강우에 의한 세류간 토양침식은 운동에너지를 갖는 빗방울이 지표면을 타격하여 발생하는 빗물튀김의 박리현상과 지표유출수의 면상흐름에 의한 토사입자의 운반으로 구분할 수 있다. 강우운동에너지는 토양입자를 토양체로부터 분리시키기 위한 강우의 잠재적인 능력의 지표로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 강우운동에너지가 세류간 토양침식에 미치는 영향을 파악하기 위해 강우의 충돌을 제어하는 스트립 커버를 이용한 토양침식 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우에 비해 0.58배 규모로 재현되었다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고 지표하유출량은 상대적으로 감소하였다. 지표커버가 없는 사면으로부터 발생한 지표유출량이 지표커버가 있는 경우에 비해 평균 1.82배 증가하였다. 강우운동에너지는 지표유출 및 지표하유출 발생시간에도 영향을 끼쳤다. 빗물튀김과 면상흐름의 상호작용으로 토사유출량이 3.6∼5.9배 증가하였으며 그 증가폭은 강우강도의 증가에 따라 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량의 관계분석 결과 강우운동에너지는 빗물튀김에 의한 토양입자의 분리침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수 증가에 따른 토사이송능력을 가중시켜 토사유출량을 크게 증가시키는 것으로 확인되었다.

도시유역의 저지대에서 집중호우에 따른 내수침수의 방지를 위해 빗물펌프장이 설치되어 있다. 현재 국내의 빗물펌프장은 자동화시스템에 의한 펌프 운영으로, 기준수위 도달 시 펌프 가동이 자동적으로 이루어지도록 프로그래밍 되어있다. 빗물펌프장에 설치된 펌프는 기계 및 전기 공급 시스템에 따라 모든 펌프를 한번에 동시 가동할 수 없으며, 현재 빗물펌프장 시스템은 펌프의 on/off가 각각의 펌프 한 대씩 순차적으로 가동하도록 설정되어 있다. 또한 펌프운영의 제한성으로 인하여, 빗물펌프장에 설치된 펌프의 종류에 따른 토출량이 상이할 경우, 펌프의 on/off 가동 순서에 의하여 빗물펌프장 운영의 효율이 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 배수 유역면적, 유수지 및 펌프 용량 등 현장 여건에 따라 최적의 펌프 운영을 수행할 수 있는 알고리즘을 활용하여 펌프장의 운영 방식 개선을 통해 펌프 조합 및 on/off의 여러 case를 통해 일반적이고 현장 운영자들이 적용하기 쉬운 운영 방식을 연구하였다.

경제성장을 위한 도시화 및 불투수면의 증가는 자연적인 물순환 체계를 변화시켰으며, 강우시 첨두유량 증가, 발생 시간 단축, 지하 침투량 감소 및 지표수 유출량 증가 등의 수문학적 문제 발생의 원인이 되고 있다. 이에 환경부에서는 기존의 한정된 수자원을 더욱 효율적으로 관리하고 이용하고자 LID/GSI 기법을 통한 강우유출수 관리 방법을 도입하였다. 지붕유출수의 경우, 오염물질 농도가 도로 및 주차장에 비하여 낮게 나타나기 때문에 LID 시설을 통한 처리 후 저류 및 지하 침투를 통한 자연적인 물순환 체계의 재현 혹은 조경, 청소 용수 등으로 이용이 가능할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 지붕유출수 관리를 위한 LID 시설의 운영 및 처리효율 평가를 통하여 도시내 물순환 체계 구축과 물의 재이용을 도모하고자 수행하였다. 본 연구를 수행하기 위한 LID시설은 침투화분으로서 공주대학교 천안캠퍼스내 조경공간에 설치하였다. 침투화분의 규모는 1.6×1.5(A×D, m2×m)이며, 시설은 강우시 지붕유출수가 직접 유입되는 자갈부와 식생이 식재된 토양층(상부)으로 나뉘어져있으며, 하부에는 모래와 자갈이 충진 되어있다. 시설 하단에는 시설로 유입된 강우유출수를 지하로 침투시키기 위한 지름 10 cm의 침투구멍이 존재한다. 모니터링은 포장지역의 강우유출수 특성을 고려한 수질모니터링 방법으로 수행되었으며 채취된 시료는 입자상물질, 유기물질, 영양염류 및 중금속(Total Pb, Total Cu, Total Zn) 항목에 대하여 수질오염공정시험법에 의해 분석을 실시하였다. 모니터링 및 수질 분석 결과를 토대로 시설 적용 전과 후의 수문학적, 환경적 분석을 수행하였다. 시설의 효율 평가를 위한 강우시 모니터링은 2013년 11월부터 2014년 9월까지 총 12회가 수행되었다. 모니터링이 수행된 대부분의 강우사상은 10 mm 이하의 소규모 강우로 평균 강우량은 8.8±6.7 mm로 나타났다. 침투화분 설치 후의 수문학적 분석 결과, 침투화분을 통하여 지붕유출수의 유출을 약 3시간 정도 지체 시키는 것으로 나타났으며 시설로 유입된 양의 최소 17%에서 최대 100%, 평균적으로 79% 정도 시설 내 저류 및 침투를 통한 유출시간 지체와 유출량 저감 효과를 보였다. 수질시료 분석결과를 토대로 모니터링 기간 동안 집수구역에서 발생된 오염물질의 처리효율을 분석한 결과, 입자상 물질의 경우 평균적으로 76%, 유기물질의 경우 94%, 영양염류는 86~96% 및 중금속의 경우 93% 처리되는 것으로 나타났다.

도시지역에서 강우가 내리면 우수관거, 빗물저류지 및 빗물펌프장 등을 통하여 우수가 배제된다. 따라서 도시유역은 이들 내배수시설물의 홍수방재능력의 한계를 초과하는 호우사상이 발생하면 유역의 저지대를 중심으로 침수가 일어나게 된다. 침수저감을 위해서는 관거의 확장, 빗물저류지의 신·증설 및 빗물펌프장의 신설 또는 확장 등 홍수방재시설물의 능력 확장을 통하여 가능하다. 이러한 구조적인 대책은 도시지역 및 계획강우량 등의 한계가 있으므로 우선적으로 기존 방재시설물의 운영 최적화를 통하여 방재능력의 극대화가 이루어져야 한다. 비구조적인 대책인 최적운영은 주로 제어가 가능한 빗물펌프장에서 가능하므로 최적홍수제어는 빗물펌프장의 최적제어라고 할 수 있다. 이 또한 관거의 통수능 부족 등에 의한 중상류 저지대침수 등 빗물펌프장에서의 운영최적화에도 한계가 있게 된다. 본 연구에서는 빗물펌프장에서의 최적운영으로 기대할 수 있는 최대 침수저감량을 추정하기 위한 절차를 제시하고 적용을 시도하였다. 이를 위하여 시범유역을 선정하고 빗물펌프장의 설계 및 실운영자료 등을 조사하고 최대의 운영조건으로 가능한 침수저감능력을 분석하였다.

본 연구에서는 도시침수 저감을 위한 비구조적인 대책 중 빗물저류조 최적운영에 관해 연구하였다. 기존의 빗물저류조는 크게 온라인 빗물저류조와 오프라인 빗물저류조로 구분할 수 있다. 온라인 빗물저류조는 일반적으로 대규모로 설치되어 자연유하에 의한 방류를 하며 오프라인 빗물저류조는 중소규모로 경제적이나 월류턱 높이 결정의 운영관리가 어렵고 펌프 압송에 의해 방류한다. 우수관망 내 설치된 오프라인 빗물저류조의 경우 도심지에서 부지확보가 곤란하기 때문에 규모에 한계성이 있고 일반적으로 강우 종료 후 방류를 시작하므로 연속강우에 대한 대처가 취약하다. 오프라인 빗물저류조의 경우 구조적 대책만으로는 연속 강우에 대해 완벽하게 대응하기는 곤란하며 방재성능을 향상시킬 수 있는 비구조적 대책이 필요하다. 오프라인 빗물저류조의 효율을 극대화하여 도시침수를 저감시키기 위해서는 빗물저류조 최적운영은 필수적이다.

본 연구에서는 도시유역 내 위치한 빗물펌프장들을 포함하는 중소하천에 대하여 수리･수문 분석을 통하여 강우량-유출량-수위변동 관계를 도표화함으로써 단기간 내 예측된 강우량이 미리 설정된 기준 강우량에 해당 할 시 펌프를 조기가동하여 유수지의 여유용량 확보 및 상류 도시유역에서의 내수침수 위험성을 저감시키고자 한다. 따라서 본 연구에서는 빗물펌프장에서의 펌프 조기가동 운영을 위한 기준강우량 산정과 관련된 일련의 분석 체계를 수립하였으며, 이를 바탕으로 상·하류의 관측수위 기반 수위변동 예측 기술 및 본류수위에서의 영향 분석에 따른 적정 조기가동기준을 제시하였다. 상·하류 관측수위 기반의 빗물펌프장 조기가동에 관한 연구는 타당성 검토 및 기반 기술의 초기 개발 단계에 해당하며 현재 하나의 빗물펌프장 중심으로 펌프 조기가동 운영 기법을 제안한 상태이다. 향후 상·하류 관측수위 기반 수위변동 예측 및 상하류 빗물펌프장 운영에 따른 본류수위 영향 분석 기술의 연계분석 과정을 통해 정확성을 향상시킬 필요가 있다고 판단되며, 향후 이에 따른 수위 변동 영향을 고려한다면 기존의 펌프장 가동을 더욱 효과적으로 운영함으로써 도시유역에서의 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

최근 도시화에 따른 불투수층의 증가는 배수유역의 도달 시간의 감소 및 첨두유출량의 증가와 기상이변으로 인한 국지성 집중호우로 도심지에서의 내수 침수피해를 발생시키고 있다. 특히, 내수 침수피해는 유출량이 집중되는 저지대 지역과 하수관거불량 지역에서 빈번하게 발생하고 있으며, 이는 도로변에 설치되는 빗물받이 유입구의 차집량 부족 및 막힘에 따른 도로 노면수 정체가 침수피해를 가중시키는 요인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 빗물받이 유입부의 적정 설계방안의 기초자료를 제시하기 위하여, 도로조건 및 설계빈도 변화에 따른 차집량을 위한 실험을 실시하였다. 도로 종경사는 도심지 내 간선도로 및 고속도로의 최대 종경사를 반영하여 2~10%의 조건을 선정하였고, 측구 횡경사는 도로 횡경사 및 L형측구의 측구 경사를 반영하여 2~10%의 조건을 선정하였다. 도로 차선 조건은 중앙차선과 보도를 경계로 편도 2, 3, 4 차선을 선정하였으며, 실험유량은 설계빈도 상향을 고려하여 5년, 10년, 20년 및 30년의 설계 빈도의 우수유출량 8.4ℓ/s~21.5ℓ/s의 유량으로 결정하였다. 빗물받이 유입구의 크기는 실제 도로에 설치되는 40×100cm의 유입구를 사용하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험 모형을 1/2축소 제작하여 실험을 실시하였다. 수리실험 결과, 쇠살대 빗물받이 유입구(40×100cm)의 차집율은 측구 횡경사의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이는 측구 횡경사의 증가로 도로 노면수가 측구로 집중되어 유입구의 전면부를 통한 차집량이 증가하고, 전면부를 통과한 유량은 유입구 측면부를 통해 횡유입되어 차집량이 증가한 결과로 분석되었다. 산정된 실험조건별 차집량은 회귀분석을 통하여 산정식을 제시하였으며, 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 이러한 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선행되어야 한다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능평가가 필요하다. 성능평가가 이루어져야 유입부 및 흡입부의 설계를 개선하거나 펌프의 용량을 증대하는 대안을 제시할 수 있을 것이다. 하지만 현재 설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부재한 실정이다. 따라서 빗물펌프장 내 흐름특성을 분석하여 설계 및 운영에 대한 성능 평가방법을 제시할 필요가 있다. 배수능력 평가 기준을 마련하기 위한 빗물펌프장 내 흐름특성 분석은 수리모형실험을 통하여 분석하는 것이 가장 이상적이나 현실적인 문제로 인하여 수치모의를 통해 분석하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 수치모의를 사용하기 위해서는 수치모의의 검증이 필히 선행되어야 하므로 본 연구에서는 국내 빗물펌프장 흡입부의 설게기준과 기설치된 빗물펌프장의 형상을 고려하여 수치모의의 검증에 필요한 수리실험을 수행하였다. PIV(Particle Image Velocimety)를 이용하여 빗물펌프장 흡입부 주변의 유속장에 대한 자료를 확보하였다. 확보한 유속장 자료와 ANSYS CFX 모의 결과와 비교하여 3차원 수치모형의 검증을 수행하였다.

이상기후와 집중호우로 인한 도심지 내의 홍수피해 위험성이 점차 증가하고 있는 상황에서 우수처리시설의 성능향상을 통한 치수안전도를 향상시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 도심지에 우수를 처리하는 배수통문, 통관 및 빗물펌프장에 대한 치수능력 증대사업이 진행되고 있지만, 도심지역의 특성상 추가시설을 위한 부지확보 방안에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 빗물펌프장의 경우에는 토출량의 증대를 위하여 빗물펌프의 용량을 증대하고나 추가 펌프 설치를 고려하여 시설물 증대사업을 추진하고 있다. 펌프수의 증가를 통한 토출량 증대방안은 추가적인 부지확보가 필요하므로, 기존 펌프토출량 증대를 통한 치수안전도 향상을 설계단계에서 많이 고려하고 있다. 펌프용량 증설 설계단계에서는 흡수정 내에서 발생하는 흐름특성을 분석하고 vortex 발생을 억제하여 기계설비에 미치는 영향을 최소화하고, 흡입효율이 저하되지 않도록 하여야 한다. 기존 연구를 살펴보면, 흡수정 조건에 따라 vortex 발생여부를 판단하고 vortex를 저감할 수 있는 방안을 적용하는 연구가 수행되었다. 이와 같은 vortex 형성 여부는 정상상태의 흐름조건에서 vortex의 발생여부를 판단하는 것으로서, 홍수시 변화하는 내외수 조건에 의한 흐름특성을 구현하기에는 부족한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 흡수정으로 유입되는 유입량과 토출량 변화에 따른 흡수정 내의 흐름특성 변화를 모의하고 기존 정상 상태 연구와의 차이점을 비교하였다.

최근 기후변화에 따른 강수패턴 및 국지적 집중호우 발생은 하수관거 확충과 같은 전통적 홍수관리 대책의 한계를 드러내고 있다. 극한 호우에 효율적으로 대처하기 위해선 폭우관련 방재시설의 정비·확충과 함께 방재시설 설계빈도 이상의 폭우 시 노면유출수를 효과적으로 저감하고 관리할 수 있는 방안이 강구되어야 한다. 이러한 전방위적인 노력의 일환으로 본 연구는 도시지역 내 산재해고 있는 공공시설을 효율적으로 활용하는 방안을 제시하고자 한다. 우선 현재 공공시설을 대지규모와 건폐율을 기준으로 6개 유형으로 유형화한 후 각 유형별 공간구성요소를 파악하였다. 이후 현재 개발된 빗물유출저감시설을 침투와 저류기능 중심으로 분류하고 앞서 파악된 유형별 공간구성요소에 도입 가능한 세부시설을 제시하였다. 이렇게 제시된 각 세부시설의 최종 도입 적합여부를 공공시설의 입지특성을 고려하여 선정된 빗물유출 관리목표 하에서 다시금 판단함으로써 본 연구는 공공시설 내 빗물유출 저감시설 도입을 위한 의사결정에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

불투수지역이 대부분인 도시유역의 경우, 우수관을 통한 우수의 배제가 유출시스템의 대부분을 차지한다. 도시지역의 우수관로 및 빗물펌프장의 용량을 설계하기 위해서는 일반적으로 강우빈도해석을 통해 계산된 빈도별 강우를 Huff시간분포 등을 사용하여 일괄적으로 시간 분포시켜 유출을 계산한다. 그러나 이러한 설계는 기후변화 등으로 인해 게릴라성 호우 등이 빈번히 발생하고, 평균적인 강우강도가 증가하고 있는 현실의 불확실성을 제대로 반영하지 못한다. 그러므로 본 연구에서는 설계강우사상의 첨두강우강도가 가지는 불확실성을 분석하기 위해, 설계강우사상을 시간 분포시키는 대표적인 방법이며, 실제 본 연구의 적용지역인 가산1빗물펌프장의 설계에 사용된 Huff 2분위 방법과 과거 발생한 실제 강우사상들을 이용한 유출해석을 실시하였다. 그 결과, 유역 내 지체효과가 거의 없는 도시지역의 경우에는 총강우량보다는 첨두강우강도에 의해 유역 내 홍수가 유발된다는 것을 확인하였고, 이를 입증하기 위해 회귀분석을 수행하였다. 즉, 총강우량이 같다고 하더라도, 첨두강우강도에 따라 상류 우수관의 범람이 야기될 수 있으며, 이러한 현상은 같은 빈도의 설계강우량이라고 해도 지속시간이 짧은 경우에 더 큰 첨두강우강도를 가지므로 더욱 두드러졌다. 이것을 본 연구에서는 설계강우사상를 시간분포시킴에 의해 야기되는 첨두강우강도의 불확실성이라고 정의하고, 이에 대한 정량화 및 고려가 도시지역의 유출시스템 설계 시 고려되어야 함을 제안하였다.

최근 지구온난화로 인한 기상재해의 피해가 전 세계적으로 계속 증가하고 있다. 특히 집중호우는 시민들의 안전과 재산에 막대한 피해를 주고 있으며, 도시지역의 불투수성 포장은 홍수피해를 더욱 증가시키고 있다.(주진걸 2010, 전원준 2006) 따라서 도시지역의 홍수피해 및 저지대 내수침수 잠재 위험성을 방지하기 위하여 빗물펌프장이 각 도시지역에 설치되고 있으나, 연중 강우량의 절반이 여름에 밀집된 우리나라의 특성 상 빗물펌프장의 본연의 기능을 필요로 하는 강우계급은 강우빈도 중 20%에 그치고 있다(권용찬 2013, 박멱옥 2008). 본 연구에서는 한강으로 유입되는 A하천의 수위를 조절하기 위해 설치된 빗물펌프장에 생태유수지를 조성하여 강우 계급에 따른 홍수제방 효과 및 비점오염 저감효율을 평가하였다. 강우강도 1~2계급(10mm 이하, 10~30mm)에 대해 비점오염 저감시설로서 정상가동 되지만 3~4계급(30~50mm, 50mm 이상)이상의 강우량이 발생할 경우 시설이 침수되었다(국립환경과학원 강우유출수 조사방법, 2009). ROFM(강우량 빈도법) 산출 결과 1~2계급의 강우빈도는 연중 강우 빈도의 78.3%로 장마기간을 제외한 대부분을 차지하였으며, 비점오염원의 저감효율 평가결과 1계급 35.7%, 2계급 25.6%, 3계급 –25.8%, 4계급 –27.4%의 제거효율을 보였다. 이러한 강우모니터링 결과를 통해 빗물펌프장에 조성한 생태유수지가 비점오염저감 및 홍수제방 양쪽 모두 순기능을 하는 것으로 나타났다. 매년 강수량은 10년 강우 평균에 비해 갈수록 높아지고 있으며, 일 최대 강수량이 200mm 이상으로 발생하는 등 단기간 집중되는 높은 강도의 강우가 발생하고 있다. 그에 따라 시설이 파손되거나 침강지의 토사가 빠른 유속에 의해 유실되는 등 정상운영에 어려움을 겪고 있어 변화하는 강우사상에 따른 시설의 적정 운영 및 유지관리가 요구되고 있다.

일반적으로 빗물펌프장의 운영은 유입부의 수위만을 고려하여 운영되고 있는데 이러한 운영 방식은 수위가 급격하게 변화할 경우 효율적으로 대처하기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 많은 연구자들은 다양한 모형을 이용하여 빗물펌프장의 효율을 극대화하기 위한 노력을 하였다. 하지만 빗물펌프장 주변의 흐름특성을 실제 측정한 결과가 없었기 때문에 이들 모형을 검증하기 어렵다는 한계가 있었다. 따라서 빗물펌프장 효율적 운영을 위한 모형들의 검증을 위한 빗물펌프장 운영 시 빗물펌프장 주변의 흐름특성을 실측한 자료가 필요하다. 이에 본 연구에서는 개봉1 빗물펌프장을 대상으로 표면영상유속계를 이용하여 빗물펌프장 운영 시 유수지 유입부와 빗물펌프장 토출부 주변의 유속분포를 측정하였다. 유속분포 측정은 2012년 8월 15일 발생한 홍수사상에 대하여 실시하였다. 빗물펌프장 주변의 유속분포 측정에 표면영상유속계를 적용한 결과 짧은 시간에 유속을 측정할 수 있기 때문에 급격한 수위 변화에 충분히 대응할 수 있어 빗물펌프장 주변의 평면유속분포 측정에 적용이 가능한 것을 확인하였으며 향후 빗물펌프장 주변에 고정으로 설치한다면 실시간 유속분포 측정도 가능할 것으로 판단된다.

최근 도시지역의 내수침수로 인한 피해가 급증하고 있어 이에 대한 대책으로 제내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키는 빗물펌프장에 대한 설치 요구가 증대되고 있다. 빗물펌프장의 효율적 운영을 위해서는 내수와 외수의 변화를 충분히 고려하여야 한다. 또한 본류 수위 증가로 인해 배수위 영향을 받는 지천의 경우에는 본류 수위 변화를 고려해야 하고, 본류 합류부에 배수문이 설치되어 있을 경우에는 빗물펌프장의 운영뿐만 아니라 효율적인 배수문 조작이 요구된다. 따라서 빗물펌프장과 배수문의 최적 설계 및 운영 방법을 수립하기 위해서는 기존 수치모형을 이용한 결과뿐만 아니라 빗물펌프장 운영 시 실제 흐름특성 변화를 관측한 자료가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 개봉1 빗물펌프장과 개봉1 배수문을 대상으로 홍수 시 빗물펌프장 운영에 따른 배수문 주변의 흐름특성을 측정하였다. 유속분포 측정은 표면영상유속계를 이용하였으며, 측정 구간은 배수문 직상류와 직하류에 대하여 실시하였다. 유속분포 측정 결과 홍수위 상승 시와 하강 시 배수문 주변의 흐름특성 변화뿐만 아니라 빗물펌프장 운영에 따른 배수문 주변의 흐름특성 변화도 확인할 수 있었다.

빗물펌프장에 설치된 펌프는 운영되는 동안 홍수시 변화하는 하도의 수위조건에 영향을 받는다. 이러한 하도수위변화는 펌프운영효율을 저하시키는 캐비테이션, 수격 및 서징 등의 현상을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 펌프운영효율이 저하하게 된다며, 빗물펌프장으로 유입되는 홍수를 원활하게 배제시키지 못함으로써, 도시내수침수에 의한 홍수를 발생시킬 수 있다. 펌프의 효율을 떨어뜨리는 캐비테이션의 발생원인은 다양하지만, 흡수정 내에서는 흡입관 주위에서 vortex가 발생하여 물과 함께 공기가 유입되어 캐비테이션이 발생하게 된다. 이러한 vortex는 다양한 흐름조건에 의하여 형성되므로, 흡수정 내의 수위조건을 반영한 수치모의를 주로 수행하였다. 본 연구에서는 하천에서 발생한 홍수시 변화하는 수위를 수치모의에 반영하고 흡수정 내의 수위 조건에 따라서 발생하는 흡수정 내의 흐름특성을 분석하였다. 연구에서 적용된 빗물펌프장의 경상남도 김해시의 OO 빗물펌프장이다. 펌프가 단일 운영되는 조건과 다중 운영되는 조건에 대하여 수위변화를 적용하여 FLOW-3D 모형을 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다.

Hydrophilic polymer is suitable as soil conditioners for green roofs that use rainwater, due to promotion of water retention capacity as well as enhancement of the water absorbing capacity. The objective of the present study was to investigate the effects of different levels of hydrophilic polymer concentrations (0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8% w/w) on the water holding capacity and growth response of 6 species in soils amended with hydrophilic polymer in 5 cm of soil thickness on green roofs. The results showed that the water holding capacity of the amended soil improved with increasing amount of applied polymer. The application of 0.8% w/w of the polymer increased the soil moisture by 87% compared to the control, and decreased slowly in green roofs during an arid period. The growth of Sedum spurium 'Dragon's blood' and Lampranthus spectabilis increased significantly and had greater than 60% relative coverage with higher hydrophilic polymer concentrations. However, Juniperus chinensis var. sargentii and Euonymus fortunei var. radicans had no significant differences upon change of hydrophilic polymer concentrations. In Carex kujuzana and Carex morrowii 'Aurea variegata', growth decreased with increase of hydrophilic polymer concentrations. 30 days after planting, Juniperus chinensis var. sargentii, Euonymus fortunei var. radicans, Carex kujuzana, and Carex morrowii 'Aurea variegata' died back due to lowest soil thickness (5 cm), but Sedum spurium 'Dragon's blood' and Lampranthus spectabilis had greater than 90% survival.

최근 기후변화에 따른 도시내 홍수가 증가하면서, 빗물관리에 대한 관심이 증가하고 있다.빗물 저장 시설은 이러한 관점에서 향후 새로운 시각의 방재시설로 각광을 받을 가능성이 있다. 그러나 빗물 저장시설의 급수원의 하나로서의 수질에 대한 국내연구는 상대적으로 적은 편이다. 본 연구에서는 초기우수가 배제된 지붕빗물을 소독원을 주입했을때와 주입하지 않을 때의 수질성상변화를 연구하였다. 성상변화를 추적하기 위하여 COD, T-N, T-P, 장내미생물, 일반미생물의 변화를 염소 주입별로 분석하였다. 염소 주입별로 COD는 74%, T-N 23%, T-P 92% 저감을 확인하였으며 장내 미생물 및 일반 미생물은 염소 주입 후 4일 이내에 완전 사멸한 것으로 확인하였다.

최근 기상변화와 급속한 도시화에 따른 국지성 집중호우가 자주 발생되며, 불투수층이 급격히 증가하면서 대도시 지역에서의 침수 피해가 잇따르고 있다. 2010년과 2011년 서울시에도 100년 빈도의 집중호우가 연이어 나타나면서 광화문과 강남지역 침수가 발생하였고 이는 서울시의 현재 우수 및 하수관리 체계의 한계점을 보여준다. 이에 서울시는 체계적인 방재대책을 마련하기 위해 대심도 빗물배수터널 설치를 계획하고 있지만 국내의 경우 대심도 빗물배수터널에 대한 연구(수리실험 및 수치모의 등)가 미비하며, 구체적인 설계지침수립 등의 연구결과가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널의 흐름특성 분석에 관한 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 대심도 빗물배수터널에서 유입구(Inlet)는 유량배제 시 유입유량을 결정하는 중요한 구조물이다. 국외에서는 유입구의 형태 및 크기 등에 관한 실험 및 수치모의연구가 1980년대 이후로 지속적으로 수행되고 있으나, 국내에서는 유입구에 관한 기초적인 연구만 진행되고 있는 실정이므로 유입구에 대한 구체적인 연구가 필요하다. 특히 유입구는 형태(Scroll, Spiral, Tangential)에 따라 유입수로에서의 수심이 결정되고 이 수심이 유량의 배제능력을 평가하는 기준이 되므로 유입구의 형태별(Scroll, Spiral, Tangential) 흐름특성을 분석 하는 것이 중요하다고 판단된다. 본 연구에서는 가장 일반적으로 사용되고 있는 유입구의 종류를 소개하고, 각 유입구에 대한 흐름특성을 분석하고자 한다. 흐름특성 분석을 위해 3차원 수치모델링 프로그램인 Fluent 6.3모형을 사용하여 실시하였다. 유량 배제효율을 판단하는데 척도가 되는 유입수로에서의 최소수위를 측정하였으며, 각 유입구별 수치모의 조건(수직갱 지름, 접근수로 너비, 유량 등)은 같은 값을 적용하여 비교·분석하였다. 유입부 구조물의 격자망은 육면체와 삼각뿔 형태로 구성하였으며, 다상유동을 위해 VOF Scheme을 적용하였다. 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였고 난류모형으로는 κ-ε모형을 적용하였다.

기후변화로 인한 집중호우와 도시화로 인한 불투수면의 증가는 많은 양의 비를 바로 하수관거로 유출시켜 관거 용량초과로 저지대 침수 등의 피해를 일으킨다. 지금까지는 도시의 치수안전도를 높이기 위해 하수관거를 확장하고, 빗물펌프장의 용량을 증대하는 등의 방법을 주로 채택하고 있지만 많은 비용과 시간의 소비를 필요로 하여 현실적으로 불가능에 가깝다. 최근 소방방재청과 수원시는 기존 우수배수 시스템의 한계를 보완하고 대처하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 본 연구에서는 수원의 상습침수 지역인 M마을을 연구 대상지로 하여 XP-SWMM을 이용하여 분산형 빗물저류조 적용에 따른 첨두유출 저감 효과를 확인을 위해 설치 개수, 배치유형(설치위치)을 다르게 하여 집중호우 시 치수 안전도에 미치는 영향을 모의하였다. 그 결과 3,000m3 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.5% 저감되었으며, 500m3 용량 저류조를 6개 설치하였을 때는 첨두유출이 28% 저감되었다. 빗물저류조 배치유형의 경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.