Earticle

본 연구는 도로, 주차장 및 지붕에서 발생된 TSS와 중금속의 거동을 분석하기 위해 수행되었다. 강우시 도로, 주차장, 지붕에 서 발생되는 중금속은 입자상 물질(TSS)에 부착되어 이동된다. 이는 TSS 부하량과 Cr, Fe, Cu 및 Pb의 입자상 중금속 및 용존성 중금속의 부하량의 상관관계로 판단 가능하다(r =0.52~0.73, p <0.01). 일반적으로 도로 및 주차장에서 발생된 TSS 및 중금속은 지붕에 비해 더 높은 것으로 분석되었는데, 이는 차량에 의해 중금속이 많이 발생하며, 집수면적 또한 도로 및 주차장이 넓기 때문으로 보여진다. 첨두유출발생시까지 TSS 부하량의 65~75%가 유출되는 것으로 나타났으며, 이는 인근 수계로 유출되는 TSS를 제거하기 위해서는 첨두유출을 제어하는 것이 가장 효과적인 것을 의미한다. 또한 비용경제적인 LID 시설의 규모를 산정하기 위해 시설의 적정 크기(시설의 표면적/배수구역 면적)에 따른 TSS와 중금속 제거율을 평가하였 다. 본 연구는 LID 시설의 설계시 참고 가능한 기초데이타로 중요한 의미가 있는 것으로 사료된다.

This study was conducted to understand factors affecting TSS and heavy metals transport on the road, parking lot and roof. During storm events, heavy metals, which were mostly attached to TSS, were also transported when TSS was washed off in the road, parking lot and roof. This finding may be supported by the significant correlations between TSS load and total and soluble heavy metals load including Cr, Fe, Cu, and Pb (Pearson r value: 0.52 to 0.73; probability p value<0.01). Generation and transport of TSS and heavy metals were greater in the road and parking lot compared to the roof due to vehicular activities, slope and greater catchment areas of these sites. It was found that TSS transport during peak flows of storm events ranges from 65% to 75% implying that by controlling peak flows, TSS transportation to nearby water bodies may be decreased. Depending on the target TSS and heavy metal reduction, sizing of low impact development (LID) technologies and green infrastructures (GI) such as infiltration trench, tree box filter, and rain garden may be calculated. Future researchers were recommended to assess the limitations of the systems and determine the design considerations for these types of facilities.

본 연구의 목적은 물순환 및 저영향개발(LID)계획 수립을 위한 도시기본계획 수립지침 개선방안을 제시하는 데 있다. 이를 위해 먼저 이론적 고찰을 바탕으로 물순환 및 LID 계획이 고려되도록 방향을 설정하였다. 둘째, 문헌을 바탕으로 물순환과 LID를 고려하기 위한 계획요소를 도출하고 전문가 인터뷰를 통해 계획요소의 객관성을 확보하였다. 셋째, 초안을 바탕으로 체계적인 전문가 그룹 인터 뷰(FIG)를 구성하여 수정 보완하고, 최종적으로 개선방안 지침을 제안하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 도시기본계획의 기본원칙에 명시된 환경성 측면을 물순환 및 LID를 적극적으로 고려하 도록 수정하였다. 둘째, 독립적인 부분별계획으로 ‘물순환 및 LID 계획’을 신설하였다. 물순환 및 LID 계획에는 ‘지역별 물순환 현황분석’, ‘기본구상’, ‘LID 관리지역 도출’, ‘관리구상도면’ 등의 내용 을 명시하였다. 셋째, 물순환과 LID 계획의 일관성을 유지하기 위해 각부분별계획의 내용을 수정하였다.

This study proposes revised guidelines for urban master planning to establish water cycle and Low Impact Development (LID) plans. To this end, this study initially sets the revision direction of the water cycle and LID plans, using a theoretical consideration. Subsequently, the planning elements that consider the water cycle and LID are examined, using LID literature and expert interviews. Finally, we draft revised guidelines based on element planning, and the organization of a focus group interview. The outcomes of this study expanded the environmental performance specified in the general provisions and fundamental principles of urban master planning guidelines, when the water cycle and LID were considered. Secondly, new departmental ‘water cycle and LID plans’ were established. The plans included the ‘analysis on the regional status of water cycle,’ ‘basic conception,’ ‘development of LID management areas,’ and ‘management road map.’ Thirdly, the contents of the departmental plans were modified to maintain consistency in the water cycle and LID plans.

LID 기술은 다양한 토지이용에서 발생되는 비점오염원(NPS)을 저감하는 기술이다. 점오염과 비점오염원의 증가와는 별도로 불투수지역 내 도심지는 일반적으로 도시기후에 영향을 준다. 본 연구에서는 LID 기술이 도시열섬현상(UHI)을 저감에 대한 영향분석을 공주대학교를 대상으로 수행하였다. 공공부지인 학교는 보행자의 통향량, 차량운행이 특정시기에 증가되기에 일반적인 원단위 부하량보다 낮은것으로 나타났다. LID 시설은 강우유출수 내 오염물질을 여재부 내 흡착, 여과 등을 통해 오염물질이 저감되는 것으로 분석되었다. 또한 LID 시설 내 강우유출수 저감 및 저류를 통해 유역 내 불투수면적보다 최대 7.2 ℃ 낮은것으로 나타났다. 따라서 LID 시설은 비점오염물질 저감 및 도시열섬 현상을 완화시키는 것으로 분석되었다.

LID technologies are capable of mitigating the negative impacts of non-point source (NPS) pollution generated in different land uses. Apart from the increase in point and non-point pollutant generation, highly developed and paved areas generally affect microclimate conditions. This study evaluated both the efficiency of Low Impact Development (LID) facilities in treating NPS pollutant loads as well as the unit pollutant loads (UPL) generated in various urban features (such as parking lots and highways). This investigation also looked at how LID technology helped to alleviate Urban Heat Island (UHI) conditions. As compared to the typical unit pollutant loads in South Korea, the unit pollutant loads at Kongju National University were relatively low, because of no classes, limited vehicular transmission, and low anthropogenic activities during vacation. After receiving treatment from the LID facilities, the effluent pollutant loads were significantly decreased. The sedimentation in filtration mechanisms considerably reduced the pollutant fractions in the influent. Additionally, it was shown that LID facilities' mean surface temperatures are up to 7.2°C lower than the nearby paved environment, demonstrating the LID systems reducing the UHI impact on an urban area.

도시 강우유출수에 함유된 중금속은 저감시설 내에 축적되면서 기능저하와 유지관리를 어렵게 하는 원인이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 자연적 물질순환과정을 가진 LID 시설이 널리 이용되고 있다. LID 시설로 유입된 중금속은 식물흡입을 통해 밖으로 배출된다. 그러나 식물별 중금속 흡수율이 규명되지 못하여 LID 설계시 식물 종 선정에 어려 움을 주고 있다. 따라서 본 연구는 중금속 노출빈도가 다른 LID 시설 내부, 도로변 식물 및 조경공간 식물을 상호비 교하여 식물에 의한 중금속 제거특성을 연구하였다. 차량 활동과 접촉빈도가 높은 LID 및 도로변에 식재된 식물류(초 본류, 관목류, 교목류)의 체내 중금속 함량은 조경공간 식재 식물체보다 높게 나타났다. 중금속의 체내 축적은 주변 환경(유입수 성상, 주변 대기오염 정도 등)의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 도시 강우유출수에 높은 농도로 함 유된 Zn 제거에는 패랭이, 메타세콰이어, 영산홍, 쑥 등이 적정하며, Cu 제거에는 패랭이, 메타세콰이어, 쑥 및 은행 나무가 적절한 것으로 평가되었다. Pb 제거에는 벚꽃나무, 메타세콰이어 및 조팝나무가 적정하며, As, Cr 및 Cd 제거 에는 패랭이가 적정한 것으로 평가되었다. 식물별 중금속 흡입능력은 서로 다르게 나타났다. 이러한 특성은 다양한 토지이용에서 발생하는 다양한 중금속 제거를 위한 식물 종 선정에 활용될 수 있다.

Urban stormwater runoff contains heavy metals that accumulate in on-site treatment systems, thus resulting to facility deterioration and maintenance problems. In order to resolve these problems, low impact development (LID) technologies that promote natural materials circulation are widely used. LID facilities are capable of treating heavy metals in the runoff by means of plant uptake; however, the uptake or phytoremediation capabilities of plants have not been studied extensively, making it difficult to select the most suitable plant species for a certain LID design. This study investigated the vegetative components of an LID facility, roadside plants, and plants in landscape areas with different heavy metal exposure and frequency to determine the uptake capabilities of different plant species. The plants harvested inside the LID facilities and roadsides with high vehicular traffic exhibited greater heavy metal concentrations in their tissues as compared with the plants in landscape areas. Generally, the accumulation of heavy metals in the plant tissues were found to be influenced by the environmental characteristics (i.e. influent water quality, air pollution level, etc.). Dianthus, Metasequoia, Rhododendron lateritium, and Mugwort were found to be effective in removing Zn in the urban stormwater runoff. Additionally, Dianthus, Metasequoia, Mugwort, and Ginkgo Biloba exhibited excellent removal of Cu. Cherry Tree, Metasequoia, and mugwort efficiently removed Pb, whereas Dianthus was also found to be effective in treating As, Cr, and Cd in stormwater. Overall, different plant species showed varying heavy metal uptake capabilities. The results of this study can be used as an effective tool in selecting suitable plant species for removing heavy metals in the runoff from different land use types.

최근 강우시 수계로 유출되는 비점오염물질로 인한 수질오염의 문제를 해결하고자 저영향개발(Low Impact development, LID)을 적용하고 있다. LID 시설 중 침투도랑 (Infiltration trench, IT) 과 침투화분 (Infiltration Planter, IP) 은 높은 침투율 및 침강지를 통한 오염물질 제거와 식생을 통한 영양염류 저감효율이 높다. 따라서 본 과제에서는 장기간 모니터링을 통한 침투도랑(IT)과 침투화분(IP)의 영양염류 오염물질 제거효율에 대해 분석하였다. 침투도랑(IT)과 침투화분(IP) 두 시설 모두 TSS 약 84%, TP 약 76%이상으로 제거효율이 높은것으로 나타났는데 이는 인의 화합물과 퇴적물간의 이온교환으로 인한 것으로 나타났다. 질소의 경우 침투화분시설(IP)의 제거효율이 침투도랑(IT)에 비해 약 28% 높은것으로 분석되었다. 이는 침투도랑(IT) 내 여재와 침강지에 서의 침전을 통한 입자성 질소를 제거하는데 효과적이었으며, 암모늄질소(NH4-N)와 아질산염 질소(NO2-N)의 감소 및 질소 (NO3-N)의 증가는 질산화 및 탈질산화로 인한것으로 나타났다. 침투도랑(IT 모니터링 이벤트 중 강우강도가 11mm/hr로 강한 강우사상에서의 TN 및 TP의 저감효율은 각 34% 및 55%로 저감효율이 낮았으나, 5mm이하의 강우강도에서의 저감효율은 약 100%로 높은것으로 분석됬다. 반면 침투화분시설(IP)은 최대 강우강도 27mm/hr에서도 TN 및 TP의 저감효율은 97%이상으로 높은것으로 나타났다. 두 시설 모두 영양염류의 제거효율은 좋은것으로 나타났으나, 시설용량 및 HRT가 높고 시설 내 식생이 적용된 침투화분시설(IP)이 영양염류 제거효율이 더 높은것으로 분석되었다.

Nutrients in stormwater runoff have raised concerns regarding water quality degradation in the recent years. Low impact development (LID) technologies are types of nature-based solutions developed to address water quality problems and restore the predevelopment hydrology of a catchment area. Two LID facilities, infiltration trench (IT) and infiltration planter (IP), are known for their high removal rate of nutrients through sedimentation and vegetation. Long-term monitoring was conducted to assess the performance and cite the advantages and disadvantages of utilizing the facilities in nutrient removal. Since a strong ionic bond exists between phosphorus compounds and sediments, reduction of total phosphorus (TP) (more than 76%), in both facilities was associated to the removal of total suspended solids (TSS) (more than 84%). The efficiency of nitrogen in IP is 28% higher than IT. Effective nitrification occurred in IT and particulate forms of nitrogen were removed through sedimentation and media filters. Decrease in ammonium- nitrogen (NH4-N) and nitrite-nitrogen (NO2-N), and increase in nitrate-nitrogen (NO3-N) fraction forms indicated that effective nitrification and denitrification occurred in IP. Hydrologic factors such as rainfall depth and rainfall intensity affected nutrient treatment capabilities of urban stormwater LID facilities The greatest monitored rainfall intensity of 11 mm/hr for IT yielded to 34% and 55% removal efficiencies for TN and TP, respectively, whereas, low rainfall intensities below 5 mm resulted to 100 % removal efficiency. The greatest monitored rainfall intensity for IP was 27 mm/hr, which still resulted to high removal efficiencies of 98% and 97% for TN and TP, respectively. Water quality assessment showed that both facilities were effective in reducing the amount of nutrients; however, IP was found to be more efficient than IT due to its additional provisions for plant uptake and larger storage volume.

이상강우의 급증으로 인해 도시홍수의 발생이 더욱 빈번해지고 있으며, 최근 많은 원도심들이 경쟁 력 제고를 위해 도시재생사업을 시행하는 만큼, 레질리언스 확보 및 사업의 지속가능성을 높이기 위한 수단으로써 LID 도입이 필요하다. 본 연구의 대상지는 최근 도시재생 뉴딜사업에 선정된 인천 광역시 부평구의 부평 11번가와 중구 공감마을 사업지 일부이며, LIDMOD3를 통하여 각 시나리오별 LID 기법들의 홍수저감 효과를 산출⋅비교하였다. 연구 결과, 시나리오별 연간 우수유출량에서 부 평구 대상지는 39%~64%, 중구 대상지는 41%~69% 감소했으며, 연간 우수침투량의 경우 부평구 대 상지는 252~423%, 중구 대상지는 268%~457% 증가하였다. 본 연구는 도시재생의 지속가능성 제고에 관한 요인으로 LID를 선정하여, 실제 사업과 연계한 적정 LID기법과 그 효과를 제시하였다는 의의 가 있으며, 향후 각 지자체의 도시재생계획 수립 시 LID를 활용한 장기적인 홍수저감 대안을 마련하 는 데 큰 도움을 줄 것이라 판단된다.

Urban flooding occurs more frequently these days due to the increase of abnormal rainfall. A number of old city centers in South Korea have been participating in the urban regeneration project to improve their competitiveness, and low impact development (LID) practices have been used as one of the crucial measures to secure urban resilience and sustainability. By employing the LIDMOD3 simulation tool, this study examines and compares the runoff reduction effect of LID practices across different scenarios. Two existing urban regeneration project areas in Incheon were chosen as the study area, including ‘Bupyeong 11th Avenue’ in Bupyeong-gu and ‘Village of Empathy’ in Jung-gu. The results show that the annual runoff depth reduced by 39-64% and the infiltration depth increased by 252-423% in Bupyeong-gu, depending on each scenario. The runoff depth also diminished in Jung-gu by 41-69% and the infiltration depth escalated by 268-457%, varying by scenario. This study has significance by identifying the appropriate types and locations of various LID measures, in linkage with the actual regeneration projects. The findings of this study can provide a practical guideline for local governments in establishing long-term policy alternatives for flood mitigation using LID practices during the development of an urban revitalization plan.

강우유출수 내 포함된 입자상 물질, 유기물, 영양물질, 중금속 등의 오염물질은 수계에 악영향을 미친다. 이러한 강우유출수 내 포함된 오염물질 감소와 처리를 위해 최적관리기법(BMP)을 도입하고 있으며, 비용효율적인 방법으로 평가되고 있다. 하지만, 잘못된 설계와 유지관리 부족은 시설의 성능을 저하시켜 원활한 기능을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 지속적인 유지관리가 진행된 침투도랑(IT)의 시설에 대한 평가를 수행하였다. 2009년부터 2016년까지 총 41회의 모니터링을 수행하였으며 침투도랑(IT)의 오염물질 저감효율 평가를 수행하였다. 수질 및 수문학적 분석결과, 시설에 유입되는 유입수는 단위 오염 부하량에 영향을 미치는 요인으로 나타났다. 또한, 계절의 변화는 오염물질 저감능력에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 여름철 강수량 및 강우강도의 증가로 인해 Overflow 및 유량의 증가가 발생되었으며, 이로 인해 저감효율이 감소하였다. 또한, 겨울철 낮은 온도로 인해 여재 및 화학적 메카니즘의 효과 감소로 오염물질 저감 효율이 감소되는 것으로 분석되었다. 침투도랑(IT)의 유지관리는 시설의 효율에 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 시설 설치 이후 2년 동안 유지관리 부족으로 오염물질 저감효율이 낮은 것으로 나타났으며, 일부 모니터링에서 지오텍스타일 내 제거 되지 않은 퇴적물로 인해 오염물질 저감효율의 감소를 보였다. 본 연구를 통하여, 시설의 유지관리는 오염물질 저감효과에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, BMP 시설의 최적 유지관리 기간 및 방법 등은 향후 유용한 자료로 사용 될 수 있을 것으로 사료된다.

Stormwater runoff containing considerable amounts of pollutants such as particulates, organics, nutrients, and heavy metals contaminate natural bodies of water. At present, best management practices (BMP) intended to reduce the volume and treat pollutants from stormwater runoff were devised to serve as cost-effective measures of stormwater management. However, improper design and lack of proper maintenance can lead to degradation of the facility, making it unable to perform its intended function. This study evaluated an infiltration trench (IT) that went through a series of maintenance operations. 41 monitored rainfall events from 2009 to 2016 were used to evaluate the pollutant removal capabilities of the IT. Assessment of the water quality and hydrological data revealed that the inflow volume was the most relative factor affecting the unit pollutant loads (UPL) entering the facility. Seasonal variations also affected the pollutant removal capabilities of the IT. During the summer season, the increased rainfall depths and runoff volumes diminished the pollutant removal efficiency (RE) of the facility due to increased volumes that washed off larger pollutant loads and caused the IT to overflow. Moreover, the system also exhibited reduced pollutant RE for the winter season due to frozen media layers and chemical-related mechanisms impacted by the low winter temperature. Maintenance operations also posed considerable effects of the performance of the IT. During the first two years of operation, the IT exhibited a decrease in pollutant RE due to aging and lack of proper maintenance. However, some events also showed reduced pollutant RE succeeding the maintenance as a result of disturbed sediments that were not removed from the geotextile. Ultimately, the presented effects of maintenance operations in relation to the pollutant RE of the system may lead to the optimization of maintenance schedules and procedures for BMP of same structure.

소규모 바이오 리텐션과 유사한 기능을 수행하는 식물재배화분은 유출저감과 함께 비점오염을 저감할 수 있다는 측면에서 도시지역에 유망한 LID 시설이다. 본 연구에서는 2개소의 실증 식물재배화분을 모니터링 평가하였다. 이 시설을 통하여 1개소의 시설에서는 강우량이 15mm 이하일 경우 85-100% 유출저감을 달성하였으며 강우량 50mm에서는 50-64%의 유출저감 을 나타내었다. 이와 같은 조건에서 TSS와 유기물질, 영양소 및 중금속의 저감효율은 40-95% 이었다. 이와 반면에 다른 시설에서는 동일한 강우조건에서 강우유출수 전량이 포착되어 유출발생이 일어나지 않았는데 식물재배화분 통과 후 배수 및 지하여건에 대한 정밀한 재평가가 필요한 것으로 나타났다. 이와 같은 상황이 주변 지하수나 지하구조물에 위해를 가할 수 있으므로 식물재배화분의 설계 및 시공시 투수속도에 면밀한 검토가 필요하며 투수계수가 지나치게 큰 지역에는 토목섬유 포설이나 차수 배리어와 같은 라이닝 시공을 실시해야 한다.

Two planter boxes were monitored during their initial year of operation to be able to assess their stormwater runoff and pollutant reduction capabilities and investigate on the design factors affecting their performance. One of the planter boxes provided 85-100% runoff volume reduction for rainfall less than 15 mm and rainfall intensities lower than 5 mm/hr. This reduced to 50-64% during higher rainfall intensities and depths of up to 50 mm. Suspended solids, organics, nutrients, and heavy metals were satisfactorily removed at a range of 40-95%. The other planter box, however, did not produce outflow in all the events and allowed total capture of stormwater. The uncertainty regarding the fate of the runoff in that case required an investigation of the planter box’s actual drainage and underground conditions which was deemed outside the scope of the study. Nonetheless, several design improvements and retrofits were suggested based on the provisions of current design guidelines to ensure that the hydraulic and water quality goals are achieved without potential damage to nearby structures. Moreover, continuous monitoring data is required to provide more accurate design evaluation and can serve as a guide in the construction of similar facilities in the future.

최근 비점오염물질 처리를 위하여 저영향개발(low impact development) 기술이 적용되고 있으며, 레인가든 기술은생물학적 및 물리화학적 처리에 의하여 비점오염물질 저감에 기여하기에 광범위하게 적용되고 있는 LID 기술 중 하나이다. 그러나 유지관리를 지속적으로 수행하지 않아 시설 내 막힘 현상 등의 문제가 발생한다. 따라서 본 연구는 효율적인 물수지 및 오염물질 저감을 위해 레인가든 기술의 구성 요소 배치의 개발 및 평가를 위하여 수행하였으며, 서로다른 2개의 하이브리드 레인가든 시스템 구축을 통하여 시스템의 최적화된 설계 및 구성요소의 배열을 도출하였다. 분석 결과, 시스템의 구성요소를 직렬로 배열 시 저감량은 유출량의 경우 96%, 오염물질 중 입자상 물질은 99%, 유기물질은 93% 및 중금속은 95%로 나타났다. 반면 시스템이 병렬로 배열 될 시, 유출량은 65% 저감되었으며, 평균 오염물질 저감효율은 TSS는 94%, 영양물질은 80% 및 중금속은 85%으로 평가되었다. 또한, 시스템의 구성요소가 비점오염물질 저감에는 침전, 침투도랑 및 식재부의 순서가 중요한 영향인자로 나타났다. 향후 레인가든 시스템 개발 시 최적화설계 인자로 활용 가능할 것으로 기대된다.

Low impact development (LID) technology has been recently applied for the treatment of nonpoint source pollutants. Rain garden is one of the widely used LIDs since it utilizes various mechanisms such as biological and physico-chemical treatment to reduce pollutants. However, problem such as clogging has been one of the issues encountered by the rain garden that do not undergo constant maintenance. Therefore, this research was conducted to develop and determine the component arrangement of a rain garden system for a more efficient volume and pollutant reduction. Two hybrid rain garden systems having different characteristics were developed and evaluated to determine the optimum design and arrangement of the system. The results showed that the components arranged in a series manner showed a volume reduction of 93% and a pollutant reduction efficiency of approximately 99%, 93% and 95% was observed for particulates, nutrients and heavy metals, respectively. While when the system is connected in a combined series-parallel, the volume and average pollutant reduction efficiency for the TSS, nutrients and heavy metals are 65%, 94%, 80% and 85%, respectively. Moreover, the component arrangement in the order of sedimentation tank, infiltration tank and plant bed exhibited a high pollutant reduction efficiency compared when the infiltration tank and plant bed were interchanged. The findings of this research will help in the further development and optimization of rain garden systems.

본 연구는 도시 강우유출수 처리를 위한 하이브리드 빗물정원 시스템을 개발하고자 수행되었으며, Pilot scale 모니터 링을 통하여 시스템 내의 서로 다른 구성요소간의 효율을 검증하였다. 유입수는 국내·외 도로강우유출수의 농도를 고 려한 인공강우유출수를 이용하여 수행하였다. 모니터링 결과 하이브리드 빗물정원은 시설 내 저류 80%, 지하수의 침 투 15%로 유입수의 약 95% 저감되는 것으로 나타났다. 이는 ST의 저류 및 PB와 IT의 침투 기작이 물순환 효과에 기 여한 것으로 판단된다. 또한 오염물질 저감효율을 산정한 결과, TSS의 경우 평균 87%으로 나타났으며, 유기물은 76%, 영양염류는 46%, 중금속은 56%으로 나타났다. 이는 PB와 IT에 포함된 여재의 여과, 침투 및 식생과 토양의 생물학적 흡수 기작 영향에 의해 나타난 결과로 판단된다. 이러한 연구 결과는 향후 빗물정원의 효율을 향상시키기 위 한 시설의 개선 및 설계방안으로 활용 가능할 것으로 평가된다.

In this research, a pilot scale hybrid rain garden system was developed in order to investigate the efficiency in the different components of the hybrid rain garden system and at the same time evaluate the initial efficiency of the system in treating urban stormwater runoff prior to its actual use in the field. Experimental runs were conducted using synthetic runoff having target concentrations similar to that of the typical runoff characteristics found in different countries and in Korea. With the employment of the hybrid rain garden system, hydrologic improvement was observed as the system demonstrates an approximately 95% reduction in the influent runoff volume with 80% retained in the system, and 15% recharged to groundwater. The reduction was contributed by the retention capabilities of ST and infiltration capabilities in PB and IT. With the combined mechanisms such as filtration-infiltration, biological uptake from plants and soil and phytoremediation that are incorporated in PB and IT, the system effectively reduces the amount of pollutant concentration wherein the initial mean removal efficiency for TSS is 87%, while an approximate mean removal efficiency of 76%, 46% and 56% was observed in terms of organics, nutrients and heavy metal, respectively. With these findings, the research helps in the further improvement, innovation and optimization of rain garden systems and other facilities as well.

빗물정원은 강우유출수를 현장에서 관리하는 LID 기술이며 보통 유역면적의 1% 이내의 면적에 적용된다. 본 연구는지붕 강우유출수를 처리하는 빗물정원의 환경적 효과를 평가하기 위하여 수행되었으며, 강우시 모니터링은 2012년3월부터 2014년 8월까지 총 19개의 강우사상에 대해 수행되었다. 19개의 강우사상 중에서 빗물정원에 유입된 강우유입수가 유출된 경우는 약 32%로 나타났으며, 이 경우 평균 강우량은 25mm으로 나타났다. 모니터링 결과 빗물정원은강우시 첨두 유출율을 낮추고 지연시킴으로써 수문학적 물순환 특성을 개선시키는 것으로 나타났다. 또한 빗물정원은강우량 25mm 이하의 강우유출수의 대부분을 저류 및 침투시킴으로써 지붕에서 유출되는 비점오염물질 저감에 크게기여하는 것으로 평가되었다. 빗물정원은 물순환 및 비점오염물질 저감과 더불어 경관성을 제공함으로써 시민들의 심미적 효과에 기여하는 것으로 평가되었다. 본 연구에서 수행된 결과는 향후 빗물정원의 설계인자로 활용 가능하다.

In this research, the environmental effects of rain garden when applied to a stormwater runoff originated from a rooftop were evaluated. The rain garden that was utilized as LID represents less than 1% of the catchment area that it drains. Storm event monitoring was conducted from March 2012 to August 2014 on a total of 19 storm events. In the 19 storm events that was monitored only 32% produced an outflow which has a mean rainfall characteristic of approximately 25 mm. With the application of rain garden, hydrologic improvement was observed as the facility exhibit a delay and reduction in the production of runoff and peak flows as the rainfall progresses. Furthermore, in terms of pollutant reduction, it was observe that the rain garden showed a generally satisfactory performance in reducing pollutants. In addition to this, the rain garden also has additional attributes that adds to the aesthetic appeal of the surrounding environment as well as in the lives of the people. The findings of this research will help in the further improvement and reinforcement of LID designs.

최근 이상기후현상과 도시화 확대로 인한 첨두홍수량 증가, 기저유출의 감소 등의 도시유역의 수문환경 변화는 최근 정부의 녹색성장정책과 부합하여 분산형 빗물관리시스템 도입 및 저영향개발 공법(LID, Low Impact Development)을 이용한 근원적인 해결책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 도시유출모형인 SWMM 5 모형을 이용하여 도심형 홍수 예방을 위한 분산형 빗물저류 장치의 효과를 분석하였다. 창원시 토월천 유역을 연구유역으로 선정하고, SWMM 5 모형을 이용하여 도심하천의 유출특성과 저영향개발 공법 적용에 따른 각 공법별(투수성 포장재, 소형 빗물 저류조, 대형 빗물 저류조) 유출변화 특성을 분석하였다. 분석 결과 각 저영향개발 공법별 유출변화 기여 특성이 다른 것으로 평가되었다. 투수성 포장재의 경우 포장재 및 기층 내에 저류되었던 유량으로 인하여 유황곡선에 영향을 많이 주며, 빗물저류조의 경우 초기 강우량 저류 및 첨두 홍수량 감소에 영향을 많이 주는 것으로 평가되었다. 이러한 자료들은 향후 도심하천의 유지용수 확보 방안, 도심형 홍수예방 시설의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abnormal climate phenomena and urbanization recently causes the changes of the hydrological environment. To consist with the green grow policy of the government a fundamental solution such as decentralized rainwater management system and Low Impact Development(LID) techniques should be needed. In this study, urban runoff models for urban flood prevention, SWMM 5, was used to analysis the effects of decentralized stormwater retention. Wolcheon stream watershed localted in Changwon city was selected as the study watershed. SWMM 5 modelling was applied to analyze the runoff characteristic of urban stream with various methods of LID techniques(Permeable packaging, small rainwater storage tank, large rainwater storage tank). The runoff variation characteristics resulted from each of the methods of LID techniques were used to estimate at other places. It was estimated that the permeability of packaging materials and detention storage at the basic floor have high effect to discharge duration curve. And the initial rainfall retention at the rainwater storage tank effected to reduce the flood peak was estimated. These kind of data could be the advantage in the future for securing and maintenance discharge in the river and could use as the basis data for urban flood prevention facilities.

LID 시설의 성능, 유지관리 빈도 및 수명에 가장 큰 영향을 미치는 1차적인 인자는 여재의 형태 및 구성(깊이 및 profile)일 것이 다. 여재 스펙에 관련된 규정 및 정보를 제공하는 지침이 있으며 여재의 효과를 입증하려는 수많은 연구가 진행되고 있다. 일부의 연구결과는 서로 유사하거나 일관성이 있으나 일부는 전혀 다른 결론에 도달하고 있으며 매우 적은 연구가 여재의 형태 및 조성이 성능에 미치는 영향에 초점을 맞추고 있는 실정이다. 이와 같은 상황은 오히려 여재의 선정이나 설계하는데 불확실성과 혼란을 유 발하고 있다. 이와 같은 관점에서 본 논문에서는 다양한 문헌과 실험실 및 현장 경험을 토대로 여재 스펙 및 구성을 종합적으로 분석하여 제시하였다. 먼저 LID 시스템을 침투 및 비침투 구조, 그리고 식생형 및 비식생형으로 분류하였다. 분류에 따르면 일반 적인 여재 Profile을 여재층의 구성, 재료 및 깊이에 따라 고찰하였다. 또한 여재특성이 수리 및 수문학적 기능뿐 만 아니라 오염물 질의 저감에 미치는 영향을 비교 분석하여 제시하였다. 유기물질의 침출로 인한 막힘, 여제 세척, 시공 중의 취급 등 기타 고려 사항에 대해 간략하게 서술하였다. 본 고찰의 목표는 LID 시설을 설계할 때 적절한 여재를 선정하는데 일조하기 위함이며 또는 장래에 필요한 여재연구방향을 제시하는데 있다.

A primary aspect of low impact development (LID) design that affects performance efficiency, maintenance frequency, and lifespan of the facility is the type of filter media as well as the arrangement or media profile. Several LID guidelines providing media specifications are currently available and numerous studies have been published presenting the effectiveness of these systems. While some results are similar and consistent, some of them still varies and only a few focuses on the effect of filter media type and arrangement on system performance. This creates a certain level of uncertainty when it comes to filter media selection and design. In this review, a synthesis of filter media specifications from several LID design guidelines are presented and relevant results from different laboratory and field studies are highlighted. The LID systems are first classified as infiltration or non-infiltration structures, and vegetated or non-vegetated structures. Typical profiles of the media according to classification are shown including the different layers, materials, and depth. In addition, results from previous studies regarding the effect of filter media characteristics on hydraulic and hydrologic functions as well as pollutant removal are compared. Other considerations such as organic media leaching, clogging, media washing, and handling during construction were also briefly discussed. This review aims to provide a general guideline that can contribute to proper media selection and design for structural LIDs. In addition, it also identifies opportunities for future research.

본 연구는 저영향개발(Low Impact Development; LID) 기법을 적용할 때 지역의 기후변화가 LID 저감효과에 미치는 영향을 평가함으로써 지역의 특성과 기후변화를 고려한 LID 기법 적용의 필요성을 제시하였다. 강수량과 기준 증발산량 이 증가하는 추세를 나타내는 기후변화 시나리오(Representative Concentration Pathway, RCP)를 토대로 기후변화 요소 와 LID 효과의 관계를 분석하였다. 대상 지역의 특성을 고려한 단순히 잔디 표면을 낮추어(LID3) 침투와 저류 증대를 도 모하는 실용적 기법으로도 식생체류지 설치(LID2)와 이에 옥상녹화를 추가 적용(LID1)하는 일반적인 LID 기법들과 마 찬가지로 개발로 인한 수문변화를 개선할 수 있음을 밝혔다. 적용된 기법들은 온실가스 저감이 상당히 실현되는 경우 (RCP 4.5) 유출 저감 효과가 높게 나타나 기후변화 대응 정책이 LID 효율에도 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 기후변화 요소 분석 결과 강수량 변화가 기준 증발산량 변화보다 수문 변화에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.

This study elicited the necessity of considering regional climate change on Low Impact Development (LID) application by evaluating its effect on LID efficiency. The relationship between climate change factors and LID efficiency was evaluated with Representative Concentration Pathway (RCP) showing the increase of annual precipitation and representative evapotranspiration. Simply lowering lawn surface (LID3), a practical option to increase retention and infiltration effect, demonstrated hydrological improvement above two conventional options, bioretention with green roof (LID1) and bioretention only (LID2). High runoff reductions of applied options at RCP 4.5, supposing taking efforts for mitigating green house gases, revealed that climate change countermeasures were preferable to LID efficiencies. The increase of precipitation had more influence in hydrological change than that of reference evapotranspiration.

하구는 하천이 개방해역과 연결되어 있어 담수와 염수가 만나는 전이지대로 생물다양성이 매우 높고 독특한 생태계를 구성하고 있다. 그러나 하구의 생태적 가치를 인식하기 전부터 다양한 훼손 및 교란이 이루어져 왔으며, 이를 위한 대책이 필요한 실정이다. 하구를 구성하는 하천의 하천기본계획은 지속적인 교란요소로 작용하고 있으나, 수재해로부터 인명피해를 최소화하고 하천의 기능을 강화시켜 국가 수자원을 관리하기 위한 공익적 목적이 있다. 따라서 개발과 생태계 보호라는 대립적 관계가 공존할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이를 위해서 환경창이라는 개념을 이용해 하구 생태계가 개발의 부정적인 영향으로부터 교란이 최소화되는 기간인 저영향 개발 기간을 산정하였다. 본 연구에서 제시한 저영향 개발 기간 산정방법은 향후 이루어질 개발사업이나 교란·훼손 행위 등으로부터 생태계를 보호하기 위한 근거 및 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The estuary is a transition zone where fresh water and salt water meet because the stream is connected to the open sea area. So estuaries have very high biodiversity and form a unique ecosystem. However, before the recognition of the ecological value of the estuaries, various damage and disturbances have been occurred so countermeasures are needed. The river master plan is acting as a disturbance factor. However, the river master plan has the public object such as water disaster defense, river function improvement, and national water resources management. Therefore, it is necessary to study the ways in which the opposite relationship of development and ecosystem protection coexist. In this study, the concept of environmental windows were used to estimate the low impact development duration. We expected that proposed method for low impact development duration estimation can be used as a basis and basic data to protected the ecosystem from development project and disturbance in the future.

도시개발의 지나친 진행에 따라 불투수면의 증가로 인해 유출이 증가되어 도시 홍수에 대한 우려가 증가되고 있으며, 도시 유역의 물순환을 개발 이전과 같은 상태로 되돌리고자 하는 노력이 지속되고 있다. 이를 위한 노력으로 저영향 개발(Low Impact Development, LID) 기술이 저류, 침투, 증발산과 같은 기작을 통해 도시개발 전후의 수문 현상을 모사하기 위해 주목받기 시작했으며, LID를 실제 유역에 도입할 수 있는 기법에 대한 연구가 국·내외에서 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 도시 소유역에 강우-유출 수문모형인 SWMM의 모의를 통해 LID를 적용하여 목표 로 유출량 저감 효과를 시나리오 별로 분석 및 평가하였다. SWMM-LID 모형을 가산1빗물펌프장 유역을 대상으로 구축하였으며 옥상녹화와 투수성 블록 포장 기법을 기법별 정성평가를 통해 유역에 적용할 LID 기법으로 선정하였 다. SWMM내에서 저류 및 침투를 통한 총 유출량 감소 효과를 위해 설정되어야 하는 각 인자들을 설계 하였으며, 6가지 시나리오를 선정하여 모의한 결과, 투수성 포장에 의한 저감 효과가 옥상녹화에 의한 저감 효과보다 더 크게 나타났다. 향후 유역의 특성에 맞는 LID 시설의 설계가 필요하며, 특히 서로 영향을 미치는 하천이나 지하수위 등 도 시 수자원 요소들은 전체 시스템에서 고려할 수 있도록 고려되어야 한다.

Due to rapidly increased urbanization, impervious area has been extended and concerns about urban flooding has been increased as well. A lot of effort has been made to restore the urban water circulation. Low Impact Development (LID) technology that consist of retention, infiltration, and evapotranspiration has begun to attract attention to simulate the hydrologic phenomenon before and after development. Many researches on the technique is being actively conducted. In this study, the effect on reducing runoff in urban catchment was analyzed and evaluated by applying LID techniques using SWMM and six scenarios. A SWMM-LID model was built for the Gasan 1 rainwater pumping station basin, and Green Roof and Permeable Pavement were selected as LID techniques to be applied. As a result, the reduction effect of the permeable pavement was larger than green roof. In the future, the results could be used to design a LID facility using the characteristics of the watershed, and other urban water resource factors such as river and groundwater levels that affect each other should be considered, so that the entire system can be considered.

전 세계적으로 도시화로 인해 파괴된 자연물 순환시스템 회복을 위해 저영향개발 (Low Impact Development, LID) 시설에 대한 관심이 커지고 있다. 하지만, LID 시설 용량 적정성 평가를 위한 종합적인 분석이 이루어지지 않아 LID 시설 도입에 많은 어려움이 제기되고 있다. 본 연구에서는 LID 시설 4개소(식생수로, 식생여과대, 식생체류지 및 투수블록)의 강우 모니터링 결과를 바탕으로 저감 효율 및 적정 용량 산정 방안을 분석하였다. WQV과 WQF을 설계 기준으로 하는 LID 시설의 강우 유출수(37%) 및 오염물질(TSS, BOD, TN 및 TP) 별 저감 효율(20% ~ 37.1%)이 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 용량 적정성 평가를 위한 SA/CA 그래프 도출 결과 모든 항목에서 결정계수 0.5 이상(비선형회귀모형 기준)으로 나타났으며, 특히 강우 유출수 및 TP에서 높은 결정계수를 보였다. 그리고 본 연구에서 제안하는 LID 시설의 구조적 차이를 고려한 ‘SA/CA & L/CA’ 그래프 도식 결과, ‘SA/CA’보다 강우 유출수, TSS 및 TP 결정계수가 향상됨을 확인하였다. 본 연구를 통해 LID 시설의 용량 적정성 평가를 위한 ‘SA/CA & L/CA’ 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 일반화 및 표준화를 위한 추가적인 연구를 수행할 필요가 있다.

The interest in LID facilities is increasing worldwide for recovery of natural water cycle system to destroy by urbanization. However, problems are raised when installation of LID because comprehensive analysis about design capacity adequacy of LID facilities was not conducted completely. In this research, removal efficiency and design volume adequacy of LID facilities were analyzed based on rainfall monitoring data in four LID facilities(Vegetated Swale, Vegetative Filter Strip, Bio-Retention and Permeable Pavement). As a result, group of LID facility designed on WQV was shown higher flow(37%) and pollutants(TSS, BOD, TN and TP) removal efficiencies(20 ~ 37%) than group of LID facility designed on WQF. SA/CA graph was drawn for evaluation of design volume adequacy based on rainfall monitoring data. In this SA/CA graph, coefficient of determination show over 0.5 in all parameter, especially, Flow and TP were show over 0.95. And, ‘SA/CA & L/CA’ graph considering difference of structure mechanism in LID facility suggested in this research was confirmed that improved coefficient of determination in flow, TSS and TP than SA/CA graph. According to this research results, feasibility of applying ‘SA/CA & L/CA’ graph for evaluation of design volume adequacy in LID facility, and it is necessary to follow up research for generalization and normalization.

The impermeability layer has decreased the surface storage ability, groundwater level and the time of concentration, and increased the peak flow of storm water runoff and urban floods. Due to the fact that developing the drainage functions in urbanized areas requires a considerable amount of burden in public expenses, which in reality makes it difficult to proceed with, it is necessary to apply the Low Impact Development (LID) concept and transform the drainage-oriented water management to water use and environment- friendly management. As the direction of recent design methods has been shifted to BIM (Building Information Modeling) and GIS (Geographic Information System), it is expected that the LID design will also be shifted to the same direction. Therefore, the related analytical solution is needed, and by using Autodesk® Storm and Sanitary Analysis (SSA) it will enable an interpretation of the city outflow and analysis by making connections with BIM and GIS, and this study’s analysis included making a connection with the runoff model of another city SWMM. This study helped to minimize data loss and rework the process of constructing the network data using the BIM design method and the public GIS followed by the analytical work, and to quickly construct the current network writing by utilizing the public GIS.