦다고 보았다. 9. 등열기의 평균기온에 의한 적산온도는 현행 수도작기로서는 최종한계시기에 놓여 있으며, 평균기온의 년간편차와 우리 나라의 최저기온이 낮은 점을 고려할 때, 현행출수기는 다소 늦은 것으로 보았다. 10. 생육단계별의 수도체내의 질소함량은 영양생장기의 질소함량이 과다하였으며, 출수 이후에 영양조락을 여하히 방지하느냐가 문제된다고 보았다. 11. 수리불안전답 및 천수답이 차지하는 전답면적의 비율은 차차 감소되고 있는데, 이와 전체 10a당 수량의 증가율과의 상관계수를 산출하였는데, 수리불안전답과의 상관계수 (4)는 +0.525였으며, 천수답과는 r=+0.832, 그리고 수리불안전답과 천수답을 합계한 것과의

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.55 no.6
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• pp.745-753
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• 2017

In this study, a design strategy is proposed to restore the distorted urban water cycle to the natural water cycle through the LID facility. This is accomplished by determining the optimal LID facility design capacity through which flow duration curves remain the same before and after urban development. A part of the Noksan National Industrial Complex in Busan was selected as the study area and EPA SWMM was constructed to simulate long-term stormwater for various land use scenarios and LID facility design capacity. In the case that the study area was assumed to be a forest area or an agricultural area before urban development, it was found that it was necessary to allocate 7.3% or 5.5% of the impervious area to the area of the bio-retention in order for the flow duration curve to remain the same as before urban development. As a result of the sensitivity analysis of the bio-retention design capacity according to regional rainfall characteristics, the design capacity of 3.8~5.5% of impervious area is needed for the development of agriculture area. Therefore, it can be seen that the optimum capacity can be significantly different according to regional rainfall characteristics. On the other hand, as a result of analyzing the sensitivity of the design capacity according to the variation of the depth of each layer constituting the bio-retention and the size of contributing catchment area, the sensitivity of the optimal design capacity with respect to the design specifications of the bio-retention and the size of contributing catchment area was not significant.

• Journal of Wetlands Research
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• v.19 no.3
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• pp.271-278
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• 2017

Low impact development (LID) technology has been recently applied for the treatment of nonpoint source pollutants. Rain garden is one of the widely used LIDs since it utilizes various mechanisms such as biological and physico-chemical treatment to reduce pollutants. However, problem such as clogging has been one of the issues encountered by the rain garden that do not undergo constant maintenance. Therefore, this research was conducted to develop and determine the component arrangement of a rain garden system for a more efficient volume and pollutant reduction. Two hybrid rain garden systems having different characteristics were developed and evaluated to determine the optimum design and arrangement of the system. The results showed that the components arranged in a series manner showed a volume reduction of 93% and a pollutant reduction efficiency of approximately 99%, 93% and 95% was observed for particulates, nutrients and heavy metals, respectively. While when the system is connected in a combined series-parallel, the volume and average pollutant reduction efficiency for the TSS, nutrients and heavy metals are 65%, 94%, 80% and 85%, respectively. Moreover, the component arrangement in the order of sedimentation tank, infiltration tank and plant bed exhibited a high pollutant reduction efficiency compared when the infiltration tank and plant bed were interchanged. The findings of this research will help in the further development and optimization of rain garden systems.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.2 s.163
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• pp.109-120
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• 2006

Permeable pavement and release of treated wastewater into streams can increase streamflow of urban streams for a dry weather period. A SWMM code was modified to have a permeable pavement option. The modified SWMM was applied to continuous simulations of urban runoff from Hakuicheon watershed and it was used to analyse the effect of a permeable pavement installation and the reuse of treated wastewater. A critical error in the pan coefficient multiplication was also corrected in the modification. The analysis results of the reuse of treated wastewater is as follows: The low flow ($Q_{275}$) increases by 1.63 times as much as the current one and the drought flow ($Q_{355}$) increases by 3.57 times as much as the current one. If the impervious area in the Hakuicheon watershed is replaced with the permeable pavement area by 10 percent, the low flow and the drought flow increases by 3 percent and 17 percent, respectively. The results shows the effectiveness of the release of treated wastewater into stream to increase urban streamflow. The permeable pavement installation also play a minor role in the drought flow increase.

• Journal of Wetlands Research
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• v.18 no.4
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• pp.481-487
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• 2016

In this research, a pilot scale hybrid rain garden system was developed in order to investigate the efficiency in the different components of the hybrid rain garden system and at the same time evaluate the initial efficiency of the system in treating urban stormwater runoff prior to its actual use in the field. Experimental runs were conducted using synthetic runoff having target concentrations similar to that of the typical runoff characteristics found in different countries and in Korea. With the employment of the hybrid rain garden system, hydrologic improvement was observed as the system demonstrates an approximately 95% reduction in the influent runoff volume with 80% retained in the system, and 15% recharged to groundwater. The reduction was contributed by the retention capabilities of ST and infiltration capabilities in PB and IT. With the combined mechanisms such as filtration-infiltration, biological uptake from plants and soil and phytoremediation that are incorporated in PB and IT, the system effectively reduces the amount of pollutant concentration wherein the initial mean removal efficiency for TSS is 87%, while an approximate mean removal efficiency of 76%, 46% and 56% was observed in terms of organics, nutrients and heavy metal, respectively. With these findings, the research helps in the further improvement, innovation and optimization of rain garden systems and other facilities as well.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.432-432
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• 2017

국내에서 설계홍수량 산정시, 실무 적용성이 높은 설계강우-유출 모형을 채택하고 유출모형으로는 단위도 방법을 적용하여 설계홍수량을 산정한다. 설계홍수량을 산정함에 있어 설계강우-유출관계 모형을 적용하기 위한 필수요소로 확률강우량 산정이 선행되어야 한다. 확률강우량은 유역면적이 25.9 m를 초과할 경우 면적평균확률강우량을 사용하여야하나 지점평균확률강우량을 주로 사용하고 있다. 이는 해당 유역 강우의 공간적 분포를 고려하고 있지 않기 때문에 각 강우관측소에서 관측되는 지점 강우자료를 면적평균확률강우량으로 산정하는데 매번 복잡한 자료처리과정을 거쳐야 하는데 있다. 따라서 비교적 산정이 간편한 지점평균확률강우량을 사용하여 면적평균확률강우량으로 손쉽게 전환할 수 있는 각 유역별 ARF(Areal Reduction Factor) 의 필요성이 대두된다.(이등, 정등 2002) 본 연구에서는 일반적으로 유역의 강우 빈도해석시 이용되는 면적고정형 방법을 사용하여 표본면적에 대하여, 설계홍수량 산정요령(국토부, 2012)에 제시 된 4대강 유역의 ARF와 제주도 한천유역의 수문학적 특성을 반영한 ARF를 산정하여 비교 하였다. 표본면적($100km^2$)에 대하여 기존 4대강 유역의 ARF와 본 연구에서 산정된 ARF 비교 결과 권역별, 빈도별, 지속시간에 따른 ARF는 제주 도심지 유역 기준 최대 18.63%(영산강유역) 작게 산정되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 향후 해당유역의 수문학적 특성 미반영으로 인해 설계홍수량이 과다 및 과소 산정되어 안정적인 수공구조물 결정을 저해하는 중요 요소로 작용 될 수 있어 제주도 전 유역에 적용 가능한 ARF 산정 및 기준 설정 등의 조치가 요구된다.