• 한국수자원학회논문집
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• 제40권2호
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• pp.183-190
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• 2007

본 연구에서는 식생여과대에 있어서 토양층의 역할에 주목하였으며, 토양 침투량이 증가될 수 있는 구조로 토양층을 변형하여 일반적인 식생여과대에서의 오염저감효과와 비교 분석하였다. 따라서 연구의 최종 목적은 토양층 변화를 통한 식생여과대의 수질개선효과를 일반적인 토양층으로 구성된 식생여과대와 비교, 검토함으로써 보다 효과적인 식생여과대를 조성하고자 하는 것이다. 실험분석 결과, 토양층 변화를 접목시킨 식생여과대는 일반 식생여과대에 비해 표면유출에서 높은 오염물질 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 표면유출수 일부가 정류벽을 통과한 후 재상승하여 표면으로 유출되었기 때문으로 판단된다. 그러나 계단형에서의 하부유출수의 경우, 입경이 큰 모래와 자갈을 통과하여 유출이 일어나기 때문에 직선형 식생여과대보다 오염저감효율은 다소 낮게 나타났다. 이를 오염물질 유출부하량의 개념으로 파악해 보면, 하부유출량이 전체 유출유량에 대한 기여도가 계단형(4%)에서 직선형(2%)보다 높기 때문에 계단형에서의 오염물질 저감부하량이 직선형에 비하여 매우 높게 나타났다. 따라서 정류벽과 표면층 변화를 통해 침투량을 증가시킨 식생여과대는 일반적인 식생여과대보다 저감효과가 크고 식생여과대 적용에 필요한 여러 조건(토양의 침투성, 여과대의 넓이 및 길이, 유속 등)을 만족하지 않더라도 충분한 저감효과를 발휘할 수 있을 것으로 기대된다.

• 환경영향평가
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• 제25권6호
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• pp.369-383
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• 2016

본 연구에서는 강원도 평창군 대관령면에 위치한 산지초지와 초지의 말단에 조성한 식생여과대(Vegetation Buffer Strip, VBS)에 분포형 유역모델 CAMEL을 적용하였다. 그리고 이를 통해 확보한 매개변수를 초지와 식생여과대로 구분한 다수의 시험격자에 적용하여 다양한 인자들에 의한 식생여과대 오염부하 저감효과를 평가하였다. 시험격자를 이용한 시나리오 모의결과, 식생여과대에서 강우의 직접유출량은 식생여과대 폭이 넓어질수록 감소하는 것으로 나타났으며, 전반적으로 경사가 높을수록 오염물질의 저감효율은 낮아지는 것으로 나타났다. 유사의 경우, 식생여과대 폭에 따른 저감효율은 전반적으로 큰 차이를 보이지 않았다. TOC와 TN의 경우, 시험격자의 경사가 $10^{\circ}$, $20^{\circ}$일 때, 식생여과대 폭에 따른 저감효율은 큰 차이를 보이지 않았으나, 경사가 $30^{\circ}$일 때 식생여과대 폭이 좁을수록 높은 저감효율을 보였다. 반면, TP의 경우, 양토(Loam)에서의 저감효율은 전반적으로 높지만, 사양토(Sandy loam)에서는 경사가 $20^{\circ}$, $30^{\circ}$일 때 식생여과대 폭이 넓을수록 높은 저감효율을 보이는 것으로 분석되었다. 이는 TOC와 TN의 모의결과와는 상반되는 결과로 대부분 입자성 물질로 존재하는 인의 경우 지표면에서의 포착현상으로 인해 길이에 따라 비례적으로 저감효율이 높아지는 경향을 보이는 것으로 사료된다. 본 연구에서 구축한 모델은 향후 비점오염물질의 유출을 효과적으로 저감할 수 있는 식생여과대 조성을 위한 기준 등을 제안하는데 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 환경영향평가
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• 제24권5호
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• pp.516-531
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• 2015

본 연구에서는 분포형 유역모델이면서, 국내 환경에 적합하도록 개발된 CAMEL에 기반하여 식생여과대 효과분석을 위한 모듈을 개발하였다. 식생여과대의 주요 모의기능은 기존의 CAMEL과 동의하나 릴에서의 유사포착 현상과 수평둔덕을 추가로 설계하여 모듈에 반영하였다. 식생여과대 모듈을 검증하기 위하여 시험 격자를 이용하여 식생여과대의 길이, 조도계수, 토성, 식생의 높이 및 뿌리 깊이 등 다양한 매개변수에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 식생여과대 모듈의 민감도 분석결과를 종합해 보면, 유사 지표유출량은 조도계수 변화에 따라 민감하게 반응하였으며, 전반적으로는 유사와 TP의 지표유출량 저감률이 시나리오 변화에 상관없이 전반적으로 높은 것으로 분석되었다. TOC, TN의 저감률은 식생여과대의 길이, 토성변화에 따라 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며, 유사와 TP의 지표유출량 저감률에 비해 상대적으로 저감률이 낮은 것으로 분석되었다. 본 연구에서 개발된 식생여과대 모듈은 환경변화에 따른 오염물질 저감효과를 합리적으로 재현하는 것으로 나타났으며, 향후 식생여과대 조성 지역에 적용되어 비점오염 물질 제거 효과를 정량적으로 산정하고 효율적인 관리방안을 평가하는데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.463-463
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• 2016

최근 도시물순환 복원 및 치 이수효과 증대를 위해 저영향개발기법(Low Impact Development) 연구가 활발하게 진행 중이다. 하지만 대부분이 수치모델을 활용한 설계프로그램 개발에 대한 연구에 집중되어 있는 실정이며, 이러한 프로그램을 활용한 설계 시 최적의 매개변수 결정에 한계가 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 건축형 LID 요소 중 하나인 식생여과장치(Planter Box)의 모형실험을 통해 프로그램 모의에 필요한 매개변수를 추정하고, 모의를 수행한 후 모형실험 결과와 프로그램 모의 결과를 비교하여 최종적으로 식생여과장치의 설계 매개변수를 산정하고자 한다. 식생여과장치의 모형실험을 위하여 가로 1.5m, 세로 1.5m, 높이 1.5m로 실험 장치를 제작하였으며, 강우-유출수 실험 전 시료의 침투율, 함수비 등을 체크한 후 지속시간 1시간의 재현빈도 5년, 10년, 20년, 50년에 해당하는 강우강도에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과로 나타난 자료는 SWMM 모형과 비교분석해 모형에 적용된 매개변수의 적합성을 분석하였으며, 재현빈도 5년, 10년, 20년의 경우 $R^2$ 값이 0.88~0.97로 실험 값과 모의 값의 연관성이 높게 나타났으며, 재현 빈도 50년의 경우 0.7835로 비교적 연관성이 낮게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.209-209
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• 2020

환경부 자료에 따르면 1990년대부터 2000년대 후반까지 국내의 도시면적은 696,239㎢ 증가했다. 도시지역에서의 불투수면적이 차지하는 비율은 25% ~ 80%로 적지 않은 비율을 차지한다. 따라서 도시면적이 증가하면 이는 불투수면적의 증가로 이어지며 이로인한 지표유출로 오염물질의 유입이 늘어나게 되면, 수질오염중 비점오염원이 차지하는 비중의 증가한다. 비점오염원으로 인해 발생하는 환경문제를 해결하기 위해 LID(Low Impact Develpment)시설에 대한 연구가 많이 진행되었다. 본 연구에서는 7년간의 선행 연구결과를 바탕으로 LID 시설별 오염물질 저감효율을 비교분석하였다. 용인 삼계리에 위치한 식생수로 오염지표들의 유입, 유출EMC를 토대로 제거 효율에 대한 평가를 해보면 TSS는 46%, BOD는 48%, COD는 56%. TN은 42% 그리고 TP는 58%가 나왔다. 용인 해곡동에 위치한 식생여과대의 경우 TSS는 83%, BOD는 45%, COD는 43%, TN은 39%, 그리고 TP는 62%가 나왔다. 마지막으로 전주에 위치한 식생체류지의 경우 TSS는 100%, BOD는 75%, TOC는 62%, TN은 67% 그리고 TP는 83%가 나왔다. 이들 자료를 바탕으로 효율성 평가를 해보면 먼저 식생수로의 경우 TP 저감 효율이 58%로 가장 높았으며 TN 저감 효율이 42%로 가장 낮았다. 식생여과대의 경우 TSS 저감 효율이 83%로 가장 높았으며 TN 저감 효율이 39%로 가장 낮았다. 마지막으로 식생체류지의 경우 TSS 저감 효율이 100%에 가까운 양질의 제거효율을 보여주었으며, TOC의 경우 67%로 제일 낮은 제거효율을 보였다. 위 결과를 토대로 판단을 해보면 식생체류지가 전반적으로 좋은 지표를 보였으며 대부분의 상황에 양호한 제거효율을 기대할 수 있다고 생각된다. 식생 LID시설은 자연친화적이며 강우유출과 오염물질을 제거할 수 있다는 장점이 있는 반면, 장치형 LID시설에 비해 넓은 부지면적을 필요로 하므로 설치 지역의 특성에 맞게 LID 시설을 시공하는것이 적절하다고 판단된다. 해당 연구결과는 향후 식생형 LID시설을 설계하는데 있어서 기초자료로 반영될 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권2호
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• pp.100-109
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• 2016

도시 지역의 물순환 구축과 비점오염물질 저감을 위해 구축되는 LID 시설의 지속적 효율은 주요 내부 구성요소(식물, 토양, 여재, 미생물 등)의 최적화된 상호작용에 의하여 나타난다. 본 연구는 식생이 조성된 4가지 LID 기술 (식생체류지, 소규모 인공습지, 빗물정원 및 나무여과상자)의 실제 도시 강우유출수의 유입으로 인한 식물의 성장상태 변화와 물순환 효과 및 비점오염물질 저감능력을 평가하기 위하여 수행되었다. 도시지역의 강우유출수의 약 40% 이상의 유출저감을 위한 적정 SA/CA (facility surface area / catchment area) 비는 시설마다 차이는 있지만 1~5% 범위가 적당한 것으로 평가되었다. 강우시 LID 시설에서의 유출저감은 비점오염물질 저감효율 향상에 중요한 영향을 끼치는 기작으로 나타났으며, SA/CA는 LID 시설의 중요한 설계인자로 도출되었다. 유출저감에 효과적인 시설은 빗물정원 > 나무여과상자 > 식생체류지 > 소규모 인공습지 순으로 나타났으며 입자상 물질 (TSS)의 제거능력은 빗물정원 > 나무여과상자 > 소규모 인공습지 > 식생체류지 순으로 분석되었다. 유기물 (COD, TOC), 영양물질 (TN, TP) 및 중금속 (Cu, Pb, Cd, Zn) 제거에는 빗물정원 > 나무여과상자 > 식생체류지 > 소규모 인공습지 순으로 조사되었으며 이러한 결과들은 향후 도시지역의 물순환 구축 및 비점오염물 제거에 적용되는 LID 시설의 설계에 중요한 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1378-1382
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• 2007

과거에는 치수적인 측면에서 하상과 둔치에 자생하는 식생이 홍수시 하천의 통수능을 줄인다는 이유로 기피 대상이 됐으나, 근래에 들어 생활수준의 향상과 더불어 국민의 여가생활에 있어서 하천의 친환경적인 역할이 증대되고 있다. 하천에서의 식생은 토사의 침식을 억제하여 탁도를 줄이며, 수중야생 동 식물들의 서식처를 제공하고, 제방의 식생은 제방의 안정에 기여한다. 뿐만 아니라 식생은 첨두홍수량을 줄이는데 기여하고, 유출에 의한 오염물질을 여과시킨다. 과거에는 하천 식생을 고려하기 위해 Manning 공식 등을 이용하여 단순히 경험적으로 조도계수만을 증가시키는 방법을 사용하였다. 단순히 조도계수를 증가시킬 경우, 식생이 수로에 존재하면 전체적인 흐름저항은 증가하지만, 하상 전단력은 감소한다는 개념과 맞지 않게 된다. 또한 기존 식생수로에 관한 연구의 초점은 주로 수직모형에 의한 수직 흐름구조 변화에 있어 왔다. 하지만 수직모형을 실제 자연하천에 적용하기란 쉽지 않고, 실무적인 측면에서 비실용적이다. 따라서 본 연구에서는 실무적으로 적용성 및 활용도가 높은, 식생항력 개념을 적용시킨, 수심 평균된 2차원 수치모형을 개발하였으며, 직선수로에 식재구간을 설정하여 식생에 의한 흐름특성 변화를 살펴보았다. 식생이 존재함으로써 수면의 상승이 유발되었고, 비식재 구간에서의 평균유속이 상대적으로 높은 증가율을 보였다.

• 한국관개배수논문집
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• 제9권1호
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• pp.103-111
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• 2002

• 생태와환경
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• 제40권2호
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• pp.264-272
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• 2007

본 연구는 한강 상수원 수변지역의 실제 적용에 앞서 Bench scale의 실험을 통해 식생여과대의 단점을 보완하고 보다 효율적인 비점오염물질 저감을 위해 대조군, 모래+자갈, 여재, 자갈의 토양여과대를 조성하여 토양의 침투능력을 향상시키고 효율을 비교하고자 하였다. 실험 결과 토양여과대에서 단면 및 하부로의 침투를 증가시킨 결과 대조군과 비교하였을 때 토양여과대의 평균 표면 유출부하량과 비교하여 $8.2{\sim}40.1%$까지 감소한 것으로 나타나 토양여과대 조성을 통한 표면 유출부하량의 감소 효과가 비교적 양호하게 나타난 것으로 판단된다. 오염물질의 유입부하에 따른 총유출부하량을 통해 각각의 토양여과대에 대한 저감 효과를 비교해 본 결과, 전체적인 제거율은 SS $84.5{\sim}92.5%$, BOD $67.9{\sim}80.6%$, T-N $43.4{\sim}76.6%$), T-P $40.6{\sim}87.4%$, Cu $28.3{\sim}48.1%$, Fe $92.1{\sim}97.7%$, Pb $81.4{\sim}97.3%$인 것으로 조사되었고, 각각의 토양여과대에 대한 오염물질 저감효과를 비교해 본 결과, 여재, 모래+자갈, 자갈의 순으로 저감효과가 뛰어난 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 기존의 식생여과대에 비해 토양층을 변화시켜 토양의 침투능을 향상시킨 토양여과대가 비점오염물질 저감에 보다 효과적이며, 하천에 가해지는 오염부하량을 감소시킬 수 있을 것으로 판단되기 때문에 차후 현장 적용 시 보다 실효성 있는 비점오염 저감대책이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.221-230
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• 2016

유속이 낮은 정체수역에 대하여 부영양화에 의한 녹조발생을 미연에 방지하고 수질개선을 도모하기 위하여 기존 인공식물섬 운영기술에 다양한 요소기술을 도입한 다기능 인공식물섬을 개발하였고 개발기술에 대한 성능검증을 위하여 경기도에 소재하는 하천에서 여름철과 겨울철 동안에 모니터링 하였다. 본 연구의 다기능 인공식물섬은 수질정화 기능을 높이기 위해서 정수식물 기반의 식생여과 공정 위주의 일반 인공식물섬 기술에 미세기포 공정과 인공여재에 의한 인 흡착/여과 공정을 추가하여 운영하였다. 개발기술에 대한 계절에 따른 오염물질 (COD, T-P) 제거율 변화로부터 오염부하가 낮은 겨울철 (15.9%, 20.0%)보다는 부하가 높은 여름철 (40.9%, 45.7%)에 높은 처리효율을 갖는 것으로 나타났고 공정별 제거율 (SS, Chl-a)에서는 미세기포 공정은 여름철 (33.1%, 39.2%)에, 인 흡착/여과 인공여재 및 식생여과 공정은 겨울철 (76.5%, 59.5%)에 높은 제거효율을 갖는 것으로 분석되어 다기능 인공식물섬의 정화능은 계절별 변화 또는 오염부하 정도에 따라서 적용 기술별로 제거능을 나타내어 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료되었다. 또한, 인공식물섬 주변의 생태변화 분석결과, 식물섬 저부에 미세기포의 공급으로 용존산소가 증가됨으로써 혐기화에 의한 물질환원 현상을 방지하고 수류순환을 유도하여 친환경적인 새로운 수생태계가 조성되는 것을 확인하였고 이러한 결과들을 통하여 다기능 인공식물섬에 의하여 정체수역의 수질이 개선되고 다양한 동식물의 성장으로 정체수역 저부의 물질순환이 개선될 수 있는 가능성을 확인하였다.