• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.418-418
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• 2022

본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급 시계열 분석을 수행하여 빗물이용률을 산정하였다. 물수지 분석 도구를 개발하였으며, 이를 통해 빗물이용시설 공급충족률(필요수량 대비 빗물이용량), 빗물보장률(전체일수 대비 빗물이용일수), 빗물이용률(빗물이용시서용량 대비 빗물이용가능량)에 대해 분석을 수행하였다. 업무시설, 학교, 체육시설(공원), 공동주택에 대해 수요처별 수요 시나리오를 작성하였으며, 고수요 75%, 중수요 50%, 저수요 25%를 적용하였다. 시나리오별 실제 용량과 기준용량에 따른 빗물이용률을 비교함으로써 현재 설치된 빗물이용시설이 잘 계획되었는지, 과소 계획되었는지 파악할 수 있다. 빗물이용률 분석을 위해 빗물이용시설 유형별 2개소씩 선정하였으며, 빗물이용시설 실제용량 및 기준용량(집수면적(m²)×0.05 적용)에 따른 수요 시나리오별 빗물이용률을 비교하였다. 이와 같이 물수지 분석 도구를 이용하면 다양한 시나리오 적용에 따른 운영 결과를 향후 설치될 빗물이용시설의 설치 이전에 확인하여 최적 운영방안 도출 및 저류조 용량 계획에 참고할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.380-380
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• 2022

빗물이용시설은 2014년 「물재이용법」 개정에 따라 시설 확충에 맞춘 획일적인 운영으로 시설수는 증가하고 있으나 대상 시설의 이용량 증가에 대한 부분은 한계를 나타내고 있다. 따라서 설치 의무대상시설에 대한 적정한 시설의 이용현황을 조사 및 분석을 통해 이용시설의 효율적인 운영 및 관리 방안 마련이 필요한 실정이다. 빗물이용시설의 효율적 관리방안 설정을 위해서는 의무 대상시설별 설치 및 운영관리 실태조사, 빗물이용시설관련 기준 검토 및 분석, 빗물이용시설 개선방안 마련의 단계로 방안을 수립하여야 한다. 본 연구에서는 빗물이용시설 기준 검토 및 분석에서 지역별, 수요처별, 용도별 일정 빗물이용 활용률을 확보할 수 있는 빗물이용시설의 평가를 위해 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급시계열 분석을 수행하였다. 물수지 분석 툴이 없기 때문에 본 연구를 통해 빗물이용시설 물수지 분석 excel 도구를 개발하였으며, 이를 통해 빗물이용시설 공급충족률(필요수량 대비 빗물이용량), 빗물보장률(전체일수 대비 빗물이용일수), 빗물이용시설 이용률(빗물이용시설용량 대비 빗물이용가능량)에 대해 분석을 수행하였다. 개발한 물수지 분석 excel 도구를 이용하여 현재 설치되고 운영하고 있는 의무대상시설의 운영현황과 도구에서 계산된 활용성 평가 결과의 비교를 통해 현재 운영 현황을 개선할 수 있으며, 다양한 시나리오 적용에 따른 운영 결과를 시설 설치 이전에 확인하여 최적 운영방안 도출에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.386-386
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• 2022

우리나라에서는 '물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 시행규칙' 등 다양한 법률에 따라 특정 규모 이상의 시설에 빗물이용시설을 설치하도록 규정하고 있으며, 지자체에서는 빗물이용시설의 이용을 장려하고자 설치비 및 시설 운영비를 지원하고 있다. 현업에서 빗물이용시설의 설계는 간편식을 이용하여 목표 우수이용률 또는 공급보장률을 만족하는 용량으로 결정하고 있다. 또한, 산정된 빗물이용시설의 용량에 대해서만 경제성 분석을 하고 있으며, 경제성 분석에 포함된 수식에 대한 근거가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 기 개발된 빗물이용시설 설계 프로그램인 CARAH(capacity design aid for rainwater harvesting)의 추가 기능으로 경제성 분석을 통한 빗물이용시설의 적정 용량 결정 도구 및 사용자 편의 환경 개발 결과를 제시하고자 한다. 본 연구를 통해 개발된 CARAH의 경제성 분석 도구는 빗물이용시설의 용량, 설치비, 유지보수비용, 지자체의 설치비 지원 및 빗물 이용에 따른 요금 감면액 등을 고려하여 빗물이용시설의 비용편익 비율(benefit cost ratio; BCR) 산정 결과를 제시하는 기능이다. 본 연구에서는 개발된 CARAH의 경제성 분석 도구를 이용하여 기 설치된 광교 신도시의 빗물저류조 5호를 대상으로 경제성 분석을 수행하였으며, 경제성을 고려한 적정 저류 용량을 제시하였다. 경제성 분석 기간은 빗물이용시설의 내용 연수인 30년으로 하였으며, 여러 목표 공급보장률에 따른 최소 저류 용량별 BCR 결과를 비교하여 광교 신도시의 빗물저류조 5호의 적정 저류 용량을 결정하였다. 그 결과, 공급보장률이 60%에 해당하는 저류 용량 341 m3의 BCR이 7.28로 가장 경제적인 빗물이용시설의 저류 용량으로 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.158-158
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• 2021

도시에 불투수면적이 증가하고, 기후변화가 극심해져감에 따라 홍수 및 열섬현상과 같은 도시의 물 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위한 정책의 일환으로 우리나라의 녹색건축인증제도(Green Standard for Energy and Environmental Design, G-SEED)에서는 물순환 관리를 평가하고 있다. 하지만, 현재 G-SEED의 평가방법을 살펴보면 빗물관리시설의 설치 정도로 평가하고 있고, 강우 특성 또한 고려되고 있지 않다. 그러므로 본 연구에서는 G-SEED의 빗물관리 및 이용 항목에 대해 수문 모델을 통해 효과를 정량화함으로써 성능에 따라 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 빗물관리 항목에서는 유출저감률을, 빗물이용 항목에서는 빗물이용률을 평가지표로 선정하였고, 각 평가인자를 산출하기 위하여 개념모델을 적용하였다. 빗물이용시설의 경우 초기우수배제장치 용량과 필터 효율에 따른 빗물유입량의 변화와 급수인원에 따른 수요량 변화를 고려한 수문모델을 개발하였고, 수요량과 빗물저장조 용량에 따른 유출저감률과 빗물이용률을 알아보기 위해 MATLAB을 이용하여 모의해보았다. 또한, 옥상녹화의 경우에는 강우, 저류, 증발산, 유출을 고려한 수문흐름모델을 적용하였고, 토층의 두께와 배수(저장) 층의 용량에 따라 모의하여 평가기준을 선정하였다. 제안된 수문모델의 검증을 위하여 서울대학교 기숙사와 35동 옥상녹화의 실측데이터를 비교하였고, 적용성 평가를 위해 RMSE(Root Mean Square Error)와 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)를 이용하였다. 본 연구에서 제안된 방법을 통해 빗물관리시설의 수문학적 성능에 따른 평가가 가능해질 것이며 설계자와 건축가들로 하여금 실질적인 효과를 내는 시설을 설치하게끔 유도할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.446-446
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• 2023

우리나라는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에 따라 수자원의 지속 가능한 이용을 목적으로 빗물이용시설의 설치 및 운영을 법·제도적으로 의무화하고 있으며, 위 법에 근거하여 지방자치단체에서는 빗물이용시설의 설치를 장려하기 위한 재정 지원 정책을 시행하고 있다. 환경 투자사업의 일환인 빗물이용시설 설치 사업은 장기간에 대한 경제성 분석이 요구되며, 분석에 이용된 경제성 분석 방법 및 사회적 할인율에 따라 분석 결과가 상이할 수 있다. 이에 따라, 이 연구에서는 순현재가치와 편익-비용 비율을 비교·검토하여 빗물이용시설의 경제성 분석에 적합한 방법을 제시하였으며, 경제성 분석에서 불확실한 요소인 사회적 할인율과 물가상승률에 대한 민감도 분석을 통해 두 요소의 불확실성을 평가하였다. 분석 대상 시설은 인천 청라지구 1공구에 계획된 빗물이용시설이며, 경제성 분석 기간은 지방공기업법 시행규칙에 제시된 건축물의 내용 연수인 30년으로 하였다. 편익-비용 비율을 이용하여 빗물이용시설의 경제성을 분석한 결과, 저류용량이 285 m³에서 최대 수익률이 나타났으며, 순현재가치는 저류용량이 1105 m³일 때 최대 수익이 발생하는 것으로 분석되었다. 분석 대상 지역의 경우에 285 m³에 대한 양적 신뢰도는 7.3%로 빗물이용시설의 효과를 기대하기 어려운 결과이며, 이와 같은 결과는 편익-비용 비율이 사업의 경제성을 수익률로 평가함에 따라 투자 규모를 반영하지 않는 한계로 인한 것으로 판단된다. 사회적 할인율과물가상승률에 대한 민감도 분석 결과, 사회적 할인율이 낮아지고 물가상승률이 높아짐에 따라 빗물이용시설의 저류용량과 그에 상응하는 최대 순현재가치가 커지는 경향을 보였다. 이는 미래가치를 높게 평가할수록 빗물이용시설의 저류용량이 크게 설계될 수 있음을 의미한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.764-768
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• 2010

수자원의 근간이 되는 빗물의 효율적 사용을 위하여 최근 우리나라도 빗물이용시설(Rainwater Harvesting System, RHS)이 많이 도입되고 있는 실정이다. 이런 RHS의 효율적인 설계 및 유지 관리를 위해서는 해당 건물의 물 사용량과 집수되는 빗물의 양이 고려된 적정 저류용량 산정이 필수이다. RHS의 적정 저류용량 산정을 위해서는 강수량에 따른 저류용량과 부족량간의 확률적 관계를 제시하는 것이 중요하다. 이에 강우와 물 사용량의 실측값을 이용하여 저류용량에 따른 부족률을 도출하는 모의모형을 구축하였으며, 그 결과를 통하여 저류용량과 부족률간의 관계를 확률 분포로 제시하였다. 적용대상은 서울대학교 34동이며 적합 확률분포로는 Generalized Logistic 분포임을 검증하였고 재현기간에 따른 저류용량별 부족률을 제시하였다. 그 결과 $18m^3$ 이상의 저류용량을 가지는 RHS 설치는 재현기간을 막론하고 효율성이 없음을 판단하였다. 본 연구를 통해 구축된 모의 모형과 재현기간에 따른 저류용량별 부족률은 RHS의 설계와 의사결정에 관련된 이 해당사자들의 직관적 판단 도구로 활용이 가능할 것이다. 향후, 좀 더 신뢰성 있는 자료를 산정하기 위해서는 일강우량에 따른 일화장실 물사용량의 실측자료를 모의 모형에 적용시켜야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.353-353
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• 2020

기후변화에 적응하기 위해 많은 나라들이 수자원 관리 전략을 마련하고 있으며, 대체 수자원 활성화 방안에 관심을 기울이고 있다. 본 연구에서는 대체 수자원 활성화 방안 중 빗물 저류지의 용량 결정 방법을 제시하고자 한다. 빗물 저류지의 용량을 결정하기 위해 메타 휴리스틱 방법 중 하나인 입자 군집 최적화(particle swarm optimization; PSO)를 선정하였다. 이는 기존 실제 설계에 사용되고 있는 시행착오법보다 시간을 단축시킬 수 있다. 최적화 모형은 python의 pyswarm package를 이용해 구성하였다. 모형의 입력자료는 저류지 유입량과 목표 공급량, 목표 보장률이고, 목적함수는 빗물 저류지 용량의 최소화이다. 제약조건은 모의된 보장률이 목표 보장률 이상을 달성하는 것이다. 여기서, 보장률은 전체 모의 기간 중 목표 공급량을 공급한 기간의 비율이다. 제시한 방법론의 적용성을 검토하기 위해 실제 저류지가 설계된 인천의 청라지구 1공구를 선정하여 적용하였다. 최적화 모형의 입력 유입량은 SWMM으로 산정된 1995년부터 2004년까지의 유출량이며, 목표 공급량은 실제 설계에 활용된 용수 목적별 요구 수량이다. 여기서 용수 목적별 요구 수량은 대상지역의 노면 청소수, 화장실 세정수, 호수 유지수 등이다. 산정 결과 계산 시간은 약 30초 소요되며, 목표 보장률을 만족하는 저류지 용량이 결정되었다. 본 연구에 제시한 방법은 제약조건이 추가되어도 기존 시행착오법에 비해 간편함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.501-501
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• 2022

2014년 개정된 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한법률(이하, 물재이용법)에 따라서 빗물이용시설의 수는 꾸준히 증가하고 있는 추세이나 실제 연간사용량의 경우 연별 증가량은 미미하다. 또한 2016년도 환경부 하수도 통계에 따른 2,043개의 빗물이용시설 중 집수면적 미파악시설의 749개, 여과시설 유무 미파악시설 564개, 연간 운영비 산출 불가능 시설 1,843개, 연강 사용량 미집계 시설 905개로 관리실태가 부실함을 확인할 수 있다. 이에 빗물이용시설의 설치·운영 실태조사 및 문제점을 분석하고 빗물이용이 비교적 활성화 된 시설을 대상은 현장조사를 수행을 통해 빗물이용시설의 현황을 분석하고 현실적인 여건을 반영하여 빗물이용을 활성화할 수 있는 방안을 마련하고자 하였다. 물재이용법에 따른 빗물이용시설 법정의무대상시설의 빗물활용처는 전체의 약 92%가 조경요수로 활용하고 있으며, 다음으로 청소화장실용수(약 3%)로 활용하고 있다. 건축물 용도에 따라서 골프장, 공공기관청사/공공업무시설, 대규모점포, 실내체육관/종합운동장, 학교의 경우 건축물 용도별로 각 30% 정도가, 공동주택의 경우 약 60%가 빗물이용시설을 활용하고 있음에도 빗물을 사용하지 았는 것으로 파악되었다. 이는 빗물을 사용해야하는 시기에 저류조에 저류된 빗물의 양이 부족한 것과 운영비 부담 순으로 조사되었다. 따라서 빗물이용시설의 빗물이용활성화를 위해서는 물수요-공급에 대한 개념을 도입한 물수지 분석이 필요하며, 운영비 부담을 줄일 수 있는 다양한 방안을 탐색하는 것이 적절할 것이다. 현장조사 결과에서도 기술 등의 발달로 빗물이용시설은 잘 구축되고 있으나 활용처에서 필요한 필요수량에 따라 활용률이 상이한 것으로 조사되었다. 이러한 실태조사 및 현장조사를 바탕으로 빗물이용시설의 빗물이용 활성화를 위한 방안에 대하여 기술적 및 제도적 방안에 대해서 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.478-478
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• 2021

전 세계적으로 많은 나라들이 기후변화에 적응하기 위해 수자원 관리 전략을 마련하고 있으며, 수자원의 근간이 되는 빗물의 효율적 사용을 위해 우리나라에서도 빗물이용시설이 많이 도입되고 있다. 본 연구에서는 사용자 편의 환경(graphical user interface; GUI)을 갖춘 빗물이용시설의 용량 결정 프로그램(capacity design aid for rainwater harvesting; CARAH)을 개발하여 관련 연구와 업무에 활용성을 높이고자 하였다. CARAH는 저수지 질량 보존식과 python의 pyswarm package에 탑재된 메타 휴리스틱 방법 중 하나인 입자 군집 최적화(particle swarm optimization; PSO) 기법을 연계하여 빗물이용시설의 최적 용량을 짧은 시간에 결정될 수 있도록 개발되었다. 그리고, C#의 Windows Forms Application을 이용하여 사용자 편의 환경을 구현하였다. CARAH의 입력 자료는 모의 기간, 유입량, 목표공급량, 공급보장률이고, 출력 자료는 공급보장률-저류조용량, 목표공급량-실공급량-미달성량, 저류용량-유입량-실공급량이다. 빗물이용시설 계획에 필요한 여러 입력 자료를 쉽게 입력할 수 있도록 구현하였고, 그래프와 표의 형태로 계산된 결과를 화면에 직접 표출함으로써 사용자가 직관적으로 확인할 수 있도록 하였다. 한편, 입·출력 자료를 포함한 분석 결과는 파일로 관리할 수 있도록 기능을 갖추어 수정 및 보완 등의 반복적 활용이 가능하도록 하였다. 개발된 프로그램의 활용성을 검토하기 위해 실제 저류지가 설계된 인천의 청라지구 1공구를 대상으로 적용하였고, 분석 결과의 적절성을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 CARAH는 빗물이용시설의 용량 결정에 관한 효율을 높일 수 있는 프로그램이고, 누구나 쉽고 간편하게 사용할 수 있는 프로그램으로서 향후 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.9
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• pp.681-690
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• 2020

Generally, the design capacity of the rainwater harvesting unit is determined by trial and error method that is repeatedly calculating various analysis scenarios with capacity, reliability, and rainwater utilization ratio, etc. This method not only takes a lot of time to analyze but also involves a lot of calculations, so analysis errors may occur. In order to solve the problem, this study suggested a way to directly determine the minimum capacity to meet arbitrary target reliabilities using the global optimization method. The method was implemented by simulation model with particle swarm optimization (PSO) algorithms using Python language. The pyswarm that is provided as an open-source of python was used as optimization method, that can explore global optimum, and consider constraints. In this study, the developed program was applied to the design data for the rainwater harvesting constructed in Cheongna district 1 in Incheon to verify the efficiency, stability, and accuracy of the analysis. The method of determining the capacity of the rainwater harvesting presented in this study is considered to be of practical value because it can improve the current level of analytical technology.