R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717TBIP-C111750-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 빗물-유출지하수 겸용 Hybrid 물 순환 저류 시스템의 최적화 기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-05-02 ~ 2018-03-26 | |||||
| 연구책임자 | 허우영 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 60,000,000 원 기업 : 40,000,000 원 계 : 100,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 120,000,000 원 기업 : 80,000,000 원 계 : 200,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 주식회사 엘아이디워터 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
도시화와 기후변화로 인하여 도시홍수와 가뭄, 비점오염에 의한 하천오염과 도시관리 비용이 증가하게 되었다. 특히 최근 2년 동안에 연속적으로 발생한 가뭄으로 인하여 막대한 경제적 손실 뿐만 아니라, 국가 물 안보에도 큰 위협이 되고 있다. 따라서, 택지 및 단지 개발시에 빗물이용 저류조와 LID 시설 등의 설치가 법제화 되었고, 부력에 의한 건축물 안전을 위해 유출지하수 배제를 위한 Dewatering등의 기존 공법 외에 유출지하수를 활용하기 위한 “유출지하수 활용계획서” 작성이 의무적으로 시행되고 있다. ①기존 빗물저류조의 집수와 활용이 계절적 제한을 많이 받아, 실제 빗물을 이용하는 사례는 많지 않으며, ②환경부와 지자체(예 서울시)의 저영향개발 장려 정책에 따라 설치되는 LID 빗물침투 시설이 공동주택의 경우 대부분 인공지반이어서 마땅히 설치할 장소가 없는 경우가 많다. 또한, ③발생되는 유출지하수를 배제하는데 소요되는 시설투자비와 전기비가 추가적으로 많이 소요된다. 기존 빗물저류조의 이용효율을 높이고, LID 시설에 의한 지하수 함양 기능을 공동주택 및 개발지의 공간특성에 맞게 최적화 하며, 지하수위가 높은 지역에서는 저류조의 부력 에 저항할 수 있도록 안전성 확보, 유출지하수의 효율적 배제와 이용을 겸할 수 있는 다기능 물순환 저류조의 도입이 필요하다. 폐사가 기 개발/보유하고, 일부 단지에 개별적으로 적용한 경량형 조립형 PE 저류조, LID 침투시설 공법, 고성능 다기능 펌프, 부력방지밸브(CRV; Compressive Relief Valve) 응용 모듈 등이 개별적으로 개발/도입은 되어 있지만, 각 요소가 연계되어 있지 않아 사업화 단계에는 이르지 못하고 있습니다. 따라서, 이러한 요소기술과 제품을 연계하여 빗물, 유출지하수를 효율적으로 관리, 이용할 수 있는 택지 및 단지의 맞춤형 물순환저류시스템의 기능을 실증하고, 데이터를 확보하여, 이 자료를 바탕으로 특허등록및 Test Bed시험 등을 통해 사업화의 기반을 확보하고자 합니다. [최종목표] 개발지의 유출지하수 관리를 통한 부력방지, 유출저감, 저영향(LID)개발 그리고 빗물/유출지하수 활용 등을 복합적으로 달성하기 위한 개별시설 조합의 설계용량 산정 및 수량/수질 측면에서의 효과 극대화를 위한 최적화 기술을 개발한다. ①부력방지밸브(CRV; Compressive Relief Valve) :저류조 하부에 설치된 밸브의 개방압력과 지하수위, 토양조성 간의 상관관계를 실험적 분석(토조실험)을 통해 밝히고, 개방 압력의 조절을 통해 빗물유입량, 사용량 간의 최적설계, 운영기술을 개발한다. 기존 MAT공법이나 Dewatering공법과의 기능, 비용적 측면에서의 대체 가능성을 파악한다. ②물순환저류조: 기 개발된 저류조에 부력방지밸브(CRV)와 고성능 다용도 펌프,침투트렌치 등을 연결하여 외부 빗물의 유입과 하부 유출지하수 유입 그리고 서비스용수 사용량(조경용수, 실개천 유지, 청소 등) 간의 정량적 물수지를 실험적으로 조사하고, 강우-유출 모델링을 통해 첨두유출(Peak Flow)저감, 지하수 함양 등의 기능을 최적화할 수 있는 설계용량 표를 작성하여, 사업화에 기여토록 한다. 그리고 설치계획인 저류조(광주광역시 자연마당 등)에 수위, 수질, 수온 등의 변화에 대한 장기 모니터링을 통해 홍수저감, 유출지하수 활용, 빗물이용 측면에서의 최적 운영기법과 완성된 물순환 기술을 도출해낸다. ③LID침투트렌치(침투관): 물순환저류조와 연결된 침투트렌치의 집수기능, 이송기능, 침투기능, 일시 저류후 방류기능 등을 최적화하여, 단지내 첨두유출 저감과 물수지 개선 효과를 극대화 할 수 있는 제품 설계용량을 산정하고, 실험적으로 설치 후 모니터링 기기를 통해 측정한다. 다양한 토지이용 조건하에서의 유입 부하량이 자갈, 모래층을 통과한 후 저감되는 효과를 정량적으로 측정하여, 최적 시설 설계용량을 수질개선 효과 측면에서 제시한다. [연구내용 및 범위] ①토조 실험: 밸브의 개방압력과 지하수위, 토양조성 간의 상관관계에 대한 실험적분석 -토조실험 장치와 CRV 밸브 연계형 저류조 모형을 제작하여, 임의의 수위와 개방압력, 표준 토양조건에서의 유입량을 수위계, 유량계, 펌프성능 특성 등을 통해 확인한다. -토조실험 부지는 당사의 개인소유지나 유관기관 협조 등을 통해 마련함. ②실제 물순환저류조 장기 모니터링 -물순환 저류조가 갖는 일시저류후 침투, 지하수의 선택적 유입 및 이용 등의 기능을 실험(광주관역시 등 시공지역 그림 참조, 토조 내의 저류조 모형 등)과 강우-유출 모델링을 통해 확인함. -강우 유출 모델은 토양 물수지 변화를 잘 모의할 수 있는 독일 STORM 모형을 사용하여 모의함. ③침투트렌치의 저류/침투/수질개선 효과 최적화 실험 및 모의 -실험용 침투트렌치를 소규모 설치 후 해당 시설의 강우-유출 특성과 저류/침투량 그리고 수질정화 기능을 실험하여 토지이용별 오염부하, 설계강우별 첨두유량에 대응하는 설계용량과 최적 집수면적을 분석하여, 사업화를 위한 기본자료(기술자료, 영업자료)로 활용함. ①부력저감장치(CRV) -부력저감장치에 의한 선택적 지하수 유입을 위한 개방압력 조절 기술을 저류조에 도입하여 유효수량을 증대 -부력저감장치의 지하수 유입 성능표: 지하수위-개방압력 조건하에서의 지하수 유입량에 대한 성능표 작성 ②물순환 저류조 설계용량 산정표: 지역별, 도시별 강우조건에 대한 집수량, 집수면적, 유출지하수 유입량을 바탕으로 다양한 서비스용수의 시계열적 사용량 시나리오에 따른 최적 설계용량 산정표 -설계용량 산정의 기준: 물순환 저류조의 적정 크기 선정을 위해 고려하여야 하는 도시물순환 관리의 개별 목표 즉, a. 첨두유출 저감, b. 지하수 함양, c. 상수대체(대체수자원)량 설정 방법 -설계용량 산정표: 설계용량 산정 기준에 부합하는 저류조 용량을 표와 그래프로 알기쉽게 정리하여, 사업화 단계에서 설계업무를 담당하는 엔지니어링사나 건축사무소에 제공 가능한 기술자료 생성 ③침투트렌치의 설계용량 산정표 -설계용량 산정의 기준: 침투트렌치의 적정크기 선정을 위해 고려하여야 하는 도시물순환 관리의 개별 목표 즉, a. 첨두유출 저감, b. 지하수 함양에 대한 기준 설정 방법 -설계용량 산정표: 설계용량 산정 기준에 부합하는 침투트렌치 용량을 표와 그래프로 알기 쉽게 정리하여, 사업화 단계에서 설계업무를 담당하는 엔지니어링사나 건축사무소에 제공 가능한 기술자료 생성 ④빗물과 유출지하수 겸용 공급시설을 확보함으로써 유사시(긴급, 방재 등) 원거리 용수공급에 문제가 발생할 때, 대체수자원 전용을 위해 필요한 수량 및 수질 분석자료 확보 |
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| 색인어 | 한글 | 빗물저류조 | 유출지하수 | 저영향개발 | 부력저감밸브 | 빗물이용 |
| 영문 | Rainwater retention | Outflowing groundwater | LID | Compressive Relief Valve | Rainwater use | |
| 최종보고서 | 국토부. 제출본보고서요약서REV19(끝Final.제출본).pdf | |||||