KR101270559B1 - 비점 및 lid 검정 모의기기 - Google Patents

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KR101270559B1
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Abstract

본 발명은 비점 및 LID 검정 모의기기에 관한 것으로서, 시험대상인 시료가 채워지고 상부면이 개방된 토조가 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 토조의 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공이 구비된 베이스프레임부;와 급수관 및 분사노즐을 구비하고, 상기 베이스프레임부의 상부에서 물을 분사시키는 강우장치부; 및 상기 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 측정하는 계측부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 일정한 강우조건 하에서 대상시료에 대한 수문순환의 요소인 지표유출량과 지표하유출량 및 지하수유출량을 각각 산출하여 수문량을 용이하게 측정할 수 있으며, 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 유역특성이 반영된 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 동일한 기상조건과 유역특성에 대해 서로 다른 시료를 동시에 시험 및 검정할 수 있을 뿐만 아니라, 원격으로 장치의 모든 조작이 가능하고 관련 자료를 용이하게 수집할 수 있는 장점이 있다.

Description

비점 및 LID 검정 모의기기{SMART LID-NPS SIMULATOR}
본 발명은 비점 및 LID 검정 모의기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강우시에 주요한 수문순환요소인 지표유출, 지표하유출, 침투를 고려하여 수문량을 측정할 수 있으며, 유역특성을 반영할 수 있게 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 동일한 기상조건과 유역특성으로 동시에 지표면 특성이 다른 실험을 수행할 수 있는 비점 및 LID 검정 모의기기에 관한 것에 관한 것이다.
과거에는 다양한 개발활동으로 인하여 산업폐수, 도시하수 등 다량의 점오염원(point pollution source)이 수질오염의 주요원인이었으나, 최근에는 도시지역이나 농업지역 등에서의 개발활동이 가져오는 총체적인 영향과 이에 수반하여 발생되는 강우유출량과 오염물질이 수계(하천, 강, 호수)의 수질을 결정하고 있다. 특히 도시지역의 경우에는 무분별한 개발과 성장으로 인하여 비점오염물질(non-point pollutant)의 발생량은 증가하고 있으나, 자연적으로 처리할 수 있는 숲, 녹지, 늪지 등이 파괴되어 비점오염물질 관리가 미미한 실정이다.
도 1은 자연계의 수문순환을 간략히 나타낸 그림이며, 도시개발에 따라 지표유출이 아닌 침투를 통해 표층을 따라 발생하는 지표하유출의 비율은 점점 감소하고 있으며, 지하수층으로 이동하는 지하수유출도 감소하고 있다. 이처럼 도시 내 불투수 면적의 비율이 높아짐에 따라 총 유출량이 상승되고 있으며, 이로 인해 수문조건이 변화되어 물순환 체계가 파괴되고 도시 내 비점오염원이 함께 유출되어 하천 환경과 생태계에 악영향을 미치고 있다. 따라서 이러한 수생태계 및 자연계를 보호하기 위하여 강우시 발생하는 비점오염물질을 저감하기 위한 저감시설의 설치가 확대되고 있다.
한편 이러한 도시화에 따른 물관리 쟁점을 해소하기 위한 대책으로서, 개발이전의 수문순환 상태를 모사하여 개발로 인한 영향을 최소화하고 물 순환구조를 개선하기 위해 저영향개발(LID : Low Impact Development)이 강우유출관리의 키워드가 되고 있다. 이는 유역의 지형 및 토질특성을 반영하여 물 순환구조를 개선하기 위한 유역개발기술과, 강우-유출양상을 유지시킬 수 있는 소규모의 기술을 조합하여 자연상태의 수문순환 기능을 유지하는 녹색공간과 자연형 공간을 조성하는 공간활용기술 및, 강우 유출수의 지하침투를 증대시켜 유역단위의 홍수 유출량을 저감하고 유역의 비점오염원을 저감하며 건천화를 방지하는 등의 저영향 개발기술으로 분류될 수 있다.
이처럼 현재 비점오염저감시설과 LID 요소기술들은 산재되어 있으나 시공에 적용하기 위한 효율성 검정 기술 개발은 세계적으로도 미비한 실정이며, 효율성 검정을 위해서는 수문순환과 유역 특성을 고려할 수 있는 실험시설 및 기기가 필수적이다.
이와 관련해서, 대한민국 공개특허 제2012-0023259호에서는, 건기 및 우기시 수질자료, 수량자료, 강우자료 및 유역현황자료를 사전에 수집하여 구축한 자료구축 서버를 포함한 관리 제어 유닛에 실시간으로 기상정보를 전송받고; 강우발생 이전에 예측 강우량, 예측 강우지속시간 및 예측 강우강도를 사전에 구축된 자료와 비교하여 모의 산출하고, 모의 산출된 결과에 따라 비점오염 초기유출량을 산정하고; 비점오염원을 포함한 유입수를 처리하기 위한 비점오염 처리장치에 저류된 처리수를 상기 산정된 초기유출량을 근거로 산정된 초기유출량만큼 강우 발생 이전에 방류하도록 함으로써, 실시간 기상정보를 이용하여 강우 발생 이전에 모의 시스템을 통하여 모의를 수행한 결과를 활용하여 저류형 비점오염 저감 시스템의 운전성능을 개선함으로써 하천으로 유입되는 비점오염원을 효과적으로 제어하여 수질오염을 방지하고 저류된 처리수를 효과적으로 이용할 수 있는 기상정보 및 모의시스템 기반의 저류형 비점오염 저감 시스템 및 저류형 비점오염 저감 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기 선행기술에서 필요로 하는 유역경사 및 유역 내 유출경로를 파악한 유역현황자료는 대상유역에 대한 유역 수치표고자료(DEM) 및 위성사진을 활용하도록 되어 있어서 다양한 지역이나 가상의 지역에 대한 모의 시스템을 구축하는 데는 적합하지 않으며, 또한 기존의 모의기기들은 수문순환 요소 중 강우-지표유출만 모의 가능하고 단일 시료로만 실험이 가능한 단점이 있어서 어떤 지역의 수문학적인 물의 유입/유출/저장량을 산출한 물수지(Water Budget)를 산정할 수 없어 물의 순환과정을 규명할 수 없는 문제가 있었다. 이와 같은 이유로 비점오염저감시설과 LID 요소 기술에서 핵심인 저류효과와 물의 손실을 규명할 수 없었고, 상류 유역과 하류 유역의 지표면 특성이 다른 상황은 실험하지 못하는 문제점들이 있어왔다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 일정한 강우조건 하에서 대상시료에 대한 수문순환의 요소인 지표유출량과 지표하유출량 및 지하수유출량을 각각 산출하여 수문량을 용이하게 측정할 수 있는 비점 및 LID 검정 모의기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 유역특성이 반영된 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 상류유역의 지표유출에 의한 비점오염물질 유출모의와 LID 요소 기술의 검정도 수행할 수 있는 비점 및 LID 검정 모의기기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 동일한 기상조건과 유역특성에 대해 서로 다른 시료를 동시에 시험 및 검정할 수 있는 비점 및 LID 검정 모의기기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 원격으로 장치의 모든 조작이 가능하고 수문순환과 관련된 자료를 용이하게 수집할 수 있는 비점 및 LID 검정 모의기기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기는, 시험대상인 시료가 채워지고 상부면이 개방된 토조가 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 토조의 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공이 구비된 베이스프레임부;와 급수관 및 분사노즐을 구비하고, 상기 베이스프레임부의 상부에서 물을 분사시키는 강우장치부; 및 상기 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 측정하는 계측부;를 포함한다.
또한 상기 베이스프레임부의 하부에는, 지면에 고정설치되고 상기 베이스프레임부를 회동가능하게 지지하는 지지프레임부;와 상기 베이스프레임부의 일측을 승강시키는 경사조절부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 베이스프레임부의 일측에는, 상기 토조의 상부로 물을 유입시키는 지표수투입공이 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급되는 물의 양과 상기 경사조절부의 작동을 각각 제어하며, 상기 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급된 물의 양과 상기 계측부를 통해 측정된 유출수의 양을 유무선통신을 통해 사용자에게 전송하는 컨트롤부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 시험대상인 시료가 채워지고 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공이 형성된 토조가 구비된 베이스프레임부와 그 상부에서 물을 분사시키는 강우장치부 및 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 측정하는 계측부를 구비함으로써, 일정한 강우조건 하에서 대상시료에 대한 수문순환의 요소인 지표유출량과 지표하유출량 및 지하수유출량을 각각 산출하여 수문량을 용이하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 베이스프레임부의 하부에는 베이스프레임부를 회동가능하게 지지하는 지지프레임부와 베이스프레임부의 일측을 승강시키는 경사조절부 및 베이스프레임부의 일측에서 토조의 상부로 물을 유입시키는 지표수투입공이 형성됨으로써, 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 유역특성이 반영된 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 상류유역의 지표유출에 의한 비점오염물질 유출모의와 LID 요소 기술의 검정도 수행할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 베이스프레임부에는 적어도 하나 이상의 토조가 구비됨으로써, 동일한 기상조건과 유역특성에 대해 서로 다른 시료를 동시에 시험 및 검정할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급되는 물의 양과 경사조절부의 작동을 각각 제어하며 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급된 물의 양과 계측부를 통해 측정된 유출수의 양을 유무선통신을 통해 사용자에게 전송하는 컨트롤부가 더 구비됨으로써, 원격으로 장치의 모든 조작이 가능하고 관련 자료를 용이하게 수집할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 자연계의 수문순환을 간략히 나타낸 그림이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기의 구성을 개략적으로 도시한 개요도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기의 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스프레임부의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스프레임부의 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기의 블록구성도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기의 구성을 개략적으로 도시한 개요도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기의 사시도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스프레임부의 단면도 및 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기(100)는 베이스프레임부(10)와 강우장치부(20) 및 계측부(30)를 포함한다.
상기 베이스프레임부(10)는 시험대상인 시료(2)가 채워지고 상부면이 개방된 토조(11)가 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 토조(11)의 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공(12)과 지표하유출공(13) 및 지하수유출공(14)이 구비된다. 후술되는 강우장치부(20)에 의해 상부에서 분사된 물은 지표유출공(12)과 지표하유출공(13) 및 지하수유출공(14)으로 각각 배출되고 각각의 유출공과 연통하는 배수관(121,131,141)을 통해 각각의 수조(122,132,142)에 담겨진다.
상기 강우장치부(20)는 급수관(21) 및 분사노즐(22)을 구비하고, 베이스프레임부(10)의 상부에서 물을 분사시킨다. 상기 급수관(21)은 워터탱크(23) 및 펌프(24)와 연결되어 물을 공급받고, 지상에 설치된 거치대(26) 상에 안착된다.
상기 계측부(30)는 베이스프레임부(10)의 지표유출공(12)과 지표하유출공(13) 및 지하수유출공(14)을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 수조(122,132,142)에 구비된 수위계(31,32,33)를 이용하여 측정한다.
따라서 일정한 강우조건 하에서 대상시료에 대한 수문순환의 요소인 지표유출량과 지표하유출량 및 지하수유출량을 각각 산출하여 수문량을 용이하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기(100)의 베이스프레임부(10)의 하부에는 지지프레임부(40)와 경사조절부(50)가 더 구비된다.
상기 지지프레임부(40)는 고정구(41)에 의해 지면에 고정설치되고 상기 고정구(41)와 회전가능하게 체결된 지지대(42)가 베이스프레임부(10)의 하부에 고정됨으로써 베이스프레임부(10)를 회동가능하게 지지한다.
상기 경사조절부(50)는 베이스프레임부(10)의 일측을 승강시켜 베이스프레임부(10)의 기울기를 조절한다. 이는 구동모터(51)로부터 회전력을 전달받은 볼스크류장치(52)가 너트하우징(53)과 체결되고, 너트하우징(53)의 일측 및 베이스프레임부(10)의 하부에 체결된 승강대(54)가 상하로 이동되도록 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기(100)의 베이스프레임부(10)의 일측에는, 워터탱크(23) 및 펌프(152)와 체결된 급수관(151)과 연통하여 토조(11)의 상부로 물을 유입시키는 지표수투입공(15)이 더 구비될 수 있다.
따라서 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 유역특성이 반영된 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 상류유역의 지표유출에 의한 비점오염물질 유출모의와 LID 요소 기술의 검정도 수행할 수 있는 장점이 있다.
아울러 베이스프레임부(10)에는 둘 이상의 토조(11)가 구비될 수 있도록 하여 동일한 기상조건과 유역특성에 대해 서로 다른 시료를 동시에 시험 및 검정할 수 있는 장점도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기(100)의 블록구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비점 및 LID 검정 모의기기(100)에는 컨트롤부(60)가 더 구비될 수 있다.
상기 컨트롤부(60)는 전술한 강우장치부(20) 및 지표수투입공(15)으로 공급되는 물의 양과 경사조절부(50)의 작동을 각각 제어하며, 강우장치부(20) 및 지표수투입공(15)으로 공급된 물의 양과 계측부(30)를 통해 측정된 유출수의 양을 유무선통신을 통해 사용자에게 전송한다. 또한 강우량의 정밀한 측정을 위해서, 토조(11)의 상부에 설치되고 베이스프레임부(10)의 메인프레임(18)상에 개폐가능하게 체결된 그물망덮개(19)를 더 구비하여 그 상부에 별도의 강우계(25)를 복수 개 설치하여 강우강도를 측정할 수도 있다.
따라서 원격으로 장치의 모든 조작이 가능하게 되고, 수문량과 관련된 자료를 보다 용이하게 수집할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 비점 및 LID 검정 모의기기(100)는 강우의 강도와 유역의 경사도 및 지표면을 모델링한 시료의 특성을 달리하여 수문순환이 시뮬레이션되고 지표수유출과 지표하유출 및 지하수유출이 검출됨에 따라 기상 조건 및 유역 환경 조건별로 수문순환이 세밀하고 정밀하게 분석되는 한편 비점저감시설과 요소 기술에서 핵심인 저류효과와 물의 손실이 규명됨에 따라 비점저감시설과 LID 요소 기술 개발이 효과적으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.
100 : 비점 및 LID 검정 모의기기 2 : 시료
10 : 베이스프레임부 11 : 토조
12 : 지표유출공 13 : 지표하유출공
14 : 지하수유출공 121,131,141 : 배수관
122,132,142 : 수조 15 : 지표수투입공
151 : 급수관 152 : 펌프
18 : 메인프레임 19 : 그물망덮개
20 : 강우장치부 21 : 급수관
22 : 분사노즐 23 : 워터탱크
24 : 펌프 25 : 강우계
26 : 거치대
30 : 계측부 31,32,33 : 수위계
40 : 지지프레임부 41 : 고정구
42 : 지지대
50 : 경사조절부 51 : 구동모터
52 : 볼스크류장치 53 : 너트하우징
54 : 승강대
60 : 컨트롤부

Claims (4)

  1. 시험대상인 시료가 채워지고 상부면이 개방된 토조가 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 토조의 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공이 구비된 베이스프레임부;와
    급수관 및 분사노즐을 구비하고, 상기 베이스프레임부의 상부에서 물을 분사시키는 강우장치부; 및
    상기 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 측정하는 계측부;를 포함하는 비점 및 LID 검정 모의기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스프레임부의 하부에는,
    지면에 고정설치되고 상기 베이스프레임부를 회동가능하게 지지하는 지지프레임부;와
    상기 베이스프레임부의 일측을 승강시키는 경사조절부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비점 및 LID 검정 모의기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스프레임부의 일측에는,
    상기 토조의 상부로 물을 유입시키는 지표수투입공이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비점 및 LID 검정 모의기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급되는 물의 양과 상기 경사조절부의 작동을 각각 제어하며, 상기 강우장치부 및 지표수투입공으로 공급된 물의 양과 상기 계측부를 통해 측정된 유출수의 양을 유무선통신을 통해 사용자에게 전송하는 컨트롤부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비점 및 LID 검정 모의기기.
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