Earticle

도시지역의 높은 불투수면은 강우시 지표 유출량을 증가시키고 지하침투량을 줄이면서 물순환을 왜곡시킨다. 왜곡된 물순환 은 도시침수와 가뭄, 비점오염유출로 인한 수질오염 및 수생태계 훼손 등의 다양한 도시환경 문제 등을 유발시킨다. 기후변 화는 도시강우의 계절적 편중현상을 더욱 심화시키고 도시 미기후에 영향을 줌으로써 도시침수와 가뭄의 강도 및 빈도를 증 가시킨다. LID(Low Impact Development) 기법은 도시내 자연적 물순환 체계를 회복함으로써 물로 인하여 발생하는 도시환 경문제를 줄일 수 있는 기법으로 다양하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 도시지역 내 적용된 다양한 LID 기법의 장기 모니 터링 결과를 활용하여 LID 적용 이후 수문특성의 변화와 물순환 회복에 기여도를 평가하기 위하여 수행되었다. LID 시설의 높은 저류량과 침투능력은 강우시 첨두유출 저감과 유출지연에 크게 기여하는 것으로 나타났다. LID 시설에서 강우시 평균 유출저감효과는 60% 이상으로 나타났으며, 유역면적 대비 LID 시설 면적비(Surface area of Catuchment area, SA/CA)와 LID 저류 용량은 첨두유출 저감과 유출지연 효과에 영향을 끼치는 중요한 인자로 평가되었다.

High impervious surfaces increase the surface runoff during rainfall and reduces the underground infiltration thereby leading to water cycle distortion. The distortion of water cycle causes various urban environmental problems such as urban flooding, drought, water pollutant due to non-point pollution runoff, and water ecosystem damage. Climate change intensified seasonal biases in urban rainfall and affected urban microclimate, thereby increasing the intensity and frequency of urban floods and droughts. Low impact development(LID) technology has been applied to various purposes as a technique to reduce urban environmental problems caused by water by restoring the natural water cycle in the city. This study evaluated the contribution of hydrologic characteristics and water cycle recovery after LID application using long-term monitoring results of various LID technology applied in urban areas. Based on the results, the high retention and infiltration rate of the LID facility was found to contribute significantly to peak flow reduction and runoff delay during rainfall. The average runoff reduction effect was more than 60% at the LID facility. The surface area of the LID facility area ratio(SA/CA) was evaluated as an important factor affecting peak flow reduction and runoff delay effect.

계단식 묵논습지의 식생 특성을 이해하기 위하여, 계단식 묵논습지의 식물종 구성 및 종풍부도 양상을 대상으로 자연습지 및 인공습지와의 비교연구를 수행하였다. 달뿌리풀은 자연습지(10.8%)나 인공습지(10.8%)에 비해 계단식 묵논습지(23.9%)에서 상대적으로 자주 관찰된 반면, 갈대는 계단식 묵논습지(18.3%) 보다는 자연습지(43.1%)나 인공습지(35.4%)에서 보다 높은 비율로 출현하였다. 부들의 경우 계단식 묵논습지(19.7%)에서만 높은 비율로 출현한 반면, 애기부들의 경우 자연습지 (21.5%)와 인공습지(32.3%)에서 상대적으로 높은 비율을 보였다. 그와 더불어, 나도겨풀, 미나리, 그리고 개발나물과 같은 몇몇 습지 의존성 식물들의 경우 오직 계단식 묵논습지에서만 관찰되었다. 특히, 계단식 묵논습지(6.3 ± 2.2 종/m2)는 자연 습지(4.9 ± 1.8 종/m2) 및 인공습지(3.9 ± 1.3 종/m2)에 비해 상대적으로 높은 수준의 식물 종풍부도를 나타내었다. 즉, 계 단식 묵논습지는 특유의 식생 특성을 나타내었을 뿐만 아니라 종풍부도 차원에서 보다 높은 수준의 생태적 가치를 보인 것이 다. 비오톱으로서 계단식 묵논습지가 갖는 높은 생태적 가치에 대한 계속적인 관심과 더불어, 이를 유지관리하고 보전하기 위한 차원에서의 지속적인 노력이 필요할 것이다.

To understand vegetational characteristics of abandoned paddy terraces (APTs), species composition and plant species richness of APTs were compared with those of other natural- and constructed wetlands (NWs and CWs, respectively). Based on frequency of major vegetational components, Phragmites japonicus was more common in APTs (23.9%) than NWs (10.8%) and CWs (10.8%), whereas P. australis was less frequent in APTs (18.3%) than NWs (43.1%) and CWs (35.4%). Typha orientalis was common only in APTs (19.7%), whereas T. angustifolia was relatively common in NWs (21.5%) and CWs (32.3%). In addition, some wetland obligate species such as Leersia japonica, Oenanthe javanica, and Sium suave were frequently found only in APTs. In particular, APTs showed higher plant species richness (6.3 ± 2.2 species/m2) than NWs (4.9 ± 1.8 species/m2) and CWs (3.9 ± 1.3 species/m2). APTs exhibited not only their distinctive vegetational characteristics but also higher ecological value in terms of plant species richness. Further attention on APTs as valuable biotopes supporting diverse plant species and continuous effort for management and conservation are needed more.

본 실험연구는 자유수면을 이루는 환형수조에서 초음파 유속계를 이용하여 흐름특성을 분석하였다. 여기서 점착성 유사의 응집을 방해하지 않도록 설계된 실린더의 회전에 따라 흐름이 형성되도록 하였다. 종방향 유속에 대한 내부 실린더의 영향은 이동 경계 근처에서 가장 높았고 외측 벽쪽으로는 감소했다. 종방향 저유속에서 난류 운동에너지는 바닥근처 지점에서 가장 크게 나타났지만 종방향 유속이 증가함에 따라 위쪽으로 이동하였다. 멱법칙으로 산정된 종방향 유속은 바닥 마찰길이를 고 려한 대수분포형태인 로그법칙으로 예측한 값보다 실측치와 잘 일치하였다. 레이놀즈 응력 방법으로 산정한 평균마찰속도는 종방향 유속이 증가할 때 로그법칙과 멱법칙으로 계산된 값보다 작게 나타났다.

This study investigated the flow characteristics in an annular flume with a free water surface using the Acoustic Doppler Velocimeter(ADV) in the laboratory. The flow was driven by the rotation of the inner cylinder in a way designed not to interfere with flocculation of cohesive sediments. The effect of the inner cylinder for the longitudinal velocities showed highest near the moving boundary and decreased towards the outer wall. At the lower longitudinal velocity, there was a peak in turbulent kinetic energy near the bed, whereas it moved upward to with increasing of the velocity. The longitudinal velocities estimated using the power law were in good agreement with the measured values than the values predicted by the log-law with roughness lengths. The average friction velocities evaluated by Reynolds shear stress were smaller than the values calculated using the log-law and power law when increasing the longitudinal velocity.

본 연구에서는 낙동강 주요 지류를 대상으로 상관분석, 주성분 및 요인분석, 군집분석과 같은 통계분석을 통해 수질 특성을 분석하였다. 유기물질과 영양물질은 높은 상관관계를 가지고 있으며 봄철 및 가을철에 높게 나와 해당 계절에 대한 집중적인 수질 관리가 필요한 것으로 나타났다. 주성분 및 요인분석 결과 전체 분산의 82%를 유기물질, 영양물질, 자연, 기상 등 4개 의 주성분으로 설명할 수 있으며 BOD, COD, TOC, TP 항목이 주요 영향요인으로 분석되었다. 군집분석 결과 계절별 유기 물, 영양물질의 오염도를 고려하여 4개의 군집으로 분류하였으며 금호강 유역은 사계절 높은 오염특성을 나타내고 있었다. 따라서 지류 하천의 효과적인 수질 관리를 위해서는 시공간적 특성을 고려한 대책이 필요하며 다변량 통계기법은 수질 관리 및 정책 수립에서 유용하게 활용 가능할 것으로 분석되었다.

In this study, we analyzed the water quality characteristics of major tributaries of Nakdong River through statistical analysis such as correlation analysis, principal component and factor analysis, and cluster analysis. Organic matter and nutrients are highly correlated, and are high in spring and autumn, and seasonal water quality management is required. Principal component and factor analysis showed that 82% of total variance could be explained by 4 principal components such as organic matter, nutrients, nature, and weather. BOD, COD, TOC, and TP items were analyzed as major influencing factors. As a result of the cluster analysis, the four clusters were classified according to seasonal organic matter and nutrient pollution. Kumho River watershed showed high pollution characteristics in all seasons. Therefore, effective management of water quality in tributary streams requires measures in consideration of spatio-temporal characteristics and multivariate statistical techniques may be useful in water quality management and policy formulation.

급격한 도시화는 도시 하천에 크게 세 가지 문제점을 야기하고 있다. 첫 번째 문제는 불투수지역의 증가에 따른 강우의 토양 침투량 감소이다. 토양 침투량 감소는 도시하천의 물순환에 심각한 왜곡을 일으키게 된다. 두 번째 문제는 도시적 토지이용 에 따른 비점오염물질의 증가이며, 세 번째 문제는 구도심에서의 합류식 하수관거 월류수이다. 비점오염물질의 증가 및 합류 식 하수관거 월류수는 물순환 왜곡과 맞물려서 도시하천 수질오염을 가중시키게 된다. 본 연구에서는 이러한 세 가지 문제점 에 대한 해결방안을 제시하고자 부산 온천천 유역을 대상으로 EPA SWMM을 구성하였으며, 미국 뉴욕시에서 실제로 시행 중인 사업을 벤치마킹하여 생태저류지 설치 사업을 계획하였다. 사업 시나리오별로 물순환 개선효과와 비점오염 및 합류식 하수관거 월류수의 저감량이 요구되는 예산과 함께 분석되었다.

Rapid urbanization poses three major problems in urban streams. The first problem is the reduction of soil wetting from rainfall as the impervious area increases. Decrease in soil wetting causes serious distortion in the water cycle of urban streams. The second problem is the increase of non-point sources pollutants by urban land use, and the third problem is the combined sewer overflows in the old city center. Increased non-point sources pollutants and combined sewer overflows are associated with water cycle distortion, which increases water pollution in urban streams. In this study, EPA SWMM was constructed for the Busan Oncheon-stream watershed in order to suggest solutions for these three problems, and the bio-retention cells installation project was planned by benchmarking the actual projects in New York City. Water cycle improvement and reduction of non-point sources pollutants and combined sewer overflows for each project scenario were analyzed together with required budgets.

현재까지 많은 수문 시계열은 전통적인 선형 모형을 이용하여 분석되고 예측되어 왔다. 하지만, 자연현상과 수문시계열의 패 턴 및 변동과 관련하여 비선형적 구조의 증거가 발견되고 있다. 따라서 시계열 분석 및 예측을 위한 기존의 선형 모형은 비 선형적 특성에 적합하지 않을 수 있다. 본 연구에서는 미국 플로리다 코코아 지역 인근에 있는 St.Johns 강의 일유량 자료에 대한 카오스 분석을 수행하였고, 그 결과 낮은 차원의 비선형 동역학적 특성을 가진 흥미로운 결과가 나타났지만 한국의 소 양강댐 일유량 자료는 확률적 특성을 보여주었다. 카오스 특성을 토대로한 DVS(결정론적 vs 추계학적) 알고리즘을 이용해 두 시계열 시스템의 특성을 파악하였고 단기 예측을 수행하였다. 또한 본 연구에서는 일 유량 시계열 예측을 위해 인공신경 망 방법을 사용하였고, DVS 알고리즘에 의한 예측을 비교 분석하였다. 분석 결과, 카오스 특성을 갖는 시계열 자료가 보다 정확한 예측성을 보였다.

Hydrologic time series has been analyzed and forecasted by using classical linear models. However, there is growing evidence of nonlinear structure in natural phenomena and hydrologic time series associated with their patterns and fluctuations. Therefore, the classical linear techniques for time series analysis and forecasting may not be appropriate for nonlinear processes. Daily streamflow series at St. Johns river near Cocoa, Florida, USA showed an interesting result of a low dimensional, nonlinear dynamical system but daily inflow at Soyang reservoir, South Korea showed stochastic property. Based on the chaotic dynamical characteristic, DVS (deterministic versus stochastic) algorithm is used for short-term forecasting, as well as for exploring the properties of the system. In addition to the use of DVS algorithm, a neural network scheme for the forecasting of the daily streamflow series can be used and the two techniques are compared in this study. As a result, the daily streamflow which has chaotic property showed much more accurate result in short term forecasting than stochastic data.

급격한 산업발전과 인구증가로 인해 최근 지자체 및 하수처리장에서 하수처리장으로 연계하여 처리하는 연계처리수가 많은 문제를 나타내는 것으로 조사되었다. 연계처리수는 일반하수대비 저유량 고농도의 특성을 가지고 있다. 따라서 이러한 특성 은 공공하수처리시설의 하수처리 난이도 및 하수처리 단가를 증가시키는 영향을 미친다. 하수처리단가를 증가시키는 많은 영향인자 중 ‘연계처리부하/설계유입수부하(%)’가 가장 상관성이 높은 인자로 도출되었고, 그 후 공공하수처리시설 선정 및 모델링을 통해 4계절의 영향을 고려한 온도 조건 및 ‘연계처리부하/설계유입수부하(%)’ 증가 조건에 따른 설계방류수질 초 과 범위를 조사했다. 그 결과 TN의 경우 5℃, 10℃, 20℃, 25℃ 조건에서 각각 ‘연계처리부하/설계유입부하(%)’가 각각 19.7%, 22.6%, 25.1%. 27.7%로 나타났고, TP의 경우 5℃, 10℃, 20℃, 25℃ 조건에서 각각 ‘연계처리부하/설계유입부하 (%)’가 각각 10.7%, 12.2%, 15.6%, 17.5%로 조사되었다.

Due to the industrial development and population growth, it has recently been shown that there are many problems caused by the rinked treatment water in local goverments and sewage treatment plants. The rinked treatment water has a characteristic of low flow rate and high concentration unlike general sewage. These characteristics increase sewage treatment difficulty and sewage treatment fee of sewage treatment facilities. Among the many influencing factors that increase sewage treatment unit cost, 'linked treatment load/design inflow load (%)' was derived as the most correlated factor. Through the selection and modeling of sewage treatment plants, the excess scope of design discharge water quality was investigated under the conditions of temperature and the conditions of 'linked treatment load/design inflow load (%)' taking into account the effects of the four seasons. The study found that for TN, 'linked treatment load/design inflow load (%)' was 19.7%, 22.6%, 25.1%and 27.7%, respectively, under conditions of 5°C, 10°C, 20°C and 25°C. In case of TP, 'rinked treatment load/design inflow load (%)' was 10.7%, 12.2%, 15.6% and 17.5% at 5 ℃, 10 ℃, 20 ℃, and 25 ℃, respectively, under conditions of 5°C, 10°C, 20°C and 25°C.