• 한국습지학회지
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• 제18권2호
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• pp.194-200
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• 2016

도시화는 불투수면의 증가를 야기 시켜 물순환 왜곡, 도시열섬효과, 비점오염물질 유출 등의 다양한 문제를 유발한다. 이러한 환경적 영향을 저감하기 위하여 도시지역과 같은 개발 사업에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법이 중요한 대안으로 제시되고 있다. LID 기술의 주요 기작은 토양, 여재, 미생물과 식물 상호간의 수문학적 및 환경학적 기능이 포함되며, 이 중에서 여재는 LID 시설에서의 토양 내 투수율과 저류율 확보에 있어 중요한 구성요소이다. 따라서 본 연구는 LID 시설에 다양하게 활용되고 있는 제올라이트(Zeolite), 우드칩(Woodchip), 바텀애쉬(Bottom ash), 바이오세라믹(Bioceramic) 등의 여재를 단층 또는 복층으로 구성하여 강우유출수내 오염물질 저감 효율을 평가하기 위하여 수행되었다. 실험에 사용된 모든 여재는 강우유출수에 포함된 입자상 물질과 중금속을 60% 이상 제거하는 것으로 나타났으며 여재층을 복층구조로 배치할 경우에 여재 입자간의 다양한 크기의 공극과 여재 내의 미세공극(micro-pores)을 충분히 확보할 수 있기에 입자상물질 및 중금속 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 유입수 내의 효과적인 중금속의 저감을 위해서는 중금속의 입자 및 용존성 함량비율에 따른 여재의 선정과 배치가 중요한 인자로 나타났다.

• 한국습지학회지
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• 제19권1호
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• pp.37-44
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• 2017

도시지역은 인구가 집중되어 토지이용이 집약적이며 불투수면의 비율이 높아 강우시 비점오염에 의한 영향이 높은 지역이다. 비점오염원은 강우시 다양한 토지이용으로부터 발생되며 수계에 직접적인 영향을 미치고 오염물질의 종류와 양에 따라 불확실성이 높은 오염원이므로 점오염원과 함께 관리가 필요하다. 이러한 비점오염원을 관리하기 위한 방안으로 국내 외에서는 자연적인 기작을 이용한 비점오염원 관리기법인 저영향개발기법 (Low impact development, LID)을 도입하였으며 침투도랑, 식생체류지, 인공습지 등 다양한 요소기술이 포함된다. 이중 인공습지는 수질정화 (비점오염물질 저감)와 더불어 물을 저류하는 기능을 가진 친환경적인 시설로 잘 알려져 있다. 본 연구는 비점오염원 관리를 위한 LID 기술의 효과를 알아보기 위하여 수행되었으며 도시지역에 조성된 두 종류의 인공습지를 운영한 결과를 분석하고 평가하고자 한다. 연구대상 인공습지는 HSSF형과 Hybrid형으로 두 시설 모두2010년에 조성되어 현재까지 운영 중에 있으며 본 논문에서는 2010년부터 2015년까지의 총 42회의 모니터링 결과를 이용하였다. 분석결과, 두 인공습지를 통해 강우유출유출량을 평균 37~41% 범위로 저감되였으며 오염물질별 저감효율의 경우 TSS는 63~79%, TN은 38~54%, TP는 54%, 중금속은 32~81% 범위로 나타나 도시지역내 인공습지 적용시 비점오염원 저감에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권4호
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• pp.301-311
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• 2018

지구 온난화가 심화됨에 따라 도시지역에서 집중호우에 의한 침수 피해가 증가하는 추세이다. 이러한 지구온난화에 의한 기후변화의 변동성은 IPCC 5차 보고서(2014)에서도 기술되어 있으며 기후변화에 의한 강수 패턴의 변화, 수문시스템의 변화 등 수자원 불확실성의 증가에 대하여 시사하고 있다. 최근 서울이나 부산과 같은 대도시의 관로의 수용 범위를 초과하는 국지성 호우가 발생하여 큰 피해를 초래하였다. 도시지역의 침수는 1차적으로 우수관거 통수능 부족에 의한 내수범람이 발생하고 방류구와 인접한 하천의 외수범람이 발생한다. 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서 발생하는 침수는 인명피해 뿐만 아니라 도로, 교량, 지하공간 침수 및 파괴를 복구하기 위한 사회 경제적 피해를 동반하기 때문에 농촌, 산지 지역에 비해 피해량이 크다. 또한 도시개발에 인한 불투수면적 증가, 강우 유출시 출구부까지의 짧은 도달시간, 배수시설의 통수능부족 등 다양한 원인이 침수피해를 증대시킨다. 본 연구에서는 집중호우에 취약한 지역을 선정하고 XP-SWMM을 이용하여 내수침수 모의를 실시하였다. 또한 시범지역에 관로 개량, 우수저류지 설치, 우수펌프장 설치와 같은 홍수방어대안을 적용하여 각각의 침수모의를 실시하였으며 해당유역을 격자별로 분할하여 대안별 침수데이터를 추출하였다. 또한 격자별로 가장 적합한 구조적 홍수방어대안을 제시하기 위해 침수시간, 최대침수심, 구조물 설치비용을 평가요소로 이용하였으며 MCDM 기법 중 하나인 Compromise Programming 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 동일 유역이라도 지리적 여건에 따라 대안의 선호도가 다르다는 점을 반영하고자 하였으며, Spatial Multi-Criteria Decision Making을 적용하여 지역특성을 고려한 홍수방어대안을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다.

• 한국습지학회지
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• 제17권4호
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• pp.325-331
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• 2015

불투수면의 증가와 도시화 현상은 지하수량의 감소, 지표수의 고갈, 홍수의 증가 등과 같은 자연적인 물순환 시스템에 변화를 가져왔다. 또한, 인간이 사용할 수 있는 수량의 감소 또한 초래하게 되었다. 이에 빗물의 적절한 처리와 재활용은 최근 발생되는 수문학적 문제의 해결에 도움이 될 수 있을 것으로 예상되어왔다. 따라서 본 연구는 지붕빗물유출수를 침투 및 저류 기작으로 처리하여 자연적인 물순환의 회복을 이루고자 침투화분 기술을 개발하였다. 연구결과, 침투화분 기술은 평균 79% 정도의 강우유출유량 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한 유출유량 지연효과 및 첨두유량 지연효과도 발생하였는데, 약 3시간의 유출지연효과와 38%의 유량 저감효과가 발생하는 것으로 나타났다. 한편, 침투화분의 오염물질 처리효율은 TSS 97%, BOD 및 CODcr 94%, TN 86%, TP 96%, Total Cu, Total Zn, Total Pb의 중금속은 약 93% 처리되었으며, 처리수의 오염물질 농도는 TSS 13.3mg/L, BOD 3.6mg/L, TN 4.7mg/L 및 TP 0.1mg/L로 분석되어 도시재이용수, 조경용수, 공업용수로서 사용이 가능할 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권1호
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• pp.65-73
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• 2012

기후변화로 인한 집중호우와 도시화로 인한 불투수면의 증가는 많은 양의 비를 바로 하수관거로 유출시켜 관거 용량초과로 저지대침수 등의 피해를 일으킨다. 지금까지는 도시의 치수안전도를 높이기 위해 하수관거를 확장하고, 빗물펌프장의 용량을 증대하는 등의 방법을 주로 채택하고 있지만 많은 비용과 시간의 소비를 필요로 하여 현실적으로 불가능에 가깝다. 최근 소방방재청과 수원시는 기존 우수배수 시스템의 한계를 보완하고 대처하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 본 연구에서는 수원의 상습침수지역인 M마을을 연구 대상지로하여 XP-SWMM을 이용하여 분산형 빗물저류조 적용에 따른 첨두유출 저감 효과를 확인을 위해 설치 개수, 배치유형(설치위치)을 다르게 하여 집중호우시 치수 안전도에 미치는 영향을 모의하였다. 그 결과 3,000 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.5% 저감되었으며, 500$m^3$ 용량저류조를 6개설치하였을 때는첨두유출이 28%저감되었다. 빗물저류조 배치유형의경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.495-495
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• 2017

도시화는 불투수면의 증가를 야기 시켜 물순환 왜곡, 다양한 오염 물질의 유입으로 인한 비점오염물질 유출, 인공 배출열의 증가로 인한 도시열섬효과 등 다양한 문제를 유발한다. 이러한 수리수문학적 및 환경생태학적 문제를 저감하기 위하여 도시지역과 같은 개발 사업에서는 수환경을 가능한 자연 상태로 복원하는 저영향개발(Low Impact Development, LID)기법이 중요한 대안으로 제시되고 있다. LID기법 중 하나인 옥상녹화는 에너지 이용을 최소한으로 한 자연 녹음의 효과적인 이용을 도모하여 환경공생도시 조성과 식물을 매개로한 자연 순환 과정을 도시구조에 도입하여 순환 시스템 재생이 가능 하도록한다. 노지녹화는 두꺼운 자연 토양을 이용하는 반면 옥상녹화는 적재하중의 제약(옥상의 적재하중 조건은 $150{\sim}180kgf/m^2$이다. 비중이 1.6~1.8인 토양을 20cm 객토한 경우, 약 $320kgf/m^2 $이상의 적재하중이 되기에 식재기반의 경량화는 중요한 사안이다.)으로 인해 용적밀도가 작은 인공경량토양 또는 개량토양을 이용하며, 토양 두께도 얇게 설정된다. 또한 토양의 두께는 식물의 크기와 종류 및 토양의 조성에 따라 다르기에 적재하중 조건을 고려한 적절한 토양과 식재 식물의 크기와 종류 결정은 중요하다. 이에 본 연구에서는 옥상녹화식생에 대한 평가와 이에 대한 시험 프로세스가 가능한 실험 장치를 개발하였다. 옥상녹화 효율성 검증실험장비는 1m*1m*0.6m 아크릴 재질의 녹화셀로 경사조절이 가능하도록 설계하여 경사변화에 따른 유출, 침투, 증발산량의 탄성도 모의 평가를 할 수 있다. 또한 4점식 형태의 로드셀을 이용하여 녹화셀에서 발생하는 증발산량을 측정하고 관측된 증발산량은 RS-232c 이상의 통신프로토콜을 사용하여 주기적인 관측치의 송수신이 가능하며 주기적 자료송수신 외에도 옥상 녹화셀의 측면에 하중 표시기를 설치하여 관측이 가능하다. 또한 저면에 바퀴설치를 통하여 이동 실험이 용이하며 현재 부산대학교 양산캠퍼스 한국 GI&LID 실증단지 연구센터 내 옥상녹화 실험장에 옥상녹화 효율성 검증 실험 장비를 설치하여 자연 혹은 인공강우를 통한 유출, 침투, 증발산량의 시험계측을 실시중이다. 이러한 옥상녹화 효율성 검증실험장비는 최대 하중 2,000kg, 측정해상도 0.02kg 이상을 허용하는 로드셀과 녹화셀을 이용하여 하중을 고려한 식생의 종류에 따른 평가가 가능하므로 최적 식재기반 단면구조 개발에 이용될 수 있을 것이다. 또한 토양 함수량 변화 측정으로 옥상녹화에 이용되는 다양한 종류의 식물의 염분에 대한 저항성과 식물의 성장능력을 평가하여 녹화공간에 따른 옥상녹화에 사용할 식생을 결정할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2019

도시화로 인한 불투수면의 증가는 물순환 왜곡, 비점오염원 발생 및 수생태계 건상성 훼손 등을 야기시키며, 이를 해결하기 위하여 다양한 LID 기법을 적용하고 있다. 일반적으로 LID 내 적용 되는 여재들은 무기성여재로 중량이 크고 미세공극의 부재로 물리화학적 및 생물학적 저감기능이 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 중량성이 낮은 생물폐자원을 선정하여 LID 시설 적용성평가를 수행하고자 한다. 생물폐자원은 발생량, 경량성 및 용이성을 고려하여 꼬막껍질(CS)과 호두껍질(WS)을 선정하였다. 생물폐자원의 산화부식을 고려하여 무기성 여재인 화산석과 혼합하여 Bioretention 시설에 적용하였으며, 여재 혼합비율에 따라 총 3가지의 Case 로 구성하였다. 식생은 구절초와 꽃댕강나무를 식재하였으며, 여재의 물리적 특성 분석을 위하여 적용 전과 후의 SEM(Scanning Electronic Microscope)을 수행하였다. 모니터링은 도로퇴적물 100g과 물 110L를 제조하여 인공강우유출수를 이용하여 수행하였으며, $0.0003{\sim}0.007m^3/sec$의 유속으로 주입하였다. 시설의 유입 및 유출부에서 유량 측정 및 수질 시료를 채취하였으며, 채취된 시료는 수질오염공정 시험법에 준하여 입자상 물질, 유기물, 영양물질 및 중금속 등을 분석하였다. Bioretention 시설의 모니터링 결과를 이용하여 물수지 및 TSS 저감 효율을 산정하였으며. 물수지 분석결과 시설의 저류율은 Case 1(soil) > Case 3(WS+RV) > Case 2(CS+RV) 순으로 나타났다. 시설 내 공극률이 가장 낮았던 Case 1에서 저류율이 약 55%로 가장 높게 것으로 분석되었다. Case 3(WS+RV)은 Case 2(WS+RV)와 시설 내 공극률이 유사함에도 불구하고 저류율이 약 10% 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 저감효율 분석 결과, TSS와 TP의 제거효율은 모든 Case에서 약 75% 이상으로 높게 나타났으며, COD의 경우 모래를 적용한 Case 1에 비해 생물폐자원인 꼬막껍질과 호두껍질을 적용한 Case에서 약 1.3배 이상 높게 나타났다. 호두껍질과 꼬막껍질의 SEM 분석 결과 표면에 다공성이 형성되어 있는 것으로 조사되었다. 이는 여과 및 저류기작으로 인한 물순환 효과증대와 다공성과 돌기사이로 인한 입자상의 물질 여과 및 흡착으로 인하여 오염물질의 제거효율이 증대 된 것으로 평가된다. LID시설 내 생물폐자원과 무기성여재를 적절히 배합하여 복합여재로 조성할 경우 침하현상을 방지할 뿐만 아니라 저류 및 침투기능 향상과 미생물의 서식환경을 제공하기에 물순환 회복 및 비점오염물질 저감에 기여할 것으로 평가된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.449-455
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• 2019

최근 도시화로 인한 불투수면의 증가는 지표 유출수를 집수하여 배수하는 기존의 배수시스템의 부담을 증가시킨다. 이러한 방식의 우수배수시스템은 표면유출수와 함께 이송되는 각종 쓰레기, 낙엽, 등의 부유물질에 의해 배수면적이 감소하는 구조적 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근 새로운 형태의 배수시스템이 개발 및 적용되고 있다. 본 연구는 3차원 전산 유체역학 프로그램 중 하나인 ANSYS CFX를 이용하여 투수성 포장 하부에 위치한 배수층의 체적 공극과 투수도 결정을 위한 모의를 각각 수행하였다. 모의결과 35% 체적공극을 가진 배수층의 배수구 유속이 20%, 50%에 해당하는 배수층보다 큰 값을 보여 체적공극과 배수성능 사이의 상관관계는 없는 것으로 파악되었다. 투수도는 구성물질의 입경에 따라 결정되며, 5가지 조건을 모의하여 배수구 유속을 분석한 결과 입경 2 mm의 사질토가 사용성과 시공성 측면에서 가장 적절하다고 분석되었다. 본 연구는 배수층의 적절한 체적 공극과 구성물질의 입경을 제시하였고 이러한 조건을 갖는 배수층이 침수피해를 저감 및 방지의 측면에서 유리할 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제21권3호
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• pp.191-198
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• 2019

도시지역의 높은 불투수면은 강우시 지표 유출량을 증가시키고 지하침투량을 줄이면서 물순환을 왜곡시킨다. 왜곡된 물순환은 도시침수와 가뭄, 비점오염유출로 인한 수질오염 및 수생태계 훼손 등의 다양한 도시환경 문제 등을 유발시킨다. 기후변화는 도시강우의 계절적 편중현상을 더욱 심화시키고 도시 미기후에 영향을 줌으로써 도시침수와 가뭄의 강도 및 빈도를 증가시킨다. LID(Low Impact Development) 기법은 도시내 자연적 물순환 체계를 회복함으로써 물로 인하여 발생하는 도시환경문제를 줄일 수 있는 기법으로 다양하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 도시지역 내 적용된 다양한 LID 기법의 장기 모니터링 결과를 활용하여 LID 적용 이후 수문특성의 변화와 물순환 회복에 기여도를 평가하기 위하여 수행되었다. LID 시설의 높은 저류량과 침투능력은 강우시 첨두유출 저감과 유출지연에 크게 기여하는 것으로 나타났다. LID 시설에서 강우시 평균 유출저감효과는 60% 이상으로 나타났으며, 유역면적 대비 LID 시설 면적비(Surface area of Catuchment area, SA/CA)와 LID 저류 용량은 첨두유출 저감과 유출지연 효과에 영향을 끼치는 중요한 인자로 평가되었다.

• 한국습지학회지
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• 제24권4호
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• pp.367-376
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• 2022

LID 기술은 다양한 토지이용에서 발생되는 비점오염원(NPS)을 저감하는 기술이다. 점오염과 비점오염원의 증가와는 별도로 불투수지역 내 도심지는 일반적으로 도시기후에 영향을 준다. 본 연구에서는 LID 기술이 도시열섬현상(UHI)을 저감에 대한 영향분석을 공주대학교를 대상으로 수행하였다. 공공부지인 학교는 보행자의 통향량, 차량운행이 특정시기에 증가되기에 일반적인 원단위 부하량보다 낮은것으로 나타났다. LID 시설은 강우유출수 내 오염물질을 여재부 내 흡착, 여과 등을 통해 오염물질이 저감되는 것으로 분석되었다. 또한 LID 시설 내 강우유출수 저감 및 저류를 통해 유역 내 불투수면적보다 최대 7.2 ℃ 낮은것으로 나타났다. 따라서 LID 시설은 비점오염물질 저감 및 도시열섬 현상을 완화시키는 것으로 분석되었다.