• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.2003-2007
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• 2007

최근 서울시 등 일부 지자체에서는 택지개발 시 대체 수자원을 확보하고 물순환 왜곡을 해소하기 위해 개발면적의 일정비율 이상의 저류시설을 설치하도록 하고 있으나, 국내의 경우 체계적인 빗물관리시설의 계획, 설계기술이 보급되지 못해 시설도입 시 적정 시설 및 규모 선정에 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 도시 지역을 대상으로 공동주택단지에서의 빗물관리시설 적용방안을 수립하고자 하였다. 독일 STORM 모형을 활용하여 택지 개발 전후의 물순환 특성과 빗물관리시설 도입에 따른 이 치수적, 물순환 개선 측면에서의 적용 효과를 분석하였으며, 적정 시설조합 및 규모를 제시하였다. 인천 C지구에 도입 예정인 공동주택 단지를 대상으로 하였으며, 빗물관리시설 적용을 통해 연간 약 12만톤의 수돗물 대체, 약 20.25%의 총 유출량 저감, 증발 및 침투유도를 통해 저류시설 설치 전 대비 약 120% 물순환 기여 효과가 있을 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.854-858
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• 2008

최근 도시 및 단지 개발시 자연적인 물순환체계 구축에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 추세이다. 서울시를 비롯한 각 지자체에서도 빗물관리시설 적용과 관련된 조례를 제시하고 있으며, 건교부나 환경부에서도 수자원의 확보와 복원을 위한 빗물관련 법규 제정의 움직임을 보이고 있다. 또한 일부 지자체들은 도시 및 단지 개발시 빗물관리시설의 적용을 전제로 사업승인을 하는 등 수자원확보와 수순환복원을 위해 빗물관리에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 최근 문제시되는 물부족 현상에 대비해 대체수자원으로써 빗물의 저류와 침투를 통한 직 간접적인 활용은 수자원 확보에 있어 하나의 대안이 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 공동주택단지를 대상으로 하여 빗물관리시설중 침투정과 침투트렌치 적용에 따른 유출저감효과를 분석하였다. 본 연구에서는 대상지점으로 표준이 될 수 있는 공동주택단지를 선정하고, 대상지점 내 적용이 가능한 곳에 기존 집수정과 우수관을 대신하여 침투정과 침투 트렌치를 가상으로 적용하였다. 침투정과 침투트렌치는 표준의 것을 적용하는 것으로 하고, '빗물 저류침투기술협회(일(日))'의 시설별 설계침투량 계산을 통해 침투정과 침투트렌치 적용에 따른 대상지점에 우수유출량을 합리식으로 계산하였다. 그리고 대상지점의 개발전 유출량과 개발후 유출량(집수정, 우수관적용), 개발후 유출량(침투정, 침투트렌치적용)의 비교를 통해 빗물관리시설의 적용에 따른 유출저감효과를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1360-1364
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• 2010

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. 여기서, 물순환 개선시설이란 빗물을 흡수하고 저류할 수 있는 도시녹지시설 혹은 구조물로서 도심 내의 불투수면을 저감시키고 유출수를 줄이면서 동시에 녹지를 확보하여 효과적인 물순환 기능에 영향을 미치는 시설들이다. 이러한 물순환 개선시설은 신도시 및 지역 혁신도시 개발 등의 대규모 토지이용변화가 예상되는 개발지역에 대한 평가 및 개선 기술을 제공하여 물순환 건전화를 위한 설계에 직접적으로 활용될 수 있는 큰 장점을 지니고 있다. 먼저 침투 시설은 계획침투량을 반영하며 토양으로의 침투량과 지하수로의 이동을 모의한다. 저류시설은 하도 내에 위치한 online 저류지와 하도 외에 위치한 offline 저류지로 구분하고 저류지 수면의 증발량과 취수량을 고려하며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. offline 저류지의 경우는 하도 내의 흐름의 규모에 따라서 일정량을 넘는 경우만 offline 저류지로 유입될 수 있는 양을 산정하도록 하였으며 하류 하천으로의 방류를 반영하여 홍수 후에 저류지가 비워지도록 하였다. 유역 내의 습지는 식생과 수면에서의 증발산을 반영하였다. 습지의 저류능력을 넘는 양은 월류되어 하류로 유출되며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. 빗물저장시설의 경우는 초기우수와 같은 일정량 이하의 유입량과 시설용량을 초과하는 양은 방류하도록 하였고, 물 사용량을 반영하였다. 또한, 본 모형에서는 하천 내에서 취수하여 유역으로 공급할 수 있도록 리사이클 처리노드를 계획하였다. 리사이클은 용수 이용 목적에 따라 필요지역으로 공급되는 것으로 하였으며, 하천유지용수의 목적으로 취수되어 상류 혹은 하류의 임의 지역으로 공급되는 것을 포함하였다. 또한, 유역외부에 광역으로 급수되는 공급량도 반영하도록 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.157-157
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• 2017

우리나라에서는 급속도로 진행되고 있는 도시화의 영향으로 토지사용 방법이 변화함에 따라 도심지 내 불투수율이 증가하고 있으며, 불투수면적과 강우유출량 또한 증가하였다. 이러한 변화는 도심홍수, 수질오염 등의 피해를 더욱 심화시킬 뿐 아니라, 도시유역 물순환 체계 및 자연생태계 균형 파괴 등의 심각한 환경문제를 발생시키고 있다. 이에 국내 외에서 도시유역 물순환 체계 관련 다양한 대안이 검토되고 있으며 외국에서는 약 20년 전부터 저영향개발 (Low Impact Development; LID)을 통한 수자원의 활용과 환경 친화적인 개발에 관심을 기울이고 있다. 국내에서 주로 사용되는 LID 기법은 소규모 유출저감 시설과 녹지면을 이용하여 빗물을 분산시키는 분산형 유출저감 시설물이 있다. 분산형 유출저감 시설물은 빗물의 발생원에서 빗물을 침투 저류시켜 저류된 빗물은 조경용수, 청소용수, 하천 유지용수 등으로 이용하는 친환경 빗물관리 방식으로 침투도랑, 측구형 침투시설, 식생수로, 빗물 저류조, 투수성 블록 등의 다양한 시설물이 이에 포함된다. 현재 이와 같이 LID 시설물이 급속도로 증가하고 있으나 시설물의 저감효과 분석을 위한 모니터링관련 연구가 많지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 LID 시설물의 유출 저감효과를 분석하기 위해 부산대학교 양산캠퍼스 실증실험단지에 설치되어 있는 LID 시설물의 모니터링 계측결과를 바탕으로 다양한 강우사상에 따른 LID 시설물의 유출저감 효과를 분석하였다. 대상지역의 정확한 유출저감 효과를 분석하기 위한 방안으로 자료의 이상치, 결측치 등을 보정하는 방안을 고려하였으며 실험실증단지에 내리는 강우의 지속시간, 총강우량, 선행강우에 따라 강우사상을 분류하여 이를 토대로 강우사상 별 LID 시설물의 유출 저감효과와 유출 지속시간에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.604-604
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• 2012

국지성 집중호우에 따른 도심지 내수 침수 피해의 주원인으로 하수관거의 설계기준을 초과하는 강우가 침수피해의 주요 원인이며, 도심화로 인해 불투수 면적이 증가함에 따라 유출되는 시간이 짧아 저지대의 피해는 불가피하다. 2010년과 2011년에 100년 이상의 강우사상이 서울시에 연이어 나타나면서 집중호우로 인한 피해지역이 유사하게 나타났으며, 광화문 거리의 연이은 침수는 현재 서울시의 하수관거의 용량과 빗물펌프장 및 저류조 시설로 구성된 기존 수방대책의 한계점을 보이고 있다. 이에 서울시는 광화문 일대의 배수능력을 향상시키기 위하여 효자배수분구 빗물배수터널을 계획하고 있다. 일본, 미국 및 유럽 등지에서는 대심도 지하수로 시설에 대한 수리실험 및 수치 연구를 바탕으로 다양한 지하방수로가 건설되어 국지성 집중 강우에 대해 적절히 대응하고 있으나, 국내의 경우에는 대심도 지하방수로 시설에 대한 연구가 미비하여 지하방수로 설계 지침 및 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널 시설에서의 흐름특성 분석에 관한 수리실험 및 수치해석 등의 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 빗물배수터널 시설의 접선식 유입구에 대한 흐름특성을 수치모의 하였다. 접선식 유입구 및 수직갱(drop shaft)에 대한 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지와 난류 에너지 소산율 $\epsilon$의 전달 방정식을 도입한 k-$\epsilon$ 난류 모형을 채택하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.354-357
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• 2009

최근 도시화로 인한 유역 내 불투수 면적의 증가로 인해 첨두홍수량이 증가하고 있으며 이 문제를 해소하기 위해 종래에는 인공적으로 하천폭을 증가시키고 제방을 높이는 대책 등이 시행되었으나 많은 문제점이 발생되어 대책의 단순적용에 어려움이 있다. 이러한 문제의 해결방안으로 강우유출수 저감 목적 최적관리기법(BMP)이 대두되었으며, 실제로 이러한 빗물을 저장하고, 침투시키는 우수 저류 침투시설에 대한 관심이 급증하여 정부 및 일부 지자체를 중심으로 우수 저류 침투시설의 도입이 점차 확산되고 있다. 본 연구에서는 우수 저류 침투시설중 저류지, 투수성포장, 옥상녹화를 EPA SWMM으로 모형화 하여 설치비용에 따른 첨두유출량 저감효과를 비교하였으며, 그 결과 투수성 포장이 비용 대비 첨두유출량의 저감효과가 가장 뛰어난 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1285-1289
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• 2008

최근 도시지역의 확대와 고밀도화에 따른 도시근교의 산림, 논밭, 녹지 등이 감소하고, 도로나 건축물 등의 증가로 인해 불투수 유역이 확대되어, 원래 그 토지가 유지하고 있던 보수 유수 기능이 현저히 저하되고 있다. 그 결과 강우 시 표면 유출량의 증가와 유출시간의 단축이 현저하게 되고, 도시하천이나 하수도 유하 능력을 넘는 홍수가 자주 발생하고 있다. 또한 빗물 침투량이 줄어들어, 용천수 고갈, 하천의 평상시 유량감소가 나타나게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 유역 내에 저류시설과 침투시설 등 유출저감효과를 기대할 수 있는 여러 가지 시설의 활용방안이 꾸준히 모색되고 있다. 본 연구에서는 이러한 내배수 홍수분담시설 중 저류와 침투의 기능을 모두 갖추고 있는 쇄석공극저류시설의 효율성을 분석하였다. 또한 쇄석저류지와 규모와 형태가 유사한 우수저류지와의 비교를 통해 상대적인 효율성을 평가하였다. 그 결과 두 시설이 같은 규모를 가진다고 가정할 때, 우수저류지가 쇄석저류지에 비하여 월등한 유출저감효과를 보이는 것으로 파악되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.482-486
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• 2016

광주광역시 도심유역의 14개 단위유역(영본B02~영본B25)으로 면적 $501.19km^2$ 중 약 42%에 해당하는 $211.86km^2$을 대상유역으로 분산식 빗물관리에 의한 물순환 체계를 구축하였다. 지목별 저감대상 면적은 대지, 창고, 공장용지는 전체면적의 15%, 주유소, 학교, 잡종지, 종교용지, 주차장은 5%, 도로는 10%를 적용하여 저감대상 산출면적은 $9.1km^2$로 설정하였으며, 초기강우 10mm에 대한 초기강우유출량 $90,885m^2$이 발생하며 이는 각 단위유역의 토지이용별로 침투통, 침투측구, 침투화분, 침투도랑, 수목여과박스, 식생수로, 빗물저금통, 투수블럭의 8개 시설에 의해 침투 및 저류하는 것을 제안하였으며, 또한, 본 연구의 대상유역에서 발생하는 비점오염원 발생부하량은 8,439.16kg/일으로 그 중 2.4%에 해당하는 210.186kg/일이 본 연구에서 제안한 빗물 관리시설에 의해서 삭감되는 것으로 분석되었다. 또한, 빗물관리시설의 총 투자비용은 약 322억원이며, 효과 비용은 343억원으로 산정되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.461-461
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• 2017

기후변화 적응 유역 물순환 개선 기술은 기후변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지 회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 국내 유역의 특성 및 기후를 반영하기 수월한 물순환 개선 및 평가시스템을 국내 기술로 개발하였다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가할 수 있다. 본 연구의 대상유역으로는 팔당댐 상류의 경안천 유역을 선정하였다. 경안천 유역의 기후변화에 따른 물순환 개선 기술 적용을 위해서 기후변화 시나리오 자료는 기상청 수원 측후소의 1976~2099년 FGOALS-s2, HadGEM-ES, INM-CM4 RCP8.5 시나리오를 적용하였으며 분석기간은 2020s(2010~2039), 2050s(2040~2069), 2080s(2070~2099)로 구분하였다. Baseline은 수원 측후소 과거 30년 1971~2000년 자료를 이용하였고 각 시나리오별 수문성분 및 구조적 물순환 개선기술 적용에 따른 수문성분을 비교 분석하였다. 물순환 개선기술 시나리오 중 침투시설 시나리오는 도시 면적의 20%, 설계침투량은 일본 우수저류침투기술협회 기준인 단위면적($1m^2$)당 10mm 적용하였고, 빗물저장시설 시나리오의 저장시설의 용량은 수도법시행규칙(2011)의 빗물 이용시설기준(도시면적 ${\times}0.05$)을 적용하였다. 시나리오별 강우량은 HadGEM-ES가 증가폭이 크게 나타났고 INM-CM4는 2080s에서 감소 경향을 보였다. 증발산량은 거의 모든 시나리오에서 대부분 감소하였고, 개선기술 적용에 따라 크게 증가하거나 감소폭이 줄어들었다. 직접유출량 및 중간유출량은 기후변화 시나리오별 강우증가분에 따른 미세한 증가 양상을 보였고, 개선기술 적용에 따라 약간 증가하는 양상을 보였다. 지하수유출량의 경우 침투시설 적용으로 함양량이 크게 증가함에 따라 증가폭이 매우 크게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.228-228
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• 2012

우수저류시설 사업은 일자리 창출을 위한 "녹색뉴딜사업" 추진방안 중 "대체수자원확보 및 친환경 중소댐 건설" 과제의 핵심사업으로 선정('09년)되어 추진하고 있는 사업으로 최근 기후변화에 의해 빈번하게 발생되는 국지성 집중호우에 의한 침수피해로부터 국민의 생명과 재산을 보호하고, 저류된 빗물을 대체 수자원으로 활용하기 위함이다. 그러나 국내의 우수저류시설 사업은 현재 시행 초기단계로서 제반 설계 및 유지관리 기술이 부족한 실정이며, 이로 인해 실제 운영시 많은 시행착오가 예상된다. 또한 전문가에 의한 시설 설치후 운영 등의 현황 분석 및 사업효과 분석이 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 기설치된 우수저류시설을 대상으로 현지조사 및 담당자 인터뷰를 통하여 시설 설치와 운영, 모니터링 등의 분야에 대한 현 실태 및 개선방안을 제시하고자 하였다. 시설 설치 분야의 경우 지역에 따라 스크린내 부유물 제거를 위한 제진기 설치, 원격조정시스템의 효율성 증진을 위한 CCTV 설치, 저류지 및 하류부 홍수위를 고려한 수문 및 여수로 운영계획 수립, 여수로 말단 하천 합류부에 유속감소시설 설치가 필요한 것으로 조사되었다. 시설 운영분야의 경우 지역에 따라 초기 강우가 저류조에 직접 유입되지 않도록 횡월류 위어 설치, 유량 및 수문관련 DB 출력 시스템 보완, 연속강우를 고려한 시나리오 작성, 저류시설의 운영 매뉴얼 수립이 필요한 것으로 판단된다. 계측시스템 분야의 경우 수위계, 유량계, 유속계 증설 또는 보완이 필요한 것으로 판단되며, 대부분의 지역이 시설 설치에 따른 피해 저감효과 분석에 필요한 DB가 충분히 확보되지 않은 것으로 조사되었다. 현 상태에서 저류시설 설치 전 후에 따른 침수피해 저감 영향에 대해 정성적 분석을 실시한 결과 ${\bigcirc}{\bigcirc}$지구의 경우 호우사상이 유사한 2007년 태풍 "나리"와 2011년 7월 집중호우시의 침수범위를 비교할 때 시설 설치에 따른 홍수 저감효과가 높은 것으로 조사되었다. 조사 결과, 저류시설에 의한 침수피해 저감 효과가 높다는 것을 고려할 때 지역 특성을 고려하여 우수저류시설 운영에 필요한 수리구조물 설치 운영, 계측시스템 설치 및 운영매뉴얼을 수립하는 것이 반드시 필요할 것으로 사료된다.