• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.30 no.6
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• pp.23-39
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• 2014

An artificial rainwater reservoir installed in urban areas for recycling rainwater is an eco-friendly facility for reducing storm water effluence. However, in order to recycle the rainwater directly, the artificial rainwater reservoir requires an auxiliary system that can remove non-point source pollutants included in the initial rainfall of urban area. Therefore, the conventional soil filtration technology is adopted to capture non-point source pollutants in an economical and efficient way in the purification system of artificial rainwater reservoirs. In order to satisfy such a demand, clogging characteristics of the sand filter layers with different grain-size distributions were studied with real non-point source pollutants. For this, a series of lab-scale chamber tests were conducted to make a prediction model for removal of non-point source pollutants, based on the clogging theory. The laboratory chamber experiments were carried out by permeating two types of artificially contaminated water through five different types of sand filter layers with different grain-size distributions. The two artificial contaminated waters were made by fine marine-clay particles and real non-point source pollutants collected from motorcar roads of Seoul, Korea. In the laboratory chamber experiments, the concentrations of the artificial contaminated water were measured in terms of TSS (Total Suspended Solids) and COD (Chemical Oxygen Demand) and compared with each other to evaluate the performance of sand filter layers. In addition, the accumulated weight of pollutant particles clogged in the sand filter layers was estimated. This paper suggests a prediction model for removal of non-point source pollutants with theoretical consideration of the physical characteristics such as the grain-size distribution and composition, and change in the hydraulic conductivity and porosity of sand filter layers. The lumped parameter ${\theta}$ related with the clogging property was estimated by comparing the accumulated weight of pollutant particles obtained from the laboratory chamber experiments and calculated from the prediction model based on the clogging theory. It is found that the lumped parameter ${\theta}$ has a significant influence on the amount of the pollutant particles clogged in the pores of sand filter layers. In conclusion, according to the clogging prediction model, a double-sand-filter layer consisting of two separate layers: the upper sand-filter layer with the effective particle size of 1.49 mm and the lower sand-filter layer with the effective particle size of 0.93 mm, is proposed as the optimum system for removing non-point source pollutants in the field-sized artificial rainwater reservoir.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.444-444
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• 2015

현제 도시유역의 산업화와 도시화로 인해 유역 내 불투수면적의 증가는 직접 유출량 증가, 지하수자원 고갈, 침투량 감소, 증발산량의 감소 등의 물 순환 체계의 변화를 가져왔다. 이러한 도시 유역 내 물 순환 체계 변화를 개선하기 위해 여러 국가에서 저영향개발(Low Impact Development, LID)의 개발 및 도입이 진행되고 있다. LID는 분산형 빗물관리 시설로써 유역 내 소규모의 LID 요소기술을 대상유역에 적용하여 강우유출수를 저류, 체류, 방지 및 처리하는 시설을 의미한다. LID는 궁극적 목표로 계획단계에서 개발이전의 수문기능을 유지하기 위해 보전, 영향최소화, 유출이동시간 유지, 추가유출량 감소, 오염발지에 초점을 맞추어 계획된다. 현제 LID의 성능 및 적용성에 대한 다양한 연구가 진해되어지고 있으나, LID 요소기술별 시공 비용, 유지관리 비용, 강우유출수 저감효율, 비점오염원 저감효율, 적용위치 등의 다양한 인자를 복합적으로 고려하여 LID요소기술별 적용성 평가를 수행한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 LID 요소기술 중 나무화분 여과장치, 옥상녹화, 빗무정원, 투수성포장, 침투트렌치, 빗물통, 식생수로 등의 총 7가지 LID 요소기술을 대상으로 연구를 수행하였다. LID 요소기술의 적용성평가를 수행하기 위해 시공비용, 유지관리비용, 강우유출수 저감효율, 비점오염원 저감효율, 적용위치 등의 촐 5가지 평가인자를 Entropy 방법을 이용하여 평가인자별 가중치를 산정하였다. 이후 다기준의사결정 방법 중 PROMETHEE 방법을 이용하여 LID 요소기술의 우선순위를 산정하였다. 현제 PROMETHEE 방법을 이용하여 LID 요소기술별 우선순위를 산정한 결과 옥상녹화가 첫번째 우선순위로 분석되었으며, 침투트렌치, 나무화분여과장치, 투수성포장, 식생수로, 빗물통, 빗물정원 순으로 분석되었다. 따라서 국내에 LID를 적용할 경우 옥상녹화, 침투트렌치, 나무화분 여과 장치 등의 LID 요소기술의 적용성 및 기대효과가 클 것으로 판단된다. 그러나 국내의 모든 지역을 대상으로 적용하기에는 문제가 있으며, 국내 LID 요소기술 적용 시 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 대상지역별 신뢰도 높은 LID 요소기술 적용성 평가를 위해서는 대상유역 내 시공된 LID 요소기술을 계측하여 비점오염원 및 우수유출수 저감효율, 시공 비용, 연간 유지관리 비용을 분석하여 평가를 수행되어 한다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.240-240
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• 2016

인류문명의 발달과 함께 경제력도 크게 개선되었으나 인구가 집중되어 있는 도시지역에서의 침수가 반복되고 있다. 도시침수는 직간접적인 피해규모가 심각하므로 구조적인 대책과 비구조적인 대책을 통하여 홍수방재에 많은 투자가 이루어져 왔다. 또한 계획규모 또한 상향조정되어 있다. 그러나 실제로 향상된 계획규모에 적합하도록 전체 홍수방재시설을 개수하는 데는 많은 기간과 예산으로 인하여 진행이 이루어지고 있지 못하고 있으며 과거의 호우사상에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 계획규모를 크게 초과되는 홍수는 자주 발생되어 왔으며 이로 인한 도시침수도 계속되어 왔다. 이러한 현상은 기후변화 및 돌발홍수 등으로 인하여 앞으로도 반복될 가능성이 매우 높아질 것으로 예측된다. 따라서 현재의 홍수방재시설에 대하여 향상된 계획규모의 호우사상 또는 이를 초과하는 극대호우사상에서의 홍수방재를 위한 방안수립이 시급한 상황이라고 판단된다. 본 연구에서는 계획규모를 초과하는 극대호우사상에 대비하여 최소한의 예산으로도 획기적으로 도시침수를 억제할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 도시지역에서의 홍수방재는 침수억제가 가장 중요하므로 침수모의를 통하여 통수능이 부족한 경우라도 침수가 발생되지 않는 지역은 제외하고 침수에 취약한 지점만을 대상으로 침수원인을 파악하여 역경사 또는 경사부족구간의 개선, 소규모 분산형 저류지를 통한 침수억제 및 빗물저류조와 빗물펌프장에서의 운영강화 등을 통하여 경제적인 침수억제방안의 수립을 전제하여 침수모의를 수행하였다. 연구결과 최소한의 구조적 개선과 기존 방재시설의 운영강화로 기왕의 홍수사상에서 발생된 침수에 대비하여 침수발생을 크게 저감시킬수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 전반적인 개수보다는 중요침수지역들을 대상으로 우선순위를 결정하여 침수원인을 해소 하는 방안으로 홍수방재계획을 추진한다면 빠른 기간에 작은 예산으로 도시침수를 크게 저감 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.121-121
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• 2011

도시유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, CAT)은 기존의 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전/후의 장/단기적 물순환 변화특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 이 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 링크-노드 방식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용/관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한, 모든 입/출력 자료를 엑셀이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. 특히 본 모형에서는 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발하였다. CAT은 수자원의지속적확보기술개발사업(2008 ~ 2011)의 연구 성과로서 한국건설기술연구원에서 개발하였다. 2008년 말에 모형의 기본구조가 개발되었고, 2009년에는 세부 알고리즘인 증발산, 침투, 유역 유출, 지하수 유거, 하도추적 등의 모듈과 사용자 편의시스템이 개발되었다. 2010년에는 우리나라 논의 특성을 반영한 논 유출 해석 모듈 및 저류지, 침투시설, 습지, 빗물이용시설 및 하천에서의 취수와 도수 등과 같은 물순환 개선시설을 평가할 수 있는 모듈을 추가하여 개발하였으며 2010년 3월에 도시유역 물순환 해석 모형 1.0 베타 버전을 출시하였다. 2010년 12월 에는 1.0 베타 버전에 침투해석모듈(Green&Ampt, Horton), 논에서의 개량물꼬 배수, 침투녹지(Bioretention) 및 차집관거 기능을 추가하였고, 기타 GUI의 업그레이드 및 추가를 통하여 1.5 베타 버전을 출시하였다. 현재까지 여러 자연유역과 신도시 개발지역에 대한 적용을 통하여 모형의 적용성을 평가하였다. 본 연구에서는 기존의 자연유역과 신도시 개발지역 외에 농업용 저수지와 논 관개지구가 위치한 유역을 대상으로 모형의 적용성을 평가하고자 하였다. 대상유역은 농업용수 지구이며 농업수리시설의 종류와 규모가 다양할 뿐만 아니라 농촌유역으로써의 대표성을 가지고 기존의 관측자료가 풍부한 점 등을 고려하여 경기도 평택의 이동유역을 선정하였다. 이동유역은 행정구역으로는 경기도 용인시 이동면, 남사면 일원이며 서쪽은 경기도 오산시, 남쪽은 평택시, 안성시 그리고, 북쪽은 용인시와 인접하고 있다. 이동유역 내 주요시설로서 유역면적 $94.4km^2$의 이동저수지와 상류에 용덕저수지($12.41km^2$)와 미산저수지($4.39km^2$), 노곡저수지($2.00km^2$)의 3개 저수지가 위치하며 2개의 유입하천(진위천, 송전천)에 의해 이동저수지로 유입된다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.38 no.12
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• pp.676-682
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• 2016

In this study, rainwater-greywater hybrid system was installed and operated for 1 year in order to evaluate its water quantity, water quality, and economic efficiency in building no. 39. This system was expected to overcome each disadvantages of and maximize each advantages. Low-greywater that was washed up from shower room was treated by MBR (Membrane Bioreactor) and ozone oxidation. Rainwater that was collected from the rooftop was stored in a reservoir, and then transferred to the storage tank that was mixed with treated greywater. After 1 year operating in building no. 39, rainwater and greywater was used to supply $2,599m^3$ of toilet flushing water. In terms of water quality, rainwater was satisfied far the greywater reuse standards except for E.coli. Moreover, low greywater quality was acceptable except for E. coli, BOD, SS, and turbidity. In addition, economic analysis was obtained from benefit-cost ratio (B/C) with 1.11. It implies that the feasibility of the project was reasonable. Furthermore, various research and policy to improve the economic efficiency of water recycling facilities is required to expand the use of water recycling facilities.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.11
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• pp.961-971
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• 2020

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) reported that the amount of precipitation in South Korea would increase regardless of the reduction of Greenhouse Gas (GHG) emissions. Moreover, the temporal and spatial rainfall variation would also increase in the future. Due to the geographic allocation of Korea, more than 80% of the annual precipitation occurs in the wet season from early July to late September. It is expected that the average precipitation in this period will increase from the Representative Concentration Pathways (RCP) scenario projections. These predictions imply an increased variability of available water resources. Rainwater harvesting system is widely used as an alternative water resources today. This study introduces a RBSN (rain barrel sharing network) as an efficient way to utilize alternative water resources under the RCP scenarios. The concept of RBSN combines individual rainwater harvesting system to a sharing network, which make the whole system more reliable. This study evaluated a RBSN in South Korea composed of four users based on a storage-reliability-yield (SRY) relationship. The study area comprises all 17 provincal areas in South Korea. The result showed a huge benefit from a RBSN in Korea under the historical rainfall condition. Even in the climate change condition, the results showed that a RBSN is still beneficial but the changes in reliability are different depending on provinces in Korea. The results of this study shows that a RBSN is a very effective and alternative measure that can deal with the impacts of climate change in the near future.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1420-1424
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• 2006

제주도는 연 평균 강우량이 전국 평균의 1.5배에 해당하는 다우지역이다. 그러나 화산섬으로서의 특수한 지형 및 지질구조 때문에 지표수가 거의 발달하지 않았으며, 이러한 수문지질여건으로 인하여 수자원의 대부분을 지하수 개발에 의존할 수 밖에 없어 용수 수요량의 증가를 충족시키기 위한 지하수 개발이 가속화되어 왔다. 그러나 지하수의 과다개발 등으로 지하수의 부존량은 점차 감소할 수 밖에 없는 실정이며, 제주도의 투수성이 높은 지질과 토양으로 지하수 오염에 취약해 최근 수질기준을 초과하는 지역이 늘어나고 있는 실정이다. 이에 제주 당국은 국제자유도시특별법 규정에 권장대상 빗물이용시설에 대한 시설비 보조에 관한 사항 등을 정하여 우수이용을 권장하고 있다. 본 연구에서는 제주도지역의 강우패턴과 세대별 생활용수량 자료를 조사 분석하여 효율적인 가정용 우수 이용 시스템으로서 갈수기에도 안정적으로 용수를 공급받을 수 있는 저류탱크의 크기 및 우수배관의 관경결정 기법을 개발하고 수질의 안정화를 위한 우수수질 안정화 기법을 제시하였다. 우수이용 시스템의 설계를 위하여 개발한 모형인 DDP, DOS 모형을 이용하여 강우 및 용수의 기초자료가 비교적 풍부한 제주도 지역에 적용함으로써 국내의 다른 산간지역과 도서지역에서도 본 시스템의 적용이 용이하게 될 수 있을 것으로 판단되며, 본 시스템 및 시스템 모형화에 대한 지속적인 연구를 통하여 보다 경제적이고 안정적인 시스템 설계가 가능한 범용적인 모형의 개발을 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.334-334
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• 2019

기후변화에 능동적으로 대처하기 위해서는 기후변화에 따른 수자원가용량의 변화를 정량적으로 평가할 수 있어야 한다. 평가결과의 신뢰도를 높이기 위해서 기후변화 시나리오는 지역기후 및 유역특성에 적합한 결과를 포함하여야 한다. 또한, 기후변화가 유역의 물순환계에 미치는 영향이 있다면, 물순환 개선 기술을 통해 지속가능한 유역 물환경을 구축하는 것이 필요하다. 유역 물순환 개선 기술은 기후변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우로부터 발생되는 유출을 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환 체계를 유지하고 회복하도록 하는 기법이라 할 수 있다. 한국건설기술연구원에서는 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 유역 물순환 개선 및 평가 모형인 CAT3(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool 3)을 개발하였으며 본 모형은 침투시설, 저류시설, 습지, 빗물저장시설과 같은 물순환 개선시설에 대한 효과를 정량적으로 평가할 수 있다. 본 연구에서는 팔당댐 상류의 경안천 유역을 대상으로 APCC 기후변화 시나리오 통계적 상세화 자료를 활용하여 물순환 개선 기술의 적용성을 평가하였다. 통계적 상세화 자료는 APCC에서 개발된 AIMS(APCC Integrated Modeling Solution) 플랫폼을 이용하였다. AIMS는 다양한 기후정보를 기반으로 사용자 관점에서 상세화를 수행할 수 있는 장점이 있다. 상세화 기법은 SDQDM(Spatial Disaggregation Quantile Delta Mapping) 방법을 이용하였다. 상세화된 기후자료는 과거자료의 재현성 및 미래 기간에 대한 왜곡도를 평가하기 위해 극한기후지수(Climate Index)를 이용하는데 본 연구에서는 장기간에 걸친 수자원가용량의 평가 및 예측을 위해 연강수량(PRCPTOT)을 사용하였으며 증발산량의 평가 및 예측에 영향을 미치는 온도 관련 극한기후지수는 평균기온 개념의 DTR(TMAX&TMIN)을 이용하였다. 통계적 상세화 과정을 통해 최종적으로 HadGEM2-CC, INMCM4, CanESM2 시나리오를 선택하였으며 각 시나리오별 물순환 개선 기술을 적용한 후 미래의 수문학적 변동성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.99-99
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• 2016

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였는데 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 현재 서울시에 건설중인 '신월 빗물저류배수시설' 연속강우 시 대심도 터널의 수리적 안정성 평가와 운영방안 수립을 위한 수리모형실험을 실시하였다. 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/50크기로 제작하였다. 모형의 전체 저류 가능량은 모형기준 $2.78m^3$ (원형 $347,778m^3$)이며, 터널 내 잔류수는 전체 저류 가능량의 0 ~ 100%까지 10%씩 변화시켜 실험 CASE를 선정하였다. 각 실험CASE별 수직 유입구 안정성 평가를 실시한 결과 터널 내 잔류수가 10%~80%까지 존재 할 때는 저지수직구1에서의 압축공기 폭발현상으로 인한 월류현상이 발생하였으며, 10%~40%까지는 저지수직구2에서 월류현상이 발생하였다. 하지만 고지수직구에서는 모든 CASE에서의 공기폭발 현상 및 월류현상이 발생하지 않아 유입성능 및 공기배출 성능이 충분히 발휘되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 저지수직구1에서의 월류현상 발생 시점은 5분55초에서 3분42초까지 빨라졌으며 저지수직구2에서의 월류현상 발생 시점은 5분57초에서 4분57초로 빨라졌다. 이는 터널 내 잔류수량이 증가할수록 터널 내 만관시점이 빨라져 발생하며, 저지수직구1,2에서의 압축공기 폭발현상 및 월류 현상은 터널 내에서 발생한 반사파의 영향으로 판단된다. 차후 터널 내 반사파 발생에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.278-278
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• 2012

최근 녹색도시를 지향하면서 도시 내에서의 물의 순환에 대한 관심이 높아지고 있으며 도시계획 단계에서부터 물의 순환을 고려하려는 시도가 이루어지고 있다. 국토해양부, 환경부, 소방방재청 및 지방자치단체들은 법령, 기준, 지침 및 조례 등을 제정하여 물순환을 도시개발 이전의 상태가 될 수 있도록 시설 설치를 유도하고 있다. 그러나, 개별시설들의 조합이 유역규모의 물순환에 미치는 영향 평가는 이루어지고 있지 못한 실정이다. 종래에는 홍수저감을 목적으로 홍수저류지와 침투시설에 대하여 설계하고 시공을 하였으나 장기적인 관점에서 LID 시설의 효과를 평가하여 도시 계획 단계에서 반영하지는 못하였다. 그리고 이들 개별 LID 시설(침투, 저류 등)에 대한 단위 시설의 규모 설계에 그치고 있어 개선 시설이 다중으로 조합되어 분산 계획되었을 경우, 유역 규모에서 물순환의 긍정적인 변화를 판단하기는 어려운 형편이다. 도시지역에서의 LID(Low Impact Development) 효과 분석과 연계된 유역 물순환 해석을 위하여 독일, 호주 및 미국에서는 STORM, Urban Developer, SUSTAIN(System for Urban Stromwater Treatment, and Analysis INtegratration) 및 SWMM LID(Storm Wastewater Management Model LID) 등의 모형을 출시하고 실무에 적용하고 있다. 그러나, 해외에서 개발된 기술은 국내의 유역 환경을 충분히 반영하기 어렵다. 저수지 혹은 하천에서의 취수 등과 같이 국내의 복잡한 물순환 형태를 반영하는데 한계가 있으며, 기존의 물순환 해석모형에 의한 LID 시설을 계획하는 방법은 홍수저감에 국한되어 있고, 하천 유량이나 지하수위 측정 자료가 부족한 대상지역에 대한 장기적인 유역 물순환 및 도시 개발과 같은 토지이용 변화가 물순환에 미치는 영향을 해석하는데 있어 제한이 있고, 개별적으로 설치된 LID 시설들이 유역의 물순환을 개선하는 효과를 종합적, 정량적으로 구현하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 도시 개발 지역의 장기간에 걸친 물순환의 변화를 예측하고 물순환을 개선시키는 대안 시설의 효과를 사전에 평가하는 것을 목표로 김현준 등(한국건설기술연구원, 2011)이 개발한 유역 물순환 해석 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 이용하였다. 특히, CAT은 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장 시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발되었다. 대상유역으로는 경기도 Y지구를 선정하였으며 도시개발 시나리오(전원도시 및 산업도시 등)에 따른 LID 효과 분석을 실시하였다. 대상지역에 대한 도시유형별 개발계획에 따른 개발 전 후 물순환 변화량 분석 및 LID 시설 계획에 의한 물순환 개선효과를 살펴보면 1998년부터 2007년까지의 평균 강우량을 1,271mm라고 할 때 산업도시의 경우 도시 개발 전의 증발산, 직접유출 및 기저유출은 각각 53%, 29%, 19%로 나타났으며 도시 개발 후 35%, 54%, 12%로 직접유출이 개발 전에 비해 86%나 증가하여 개발에 따른 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 개발에 따른 영향을 최소화하기 위하여 LID 시설을 계획하여 효과를 분석한 결과 증발산, 직접유출, 기저유출이 44%, 34%, 13%로 나타나 도시 개발 후의 왜곡된 물순환 체계가 개발전의 수준과 근접하게 나타나 LID 시설의 긍정적인 효과를 검토할 수 있었다. 이상에서와 같이 CAT 모형을 사용하여 도시유역의 물순환 체계를 진단하고, LID 시설의 효과를 평가할 수 있게 됨으로써 향후 도시유역에 대한 물순환 정상화를 실현하기 위한 정책 수립에 기초자료를 제공하고, 설계 실무에 활용될 수 있을 것이다.