Issue
친수도시의 LID 설계를 위한
05
통합설계모듈 개발 소개
1. 머리말
수자원의 효율적 이용을 통한 치수 및 이수, 친수 기능 강화를 위해 하천 재생 사업인 “4대강 살리기 사업”을 시행하였다. 현재는 이 사업을 통해 확보된 수변지역의 친수기능 강화를 위해 관련법(친수구역 활용에 관한 특별법) 제정을 통한 친수도시 조성을 추진 중이다. 친수도시는 하천과 인접한 지리적 특 성으로 인해 다음과 같은 조성 기본방향하에 조성되 고 있다. 첫째, 이상홍수에 의한 하천범람으로 인한 피해 최소화, 둘째, 하천으로의 오염부하량 및 강우 유출 최소화, 셋째, 하천의 생태·역사·문화·경관 적 가치와의 조화 등이다.
이러한 기본방향을 만족하기 위해 “친수구역조성 사업” 개발시 친수공간의 물순환 시스템 구축을 위해 LID 개념을 도입하고 있다. 친수구역은 하천과 근접 한 지형적 특성을 고려하여 홍수 등 자연재해에 안전 하고 친환경적으로 개발하기 위해 LID 개념의 도시 인프라 구축이 필요하다. 관련법 및 지침에 의거하여 친수구역조성사업에 LID 적용이 필수적이지만, 아직 은 기술도입의 초기단계로, LID가 적용된 국내 사례 가 적고, 구체적인 계획 및 설계방안이 미흡하여 LID 설계시 많은 어려움을 겪고 있는 현실이다.
따라서, 계획수립자 및 설계자가 다양한 LID 요 소기술 적용을 위한 계획, 설계, 효과분석 등을 쉽고 효율적으로 수행하기 위한 통합설계모듈 개발이 필 박 선 희 ●●●
노아솔루션(주) 기술연구소 대리 [email protected]
심 우 배 ●●●
노아솔루션(주) 부사장 [email protected]
신 영 호 ●●●
K-water 엔지니어링처 팀장 [email protected] 안 기 용 ●●●
K-water 엔지니어링처 과장 [email protected]
이 상 진 ●●●
K-water 연구원 수자원연구소 책임연구원 [email protected]
요하므로, 본 연구에서는 LID기술의 다양한 정보를 제공을 통한 효과적이며 경제적인 LID 설계를 위한 모듈을 개발하고 있다.
본 연구에서 개발하는 LID 통합설계모듈은 총 3 단계로 개발하고 있다. 1단계는 다양한 도시 및 LID 요소기술 적용 연구 등을 통해 토지용도별 적용가능 한 “표준 LID 조합 Set 및 LID 매트릭스 작성”이다.
2단계는 LID 적용 계획시 사업시행자에게 개략적인 LID 적용에 따른 기술효과 및 사업비 등의 정보를 제공하는 “계획모듈 구축”이며, 3단계는 실제 사업
지구내 LID 요소기술을 규모산정, 최적배치 등의 설 계를 위한 “LID 통합설계모듈 개발”이다.
2. LID 설계 절차 및 LID 통합설계모듈 개발
LID 통합설계모듈의 개발에 앞서 LID 요소기술의 최적 설계를 위한 LID 설계 절차가 수립되어야 하며, 다음 그림1은 LID 설계의 절차를 나타낸 것이다.
그림 1. LID 설계 절차
LID 요소기술 적용을 위해서는 친수구역 개발 전·후에 대한 영향분석을 통해 목표를 설정하는 것 이 우선적으로 필요하다. 개발 전·후 영향분석에서 는 사업시행으로 인해 증가된 우수유출량 및 비점오 염원량을 산정한다. 개발 전·후 우수유출량 및 비 점오염원량 분석결과를 비교하여 개발후 증가된 값 을 산정한다. 개발 전·후 우수유출량은 분석구역 설정 및 적용강우량, 설계 빈도, 유효우량 산정 등을 통하여 산정하고, 개발 전·후 비점오염원량의 분석 시 토지이용별 원단위 등을 고려하여 산정한다.
이와 같이 산정된 사업시행으로 인한 우수유출 및 비점오염원 증가량의 일부를 LID 요소기술이 분담 하도록 LID 적용 목표를 설정한다. 친수구역 사업지 구별 특성을 고려하여 정책적 목표를 설정하고 이를 실현하기 위한 LID 최적배치 및 규모계획이 바람직 하다(예 : 우수유출저감 10~30%, 비점오염원저감 50~70%). 여러 목표치를 설정하고 대안을 비교하 거나, 설치가능지를 사전검토하여 목표치를 설정 할 수 있다.
본 연구에서는 한국수자원공사, 한국토지주택공 사, 환경부 등 국내 기관별 LID 요소기술 용어와 국
내·외에서 적용된 LID 요소기술 및 국내 신도시에 서 적용된 LID 요소기술 조사·분석을 통해 LID 통 합설계모듈에서는 총 8가지(인공습지, 생태저류지, 빗물이용시설, 옥상녹화, 침투측구, 투수성포장, 식 생수로, 침투트렌치)를 적용 할 계획이며, 추후 LID 요소기술의 확장을 검토할 예정이다.
표준 LID 조합Set은 토지용도 시설별 구성하고 있는 표준 토지이용 및 설치가능한 LID 요소기술을 조합하여 작성한다. 공공시설 등 토지용도 시설별 표준 토지이용은 국내 화성 동탄, 인천 검단, 아산 탕정 등 신도시의 토지이용계획 등을 조사하여 작성 하였다. 표준 LID 조합Set 작성을 위해 친수구역조 성사업의 주요계획시설 현황을 조사하여 LID 요소 기술 설치가능한 토지용도 시설을 도출하였다. 또 한, 친수구역조성사업의 계획여건 및 계획수립자 등 의 의견수렴을 고려하여 적용가능한 LID 요소기술 을 선정한 후 토지용도 시설별 표준 LID 조합Set을 작성하게 된다. 그림2는 토지용도 시설 중 학교의 표준 LID 조합Set을 나타낸 것으로 각각의 토지용 도 시설별 다양한 표준 LID 조합Set의 작성이 가능 하다.
그림 2. 표준 LID 조합Set 예시(학교)
작성된 표준 LID 조합Set을 바탕으로 사업지구의 토지용도 시설별 표준 토지이용에 따라 적용할 LID 요소기술의 규모, 설계침투강도, 단위기준당 비용 등의 정보를 입력 가능하도록 LID 매트릭스를 작성 하며, LID 매트릭스는 다음절의 계획모듈 Step1의
입력자료로 적용된다.
계획모듈의 사전분석 전 LID 요소기술의 최적 배 치 및 규모를 계획하기 위해 가장 먼저 표준 LID 조 합Set에 따라 사업지구의 계획도면에 토지용도 시 설별 종합적인 LID 배치계획(안)을 작성하고, 토지
용도 시설별·LID 요소기술별 저류량, 침투량, 비 점오염원량 등 용량을 산정한다.
또한, 하천변 500m 이내인 홍수관리구역 내, 개 발전·후 영향분석결과 유출 및 비점오염원 급증지 역 등 친수구역 취약지역을 중심으로 LID 요소기술 을 집중 배치하고, 공공시설을 중심으로 배치하며, 용량부족시 일정규모 이상의 민간시설에도 배치계 획을 수립한다.
본 연구에서 개발하고자 하는 LID 통합설계모듈 은 Windows 체제의 GIS를 기반으로 하면서도 효과 분석 시 범용적 모형인 SWMM과 연계하여 도시계 획 관련 공무원 및 엔지니어링 업계 종사자들도 쉽 고 간편하게 LID 설계 및 효과 검토가 가능한 가벼 운 GUI 환경을 추구한다.
이를 위해 본 시스템은 기본적으로 Microsoft 사의 Windows 기반의 운영체제를 바탕으로 운 영되며, 사전에 .NET Framework 2.0 이상의 SDK(Software Development Kit)와 ESRI사의
ArcGIS Engine Runtime, Microsoft사의 Office Access가 설치되어 있어야 한다.
또한, LID 통합설계모듈은 표준 LID 조합Set을 GIS상의 내용과 연동하여 토지이용도 상에서 요소 기술을 자동으로 배치한다. 향후 현장상황 및 기타 요소들을 고려하여 요소기술의 직접배치나 수정·
보완이 가능하다. 그리고, LID 적용 효과분석을 위 해 유역정보를 입력하여 SWMM의 입력자료 파일 (*.inp)을 생성하고, SWMM에서 이를 불러들여 효 과분석을 실시한다. 결과값을 다시 LID 통합설계모 듈에서 불러들여 다양한 편집기능의 활용을 통해 사 용자가 원하는 형태(지역, 그래프 등)로 표출하며, 분석 결과와 적용된 요소기술의 비용을 통해 개략적 인 비용-효과분석을 실시한다. 분석이 완료되면 저 장되어 있는 LID 요소기술 DB의 내용을 바탕으로 설계내역서 출력이 가능하며, 작업이 끝나면 분석내 용을 저장하고, 프로젝트 불러오기 기능을 사용하여 추후 재작업이 가능하도록 구성 할 계획이다.
그림 3. LID 통합설계모듈 화면 및 구조설계 예시
3. 계획모듈 구축
계획모듈은 사업지구별 전체면적, 토지용도 시설 별 현황 및 면적, LID 요소기술 적용면적, 침투량, 저류량, 유출저감량, 비점오염원저감량, 비용 등 정 보 제공을 목적으로 하며, 친수구역조성사업 계획단 계에서 표준 LID 조합Set과 연계하여 사업지구 전 체, 토지이용별, 토지용도 시설별로 LID 요소기술의 적용성에 대한 사전 종합검토가 가능하다.
계획모듈은 그림4와 같이 3단계(3-Step)로 구성 되며 도시계획 설계자, 담당관리자 등의 의사결정 지원을 위해 LID 적용에 따른 통계분석 결과 및 그 래프와 유출저감효과 분석 결과 등을 제공한다.
계획모듈 Step 1에서는 표준 LID 조합Set에 따른 LID 매트릭스가 계획모듈 입력자료로 적용된다(표 1). LID 요소기술의 규모 및 설계침투강도, 단위기 준당 비용 등을 입력하여 계획모듈 Step2에서 분석 이 완료되어 그림5와 같이 통계분석 및 그래프가 제 공되며, 이후 계획모듈 Step3에서 합리식을 적용하 여 개발전, 개발후(LID적용전), LID적용후의 단계 별 유출저감량 산정 후 효과분석을 수행하게 된다.
계획모듈은 Excel기반으로 구축되었고, Step1의 기본구조틀에 필요한 내용을 추가하거나 삭제할 수 있으며, 이에 따라 자동적으로 Step2, Step3이 수 행되도록 구축이 완료되었다.
그림 4. 계획모듈 분석 절차 표 1. Step1 : 토지용도 시설별 LID 요소기술 적용 예시
(a) LID 요소기술 적용 비율 (b) 토지이용별 성능효과(침투량, 저류량) (c) 토지용도 시설별 비용 그림 5. Step 2 : LID 요소기술 적용 결과 분석 그래프 예시
4. 맺음말
본 연구 중 LID 요소기술의 실무적용 절차 및 방 법은 친수구역 조성사업 이외에 많은 개발사업 등에 체계적인 LID 적용에 도움을 줄 것이다. 계획모듈은 설계전 LID 적용성(LID 적용면적 및 비율, 요소기 술별 적용 비율, 구역별 저류 및 침투량 등)을 검토 하는데 유용한 도구로 활용 될 수 있을 것이다.
LID 통합설계모듈은 도시계획 수립자의 LID 요소
기술 설계를 손쉽게 하고, 다양한 대안을 비교토록 함으로써 의사결정을 효과적으로 지원할 수 있을 것 으로 기대한다.
감사의 글
본 고는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비지 원(12기술혁신C04)에 의해 수행되었습니다.