공동 주거시설의 수문학적 방재 성능 제고를 위한 LID 기술의 전산모의 연구 = Computer simulation of LID technology to raise the hydrological disaster prevention performance of apartment complexes

국문 초록 (Abstract)

국 문 요 약
최근 기후변화에 의한 불규칙적인 집중강우로 도심홍수피해가 빈번하게 발생하고 있으며, 이는 과거 강우사상에 비해 강수일수는 감소하고 강우강도는 집중되어 유발되는 기후변화재해로 해석할 수 있다.
기후변화재해인 도심홍수에 대한 대도시의 기존방재대책은 설비위주의 중앙집중식으로 국지성 집중강우에 유연하게 대처할 수 없는 한계가 있었다. 이를 도시 생태적 측면에서 지속가능하게 유지할 수 있는 분산형 시스템들이 논의되고 있으며, 저영향개발(Low Impact Development)기술은 기존 시스템의 취약점을 보완할 수 있는 대안으로 평가되고 있다. 여기서 옥상녹화는 도심의 열섬현상 완화 및 건물의 생태적 기능성 증진이 가능하고, 더불어 우수유출 저감으로 도심홍수 예방효과를 기대할 수 있는 건물에 적용 가능한 대표적인 LID 기술이다. 도심 내 중요한 면적요소인 건축물을 상황에 따라 분산형 우수처리설비로 전환할 수 있는 옥상녹화는 중앙집중형의 현재 수해방재시스템을 생태적 측면에서 지속가능하게 제고할 수 있는 대안으로 해석할 수 있다.
본 연구에서는 옥상녹화가 분산형 우수처리설비를 대체하는데 요구되는 다양한 정량지표 중 토양을 수문학적 관점에서 분석하고자 하였다. 이를 위해 토양 실측으로 도출된 실체적 분석에 수문학적 물성 산출 모형을 적용하여 SWMM 전산모의에서 요구되는 물성지표를 산출할 수 있었다. 이를 기반으로 수해취약지구 내 위치한 공동 주거시설을 대상으로 집중강우 시 발생될 수 있는 수해피해를 모의하고, 토양의 담심, 토심, 토성에 따른 LID 시스템의 사전설계를 통해 예상되는 우수유출 저감효과 규명이 가능하였다.

핵심단어: LID 시스템, 우수유출저감, 옥상녹화시스템, 수문학적 물성치

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

◾ Abstract
Irregular intensive rainfall from recent climate changes often results in urban flood damages. This may be interpreted as a disaster caused by climate changes because while the number of days of rainfall has shortened, the intensity of rainfall has increased compared to the past.
The current disaster prevention measures against urban flood, a disaster caused by climate change, are facility-oriented, centralized systems that are limited in responding to localized intensive rainfall flexibly. Therefore, de-centralized systems that are sustainable in urban ecological aspect are newly discussed. The low impact development (LID) technology is assessed as an alternative that supplements the weak points of the current systems. Rooftop afforestation is a leading LID technology that is applicable to buildings as it eases heat island effects and promotes the ecological function of a building, while preventing urban floods by reducing rainwater run-off. Rooftop afforestation that can convert the rainwater treatment facilities of buildings, a key surface element in urban area, into de-centralized systems depending on situations may be interpreted as an alternative that can raise the ecological sustainability of the current centralized flood disaster prevention systems.
This study is aimed to analyze soil in an hydrological aspect among various quantitative indicators required for rooftop afforestation to substitute decentralized rainwater treatment facility. To this end, a hydrological property calculation model was applied to the actual analysis generated through the actual measurement of soil to calculate the property indicator required in SWMM computer simulation. Based on this, flood damages possible during intensive rainfall were calculated for apartment complexes located within districts vulnerable to flood damages, and rainwater run-off reduction effects expected from the pre-design of LID system based on the ponding depth of soil, soil depth, and soil texture were identified.

Keywords: LID system, rainwater run-off reduction, rooftop afforestation system, hydrological property

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 이론적 고찰 3
• 2.1 선행연구 고찰 3
• 1) LID기술유형 및 성능 3
• 2) LID 기술의 SWMM 해석 5
• 3) 토양의 수문학적 물성 7
• 2.2 LID시스템 기술요소 9
• 1) 생태저류지(Bioretention) 10
• 2) 우수정원(Rain Garden) 12
• 3) 옥상녹화(Green roof) 14
• 4) 식생수로(Bioswale, Vegetated Swale) 16
• 5) 침투트렌치(Infiltration trench) 18
• 6) 투수성 포장(Porous pavement) 19
• 7) 우수저류조(Rain barrel) 21
• 2.3 전산 수문해석 23
• 1) EPA SWMM 5.1 23
• 2) LID Controls 모형 24
• 2.4 토양의 정량적 물성분석 26
• 1) 실체적 분석 26
• 2) 토양의 수문학적 물성 27
• 3) 토성기반 수문학적 물성치 도출 29
• 3. 연구의 내용 및 방법 31
• 3.1 연구 진행과정 31
• 3.2 대상지 선정 32
• 3.3 소유역 설정 33
• 3.4 기후데이터 선정 34
• 4. 결과 및 고찰 35
• 4.1 토양물성 도출 35
• 1) 바텀애쉬 기반 인공토양물성 도출 35
• 2) 현장 채취 자연지반토양물성 도출 37
• 3) 물리적 기준변인 도출 39
• 4) 시나리오 설정 41
• 4.2 LID 기술별 전산모의조건 42
• 1) 아파트주동: 옥상녹화 42
• 2) 자연지반: 생태저류지 43
• 3) 인공지반: 인공지반녹화 43
• 4.3 비교분석 45
• 1) 담심기준 분석 45
• 2) 토심기준 분석 51
• 3) 토성에 따른 최적화 LID 시스템 도출 57
• 5. 결론 60
• ◾ 참고문헌 62
• ◾ Abstract 70
• ◾ 감사의 글 72