이재응 이인화 2017-08 25761 https://aurora.ajou.ac.kr/handle/2018.oak/13945 학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :건설교통공학과,2017. 8 다양한 사회기반시설들의 건설로 인해 도시화가 급속도로 진행되고 있다. 불투수성 건설재료로 건축된 회색 기반시설들은 자연적인 물순환 과정을 악화시켜 빗물의 지표면 유출을 증가시키고, 비점오염원에 대한 배출 관리에 매우 취약하다. 불투수면적의 증가는 지표수와 지하수의 단절을 발생시키고, 궁극적으로는 지하수위 저하를 야기한다. 또한 홍수량의 규모를 증가시키고, 홍수량 발생시간을 단축시켜 큰 인명피해를 초래할 수 있다. 결국, 이러한 피해로 인해 도시화와 더불어 자연적인 물순환 과정을 구현시킬 수 있는 구조적 장치마련의 시급함을 느끼게 되었고, 이에 따라 국내·외에서는 도시유역 물순환 체계 관련 다양한 대안이 검토되고 있으며 외국에서는 약 20년 전부터 저영향개발 (Low Impact Development; LID)을 통한 수자원의 발전과 친환경적인 도시 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 국내에서 주로 사용되는 LID 기법은 소규모 유출저감 시설과 녹지면을 이용하여 빗물을 분산시키는 분산형 유출저감 시설물로 침투도랑, 측구형 침투시설, 식생수로, 빗물 저류조, 투수성 블록 등의 다양한 시설물이 이에 포함된다. 현재 이와 같이 LID 시설물의 적용범위가 급속도로 확대되고 있으나 시설물의 유출저감 효과 분석을 위한 모니터링 관련 연구는 많지 않은 실정이다. 또 국내에 기설치된 LID 시설물의 대부분은 모니터링이 이루어지지 않아 LID 시설물의 유출저감 효과를 검증하기 어려운 상황이다. 이에 본 연구에서는 LID 시설물의 유출저감 효과를 분석하기 위해 부산대학교 양산캠퍼스 실증실험단지에 설치되어 있는 건축형-도로형 LID 시설물의 모니터링 계측 결과를 바탕으로 강우사상에 따른 LID 시설물의 유출저감 효과를 분석하였다. 대상지역의 정확한 유출저감 효과를 분석하기 위한 방안으로 근사값과 유사한 최근 자료를 이용하여 극대값, 극소값 등을 보정하는 방안을 고려하였으며, 실험실증단지에 내리는 강우의 총강우량에 따라 강우 Case를 분류하였다. 분류된 강우사상 모니터링 데이터를 바탕으로 각 LID 시설물 간의 유출 과정을 수식화하여 간단한 물수지 방정식을 만들었고 이를 통하여 강우사상 Case 별 LID 시설물의 총유출량, 총침투량, 첨두유량을 산정하여 유출저감 효과를 분석하였다. 분석 결과, 총강우량에 따라 분류된 강우 Case에서 총강우량이 클수록 LID 시설물의 총유출량 및 첨두유량이 감소하였고, 총침투량이 증가하였다. 단, 총강우량이 일정량을 초과하거나, LID 시설물의 저류용량을 초과할 경우 LID 시설물의 침투효과는 일정해질 것으로 추정되나 강우사상의 부족으로 한계량을 확인하지는 못하였다. 건축형 LID 시설물의 경우, LID 시설물의 월류량을 모니터링할 수 없는 구조적인 한계로 건물화분에서 측정된 침투효과보다 거리화분에서 측정된 침투효과가 약 3 ∼ 4배로 과도하게 측정된 것으로 분석되었다. 이는 모니터링 계측 오류와 각 LID 시설물의 월류관에서 발생하는 월류량값 및 일반보도로 월류되는 월류량값이 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 도로형 LID 시설물에서도 총강우량이 클수록 더 큰 침투효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 하지만 이 역시, 도로형 LID 시설물에서 발생하는 지표유량이 거리화분으로 흘러가도록 설계된 구조로 인해, 정확한 월류량값을 산정할 수 없어 과도한 총침투량이 산정된 것으로 판단되며, 총강우량이 일정량을 초과하거나, LID 시설물의 저류용량을 초과할 경우 LID 시설물의 침투효과는 일정해질 것으로 추정된다. 현재 국내 LID 시설물의 연구는 도입·적용의 단계로 모니터링 유출저감 효과 분석을 위한 모니터링 데이터 계측이 원활히 이루어지지 않고 있으며, LID 시설물의 모니터링이 시작된지 얼마 지나지 않아 다양한 강우 사상을 분석하기 어려운 실정이다. 향후 이러한 점이 보완되어 본 연구의 결과를 활용한다면 LID 시설물의 유출저감 지속효과, 초기 강우유출 저감효과 등 LID 시설물의 유출저감 효과 측면에서 활용성이 높은 연구가 진행될 수 있을 것이라 판단된다. 제 1 장 서 론 1 1.1 연구 배경 및 목적 1 1.2 연구 내용 및 범위 2 제 2 장 연구 동향 3 2.1 국내·외 LID 관련 연구 동향 3 2.1.1 국내 3 2.1.2 국외 4 2.2 국내·외 LID 적용 사례 5 2.2.1 국내 5 2.2.2 국외 7 제 3 장 이론적 배경 9 3.1 LID 시설의 필요성 9 3.2 LID 시설 종류 및 특징 10 3.2.1 자연형 LID 시설 11 3.2.2 처리형 LID 시설 14 3.3 물수지 분석 15 3.4 모니터링 자료의 보정 16 제 4 장 연구 방법 및 내용 20 4.1 조사지점 현황 20 4.2 조사지점 강우 분석 27 4.3 Case 분류 31 4.3.1 강우사상별 Case 분류 31 4.3.2 LID 시설물별 Case 분류 37 4.4 조사항목 및 분석방법 42 4.4.1 현장모니터링 방법 및 데이터 수집 42 4.4.2 물수지 방정식 44 4.5 모니터링 자료의 보정 48 4.5.1 보정방법 48 4.5.2 보정결과 50 제 5 장 LID 시설물의 유출저감 효과 분석 55 5.1 Case 별 유출저감 효과 분석 55 5.1.1 Case 1 (2016.06.19) 55 5.1.2 Case 2 (2016.06.16) 59 5.1.3 Case 3 (2016.06.24 ∼ 2016.06.25) 62 5.1.4 Case 4 (2017.04.05 ∼ 2017.04.06) 65 5.2 Case 별 유출저감 효과 종합분석 68 5.2.1 총유출량 비교를 통한 LID 시설물 유출저감 효과 분석 68 5.2.2 총침투량 비교를 통한 LID 시설물 유출저감 효과 분석 71 5.2.3 첨두유출량 비교를 통한 LID 시설물 유출저감 효과 분석 75 제 6 장 결 론 78 참 고 문 헌 80 Abstract 83 kor The Graduate School, Ajou University 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. 저영향시설(LID) 모니터링 자료를 통한 유출저감 효과 분석 Analysis of Runoff Reduction Effects Based on Low Impact Development Facility Monitoring Data Thesis 아주대학교 일반대학원 inhwa 일반대학원 건설교통공학과 2017. 8 Master http://dcoll.ajou.ac.kr:9080/dcollection/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000025761 LID Low Impact Development 저영향개발 유출저감 유출저감 효과 Urbanization is rapidly proceeding with the construction of various social infrastructures. Grey infrastructures built with impermeable materials aggravate water circulation and increase the overland runoff. They are also vulnerable to management of emitting nonpoint pollution sources. The increase of impermeable area causes severance of surface and ground water, and decrease of ground water level. Also, it increases the degree of flood and shortens the occurrence time of flood, causing enormous damage of human life. Therefore, there has been requirements for structural preparation of equipment that can pull off water circulation following the rapid urbanization. Therefore, many alternatives are being in and out of the country related to water circulation system and in overseas, there is high interest on developing environment-friendly development and using water resources through low impact development for 20 years. LID facilities widely used in korea and small runoff decreasing facility and distributed runoff decreasing facility using green surface. such as penetration generosity, lateral penetration facility, rainwater recycling facility and permeable block. The application of LID facility is rapidly increasing, but there is few effects. Research regarding LID monitoring for analyzing runoff decrease. Furthermore, no monitoring is performed in most facilities, which also makes it difficult to analyze. Therefore, the runoff decrease effect is analyzed in this research depending on storm events by using architectural-complicated LID facility measurement data obtained from demonstration experiment complex, Yangsan campus, Busan National University. For more accurate analysis revising the maximum minimum values, are considered and the rainfall events are classified by total amount of rain. With the classified monitoring data, the hydrologic budget equation is built by simulating the runoff process of LID facilities. The runoff decrease effects are also analyzed by calculating the amount of total runoff, infiltration and peak discharge on each LID facility. In conclusion, in case of total rainfall, as it increases, the total runoff and the peak discharge decrease and the infiltration increases. Also, in architectural LID facility the efficiency of infiltration is increased when it is generated from the connected LID facilities such as building pollen-street pollen than from single facility. However, due to the structural limit of not being able to monitor overflow, the efficiency when infiltrated through street pollen was about 3 ∼ 4 times higher than in building pollen. This means monitoring results errors and runoff value of overfall tube and the road had high effects. Also, as the rainfall is higher on complicated facilities, it has more penetration effect. However, due to the structure where surface flow flowing to street, it is impossible to measure accurate runoff value causing excessive penetration calculated. Currently, research of LID facility is in beginning stage and monitoring data measurement for runoff decrease effects is not being well conducted. It is difficult to analyze various storm events, because it has not been long since the monitoring of LID facilities began. with this research it is hoped that it can help to identify the runoff decrease effects of the various LID facilities.