• 대한기계학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.624-634
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• 1994

A numerical method which combines equal-order velocity-pressure formulation originated from SIMPLE algorithm and streamline upwinding method has been developed. To verify the proposed numerical method, we considered the lid-driven cavity flow and backward facing step flow. The trend of convergence history is stable up to the error criterion beyond which the maximum value of error is oscillatory due4 to the round-off error. In the present study, all results were obtained with the single precision calculation up to the given error criterion and it was found to be sufficient for our purpose. The present results were then compared with existing experimental results using laser doppler velocimetry and numerical results using finite difference method and mixed interpolation finite element method. It has been shown that the present method gives accurate results with less memories and execution time than the coventional finite element method.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.125-125
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• 2017

우리나라는 도시의 집중화 현상이 점차 심화되고 있으며, 기후변화에 따른 기상 수문학적 영향으로 인해 집중호우, 홍수 등 수재해 증가, 가뭄으로 인한 물 부족 및 물 자급율 저하로 도시의 수원 다원화 및 재활용에 대한 관심이 증가하고 있다. 최근들어 이러한 문제점을 인식하고 각 지자체 별 도시의 건전한 물순환을 회복시키기 위한 노력이 이루어지고 있다. 서울시는 서울특별시 빗물관리 기본계획을 수립하였으며, 수원시는 2013년부터 레인시티를 본격적으로 도입하였고, 환경부는 5곳의 물순환 선도도시를 공모하여 선정하였다. 또한 한국토지주택공사에서는 LID 분산형 빗물관리 기준을 수립하여 지구단위계획지침에 토지이용별 빗물관리 기준을 명시 하였으며, K-water는 에코델타시티와 송산그린시티 개발사업을 수행하면서 도시개발부터 건전한 물순환체계를 유지하기 위하여 저영향개발 기법을 적극 활용하기 위한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 수변도시 및 물순환 도시에 대하여 소개하고 수변도시, 물순환도시를 정의할 수 있는 여러 방향에 대한 고려사항을 제시하여 물순환 도시에서 검토되어야 할 사항을 확인하고자 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.548-553
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• 2017

우리나라의 급속한 산업화는 도시침수, 하천 건천화, 지하수 고갈, 수질오염 등의 많은 문제를 야기하였으며, 최근 이에 대한 대안으로 저영향개발 기법이 제시되고 있다. 저영향개발 기법은 도시의 불투수 면적을 줄이고 녹지면적을 확보하여 자연 상태의 물순환체계를 구축하기 위한 도시개발 기법이다. 이에 본 연구는 토지이용계획 단계에서 적용가능한 저영향 개발 설계기술을 개발하고 비점오염 저감효과를 정량적으로 검증하는데 목적을 두고 연구를 진행하였으며 구체적으로는 토지이용계획 단계에서 적용가능한 저영향개발 설계요소를 도출하고 실제 대상지에 적용, 비점오염 저감효과를 LIDMOD2 프로그램을 이용하여 분석하였다. 분석결과 기존 토지이용계획안에 비해 저영향개발을 적용한 토지이용계획안의 경우 불투수율과 연간 표면 유출량은 각각 19.8%, 19.0% 감소하고, 연간 침투량은 164.1% 증가하는 것으로 나타났다. 비점오염 발생량의 경우 T-N, T-P, BOD 모두 18.7~22.8% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 저영향개발을 적용한 토지이용계획안은 기존 토지 이용계획안에 비해 각 용도별 연면적 변화 없이도 비점오염 저감효과가 상당히 큰 것으로 판단된다. 따라서 비점오염 저감효과를 극대화하기 위해서는 기존 LID시설 위주의 계획에서 나아가 토지이용계획 단계에서부터 저영향 개발기법을 적용하여 관련 계획을 수립할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.142-142
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• 2015

저영향개발 기법은 유역개발에 따른 수문 및 환경적 영향을 최소화하기 위해 자연상태를 가급적 보존하고 불투수 면적을 최대한 줄이며, 우수발생 지점에서부터 소규모로 우수를 관리하는 분산식 우수배제 방식을 지향한다. 본 연구의 목적은 이러한 저영향개발 기법을 이용한 도시유역의 우수관리에 관한 효과를 기술적, 경제적 관점에서 정량적으로 평가하는 것이다. 이를 위해 기존 개발 방식으로 계획된 송산 그린시티 동측지구에 저영향개발 기법을 적용하였고, 결과를 기존 개발 방식과 비교하여 저영향개발 기법의 효과를 분석하였다. 대상유역에 대하여 저영향개발 기법을 적용하기 위해 분산식 우수배제 방식을 도입하였고(그림 1), 식생수로와 인공습지 등의 저영향개발 요소기술을 적용하였다(그림 2). 연구에서는 SWMM을 이용하여 저영향개발 기법과 기존 개발 방식에 의한 우수관리를 각각 모의하였고, 모의 결과를 홍수, 물순환, 비점오염 저감의 관점에서 비교 검토하였다(그림 3과 4). 또한, 개략 공사비 산정을 통해 기존 개발 방식 대비 저영향개발 기술의 경제적 효과를 분석하였다. 그 결과, 저영향개발 기법을 적용할 경우, 상대적으로 저 비용으로도 기존 개발 방식에 의한 우수관리보다 더 높은 효과를 달성할 수 있는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.331-331
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• 2020

급격한 산업화와 도시화로 인한 도시유역의 불투수면의 증가와 이에 따른 배수능력의 저하로 인해 도시 물순환의 왜곡이 발생하였다. 따라서 과거 도시 물관리 기법의 한계가 나타났으며 이를 위해 저영향개발 기법 등과 같은 도시 물관리 기법의 패러다임이 변화하였다. 본 연구에서는 저영향개발 기법에서 도시유역 내 활용이 유용한 침투형 시설 중 투수블럭에 대한 물순환 성능평가를 실외실험을 통해 분석하였다. 성능평가 실험은 부산대학교 양산캠퍼스 한국 GI&LID 센터 내 투수블록 뿐만 아니라 블록 하부 골재층까지 설치가 가능하도록 되어있어 실제 현장과 유사한 환경을 구축이 가능한 2.4×10.9×0.4 (m) 규모의 주차장형 LID 실증시험시설을 활용하였다. 인공강우 분사를 위한 실외 인공강우모사 장치 크기는 2×2(m)으로 본 시험을 위하여 5개의 인공강우모사 장치를 연결하여 활용하였으며, 본 시험장치는 강우를 공급하기 위한 수조와 펌프, 일정한 유량을 유입하기 위한 유량계, 강우를 분사하기 위한 노즐, 인공강우가 실제 강우와 같이 자유낙하 하도록 구현하기 위한 오실레이터 등으로 구성되었다. 시험대상인 틈새투수블록은 석재블록 규격 400×600×100 mm이며 재질은 받침안정층(흙), 투수블록(화강석)으로 구성되어 있다. 실험의 시나리오는 시험체에 강우강도 30mm/hr, 50mm/hr, 100mm/hr에 해당하는 양을 1시간 동안 유입하여 시험 시작 후, 강우지속시간, 표면유출지속시간, 표면유출량을 1분 단위로 측정. 시험체에 유공관이 설치된 경우에는 침투유출지속시간, 침투유출량도 함께 1분 단위로 측정하였으며 각 강우강도별로 측정하고, 1회 측정 후, 각 시험별 시험 대상체의 조건을 같게 하기 위한(하부 지반의 건조) 약 3일 이후(상황에 따라 변동 가능) 시험하였다. 본 실험의 결과, 강우강도가 30 mm/hr와 50 mm/hr인 경우에는 화강석 틈새투수블록포장에서 지표 유출이 발생하지 않았으며, 강우강도 100 mm/hr의 경우 260 L의 지표 유출이 발생하여, 불투수표면 대비 84%의 지표유출 저감률을 보여줌으로서 투수블럭에 물순환 성능에 대한 효과를 분석하였다.

• 한국습지학회지
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• 제17권3호
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• pp.221-227
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• 2015

도시화에 따른 개발사업은 불투수층을 증가시키며, 강우시 비점오염물질의 유출량을 증가시킨다. 이러한 도시화에 의한 비점오염물질의 유출량을 저감하기 위하여 국내 외에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법을 도입하고 있다. 따라서 본 연구에서는 LID 기법을 이용하여 도시지역 비점오염원 관리를 위한 식생체류지를 개발하고자 수행되었으며, 식생체류지의 효율 평가를 위하여 test-bed를 구축하여 2013년 11월부터 현재까지 총 11회 모니터링을 실시하였다. 유역면적 대비 식생체류지의 시설면적(SA/CA)이 약 2.2% 임에도 불구하고, 식생체류지 적용 이후 강우시 저류 및 침투량의 증가로 인하여 유출량이 크게 감소한 것으로 나타났다. 강우량 기준으로 유출량 저감을 살펴보면 0 mm < R <10 mm의 강우량 범위에서는 전량 침투 및 저류 되었으며, 10 mm < R <20 mm의 강우량 발생시 90% 이상 저류 되는 것으로 나타났다. 20 mm 이상의 강우량 발생시에는 70% 이상 저류 되는 것으로 분석되었다. 이러한 높은 유출저감은 비점오염물질의 저감효율을 향상시켰으며, 입자상 물질, 유기물 및 중금속 등을 약 90% 이상 저감시키는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.95-107
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• 2016

도시지역에 시공되는 지하차도 구조물은 지리적 특성상 지하수위의 영향을 받기 쉽다. 그러나 지하차도 구조물 설계 시에는 일괄적인 지하수위를 적용하여 설계를 수행하는 경우가 많으며 이는 과소 또는 과다 설계를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보다 신뢰도 높은 지하수위 예측을 통해 지하차도 구조물의 합리적인 부력설계 방향을 제시하고자한다. 특히, 최근 친환경적인 개발 개념인 LID 기법을 도입한 투수 포장 적용에 따른 물순환 특성 변화가 지하차도 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 검토하였다. 이를 위해 개발 전, 개발 후, 투수포장 적용에 의한 지표면 불투수 특성 변화가 침투량 및 지하수위 변화에 미치는 영향 분석과 지하차도 안정성을 검토하는 일련의 수치해석을 수행하였다. 해석결과 지표면의 변화가 지하수위 변화를 유발하고 지하 구조물 안정성에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 따라서 지하차도 및 지하구조물의 최적 설계를 위해서는 지표면 유출 특성을 고려한 적절한 지하수위 예측 및 적용이 필요할 것으로 판단된다.

• 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.

• 한국습지학회지
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• 제21권2호
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• pp.173-180
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• 2019

본 연구는 도로, 주차장 및 지붕에서 발생된 TSS와 중금속의 거동을 분석하기 위해 수행되었다. 강우시 도로, 주차장, 지붕에서 발생되는 중금속은 입자상 물질(TSS)에 부착되어 이동된다. 이는 TSS 부하량과 Cr, Fe, Cu 및 Pb의 입자상 중금속 및 용존성 중금속의 부하량의 상관관계로 판단 가능하다(r =0.52~0.73, p <0.01). 일반적으로 도로 및 주차장에서 발생된 TSS 및 중금속은 지붕에 비해 더 높은 것으로 분석되었는데, 이는 차량에 의해 중금속이 많이 발생하며, 집수면적 또한 도로 및 주차장이 넓기 때문으로 보여진다. 첨두유출발생시까지 TSS 부하량의 65~75%가 유출되는 것으로 나타났으며, 이는 인근 수계로 유출되는 TSS를 제거하기 위해서는 첨두유출을 제어하는 것이 가장 효과적인 것을 의미한다. 또한 비용경제적인 LID 시설의 규모를 산정하기 위해 시설의 적정 크기(시설의 표면적/배수구역 면적)에 따른 TSS와 중금속 제거율을 평가하였다. 본 연구는 LID 시설의 설계시 참고 가능한 기초데이타로 중요한 의미가 있는 것으로 사료된다.

• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.151-157
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• 2020

급격한 도시화는 국토의 불투수면을 증가시켜 도시형 홍수의 위험성을 가중시켜왔고, 지하수위의 저하, 수질오염물질 증가 등 환경재해 및 환경오염 문제를 유발시키고 있다. 국내에서는 이러한 환경적 영향을 최소화하고 개발 이전의 물순환 건전성을 유지하기 위해 저영향개발 기법을 도입하여 적용하고 있지만, 소규모 개발사업의 대부분은 강우유출량 관리의 법적 근거가 부재하여 사각지대에 놓여 있다. 이에 빗물의 표면 유출을 증가시키는 소규모 개발사업 또한 오염원인자 책임 원칙에 따라 저영향개발 시설의 적용을 의무화하는 것이 요구되며 이를 위해 물순환 회복 사전협의 제도를 도입하는 것이 필요하다. 본 연구는 소규모 개발사업의 저영향개발기법 도입을 가정하여 비용편익 분석을 중심으로 수행되었다. 비용·편익 분석에 필요한 전국 소규모 개발 대상사업의 규모 및 건수는 『건축법』에 따른 대지면적이 1,000 ㎡ 이상 이거나 건축연면적 1,500 ㎡ 이상의 건축물에 서울시의 실제 사전협의 통계자료를 적용하여 도출하였다. 피규제 기업·소상공인, 피규제 이외 기업·소상공인·일반국민 및 정부를 대상으로 소규모 개발사업의 저영향개발 시설물 설치에 따른 비용·편익을 분석한 결과, 경제성의 기준 값인 1보다 많이 낮은 것으로 확인되었으며 이는 대상사업의 규모 대비 시설물의 설치 비용이 높기 때문으로 사료된다. 하지만 저영향개발 시설의 설치에 따른 수환경 및 대기질 개선 등의 환경적 가치와 하수처리시설 운영비 절감 등의 공공성을 고려하면 향후 소규모 개발사업의 사전협의제도 도입은 필연적이다. 앞으로 소규모 개발사업의 사전협의 제도 도입과 함께 비용·편익을 개선하기 위해서는 지자체의 제도적, 재정적 지원이 적극적으로 요구된다.