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2022년 12월 12일 (월) 22:42 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : LID in UOS(캠퍼스 내 저영향개발 적용)

영문 : LID in UOS(Application of Low Impact Development on Campus)

과제 팀명

ECO-BACK

지도교수

오희경 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부·과 2017890005 김민구(팀장)

서울시립대학교 환경공학부·과 2017890024 김진호

서울시립대학교 환경공학부·과 2017890068 정봉석

서울시립대학교 환경공학부·과 2017890085 유진석

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

◇ 지면을 아스팔트 및 시멘트로 포장하고, 침수 방지를 위해 강우 유출이 빠르게 이루어지도록 설계하는 등 도시는 인간의 편의성을 증가시키는 방향으로 발전함
◇ 하지만 포장면은 토양으로 강우가 침투되는 것을 막아 지하수와 증발산량을 저하시키며 토양의 여과를 거치지 못하고 빠르게 유출된 물은 비점오염원으로서 수질을 오염시킴
◇ 앞서 언급한 환경에 대한 영향을 최소화하는 LID (저영향개발) 기술이 적용되는 추세임
◇ 서울시립대학교 캠퍼스 내 상황을 파악, 이후 LID (저영향개발) 기술을 적용
◇ 서울시립대학교의 토지, 우수 관거 위치 및 지형도 등을 확보하여 현황 파악
◇ 서울시립대학교에 LID 기술이 적용될 지점과 해당 지점에 적용될 기술 선정
◇ 선정된 기술을 캠퍼스 내 특성(지질, 지형 등)에 적합하게 개선

개발 과제의 배경

내용

◇ 현재 한국의 도시화율은 약 90.9%(국토해양부, 2010)이며, 도시는 지면을 아스팔트 및 시멘트로 포장하고, 침수 방지를 위해 강우 유출이 빠르게 이루어지도록 설계하는 등 편의성을 위해 불투수면적을 늘리는 방향으로 발전
◇ 이에 도시 내 우수가 빠르게 오우수 관거 등으로 배제됨에 따라, 첨두유량 증가에 따른 도시홍수, 지하침투 감소에 따른 지하수 고갈 및 하천 유지용수 부족, 비점오염물질 증가에 따른 수질오염, 도시열섬현상 등의 물순환 왜곡현상이 일어나고 있다.
◇ 이러한 문제에 대한 대책으로 환경에 대한 영향을 최소화하는 LID(저영향개발) 기술이 국내외에서 적용되는 추세이다. 
◇ LID 기술은 우수의 침투를 유도해 지하수 고갈을 예방하고 도시 홍수 피해 및 비점오염물질을 농도 역시 저감할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

◇ 본 과제는 LID 기술을 서울시립대학교 캠퍼스에 적용하는 것을 목표로 하고 이를 위해 다음의 내용을 수행할 것임
◇ 서울시립대학교의 토지 피복, 우수 관거 위치 및 지형도 등을 확보하여 서울시립대학교 현황 파악
◇ 서울시립대학교에서 LID 기술 우선적으로 적용될 지점과 해당 지점에 적용될 기술 선정
◇ 선정된 기술을 서울시립대학교의 특성에 적합하게 개선

내용

구성원 및 추진체계

내용

◇ 김민구- 국내외 LID 적용 사례 조사, LID 적용 주차장 모형 제작, 과제제안서 발표, 캐드 모형 제작
◇ 김진호- LID 공법 및 설치과정 조사, LID 공법 상세설계 정량계산, 최종보고서 발표
◇ 정봉석- 설계 방향 구체화, LID 적용 주차장 모형 제작, 개념설계보고서 발표, SWMM
◇ 유진석- LID 설치 배경 조사, 건설공학관 정량설계, 상세설계보고서 발표, 캐드 모형 제작

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

◇자연과학관: 주차장의 경계면에 가로수와 화단이 설치되어 있어 식생을 활용한 물 정화 후 지하로의 침투에 적합, 주위 토양지대로 인해 토사가 발생할 가능성이 높아 토사방지 시설 필수
◇건설공학관: 주차장 규모가 교내에서 큰 편에 속해 투수성 포장 적용시 침투면적 많음, 주차장 면적이 넓기 때문에 폭 50cm의 콘크리트면이 길게 있음 – 침투도랑
◇선정한 9개 주차장 모두 투수성 포장 적용 – 유출저감량 산정

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

◇고탄소 기후변화 시나리오에서 100년 빈도 강우강도의 발생이 향후 20년간 29% 증가, 평균적으로30년 빈도 강우강도 처리량으로 설계된 서울시립대학교는 이를 처리하는데 어려움을 겪을 것임. 따라서100년 빈도 강우강도 설계강우량 - 30년 빈도 강우강도 하수관 설계(98.297mm/hr-85.110mm/hr)만큼의 유량을 LID가 처리할 수 있다면 충분한 설계 정당성을 가질 것임.

건설공학관 – 투수성포장

1) 초기 조건: -투수율 39% -배수면적: 1616㎡ -설계강우량: 98.29742mm/day
2) 침투용량 결정: -초기 10분: 유출량 없음, 전량 침투 -이후: 39% 만큼만 침투 가능
3) 최소 수질처리용량: 100년빈도 강우 – 하수관거 처리량 = (98.297-85.110)mm/hr * 1616㎡=21.31m³/hr
4) 투수성포장의 실제 유출 저감량: =1616 ㎡ * (5/6) * 98.29742mm/hr * 0.39 + 1616 ㎡ * (1/6) * 98.29742mm/hr = 78.10m³/hr 따라서 투수성포장면의 유출 저감량이 최소 수질처리용량보다 큼

건설공학관 – 침투도랑

1) 초기 조건: -투수율 39% -배수면적: 41.02 ㎡(실측) -설계강우량: 98.29742mm/day
2) 침투도랑 수질처리용량 식: WQv = Rv * A * P/1000
3) 최소 수질처리용량: 100년빈도 강우 – 하수관거 처리량 = (98.297-85.110)mm/hr * 41.02㎡ =0.54m³/hr
4) 침투도랑의 실제 유출 저감량: WQv = (0.05 + 0.009*39) * 41.02 ㎡ * 98.2947/1000 =1.62m³/hr 따라서 침투도랑의 유출 저감량이 최소 수질처리용량보다 큼

자연과학관 – 투수성 포장

1) 초기 조건: -투수율 39% -배수면적: 634㎡ -설계강우량: 98.29742mm/day
2) 침투용량 결정: -초기 10분: 유출량 없음, 전량 침투 -이후: 39% 만큼만 침투 가능
3) 최소 수질처리용량: 100년빈도 강우 – 하수관거 처리량 = (98.297-85.110)mm/hr * 634㎡=8.36m³/hr
4) 투수성포장의 실제 유출 저감량: =634㎡ * (5/6) * 98.29742mm/hr * 0.39+ 634㎡ * (1/6) * 98.29742mm/hr = 30.64m³/hr 따라서 투수성포장면의 유출 저감량이 최소 수질처리용량보다 큼

자연과학관 – 식물재배화분

1) 식물재배화분수질처리용량 관계식 A_f ={WQv \over d₁+n₁×d₂+T_f×k₁×10^-3}
2) 조건
d₁ : 담수심 깊이(m³)             k₁ : 식재층의 투수속도(mm/hr)
k₂ : 하부토양의 침수속도(mm/hr)  n₁ : 식재토양층의 공극률
d₂ : 식재토양층의 깊이(m)        T_f : 배수시간(hr)
3) 관계식 대입값
A_f = 15.82m * 1.53m = 24.2㎡, d₁ = 0.3m,  k₁= 13mm/hr, n₁ = 0.32, T_f = 2hr
4) 식물재배화분 실제 유출 저감량: 
변수 d₂의 최소값은 0.3m이 때 최소수질처리용량 충족, 따라서 d₂ = 0.5m로 설계
24.2m² = WQv / (0.3m + 0.32 * 0.5m + 2 * 13 * 10^^-3) , WQv = 11.761m³/day = 0.49 ㎥ /hr

자연과학관 – 나무여과상자

1) 나무여과상자 수질처리용량 관계식 A_f =(WQv)/(d₁+n₁×d₂+T_f(k₁+k₂)×10^-3 )
2) 조건
d₁ : 담수심 깊이(m³)             k₁ : 식재층의 투수속도(mm/hr)
k₂ : 하부토양의 침수속도(mm/hr)  n₁ : 식재토양층의 공극률
d₂ : 식재토양층의 깊이(m)        T_f : 배수시간(hr)
3) 관계식 대입값
A_f = (4+8+4)m*2m=㎡, d₁ = 0.3m,  k₁= 13mm/hr, n₁ = 0.32, T_f = 2hr
4) 나무여과상자 실제 유출 저감량: 
변수 d₂의 최소값은 0.5m이 때 최소수질처리용량 충족, 따라서 d₂ = 0.75m로 설계
32m² = WQv / (0.3m + 0.32 * 0.5m + 2 * 13 * 10^^-3) , WQv = 18.112m³/day = 0.775 ㎥ /hr

자연과학관 – 침투통

1) 침투통수질처리용량 관계식 A_f =(WQv)/(d₁+n₁+T_f×k₁×10^-3 )
2) 조건
d₁ : 담수심 깊이(m³)             k₁ : 식재층의 투수속도(mm/hr)
n₁ : 식재토양층의 공극률         T_f : 배수시간(hr)
3) 관계식 대입값
A_f = (9.285+17.111) = 26.396 ㎡, d₁ = 0.3m,  k₁= 13mm/hr, n₁ = 0.32, T_f = 2hr
4) 침투통 실제 유출 저감량: 
26.396 = WQv / (0.3 + 0.32 + 1 * 13 * 10^(-3)), WQv = 16.7m3/day = 0.696㎥ /hr 
따라서 침투통 1개 수질처리용량 = 0.348 ㎥ /hr

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 141번째 줄: / 141번째 줄: @@
 ) 투수성포장의 실제 유출 저감량: =634㎡ * (5/6) * 98.29742mm/hr * 0.39+ 634㎡ * (1/6) * 98.29742mm/hr = 30.64m<sup>3</sup>/hr 따라서 투수성포장면의 유출 저감량이 최소 수질처리용량보다 큼
 *자연과학관 – 식물재배화분
-) 식물재배화분수질처리용량 관계식 A<sub>f</sub> =\displaystyle\frac{WQv}{d<sub>1</sub>+n<sub>1</sub>×d<sub>2</sub>+T<sub>f</sub>×k<sub>1</sub>×10<sup>-3</sup>}
+) 식물재배화분수질처리용량 관계식 A<sub>f</sub> ={WQv \over d<sub>1</sub>+n<sub>1</sub>×d<sub>2</sub>+T<sub>f</sub>×k<sub>1</sub>×10<sup>-3</sup>}
 ) 조건
   d<sub>1</sub> : 담수심 깊이(m<sup>3</sup>)             k<sub>1</sub> : 식재층의 투수속도(mm/hr)