공동주택 빗물이용시설의 합리적 규모산정 방안 연구

A Study on the Rational Scale Estimation of Rainwater Harvesting Facilities on Condominium Complex

Article information

J. Korean Soc. Hazard Mitig. 2017;17(5):297-303
Publication date (electronic) : 2017 October 31
doi : https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2017.17.5.297
이정민*, 정용길
* Member, Research Fellow, Urban & Environmental Research Department, Lnad & Housing Institute
**Corresponding Author, Member. senior manager. Lnad & Housing Institute (Tel: +82-51-796-6009, Fax: +82-51-796-6008, E-mail: channels@lh.or.kr)
Received 2017 July 13; Revised 2017 July 17; Accepted 2017 July 27.

Abstract

도시화가 이루어지면서 생활용수, 조경용수, 공업용수 등 각종 분야에서 더욱 많은 양의 물을 필요로 하게 됨에 따라 빗물의 효율적인 이용은 중요한 도시문제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 국・내외적으로 그 중요성과 필요성이 높아지고 있는 빗물이용의 효율성을 향상시키기 위하여 빗물이용시설의 합리적 규모 산정방안을 제시하고자 한다. 이를 위하여 공동주택단지에 적용된 빗물이용 시스템의 적정 저수용량 및 규모 산정을 위해 수문분석을 수행하였다. 연구 내용은 다음과 같다. 첫째, 국내・외 공동주택단지 빗물이용 사례조사 및 문제점 파악을 위하여 선행연구 사례 및 문헌연구를 수행하였다. 둘째, 연구대상지인 공동주단지의 기존 설계를 분석하였다. 셋째, 기존 설계의 적합성 분석을 통한 합리적 규모산정 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 사항들을 기반으로 빗물이용시설을 설치, 계획, 유지관리 한다면 빗물이용시설을 보다 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

Trans Abstract

Urbanization has led to the need for more water in various fields. As a result, efficient use of rainwater is becoming an important urban problem. The purpose of this study is to suggest a method for estimating the rational scale of rainwater harvesting facilities in order to improve the efficiency of rainwater harvesting, which is becoming increasingly important and necessary in Korea and abroad. For this purpose, hydrological analysis was carried out to estimate the appropriate capacity and scale of rainwater using system applied to condominium complexes. The contents of the study are as follows. First, we tried to identify rainwater use cases and problems in domestic and foreign condominium complexes. For this purpose, we analyzed trends related to rainwater use. Second, we analyzed the existing design of condominium complex. Third, we proposed a rational scale estimation method by analyzing the suitability of the existing design. Based on the findings presented in this study, it is considered that rainwater harvesting facilities can be used more efficiently if rainwater harvesting facilities are installed, planned and maintained.

1. 서론

빗물은 오랜 옛날부터 인간생활에 유용하게 이용되어 왔다. 빗물은 화장실용수, 조경용수, 청소용수 및 친수용수로 주로 사용되며, 중수도 용도로 살수용수, 소방용수, 냉각용수, 하천 유지용수, 습지용수 등으로 사용되기도 한다(Seoul Development Institute, 2007). 도시화가 이루어지면서 생활용수, 조경용수, 공업용수 등 각종 분야에서 더욱 많은 양의 물을 필요로 하게 됨에 따라 빗물의 효율적인 이용은 중요한 도시문제로 대두되고 있다.

빗물이용 및 물재이용과 관련한 물 산업은 연평균 6.5%씩 성장하여 2025년에는 8천 650억 달러(한화 1천38조원)의 시장을 형성할 것으로 전망된다. 전 세계적으로 살펴볼 때 세계 물 시장 규모는 2010년 약 4천 828억 달러(한화 579조원)로 추정하고 있으며, 국내 물 시장 규모는 Global Water Market(2008)에 따르면, 2003년 기준으로 10.9조원으로 이 중 상하수도 분야가 84%를 차지하고, 국내 물 산업 규모는 93억 달러로 세계 8위 규모이다. 또한 규모는 작지만 빗물을 포함한 물재이용 분야가 향후 급속히 성장할 것으로 예상되고 있다.

국내의 빗물이용시설은 전국에 128개소(용량 3만3천톤), 중수도는 전국에 237개소(190만9천톤/일)가 설치⋅운영되고 있으며, 하수처리수는 65억 톤 중 6.4톤을 재이용해 9.9% 정도가 재이용 되고 있는 실정이다. 이러한 수치는 빗물이용의 효율성 제고가 필요하다는 것을 말해준다.

본 연구에서는 국⋅내외적으로 그 중요성과 필요성이 높아지고 있는 빗물이용의 효율성을 향상시키기 위하여 빗물이용시설의 합리적 규모 산정방안을 제시하고자 한다. 이를 위하여 공동주택단지에 적용된 빗물이용 노면살수 시스템의 적정 저수용량 및 규모 산정을 위해 수문분석을 수행하였다.

연구 내용은 다음과 같다. 첫째, 국내⋅외 공동주택단지 빗물이용 사례조사 및 문제점 파악을 위하여 국내⋅외 빗물이용에 대한 관련 동향 파악과 공동주택단지 내 빗물이용현황 조사, 기 적용된 빗물이용시설 실태조사 및 조경시설(수경시설)의 빗물활용방안 조사 등의 선행연구 사례 및 국내⋅외 문헌연구를 수행하였다. 둘째, 연구대상지인 공동주택단지의 기존 설계를 분석하였다. 셋째, 기존 설계의 적합성 분석을 통한 합리적 규모산정 방안을 제시하였다.

2. 국내외 빗물이용 사례

2.1 국내 적용 사례

2009년 12월을 기준으로 빗물이용시설이 설치되거나 설치 예정중인 국내시설은 총 659개소로 설치장소는 Fig. 1과 같이 공동주택, 치수용저류조, 학교, 일반건축물 순으로 도입되고 있으며, 수도법에서 의무화 시설로 지정한 곳은 7%정도이다. 공동주택의 경우 아파트와 기업 이미지 제고를 목적으로 도입된 경우가 많으며, 저류된 빗물은 주로 친수용수로 활용되는 경우가 많다. 또한, 그린스쿨 사업을 통해 전국 학교를 대상으로 빗물이용시설을 설치하고 조경용수, 화장실 용수, 운동장 살수용수 등으로 활용하며 지속적인 확대가 이루어지고 있다.

Fig. 1

Usage of Rainwater Facilities in the Whole Country

한국건설기술연구원에 따르면, 국내 주택의 형태는 1,442만 가구 중 58.5%인 832만 가구가 아파트와 연립, 다세대 등 공동주택이다. 국토해양부가 2007년 12월 31일 기준으로 조사한 공동주택 현황에 따르면 전국적으로 총 7,470천 세대에 이르며 2002년 대비 18%가 증가하였다. 또한, 500세대 이상 되는 대단지 아파트는 2009년 기준 4,146개소로 2002년 대비 30% 증가한 추세이다. 세대별 단지 현황을 살펴보면 임대주택의 경우 감소세를 보이는 반면 대형단지는 5∼6%씩 지속적인 증가를 보이고 있는 추세이다.

이러한 국내 현황에서 알 수 있듯이 공동주택단지를 대상으로 하는 빗물이용시설의 적용 확대가 매우 중요하며, 환경부에서도 빗물이용 시설 확대 보급을 위해 물 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 제정과 각 지자체의 조례를 통해 공동주택단지에 빗물이용시설의 설치를 권장하고 있다.

2.2 국외 적용 사례

2.2.1 독일

베를린 북동쪽 외곽 20 km지점에 위치한 카로우노르트(Karownord) 주거단지는 5,200세대가 거주하는 신 주거단지이다. 카로우노르투 주거단지는 빗물을 효과적으로 이용하고자 단지 전체의 녹지와 수공간을 유기적으로 연결하는 그린네트워크 기법을 사용하였다(Seoul Development Institute, 2007). 단지배치계획의 기본개념은 통합적인 빗물처리시스템과 지하수 함양을 위한 녹지조성계획으로, 빗물이용시설은 자연토양을 최대한 보전할 수 있는 투수성포장과 단지 내부의 녹지화, 홍수조절 등의 기능을 할 수 있는 살아있는 땅으로 계획되었다.

크론스베르크(Kronsberg) 주거단지는 “인간-자연-기술”이라는 주제로 개최된 하노버 EXPO-2000을 위해 6,000호(약 15,000명) 규모의 주거단지로 계획되어 현재 약 3,000호 정도가 입주한 상태이다. 이 단지의 경우 주된 고려사항이 빗물이용과 운영이었기 때문에 단지 내에 건설된 주택들은 모두 옥상녹화나 테라스 녹화, 벽면녹화 등이 조성되었고 모두 빗물이용을 고려하여 계획되었다.

‘자연에 가까운 배수체계’를 구현하기 위해 ① 도랑과 트렌치 시스템(Gulley-and-trench system), ② 보가 있는 수로(Sluiced channels), ③ 저류지(Retention areas), ④ 빗물댐(Rainwater reservoirs), ⑤ 유출측구(Outfall ditches) 등을 기본요소로 활용하였다.

2.2.2 미국

올랜도의 구옥 밀집지역에 위치한 뉴 아메리칸 홈 샘플하우스는 2007년 고유가 현상을 반영해 ‘친환경⋅에너지’를 테마로 선정하고 태양열과 빗물을 이용해 에너지 효율을 높이고 있다. 옥상에 설치된 최첨단 태양열 전지로 하루에 10 kW의 전기를 생산하며, 집 주변에 심어진 식물을 키우는 데는 집수한 빗물을 이용한다. 옥상과 발코니, 루프플라자 등에서 모아진 빗물은 주차장 지하로 보내져 7,000갤런(2만 6500 l)크기의 탱크에 저장되며, 가뭄 시에도 저장된 빗물을 이용해 정원과 루프플라자에 있는 식물에 수분을 공급한다.

2.2.3 영국

갈리온스 에코파크는 탬즈미드에 있는 공동주택단지로서, 실내에 다양한 물 절약 장치가 설치되어 있다. 실외 정원은 물저장조를 설치하여 정원수로 이용하고 있다.

런던의 베드제드는 널리 알려진 첨단 생태주택단지로서 기존 물 이용량의 절반 이상을 줄일 수 있도록 설계하였다. 지붕 표면을 통해 빗물을 집수하여 지하 저장조에 모은 뒤 정원수와 농업용 관개, 화장실 용수로 재이용한다. 또한 이렇게 사용한 빗물을 저장조로 다시 모은 뒤 지하에 설치된 오수처리장치를 거친 후 재이용하는 등 처리수의 재이용 사례도 있다. 2차, 3차 처리시설은 수생식물을 이용하여 처리에 드는 에너지가 최소화되도록 하였으며, 처리시설을 거치면 관개수와 정원수로 다시 쓸 수 있는 수준으로 정화된다.

2.2.4 일본

사이타마 신덴에 소재하고 있는 하트 아일랜드의 개발 컨셉 중 하나는 오아시스 아일랜드이다. 빗물을 이용하여 수변시설을 조성하고 빗물이용시설을 이용하여 야생조류와의 공생을 추구한다. 옥상우수를 저류하여 단지 내에 수변시설에 이용하고, 경사 지형을 이용하여 빗물을 저류한 후 하단의 출구에서 약수터처럼 조성하여 빗물을 이용하기도 한다. 보도 및 도로변의 빗물관리시설로 빗물 수로가 조성된 사례이다. 저류시킨 빗물을 보도변 녹지의 조경용수로 활용하여 추가적인 상수의 이용이 불필요하다. 또한, 개거 형태로 설치하여 건기에는 건천 상태로 두고 비가 오면 주민들이 물의 흐름을 볼 수 있도록 하여 생태성을 높였다.

3. 빗물이용시설의 규모 산정

3.1 대상지구 및 기 설계현황 분석

본 연구의 대상지역은 477세대가 거주하는 국임 아파트로 면적은 약 18,848 ㎡이다.

기존 본 대상 단지의 빗물이용시설 설계 용량은 115 m3/일이며, 1개 동 옥상의 우수를 집수하도록 시공하였다(Fig. 2). 빗물침전조로 유입된 우수는 이동상 상향류식 사여과기로 정화한 후 여과수 저장조에 저장된다. 빗물이용시설의 용량은 가정용수의 용도별 사용량(생활용수량)의 50%에 해당하는 용량 이상을 확보하도록 하였으며, 기존에 적용한 산식은 다음과 같다. Table 1은 시범단지 세대수 산정에 대한 내용이다.

Fig. 2

View of Rainwater Filtration Facilities and Catchment Facilities

Estimate the Number of Households

빗물이용시설 용량(V)

= 총세대수×2.8(인/세대)×172(l/인⋅일)×0.5

= 477세대×2.8(인/세대)×172(l/인⋅일)×0.5

= 115 ton

기존 설계의 경우 지붕우수 발생량은 다음의 합리식을 이용하여 산정하였다.

(1)Q=1360CIA

여기서, Q는 우수유출량(m3/sec), C는 유출계수, I는 강우강도(mm/hr), A는 유역면적(ha)이다. 집수동의 옥상 면적(A)은 0.082 ha이고, 유출계수(C)는 Table 2의 공종별 기초 유출계수를 참고하여 옥상의 경우 0.9를 적용하였다. 1개 동 지붕우수의 유출량은 약 237.6 m3/hr (강우강도 319.53 mm/hr, 유출계수 0.9)이였다.

Basic Runoff Coefficient

빗물이용시설의 유입관 관경(D)은 300mm로 빗물이용시설 유입관의 유출량은 Table 3과 같이 산출되어 시간당 306 m3이다. 빗물이용시설의 용량을 확보하기 위한 유입시간은 다음과 같이 산정하였다.

Estimation of the Flow Rate of Rainwater Inflow Pipe

Estimation of Probability Rainfall by Frequency and Duration

빗물이용시설 용량 확보를 위한 유입시간(hr)

= 빗물이용시설 용량(V)/유입관의 시간당 발생량(Q)

= 115m3 / 306m3/hr = 0.38hr

이러한 계산을 바탕으로 기존 설계에서는 우기 시 0.38시간이면 빗물이용시설의 계획용량인 115 ton을 확보할 수 있다고 가정하고 있다.

3.2 기존 설계의 문제점 및 적합성 검토

본 연구에서는 기존설계의 문제점을 보다 객관적으로 파악하기 위하여 대상지구 인근 기상청인 수원기상청의 확률강우량을 빈도별로 분석하였다. 분석된 내용은 지면관계상 전체적인 내용을 나타내지는 않았으며 수원기상청의 확률강우량 분석결과 중 결과중심으로 개괄적으로 아래에 나타내었다.

확률강우량을 분석한 결과, 기존설계에서 적용한 안산지역 설계강우강도 319mm/hr는 수원기상청의 강우분석 결과 720분의 지속기간의 80년 빈도의 확률강우량인 317.6mm이 한 시간 만에 내린다는 의미이다. 실제 강우발생량의 경우 재현기간 50년 정도의 폭우 시 강우강도가 30∼50mm/hr인 것을 감안한다면, 기존설계에 적용한 강우강도는 현실적으로 실현 불가능한 강우강도이다. 이러한 강우강도를 적용하여 우수활용시설의 용량을 산정한 것은 현실성이 상당히 결여되어 있다고 할 수 있다. 또한 집수면적의 경우 실제 집수면적과 도면상의 집수면적이 다소 불일치하는 것을 알 수 있었다. 기존설계는 1개동 지붕 편측면적만큼 집수하고, 면적을 590 m2으로 나타낸 반면에 도면상 면적은 820m2로 집수면적의 불일치로 과부족 상태로 빗물 저류 수량이 부족하다. 또한, 빗물 활용 용도에서도 조경관수 사용을 계획하였으나 실제로 사용이 미미한 것을 알 수 있었다. 이러한 점을 고려할 때 아직까지 빗물이용시설의 설계와 실제이용과는 현실적인 괴리가 존재하며 보다 합리적인 빗물이용시설의 설계와 효율적 이용방안이 필요함을 알 수 있다. 빗물관리시설은 강우양상에 따라 시설의 활용 및 운영 빈도가 결정된다. 빗물이용시설은 목적에 따라 대상강우, 설치장소, 강우 후 처리방향 등이 다르며, 연중 이용가능 강우량과 활용기간을 파악하여 시설이 효율적으로 관리되도록 계획⋅설계 되어야 한다. 본 연구에서는 대상지구의 수문분석을 통해 실질적으로 연중 이용가능한 강우량과 활용기간을 검토하였으며 관련내용은 아래에 후술하였다.

3.3 빗물관리시설 운영빈도 평가 및 규모산정 방안 제시

빗물관리시설은 강우양상에 따라 시설의 활용 및 운영 빈도가 결정된다. 빗물관리시설에서 빗물이용, 침투 및 저류시설은 각각의 목적에 따라 대상강우, 설치장소, 강우 후 처리방향 등이 다르다. 빗물침투시설과 이용시설은 강우가 발생하여 지표면유출이 시작되는 시점부터 활용되는 부분은 같지만, 빗물이용시설이 우천 시에 빗물을 저장하여 청천 시에 이용하는 반면에, 빗물침투시설은 우천 시에 활용되는 시설로서 연중 이용가능 강우량과 활용기간을 파악하여 시설이 효율적으로 관리되도록 계획하여야 한다(Seoul Development Institute, 2007).

매뉴얼에 근거하여 빗물관리시설별 이용가능 강우량과 활용기간을 적절하게 파악하기 위하여 독립강우와 일강우로 나우어 분석하였다. 또한 우천 시 지표면유출은 지표면저류에 의한 손실에 의하여 즉시 발생하지 않으며, 기존 자료에 의하면 불투수면의 노면저류량이 2~5 mm정도인 것으로 제시되고 있다. 그리고 빗물은 대기와 지표면의 오염물질을 포함함에 따라 유출초기의 2~5 mm는 오염물질을 포함하므로 초기 배제하여 이용시설에 유입시키지 않도록 빗물이용시설의 이용가능 강우량은 최소 4 mm을 초과하는 강우가 대상이 된다.

3.3.1 독립강우 발생현황

독립강우의 분석을 위하여 수원관측소의 1964∼2010년까지 47년간 시강우량 자료를 이용하였으며, 독립강우의 시작점을 기준으로 하여 월별 평균강우량, 발생횟수 및 선행무강우일수의 현황을 분석하였다.

Fig. 3은 수원관측소의 4 mm 초과 월별 평균강우량을 나타낸다. 초기우수 4 mm 초과 독립강우량은 연평균 1,257 mm로써 이 중 71.7%가 6∼9월에 집중적으로 발생되었다.

Fig. 3

Independent Rainfall of Over 4 mm Monthly Average at Suwon Observatory

1964~2010년의 47년간 수원관측소의 시강우 자료를 분석한 결과 4 mm 초과 강우량 발생횟수는 33.9회/년으로 7, 8월이 가장 많았으며, 동절기인 12, 1, 2월의 경우 각 2회/월 이하로 적게 발생하였다. Fig. 4는 이용가능 강우 (4 mm 초과 강우)에 대한 월별 평균강우량 및 평균발생횟수를 나타낸다.

Fig. 4

Monthly Average Rainfall and Average Number of Occurrences for Available Rainfall

Table 5는 안산시 47년간 이용가능강우에 대한 월별 평균강우량 및 발생횟수를 나타낸다.

Monthly Average Rainfall and Occurrence Rate for Available Rainfall for 47 Years in Ansan City

3.4 빗물이용시설 저장률

3.4.1 빗물이용시설의 월별 저장률

빗물이용시설이 설치목적에 맞게 유효하게 이용되게 하기 위해서는 시설규모가 적절한지에 대한 검토가 필요하다. 빗물저장률은 집수면적에 내린 빗물이 빗물이용시설에 저장되는 양을 나타내는 것으로써 빗물이용시설의 규모가 적절한지 판단할 수 있다.

(2)빗물이용시설저장률(%)=저장된빗물양빗물이용시설용량

안산시 빗물이용시설의 저장률은 수원관측소의 47년 강우자료를 이용하여 빗물이용시설에 실질적으로 유입되는 독립강우량으로 산정하였다. 빗물이용시설의 용량은 우수활용시설용량인 150m3을 사용하였다.

안산시 빗물이용시설의 저장률 분석결과는 Table 6과 같다.

Number of Independent Rainfall Occurrences and Storage Rate During Rainfall (Ansan city)

Number of Occurrences According to Monthly Storage Rate Range

우수활용시설의 용량 150 m3에 대한 월별 저장률은 갈수기인 12월, 1월, 2월의 평균저장률은 6.4%로 낮은 반면에 홍수기인 6~9월은 평균저장률이 약 29.0%가 되는 것으로 나타났다.

3.4.2 저장률별 발생횟수 및 월별 저장률

빗물이용시설의 연간 총 저장횟수는 33.9회/년이여 월별 저장횟수는 1.6~4.6회를 나타내고 있어 1개월당 평균 2.8회로 저장되고 있다. 홍수기인 6~9월 기간에 저장률 100%가 초과하는 저장횟수는 월별 0.06~0.40회가 발생한 것으로 나타났다.

기간별 빗물이용시설의 월별 저장률은 갈수기인 1월, 2월, 12월의 평균 강우 발생횟수는 1.5회/월이고 우수활용시설에 대한 평균 저장률은 6.4%로 나타났다.

평수기인 3월, 4월, 5월, 10월, 11월의 평균 강우 발생횟수는 2.8회/월이고 우수활용시설에 대한 평균 저장률은 11.0%, 홍수기인 6월, 7월, 8월, 9월의 평균 강우 발생횟수는 4.1회/월이고 우수활용시설에 대한 평균 저장률은 29.0%로 나타났다.

4. 빗물이용시설의 합리적 규모산정

빗물이용시설의 효율적인 활용을 위해서는 시설규모의 검토가 필요하다. 본 연구에서는 기 분석된 월별 평균강우량 등의 자료를 통하여 빗물이용시설 저장률을 분석하였다. 빗물저장률은 집수면적에 내린 빗물이 빗물이용시설에 저장되는 양을 나타내는 것으로서 빗물이용시설의 규모가 적절한지 판단할 수 있다.

빗물이용시설의 합리적 규모산정과 관련하여 기존 설계방식을 검토한 결과 기존 설계의 경우 실제 집수되는 지붕면적과의 상관성, 월별 강우량패턴, 과거 강우량 분석에 따른 빗물이용시설의 적정성 등에 대한 고려가 부족하였음을 알 수 있었다. 수원기상청(안산) 자료를 이용하여 확률강우량을 분석한 결과 기존설계에서 적용한 안산지역 설계강우강도 319mm/hr는 수원기상청의 강우분석 결과 720분의 지속기간의 80년 빈도의 확률강우량인 317.6mm이 한 시간 만에 내린다는 의미로 실제 강우발생량의 경우 재현기간 50년 정도의 폭우 시 강우강도가 30∼50mm/hr인 것을 감안한다면 기존설계에 적용한 강우강도는 현실성이 상당히 결여되어 있다고 할 수 있었다. 또한 집수면적의 불일치, 빗물 저류 수량의 부족, 조경관수 사용 계획에 대한 실제사용 미흡 등의 문제점을 파악할 수 있었다. 빗물이용시설은 우천 시에 활용되는 시설로서 연중 이용가능 강우량과 활용기간을 파악하여 시설이 효율적으로 관리되도록 계획하여야 한다. 본 연구에서는 기존설계에 대한 검토 후 그 대안으로 안산시의 빗물이용시설별 이용가능 강우량과 활용기간을 적절하게 파악하기 위하여 안산시 강우량 자료를 독립강우와 일강우로 나누어 분석하였다. 이러한 분석을 통하여 월별 평균강우량, 4 mm이하, 초과 평균강우량, 월별 평균강우 발생횟수 등을 분석하였다. 이러한 분석결과를 토대로 이용가능 강우에 대한 월별 평균강우량 및 평균발생횟수를 검토하여 결론을 도출하였다.

5. 결론

공동주택단지 빗물이용시설의 적정한 용량산정은 빗물이용의 효율성 향상 측면에서 중요한 요소이다. 이를 위해서 빗물이용시설의 적정 저수용량 및 규모 등의 설계를 위한 수문분석을 수행하였다.

수문분석을 통하여 갈수기, 평수기, 홍수기 등의 이용가능 강우의 발생횟수와 저장률, 100% 저장률 강우발생횟수 등을 분석하였다. 그리고 월별 평균저장률을 조사하여 빗물이용시설의 적정한 규모를 평가할 수 있는 방안을 제시하였다.

대상지구 독립강우 분석의 경우 수원관측소의 1964~ 2010년까지 47년간 시강우량 자료를 이용하였다. 초기우수 4 mm 초과 독립강우량은 연평균 1,257mm 로써 이 중 71.7%가 6~9월에 집중적으로 발생되었다. 1964~2010년의 47년간 수원관측소의 시강우 자료를 분석한 독립강우에 대한 월별 강우발생횟수 중 4 mm 초과 강우량 발생횟수는 33.9회/년으로 7, 8월이 가장 많았으며, 동절기인 12월, 1월, 2월의 경우 각 2회/월 이하로 적게 발생하였다. 우수활용시설의 용량 150m3에 대한 월별 저장률은 갈수기인 12월, 1월, 2월의 평균저장률은 6.4%로 낮은 반면에 홍수기 6~9월은 평균저장률이 약 29.0%가 되는 것으로 나타났다. 갈수기(1월, 2월, 12월), 평수기(3월, 4월, 5월, 10월, 11월), 홍수기(6월, 7월, 8월, 9월)의 평균 강우 발생횟수는 각각 1.5회/월, 2.8회/월, 4.1회/월이고 우수활용시설에 대한 평균 저장률은 6.4%, 11.0%, 29.0%로 나타났다.

본 연구에서는 기존설계의 문제점 및 적합성을 검토하고 수문분석을 통해 보다 합리적인 빗물이용시설의 설계방안과 수문분석 절차를 제시하였다. 제시한 사항들을 기반으로 빗물이용시설을 설치, 계획, 유지관리 한다면 빗물이용시설을 보다 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원 건설연구사업의 연구비지원(13건설연구S04)에 의해 수행되었습니다.

References

Korea Institute of Construction Technology. 2010;Expansion Plans for Installation and Operation of Rainwater Utilization Facilities
Land & Housing Institute. 2011;Application of Road Surface Sprinkling System using Rainwater in an Apartment Complex
National Emergency Management Agency. 2010. Standards for Type, Structure, Installation and Maintenance of Stormwater Abatement Facilities
Seoul Development Institute. 2007;Manual for Implementation and Maintenance of the Rainwater and Infiltration Facilities

Article information Continued

Fig. 1

Usage of Rainwater Facilities in the Whole Country

Fig. 2

View of Rainwater Filtration Facilities and Catchment Facilities

Table 1

Estimate the Number of Households

Division Household number Population (Per household) personnel
36 m2 187 2.8 505
46-A m2 86 2.8 232
46-B m2 60 2.8 162
46-C m2 30 2.8 81
51 m2 114 2.8 308
Total 477 1,288

Table 2

Basic Runoff Coefficient

Work Runoff coefficient Work Runoff coefficient
Roof 0.85~0.95 Dry field 0.7
Road 0.8~0.9 A sloping mountain 0.2~0.4
Green zone, Hill 0.3 A hilly area 0.4~0.6
Other impervious surfaces 0.75~0.85 Commercial area 0.8
Surface of the water 1 Suburban area 0.35
Open area 0.1~0.3 Apartment complex 0.5~0.7
Rice paddy 0.7~0.75 Grass, Park 0.05~0.25

Table 3

Estimation of the Flow Rate of Rainwater Inflow Pipe

Flow Q = A × V
Sectional area A = 3.14/4 × 0.32 = 0.071m2
Flow rate V = 1/n × R(2/3) × I(1/2) = 1/0.011 × 0.080(2/3) × 0.005(1/2) = 1.193m/sec
- Hydraulic radius,(R) = 0.3/4 = 0.08m
- Hydraulic gradient (I) = 0.5%
- coefficient of roughness(n) = 0.011 (PVC Double Wall Tube)
Flow Q = 0.071m2 × 1.193m/sec = 0.085m3/sec = 306m3/hr

Table 4

Estimation of Probability Rainfall by Frequency and Duration

Duration (Hour) Probability rainfall by frequency (mm)
5 10 20 30 50 80 100 200
10 min 20.2 22.7 25.1 26.5 28.2 29.8 30.5 32.8
1 56.9 65.5 73.7 78.5 84.4 89.9 92.4 100.4
2 78.3 91.9 104.9 112.4 121.8 130.4 134.5 147.1
3 98.2 116 133.2 143.1 155.4 166.7 172 188.6
4 113.3 134 153.9 165.3 179.6 192.7 198.9 218.1
6 136.7 162.3 186.9 201.1 218.7 234.9 242.6 266.4
9 165.7 196.9 226.9 244.2 265.7 285.5 294.8 323.8
12 182.8 218 251.7 271.1 295.4 317.6 328.2 360.8
15 195.9 233.9 270.3 291.3 317.5 341.5 352.8 388
18 206.5 246.6 285 307.1 334.8 360.1 372.1 409.2
24 229.5 275.2 319 344.2 375.7 404.5 418.2 460.5

Fig. 3

Independent Rainfall of Over 4 mm Monthly Average at Suwon Observatory

Fig. 4

Monthly Average Rainfall and Average Number of Occurrences for Available Rainfall

Table 5

Monthly Average Rainfall and Occurrence Rate for Available Rainfall for 47 Years in Ansan City

Division (month) Available rainfall of rainwater utilization facilities
Average precipitation (mm/month) Average number of occurrences
1 19.7 1.4
2 21.2 1.6
3 44.1 2.6
4 72.6 2.8
5 88.9 3.1
6 125.2 3.2
7 346.5 4.5
8 297.9 4.6
9 144.5 3.1
10 51.7 2.5
11 46.1 2.9
12 16.6 1.6
Average 87.9 2.8

Table 6

Number of Independent Rainfall Occurrences and Storage Rate During Rainfall (Ansan city)

Period Available rainfall 100% storage rate occurrence rainfall
Number of times / month Storage rate (%) Number of times / month
1,2,12 month 1.5 6.4 0.000
3,4,5,10,11 month 2.8 11.0 0.008
6,7,8,9 month 4.1 29.0 0.233

Table 7

Number of Occurrences According to Monthly Storage Rate Range

Division Monthly stored occurrences
1 2 3
Storage rate (%) 0∼20 1.27 1.47 2.43
20∼40 0 0 0.10
40∼60 0.33 0 0
60∼80 0 0 0
80∼100 0 0 0
100 ~ 0 0 0
Total 1.60 1.47 2.53
Division Monthly stored occurrences
4 5 6
Storage rate (%) 0∼20 2.37 2.34 2.26
20∼40 0.37 0.64 0.57
40∼60 0.04 0.13 0.21
60∼80 0.04 0 0.06
80∼100 0 0 0.02
100 초과 0 0 0.06
합계 2.82 3.11 3.18
Division Monthly stored occurrences
7 8 9
Storage rate (%) 0∼20 1.87 2.47 1.94
20∼40 1.23 0.91 0.64
40∼60 0.43 0.49 0.21
60∼80 0.36 0.19 0.13
80∼100 0.23 0.13 0.06
100 초과 0.40 0.38 0.09
합계 4.52 4.57 3.07
Division Monthly stored occurrences
10 11 12
Storage rate (%) 0∼20 2.30 2.75 1.65
20∼40 0.13 0.13 0
40∼60 0.02 0.03 0
60∼80 0 0 0
80∼100 0 0 0
100 초과 0.04 0 0
합계 2.49 2.91 1.65