ECO-BACK조
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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
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
-특허조사 ◇ 침투도랑을 갖는 비점오염 저감 시설물 및 그 저감 시설물을 이용한 비점오염 저감 방법(공개특허 10-2-13-0091900) ◇ 옥상정원을 LID로 설계하는 방법(공개특허 10-2022-0109735) ◇ 다기능 비점오염 저감 구조물(공개특허 10-2089235) -특허전략 ◇ 캠퍼스 내 LID 설계 방법 제공 ◇ 흙언덕에서 발생하는 토사를 방지하도록 설계 ◇ 캠퍼스 내 우수 유출저감 효과 제공 ◇ LID 성능평가 체계화
- 기술 로드맵
내용
◇ LID의 비전- 인간, 도시, 환경이 공존하는 지속가능한 물순환 도시 구현 ◇ 최종목표- 재해에 안전하고 친환경적인 LID기술기반 물순환 도시 조성 ◇ 전략목표- 홍수, 오염물질, 이산화탄소의 감소 / 수자원, 에너지 보존 ◇ 세부목표- LID 요소기술 선진화, LID기반 설계적용기술 산업화
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
◇ 빈텍코리아-도로형 비점오염저감시설(http://bintechkorea.com) ◇ 어스그린코리아-저관리형 옥상녹화(http://www.earthgreen.co.kr) ◇ 한국그린인프라연구소-G road 생태투수포장(http://www.greeninfra.co.kr/)
- 마케팅 전략 제시
내용
◇ 여느 대학, 공공기관에 적용이 가능한 프로토타입을 제시해 범용성 추구 ◇ 유지관리 매뉴얼 제공 ◇ 사용기간 장기화로 인한 비용 절감
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
◇ 우수의 토양 침투로 인해 지하수 수위, 물순환 체계 복구 ◇ 우수가 토양, 여과층을 통과하도록 하여 비점오염물질 저감 ◇ 홍수 피해 저감
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
◇ LID를 적용한 캠퍼스 프로토타입 개발, 타 대학에 참고자료로 이용 가능 ◇ 캠퍼스는 도심 내에 LID를 적용할 수 있는 시설 중 교육ㆍ공공청사 용지,보도ㆍ차도ㆍ주차장 용지, 공원ㆍ녹지 용지 등을 포함하고 있다. 이는 캠퍼스 대부분을 차지하기에 LID 적용에 최적화된 장소라 할 수 있다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
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 Af =\displaystyle\frac{WQv}{d1+n1×d2+Tf×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) Tf : 배수시간(hr)
3) 관계식 대입값
Af = 15.82m * 1.53m = 24.2㎡, d1 = 0.3m, k1= 13mm/hr, n1 = 0.32, Tf = 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 Af =(WQv)/(d1+n1×d2+Tf(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) Tf : 배수시간(hr) 3) 관계식 대입값 Af = (4+8+4)m*2m=㎡, d1 = 0.3m, k1= 13mm/hr, n1 = 0.32, Tf = 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 Af =(WQv)/(d1+n1+Tf×k1×10-3 ) 2) 조건 d1 : 담수심 깊이(m3) k1 : 식재층의 투수속도(mm/hr) n1 : 식재토양층의 공극률 Tf : 배수시간(hr) 3) 관계식 대입값 Af = (9.285+17.111) = 26.396 ㎡, d1 = 0.3m, k1= 13mm/hr, n1 = 0.32, Tf = 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
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결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
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포스터
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관련사업비 내역서
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완료작품의 평가
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향후계획
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특허 출원 내용
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