KR100478735B1 - 비골격형 인공 식물섬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천 및 담수호의 수질정화, 수생태계 복원, 수변공간 창출을 위한 기존의 골격형 인공 식물섬의 구조적 단점을 개선한 것으로서, 부력성이 탁월한 올레핀계 발포성형 수지를 부유체로 하고 그 위에 천연 식물성 재질의 평판 매트형 식생기반재를 위치시킨 후, 이를 다시 합성수지 망체로 감싸 일체형으로 성형한 비골격형 인공 식물섬에 관한 것으로, 파랑 및 유속 등의 지속적인 외부 충격에 대해 파손 및 유실의 우려가 적고, 일광 등에 의한 변형이 적은 안정적인 인공 식물섬 시스템을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

Description

비골격형 인공 식물섬 {An artificial plant-island without frameworks}

본 발명은 하천 및 호소 등의 수질정화, 수생태계 복원, 수변공간 창출을 목적으로 하는 인공 식물섬에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 부력성이 우수한 올레핀계 발포성형 수지를 부유체로 이용하여, 이에 다수 개의 천공을 형성하여 수생 식물의 뿌리가 수중에 닿을 수 있도록 하고, 상기 부유체 위에 천연식물성 재질의 평판 매트형 식생기반재를 위치시킨 후, 상기 식생기반재와 상기 부유체를 합성수지 망체로 감싸 일체형으로 형성한 비골격형 인공 식물섬에 관한 것이다.

산업화의 진행에 따라 대기 중에 분진, 이산화질소, 이산화황 등의 오염 물질의 양이 증가하고, 이러한 물질들은 대기 중에서 부유하다가 강우에 의하여 하천 및 호소 등으로 유입되고 있다. 또한, 하천 등으로의 생활하수, 공장폐수의 유입으로 인하여 수중의 오염물질의 농도가 더욱 증가하고 있다. 특히, 질소화합물 및 인산염 등을 포함하는 영양염류는 유기물 분해를 일으키는 미생물의 생육과 증식에 필요한 무기성 원소이며, 생물세포 형성과 생활에너지 획득을 위하여 연속적으로 공급되어야 하는 원소이다. 그러나, 이러한 질소 및 인등의 영양염류가 과도하게 증가하면 수중 생태계의 자정 능력의 한계를 초과하는 부영양화 현상이 발생하게 되고, 수중 식물성 플랑크톤의 과잉성장으로 인하여 하천수 등의 탁도가 저하되고 심한 경우에는 부패물에 의한 악취가 발생하며, 수중의 어류를 폐사시킬 수도 있다. 그러므로, 하천이나 호소 등의 수중 생태계에 존재하는 영양염류의 양이 자체 정화능력을 초과하지 않도록 균형을 유지시키는 것이 바람직하다.

하천이나 호소의 수질을 정화하고 다양한 생물의 서식환경을 조성하기 위해서는 가능한 많은 식물이 생육할 수 있는 환경을 조성하여 주어야 한다. 식물은 물 속의 질소와 인을 영양분으로 하여 성장하므로, 물 속의 영양염류를 제거하고 물에 산소를 공급하며 미생물이 부착되어 서식할 수 있는 공간을 확보해 줄뿐만 아니라 미려한 수변공간을 조성하는 역할을 할 수 있으므로, 식물의 생장공간을 최대한 확보하는 것이 바람직하다. 그러나, 물과 육지가 접하는 수변부에만 식물이 식생할 수 있는기 때문에, 식물의 생육공간을 충분히 확보하기 위하여, 물 위에 인공 식물섬을 띄우는 방법이 개발되어 왔다. 종래에는 부유체, 식생기반재의 종류에 따라 다양한 형태와 구조로 인공 식물섬이 개발되어 왔으며 그 예를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

현재, 양 단부가 밀봉된 다수의 중공형 관을 뗏목의 형태로 배열하여 부력을 유지하고 식생기반재로 흙을 사용한 한국특허출원 제20010043609호(뗏목형 인공 식물섬), 양면이 밀폐된 원통형의 플라스틱 재질로 이루어진 부유체를 사용하고 식재홈이 마련되어 있으며 섬유질 재질인 블록 구조의 식생기반재를 이용한 한국특허출원 제19980012959호(수상식물 재배장치), 황토를 소재로 블록형 황토 경량체를 제조하여 이를 부유체 및 식생기반재로 이용한 한국실용신안등록출원 제20000016990호(담수호의 수질정화용 식물부도), 대나무를 부력재로 사용하고 식물성 천연섬유사 재질의 평판 매트를 식생기반재로 이용하는 한국특허출원 제19980028643호(담수호의 수질정화용 인공부도) 등이 공지되어 있다.

그러나, 상기와 같은 기존의 인공 식물섬은 모두 식생기반재를 고정·보존시키기 위한 프레임이나 이를 지지하기 위한 부유체가 금속 등의 단단한 재질로 이루어져 있기 때문에 운반 및 설치가 용이하지 않고, 충격으로 인한 파손의 위험이 있으며, 특히 인공 식물섬이 설치되는 수환경은 홍수시 유출수가 대규모로 유입되며, 조류, 유속, 파랑, 및 태풍 등에 의한 물리적 파형이 끊임없이 존재하기 때문에, 기존 인공 식물섬들에 사용되어 왔던 골격형 구조와 강성 재질은 파손의 우려가 내재되어 있었다.

따라서, 늘 역동적인 물리적 에너지가 존재하는 수환경에는 골격형 인공 식물섬보다는 외부충격에 대한 완충능력이 뛰어난 비골격형 구조의 유동적인 인공 식물섬이 더 적절하다고 할 수 있다. 또한, 부력재로 내구성이 높은 합성수지 계열의 밀폐관(예: PEM관)이 사용되기도 하였는데 여름철 직사광선이나 고온에 노출시 형태가 휘어지고 친환경적 경관을 제공하지 못한다는 단점을 지닌다.

한국특허출원 제20010043609호는 금속재를 식생기반재의 고정·보존을 위한 프레임으로 사용하여 그 제작이 번거로우며, 경제적으로 비효율적일 뿐만 아니라 부유체와의 결합이 해체될 경우 식물이 침몰할 위험이 있으며, 식생기반재로 토양을 사용하고 있으므로 수체부와 토양부가 단절되는 경우에는 수분 유지를 위한 별도의 대책이 필요하게 되는 문제도 발생하며, 수체부와 토양부가 개방된 형태일 경우에는 토양 속에 함유되어 있는 영양물질이 수체 내로 유출되어 오히려 더욱 심각한 부영양화를 유발할 수 있다.

한국특허출원 제19980012959호와 한국실용신안등록출원 제20000016990호의 경우, 식재홈이 형성된 곳 외에는 수체부와 연결되는 공극이나 틈이 존재하지 않는 폐쇄형 구조로 이루어져 있기 때문에, 식물섬 내에서 초기의 식물 식재부 외에는 식생이 더욱 분열, 확장하지 못하는 문제가 있다.

한국특허출원 제19980028643호의 경우, 대나무와 같은 천연 부유체를 사용함으로써 환경에 유해하지 않고, 경제적으로도 합리적인 구조라 할 수 있으나, 분해가 쉽게 일어날 수 있는 천연소재를 부유체로 사용한 것으로서, 인공 식물섬의 수명이 짧아지는 문제가 있다.

이 밖에도 알루미늄 재질의 강관 내부를 발포 우레탄으로 충진하거나 스티로폴의 외부에 보호판을 결합하여 인공식물섬의 부유체로 사용하는 경우가 있으나, 전자는 비경제적이며, 후자는 스티로폴이 일광 등에 노출되었을 경우 구조적 안전성이 문제가 될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 수환경의 변화 및 기후 변화, 장시간의 일광 노출에도 그 구조가 변화하지 않은 안정적이고, 설치가 용이하며 경제적인 비골격형 인공 식물섬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은, 본 발명에서는 수생식물의 뿌리가 수중으로 내리도록 유도하기 위해 다수의 천공(21)이 형성된 올레핀계 발포성형 수지 재질의 판형 부유체(2)와; 상기 수생식물을 활착시키는 식물성 천연 섬유사가 그물망 내에 채워진 구조로 이루어진 상기 부유체 상에 얹혀지게 되는 평판 매트형 식생기반재(1)와; 상기 부유체와 상기 식생기반재를 합성수지 재질의 그물망(3)으로 감싸 고정시키고 개방부를 봉제하여 일체형으로 구성되는 비골격형 인공 식물섬을 제공함으로써 달성하였다.

본 발명은 하천 및 담수호의 수질정화, 수생태계 복원, 수변공간 창출을 위한 기존의 골격형 인공식물섬의 구조적 단점을 보완한 것으로서, 본 명세서에서 사용된 '골격형 인공 식물섬'이란 용어는 식생기반재(1) 또는 이를 지지하는 부유체(2) 또는 외곽 프레임 등이 단단한 재질로 구성된 인공 식물섬을 의미하고, '비골격형 인공 식물섬'이란 용어는 본 발명에 의한 식생기반재(1)나 부유체(2)가 프레임 형태로 구성되지 않은 인공 식물섬을 의미하는 것으로 사용되었다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비골격형 인공 식물섬을 도시한 것으로서, 도 1a는 천연 식물성 재질을 사용한 식생기반재(1)의 사시도이고, 도 1b는 판형의 올레핀계 발포성형 수지를 사용한 부유체(2)의 사시도이고, 도 1c는 상기 식생기반재(1)와 부유체(2)를 합성수지 섬유 그물망(3)에 넣어 일체형으로 구성한 비골격형 인공 식물섬의 단면도이다.

갈대와 같은 수생식물을 활착시킬 수 있는 식생기반재(1)는 코코넛 섬유 등의 섬유질 재질을 코이어 섬유, 면사, 황마사 등의 천연섬유사 재질의 그물망체에 채운 평판 매트형 또는 고무화된 코코넛 섬유 시트(rubberized coconut fiber sheet)로써 코코넛 섬유에 고무를 합침시켜 제조한 환경친화적 및 자연친화적 소재형태로 구성되며, 부유체(2) 상부에 위치하게 된다. 그물망 매트에 채워진 소재들은 쉽게 분해될 수 있는 물질이지만, 식재된 수생식물의 사멸과 분해에 의해 또 다른 식재 식물이 자랄 수 있는 환경이 형성되므로, 본 발명에 의한 인공 식물섬은 반영구적으로 사용 가능한 것이다. 그물망 매트의 두께는, 수생식물이 지탱될 수 있도록 5 내지 10cm인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 부유체(2)로서, 종래 공지된 기술들과 달리 금속재, 혹은 목재 등으로 일정한 형태의 프레임을 만들어 이용하지 않고, 부유성과 유연성이 우수한 올레핀계 발포 성형 수지 판재를 이용한다. 바람직하게는, 발포성 에틸렌 초산비닐 코폴리머(EVA : ethylene vinylacetate coploymer)를 부유체로 사용한다.

EVA는 고압법 폴리에틸렌 중합장치로부터 제조되는 폴리에틸렌계 수지의 일종으로 다른 종류의 폴리에틸렌계 수지에 비하여 상온 상태에서의 유연성이 탁월하고 탄력성이 우수하여 고무와 가장 유사한 성질을 나타낸다. EVA 소재는 미세 균일한 독립기포구조를 형성하므로 고무에 비하여 가볍고 성형이 용이하고, 내후성이 우수한 특성이 있기 때문에 현재 신발중창용 소재로 널리 사용되고 있으며, 농업용 필름으로도 사용되고 있다. 본 발명자는 상기와 같은 EVA의 특성에 착안하여 EVA를 부유체로 사용함으로써, 비바람이나 폭풍시의 파랑 또는 인공 식물섬끼리의 충돌로 인한 부유체(2) 혹은 식생기반재(1)의 파손·손실의 위험이 없는 비골격형 인공 식물섬을 제공한다.

또한, 식생기반재(1)의 손실을 방지하고, 식재된 수변 식물이 부유체(2) 상에 안정적으로 고정될 수 있도록 하기 위하여, 상기의 식생기반재(1)와 부유체(2)를 합성수지 그물망(3)을 이용하여 일체형으로 형성하였다. 이는 본 발명의 또 다른 특징적 구조로서, 식생기반재(1)와 부유체(2)가 각각 프레임이 없는 구조로 형성되어 있기 때문에 별도의 결속구를 형성하지 않고, 그물망(3)을 이용하여 결속시킨 것이다. 바람직하게는, 내구성 및 내후성이 뛰어난 소재인 중·고밀도 폴리에틸렌 수지(HDPE, MDPE)를 압출시켜 제조한 그물망을 사용한다. 중·고밀도 폴리에틸렌 수지는 경도가 높고 내충격성, 내열성 및 내후성이 우수한 특징이 있으므로, 파랑 및 충돌로 인한 그물망 자체의 손상이 적을 뿐만 아니라 빛에 의한 변형이 적으므로, 수체 내에 설치되어 오랜 시간 동안 일광을 받게 되는 경우에도 인공 식물섬이 안정적으로 유지되게 된다. 중·고밀도 폴리에틸렌 수지 이외도 나일론망, PE망, 낫셀망, PP망 등과 같이 내구성과 작업성이 우수한 합성수지 계열의 그물망을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일례로, 비골격형 인공 식물섬의 제조 과정을 나타낸 과정도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 비골격형 인공 식물섬은, 부유체(2) 위에 천연 식물성 섬유 재질의 평판매트형 식생기반재(1)를 얹은 후, 별도의 체결과정을 거치지 않고 합성수지 그물망(3)으로 식생기반재(1)와 부유체(2)를 감싼 후 그물망(3)과 동일한 재질의 합성수지사, 낚시줄, 로프 등의 결체수단으로 개방부를 봉제하여 마감함으로써 완성된다. 따라서, 식생기반재(1)의 보존을 위한 프레임 제조 또는 프레임이 형성된 부유체(2)의 제조 공정이 필요치 않으므로, 제조 공정이 간편할 뿐만 아니라 프레임 제작비 등의 경비가 절감되며, 제조시 소요되는 시간도 절약되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 인공 식물섬의 파손시에도 교체가 간편하고 용이하다.

도 2에 도시된 과정을 통해 제조된 비골격형 인공 식물섬의 그물망(3) 사이에는 수생 식물의 식재를 위한 다수 개의 포트가 끼워지게 되는데, 포트도 상기 식생기반재(1)와 같이 식물성 천연 섬유 재질로 제조되고, 그 내부에 흙을 채워 식물을 식재하게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 인공 식물섬을 실제 수체에 적용할 경우에, 필요한 만큼의 수생 식물 식재 면적을 얻기 위하여 다수 개의 인공 식물섬을 상호 연결한 모습을 나타낸 것이다. 다수 개의 인공 식물섬을 연결하여 수생 식물의 식재 공간을 넓힐 필요가 있는 경우에는, 도 1, 도 2와 같이 일정 단위 면적으로 제작된 각각의 인공 식물섬은 메인로프(5)를 인공 식물섬의 부유체(2)에 관통시키고, 그 끝단에 연결고리(51)를 형성케 한 후 연결고리(51)를 연결로프(52)로 서로 연결시켜 다수 개의 인공 식물섬을 연결시키거나 또는 연결로프(53)로 연결시켜 고정앵커(7)에 연결 및 고정시킨다.

이로써, 안정적인 인공 식물섬 시스템을 얻을 수 있으며, 유속, 파랑 등의 외부 충격이 로프에만 영향을 미치기 때문에 비골격형 인공 식물섬에 직접적인 영향을 미치는 것을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

상기의 메인로프(5), 연결고리(51) 및 연결로프(52,53)는 수중에서 부식에 강하고 내구성이 우수한 스테인레스 와이어 나 합성 수지, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 소재로 제조된다.

도 4는 본 발명에 의한 인공 식물섬이 설치된 장소를 벗어나 유동하지 않도록 저면에 고정앵커(7)를 이용하여 인공 식물섬을 고정한 상태를 도시한 사용 상태도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 비골격형 인공 식물섬의 양측에 연결로프(53)를 매개로 수위 조절체(6)를 연결시키고, 다시 연결로프(53)를 매개로 하천 등의 저면에 설치된 고정 앵커(7)에 연결시킴으로써, 최초 설치 위치에서 크게 벗어나지 않고, 수위의 변동에도 일정 깊이 이상 수면 아래로 침잠되지 않도록 하였다.

도면에는 장방형의 인공 식물섬을 이용한 것만 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로서, 원형, 타원형 등으로의 변형 실시도 가능하며, 수상생태공원 내에 설치하는 인공 식물섬의 수도 필요에 따라 가감할 수 있다. 또한, 도 4에 나타낸 수위 조절체(6)의 경우에도 인공 식물섬 주위에 필요한 수만큼 더 설치하여 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 범위는 상술한 사항에 한정되지 아니하며, 단순한 형상의 변경 등 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 실시 가능한 범위까지 포함한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 천연 식물성 평판 매트형 식생기반재(1)와, 부력성이 탁월한 판형의 발포성형 수지로 부유체(2)를 성형하고, 이를 중·고밀도 폴리에틸렌 또는 합성 수지 그물망(3)을 이용하여 일체형으로 형성함으로써, 식생기반재(1)의 보존을 위한 프레임 제조 또는 프레임이 형성된 부유체(2)의 제조 공정이 필요치 않으므로, 제조 공정이 간편할 뿐만 아니라 프레임 제작비 등의 경비가 절감되며, 제조시 소요되는 시간도 절약되며, 인공 식물섬의 파손시에도 교체가 간편하고 용이한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 고정 및 상호 연결에 있어서도 유속, 파랑 등의 외부 충격이 로프에만 영향을 미치기 때문에 비골격형 인공 식물섬에 직접적인 영향을 미치는 것을 획기적으로 감소시켜 손상의 위험이 적은 안정적인 인공 식물섬을 제공하는 효과가 있으므로, 하천 및 호소 등의 수변정화산업, 수변환경 조성산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비골격형 인공 식물섬을 도시한 것으로, 도 1a는 식생기반재(1)의 사시도, 도 1b는 부유체(2)의 사시도, 도 1c는 일체형으로 형성된 비골격형 인공 식물섬의 단면도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비골격형 인공 식물섬의 제조공정을 도시한 과정도,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비골격형 인공 식물섬을 상호 연결하여 사용하는 모습을 도시한 사용상태도,

도 4은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비골격형 인공 식물섬을 하천 등의 저면에 고정앵커(7)를 이용하여 고정시킨 모습을 나타낸 사용상태도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 평판매트형 식생기반재

2 : 판형 부유체 21 : 천공

3 : 그물망 4 : 수생 식물

5 : 메인로프 51 : 연결고리 52,53 : 연결로프

6. 수위 조절체

7. 고정앵커

Claims (7)

1. 수생 식물을 수면에 부유시키기 위해 사용되는 인공 식물섬에 있어서,

   상기 수생 식물의 뿌리가 수중으로 내리도록 유도하기 위해 다수의 천공이 형성된 올레핀계 발포성형 수지 재질의 판형 부유체(2)와;

   상기 수생 식물을 활착시키며 상기 부유체(2) 상에 얹혀지게 되는 천연 식물성 재질의 평판 매트형 식생기반재(1)와;

   상기 부유체(2)와 상기 식생기반재(1)를 합성수지 재질의 그물망(3)으로 감싸 고정시키고 개방부를 봉제하여 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
2. 제1항에 있어서, 상기 비골격형 인공 식물섬은 상기 부유체(20)를 관통하며 그 끝단에 연결고리(51)를 가지는 메인로프(5)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
3. 제2항에 있어서, 상기 비골격형 인공 식물섬은 고정앵커(7); 상기 메인로프 (5)끝단의 연결고리(51)와 고정앵커(7)를 연결시키는 연결로프(53); 및 상기 연결로프(53)에 매개되는 수위조절체(6)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 판형 부유체(2)의 재질은 에틸렌 초산비닐 코폴리머 (EVA : ethylene vinylacetate copolymer)인 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 그물망(3)의 소재는 중밀도 폴리에틸렌 (medium density polyethylene), 고밀도 폴레에틸렌(high dens ity polyethylene), 나일론, 낫셀, 폴리프로필렌 중에서 선택된 어느 하나의 소재인 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 천연 식물성 재질의 평판 매트형 식생기반재 (1)는 코코넛 섬유를 코이어 섬유, 면사, 황마사 중 선택된 어느 하나의 천연섬유사 재질의 그물망체에 채운 평판 매트 또는 고무화된 코코넛 섬유시트로써, 코코넛 섬유에 고무를 합침시켜 제조한 시트인 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 메인로프(5), 연결고리 (51) 및 연결로프 (53)는 스테인리스 와이어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 중에서 선택된 어느 하나의 소재인 것을 특징으로 하는 비골격형 인공 식물섬.