저영향시설(LID) 모니터링 자료를 통한 유출저감 효과 분석

Abstract

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.