KR101352784B1 - 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템에 관한 것으로써, 특히, 물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부와, 상부로 상기 모래 집수부를 통과한 물이 유입되고, 유입된 물을 필터링하는 필터링부와, 상기 필터링부를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부를 포함하여, 퇴적된 모래를 산업용으로 이용할 수 있는 동시에, 퇴적된 모래와 이물질을 하천 상류의 광물 및 지질에 대한 연구자료가 될 수 있으며, 시스템을 통과한 물을 효과적으로 인공함양시킬 수 있는 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템에 관한 것이다.

Description

인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템{Filtering system for artificial recharge}
본 발명은 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템에 관한 것으로써, 특히, 물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부와, 상부로 상기 모래 집수부를 통과한 물을 필터링하는 격벽과, 상기 격벽을 통과한 물을 필터링하는 제1,2필터를 포함하는 필터링부와, 상기 필터링부를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부를 포함하는 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템에 관한 것이다.
제주도는 1980년까지만 해도 지하에 저장되어 있는 지하수 수위가 바닷물 수위보다 높았기 때문에 해안선 곳곳에는 용천수가 넘쳐 솟아져 나왔다.
하지만 현재는 급격한 도시화 현상과 물 수요 급증으로 지하수 수위가 낮아져 용천수가 나오는 샘물이 급격히 줄고 있음은 물론 더이상 지하수 수위가 떨어질 경우 지표면이 함몰 또는 지각변동이 예상된다.
제주도의 주된 암석은 다공질 현무암이며, 지면의 흙은 푸석푸석한 화산재로 되어 있어 비가 올 경우 빗물이 지하로 잘 스며드는 구조이다. 또한, 제주도 전체 토지 중 6%에 해당하는 일부는 화산이 분출하면서 나온 용암이 크고 작은 바위 덩어리로 쪼개지면서 만들어진 요철(凹 凸)지형인 곶자왈(제주방언)로 형성이 되어 있다.
곶자왈이란 지표면부터 지하수가 보관되어 있는 지하 수십, 수백 미터까지 구멍이 뚫어져 있는 구조로서, 겨울에는 따뜻한 열기가 올라와 눈이 쌓이지 않고, 비가 올 때에는 빗물이 지하로 내려갈 수 있도록 하는 통로역할(숨구멍)을 한다.
특히, 곶자왈은 세계자연문화유산 산림보호구역으로서 전 세계적으로 제주도에서만 볼 수 있는 독특한 지형의 형태이다.
제주도는 한라산 자체가 제주도이기 때문에 제주도 지형자체가 한라산 분화구인 백록담을 중심으로 바다까지 급한 경사로 이루어져 있다.
때문에 많은 물을 저장할 수 있는 댐을 만들 수 없는 지형 구조를 가지고 있다. 또한, 제주도의 하천은 급격한 경사를 이루고 있기 때문에 많은 비가 내릴 때나 장마철에 몇 시간 동안 물이 범람하지만 곧바로 바다로 빠져 버린다. 때문에 극히 적은 양만 지하로 스며들게 된다.
그래서, 제주도의 하천은 우기 시에는 범람하지만 평상시에는 건천의 형태를 유지한다.
제주도는 하천을 통하여 바다로 버려지는 빗물을 인공함양 시키려는 노력을 다각적으로 하고 있으나, 집중호우시 법람하는 빗물(흙탕물)에는 집이 통째로 떠내려 오거나 뽑힌 나무, 바윗덩어리 및 토사와 자갈 등이 섞여 있음은 물론 물에 뜨는 나뭇잎, 생활쓰레기(농사용 비닐 등)가 섞여 있으므로 이물질을 분리하지 않은 상태로 물을 인공함양 시킬 경우 곧바로 해당 지역이 저수지 또는 습지가 되어 버리는 문제점을 해결하지 못하고 있다.
따라서, 제주도는 어쩔 수 없는 대안으로 여러 곳에서 소량의 물을 조금씩 인공함양 시키는 방법을 모색하고 있다.
여러가지 방법 중 한가지 방법으로서는 건물 옥상 또는 지상구조물에서 수집한 빗물을 이용하여 인공함양 하는 정도이다.
전문가들은 제주도가 특별자치도로서의 기능을 다하는 2020년이 되면 폭발적인 인구증가 및 관광객 증가로 인한 개발(도로, 건축)등으로 빗물이 자연 침식 될 수 있는 공간은 더욱더 부족해지는 반면, 물의 수요가 폭발적으로 늘어나기 때문에 지하 수위가 급속히 떨어지면서 지반침하가 시작될 것으로 예상하고 있다.
또한, 물 수요증가와 더불어 최근 온난화로 인한 강우패턴도 극심한 가뭄과 집중호우로 나타나고 있다.
특히, 이와 같은 피해사례는 중국 베이징 등 50여개 도시에서는 2010년 기준 지반침하 현상으로 여의도의 300배 면적이 심각한 누적으로 116cm침하됨에 따라 대책으로 빗물 집수 시설이나 폐수 정화시설을 통해 확보된 물로 지하수를 보충하는 인공지하 관개도를 검토하고 있다고 중국인민일보경화시보가 전하기도 했다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 최근 제주도에서는 공익성을 감안한 제주도의 지질특성에 적합한 지하수 인공함양기법과 관련하여 연구비와 설치비를 지원하고 있다.
이에 따라, 2003년 12월까지 총 42개의 인공함양정 설치를 목적으로, 6개소를 시공하여, 연간 40만㎥을 지하수로 함양하도록 하고 있으나, 문제는 인공함양정의 설치장소가 오염원이 없는 산중턱에 설치를 할 수 없는 제주도의 지역특성상(급격한 경사로 되어 있음) 어쩔 수 없이 농사를 짓고 있는 농경지 주변에 설치를 함으로 인하여 농경지, 골프장, 축산농가에서 흘러나오는 농약 과 축사에서 나오는 생활오폐수가 인공함양정을 통하여 지하수가 오염되는 문제가 발생하고 있다.
더불어 현재 제주도가 추진하는 일반적인 인공함양정(저류지)의 상태로는 함양시키는 물의 양이 너무 미비함에 따라 앞으로 다가올 지하수 고갈과 근본적인 용수부족에 대비하기에는 턱없이 부족한 상태이다.
제주도는 이를 해결하기 위한 여러 가지 방법중 곶자왈을 활용하는 방법의 인공함양을 모색하고 있으나, 곶자왈을 활용하기 위해서는 곶자왈이 형성된 먼 곳까지 수로와 저류조를 만들어야 하는 문제를 비롯하여 빗물에 섞여 있는 이물질을 분리하여야 하는 선제 조건을 해결하지 못하고 있다.
특히, 집중호우때 범람하는 빗물에는 산사태 등으로 엄청난 양의 토사와 수백 수천그루의 나무가 통째로 떠내려옴은 물론, 집이 통째로 떠내려 오는 등의 온갖 생활쓰레기들로 빗물이 범람한 후에는 한 마을이 통째로 없어지는 등으로 지형이 바뀌기도 하기 때문이다.
또한, 극심한 가뭄과 과도한 지하수개발로 일부 국가에서는 지반침하가 일어나는 등 집중호우로 인한 그 피해는 세계 곳곳에서 참혹한 결과로 나타나고 있다.
따라서, 본 출원인은 위와 같은 문제점을 해결하는 과정에서 범람하는 빗물을 인공함양 시키기 위한 대한민국 등록 특허 제10-0879600호 “빗물과 이물질을 분리하는 구조물”을 출원한 바 있다.
대한민국등록특허 제10-879600호에서는 하천을 통하여 바다로 버려지는 빗물 중에 포함된 대형 이물질(큰나무, 큰 돌)과 빗물을 걸러내는 구조물로서 하나의 집수부 위에 하나의 빔 또는 망 구조물을 이용하여 빗물과 이물질을 분리한 다음, 빗물만 땅속으로 저장하는 방법을 발명 하였으나, 물에 떠다니는 부유물인 나뭇잎 또는 폐비닐 같은 부유물들이 침전되면서 발생하는 문제, 즉 땅속으로 물이 스며드는 공간인 인공 곶자왈이 이물질들에 의해 막히는 문제점이 발생할 수 있음을 발견하지 못하였다.
따라서 본 출원인은 위와 같은 문제점을 추가로 해결하기 위해서 특허 제10-1047112호를 출원한 바 있다.
대한민국 특허 제10-1047112호에서는 물에 떠다니는 5mm이상의 부유물인 나뭇잎과 폐비닐류와 같은 생활쓰레기를 필터링하여 인공함양정(인공 곶자왈)이 막히지 않도록 하는 장치이다.
= 대한민국 특허 제10-1047112호의 보완내용 =
첫째, 빗물에 포함된 대형 이물질(통째로 뽑힌 나무 등)를 걸러내는 필터링부
둘째, 빗물에 포함되어 물에 떠다니는 5mm이상의 부유물(나뭇가지 및 비닐류와 같은 생활쓰레기)을 걸러내는 필터링부
셋째, 모래와 자갈을 걸러내는 필터링부
넷째, 인공함양정(인공 곶자왈)
그런데, 본 출원인이 출원한 위 보완내용들은 심사를 받는 과정에서 일반 필터링으로 간주되어 일부 보류 판정이 내려졌다.
하지만 문제는 집중호우때 인류에 막대한 피해를 주면서 바다로 버려지는 초당 수백톤 이상씩의 빗물을 인공 함양시킬 수 있는 방법은 세계적으로 없는 상태임을 감안할 때, 위 필터링 시스템들은 일반적인 쓰레기는 걸러내는 필터링이 아닌 용도가 명확한 인공함양만을 위한 것들로써 만약 한가지 필터링이라도 누락 된다면 시스템 자체가 작동이 될 수 없는 셋트 구조로 봐야 될 것이다.
또한, 발명에 대한 권리가 주어져 개발자가 더욱더 친환경적인 인공함양 기술을 연구. 개발할 수 있는 기회가 주어져야 할 것 이다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대형 이물질들이 다리 교각을 막거나, 바다를 오염시키기 이전 미리 수거를 할 수 있음은 물론, 토사 중 흙은 빗물과 혼합된 상태로 지하수가 빠져나간 빈 공간(지하수 발굴로 인함)에 침하되면서 지반침하를 막아주는 역할을 하게 되며, 모래 집수부에 퇴적된 모래는 산업용으로 이용할 수 있는 동시에, 퇴적된 모래와 이물질들은 하천 상류의 광물 및 지질에 대한 연구자료가 될 수 있으며, 시스템을 통과한 물을 친환경적으로 인공 함양시킬 수 있도록 하여 앞으로 다가올 용수 부족에 대비한 저류지 필터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 인구가 밀집된 상습 침수지역이나 저지대에 설치하여 침수피해를 예방할 수 있다.
첫째, 빗물이 인공 곶자왈을 통하여 초당 수 백 톤 이상씩 땅속으로 내려가는 과정에서 진공과 팽창이 발생하여 빗물이 땅속으로 잘 내려가지 못하는 문제점을 해결하고자 한다.
둘째, 인공함양을 위한 완전한 방법으로서, 지역마다 다르나 제주도의 경우(10m ~30m 정도 땅속 위치) 빗물 흡수가 잘되는 구조의 흡수층까지 빗물을 인공 주입한 후, 인공 주입된 빗물이 자연적으로 완속여과 장치 역할을 하는 흡수층을 통과하도록 하는 방법을 선택하여 빗물을 친환경적으로 대수층까지 인공 함양시키고자 한다.
※ 제10-0879600호 및 제10-1047112호에서는 빗물에 섞여 있는 미세한 5mm이하의 나무 부스러기 같은 조그만 부유물들이 땅속 10m이상 깊은 곳에 있는 미세한 물줄기를 막아버리는 문제점을 해결하지 못하였다.
셋째, 흙탕물등에 포함된 엄청난 양의 토사와 자갈을 채집하여 흙과 모래, 자갈을 따로 활용할 수 있도록 하는 방법을 제시하고자 한다.
넷째, 인구가 밀집된 상습 침수지역의 침수피해를 예방하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템은, 물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부와, 상부로 상기 모래 집수부를 통과한 물이 유입되고, 유입된 물을 필터링하는 필터링부와, 상기 필터링부를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부를 포함한다.
전술한 구성에서, 상기 필터링부는 제1필터와 하부에 배치되는 제2필터를 포함하며, 상기 제1필터는 관통공이 다수개 형성된 판형상으로 구비되며, 상기 제2필터는 경사면이 형성되는 스폰지 또는 물 흡수가 잘되는 천과, 상기 스폰지 또는 천을 지지하는 브라켓을 포함하며, 상기 브라켓에는 상기 경사면을 따라 낙하된 이물질을 수집하는 수집로가 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부와, 상부로 상기 모래 집수부를 통과한 물이 유입되고, 유입된 물을 필터링하는 필터링부와, 상기 필터링부를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부를 포함한다.
인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템{Filtering system for artificial recharge}의 효과에 따르면 퇴적된 모래를 산업용으로 이용할 수 있는 동시에, 퇴적된 모래와 자갈에 포함된 이물질들은 하천 상류의 광물 및 지질에 대한 연구자료가 될 수 있음은 물론, 초당 수 백 톤 이상의 빗물을 자연상태로 완벽하게 인공함양 시킬 수 있음으로 인한 수자원 확보, 지반 침하방지, 특히 사면이 바다인 제주의 경우 염화수방지 및 인구가 밀집된 서울 저지대나 상습 침수지역의 홍수 등의 피해도 예방할 수 있다.
전술한 구성에서, 상기 필터링부는 제1필터와 하부에 배치되는 제2필터를 포함하며, 상기 제1필터는 관통공이 다수개 형성된 판형상으로 구비되며, 상기 제2필터는 경사면이 형성되는 스폰지 또는 물 흡수가 잘되는 천과, 상기 스폰지 또는 천을 지지하는 브라켓을 포함하며, 상기 브라켓에는 상기 경사면을 따라 낙하된 이물질을 수집하는 수집로가 형성되어, 나뭇잎 부스러기 및 쓰레기와 같은 이물질이 스폰지 표면에 떨어진후 다시 떨어지는 물에 의해 튕기면서 경사진 스폰지 아래쪽에 있는 U자형 수집로에 떨어져 이물질을 용이하게 수집할 수 있는 동시에 용이하게 이물질을 걸러낼 수 있다. 또한, 수집된 이물질을 용이하게 제거할 수도 있어서 필터링부가 막히는 것이 방지된다. 이와 같이 5mm이하의 이물질이 효과적으로 제거됨으로 인하여 빗물이 인공 함양되는 과정에서 땅속의 미세한 물줄기가 이물질들로 막히는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템 모래 집수부 분리 사시도.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템 모래 집수부 사시도.
도 2는 제1필터의 일부 분리 확대도.
도 3은 도 1a에서 제1필터를 제거한 상태를 나타내는 사시도.
도 4는 제2필터의 일부 분리 확대도.
도 4a은 제2필터의 일부 결합 확대도.
도 5는 제2필터의 일부 단면도.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2필터의 일부 단면도.
도 7은 도 3에서 제2필터를 제거한 상태를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인공함양 배수부 수평단면도.
도 9는 (300a, 300b, 300c, 300d)의 인공함양 배수부의 일부를 나타내는 사시도.
도 9a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템의 메인 필터링부 사시도.
도 10은 도 9a의 설치 상태를 나타내는 개략도.
도 11은 도 9a의 대형 이물질 필터링부 확대도.
도 12는 도 11의 대형 이물질 필터링부 작동상태도.
도 13은 도 9a의 1차 필터링부 확대도.
도 14는 도 9a의 1차 필터링부 분리사시도.
도 14a는 1차 필터링부의 제1필터 일부 분리 확대도.
도 15a는 1차 필터링부의 제2필터가 설치된 집수조의 측단면도.
도 15b는 1차 필터링부의 제2필터 내부의 물 흐름을 나타내는 상태도.
도 16은 1차 필터링부의 제2필터의 수문 개방시 물 흐름을 나타내는 상태도.
도 17은 2차 필터링부 확대도.
도 18은 2차 필터링부에서 1차필터와 2차필터와 콘크리트 보를 분리한 상태를 나타내는 상태도(사시도).
도 18a은 2차 필터링부에서 제1필터를 제거한 상태에서의 사시도.
도 19는 2차 필터링부 제1필터와 콘트리트보, 제2필터와 콘크리트보 분리 사시도.
도 20은 2차 필터링부의 바닥에 설치되는 인공함양 배수부의 설치상태를 나타내는 상태도(측면도).
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템은, 물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부(210)와, 상부로 상기 모래 집수부(210)를 통과한 물이 유입되고, 유입된 물을 필터링하는 필터링부(230)와, 상기 필터링부(230)를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부(300c, 300d)를 포함한다.
모래 집수부(210)의 위치는 추후 모래에 포함된 하천 상류의 광물등의 지질조사나 연구가 용이하거나 퇴적된 모래 채취가 용이하도록 차량 진입이 원활한 하천지역으로 하며, 단독으로 설치할 경우는 상습 침수지역 등 자유롭게 어디든 설치할 수 있다.
모래 집수부(210)는 바닥과 바닥을 둘러싸는 측벽을 포함하여 모래가 퇴적될 수 있는 넓은 공간이 형성된다.
나아가, 모래 집수부(210)의 일측에는 차량 진입이 원활하도록 슬로프(212)가 설치되어 있다.
격벽(211)은 모래 집수부(210)의 일측 모서리에 설치되어 있다.
격벽(211)은 상부에 모래 집수부(210)의 물이 유입되는 유입구(213)가 형성되어, 빗물은 모래 집수부(210)의 상부로 유입된다. 따라서, 모래나 자갈 등과 같은 무거운 중량이 이물질들은 모래 집수부(210)에 퇴적되고 이외의 물에 뜨는 부유물들만 포함된 물만 격벽(211)상부에 배치된 유입구(213)을 통과한다.
격벽 집수부(220)는 격벽(211)의 내부에 격벽(211)과 이격되도록 배치된다.
격벽 집수부(220)는 하부에 있는 유입구(221)를 통해 물이 유입되어 모래나 자갈 등이 다시 한번더 걸러진다.
격벽 집수부(220)는 필요에 따라 생략될 수도 있다.
필터링부(230)는 상부로 모래 집수부(210)를 통과한 물에 뜨는 부유물이 포함된 흙탕물이 유입되고, 유입된 부유물을 필터링한다.
즉, 필터링부(230)는 유입구(231)가 상부에 배치되어, 격벽 집수부(220)를 통과한 물이 유입된다.
필터링부(230)는 제1공간부(230a)와, 제2공간부(230b)와, 제3공간부(230c)와, 제4공간부(230d)가 물의 흐름방향에 따라 배치되어 있다.
필터링부(230)는 제1필터(240)와 하부에 배치되는 제2필터(250)를 포함한다.
제1필터(240)는 제1공간부(230a)와, 제2공간부(230b)와, 제3공간부(230c)의 상부에 배치된다.
제2필터(250)는 제1공간부(230a)의 상부에 설치된다.
즉, 제1필터(240)를 통과하여 제1공간부(230a)로 유입된 물은 제2필터(250)를 거쳐서 인공함양 배수부(300c)를 통해서 인공함양 되고, 제1필터(240)를 통과하여 제3공간부(230c)로 유입된 물은 인공함양 배수부(300d)를 통해서 인공 함양된다.
제1필터(240)는 배수공 역할을 하는 관통공(5mm정도)이 다수개로 형성된 판형상으로 구비된다.
제1필터(240)는 다수개로 분할되어 구비되며, 두께가 3mm인 스텐레스 스틸재로 구비될 수 있다.
각 단부는 제1필터(240)를 지지하는 콘크리트 보(242)를 구비한다.
콘크리트 보(242)는 제1필터(240)의 외곽을 둘러싸도록 골격을 형성하고 있으며, 상면에 제1필터(240)가 안착되는 안착홈이 형성되어 있어서, 제1필터(240)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
이러한 제1필터(240)를 통해 걸러진 부유물은 제1필터(240)의 상부에 남게 되는데, 이러한 부유물은 청소를 별도로 하지 않더라도 물의 흐르는 힘에 의해 제4공간(230d)에 모여 있다가 하천쪽으로 흘러가게 된다.
제2필터(250)를 통해서는 제1필터(240)를 통과한 5mm이내의 부유물(나뭇잎 부스러기 및 쓰레기 등)을 포함한 흙탕물을 인공함양되기 전에 걸러내서 이물질이 이하 서술되는 흙속의 미세한 물줄기를 막지 않도록 한다.
제2필터(250)는 경사면(255)이 형성되는 스폰지(254) 또는 물 흡수가 잘되는 천(254a) 등과, 상기 스폰지(254) 또는 천(254a)을 지지하는 브라켓(256)을 포함한다.
스폰지(254)는 사각형의 판형상으로 형성될 수 있으며, 상면 및 하면의 중심부의 높이가 가장 높도록 좌우에 경사면(255)이 각각 형성되어 있다.
또는 도 6에 도시된 바와 같이, 우산 형태의 원 틀위로 물이 흡수가 잘되는 천을 씌운 모양으로 형성될 수 있다.
이와 같이 경사면(255)이 스폰지(254)의 상면 및 하면에 형성되어, 주기적으로 뒤집어서 재사용이 가능한 이점이 있다.
나아가, 스폰지(254)의 내부에는 탄성력을 보완하기 위해 스프링이 내장될 수 있다.
브라켓(256)은 콘크리트재로 형성되며, 스폰지(254)의 외곽을 둘러싸도록 골격을 형성하고 있으며, 상면에 스폰지(254)가 안착되는 안착홈이 형성되어 있어서, 스폰지(254)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
나아가, 브라켓(256)에는 경사면(255)을 따라 낙하된 이물질을 수집하는 수집로(257)가 형성된다.
수집로(257)는 물이 흐르는 방향으로 스폰지(254)의 양측에 배치되도록 형성될 수 있다.
이와 같은 스폰지(254)와 수집로(257)로 인해, 나뭇잎 부스러기 및 쓰레기와 같은 이물질이 제1필터(240)를 거쳐 스폰지(254) 표면에 떨어진 후 다시 떨어지는 물에 의해 튕기면서 경사진 스폰지(254) 아래쪽에 있는 U자형 수집로(257)에 떨어진다.
이물질은 수집로(257)를 통해 이동한 후에 하천으로 빠져나가게 된다. 위와 같이 이물질들은 침전을 하지 못하게 되므로 스폰지(254)는 막히지 않게 된다.
더욱더 제1필터(240)를 걸쳐 제2필터(250)로 떨어지는 흙탕물에는 5mm이하의 나무 부스러기등과 같은 물에 뜨는 부유물만 있고 모래가 없는 상태이기 때문에 제2필터(250)가 더욱더 막히지 않기 때문에 효과적으로 걸러낼 수 있게 되는 것이다.
따라서, 제2필터(250)를 통과하여 인공함양 배수로(300c)로 주입되는 물은 순수한 흙탕물만 주입하게 된다.
제4공간부(230d)는 제1필터(240)를 통해 걸러진 이물질이 모이는 곳이다.
제4공간부(230d)에는 이물질 배출구(202)가 형성되고 일부의 흙탕물과 이 물질이 하천으로 배출될 수 있도록 유출관(203)이 연결된다. 이로 인해, 모여진 이물질이 유출관(203)을 통해 하천으로 자동으로 유출될 수 있다.
제2공간부(230b)는 제1공간부(230a)의 상부에 배치되는 제2필터(250)를 통해 수집된 쓰레기를 포함한 이물질이 모이는 곳이다.
또한, 제2공간부(230b)에도 하천과 연결되는 이물질 배출구(201)가 형성되어 유출관(203)에 연결된다.
따라서, 본 시스템에서의 모든 이물질들은 제2공간부(230b)와 제4공간부(230d)에서 수집된 후 일부의 흙탕물과 함께 하천 하류에 배출되게 된다.
제2공간부(230b)에는 제3공간부(230c)와 연통되는 물배출구(204)가 형성되어, 제2필터(250)가 이물질로 막히거나, 인공함양 배수부(300c)를 통해서 땅속으로 흡수되는 물보다 유입구(231)에서 유입되는 물이 많을 경우, 넘치는 물은 물배출구(204)를 통해서 제3공간부(230c)로 모인 다음 인공함양 배수부(300d)를 통하여 지하수가 있는 대수층으로 인공 함양된다.
제1공간부(230a)에 설치되는 인공함양 배수부(300c)는 제3공간부(230c)에 설치된 인공함양 배수부(300d)보다 짧게 구비되어, 간접 주입시켜 물을 흡수층까지 인공 함양시킨다.
제3공간부(230c)에 설치되는 인공함양 배수부(300d)는 5mm이하의 부유물이 포함된 상태의 빗물을 대량으로 대수층까지 직접 주입시켜 인공함양 시킬 수 있다.
물 배출구(204)의 역할은 제1공간부(230a)의 물이 넘칠 경우 물배출구(204)를 통하여 제3공간부(230c)에 떨어지며 곧바로 지하로 내려간다.
○ 짧은 인공함양 배수부(300a,300c)의 장점
짧은 인공함양 배수부(300a,300c)를 통하여, 불포화대나 충적층까지 인공함양정을 설치하고, 불포화대층을 통해 대수층까지 빗물을 유입시킴으로써 불포화대층이 가진 투수와 자동 정화의 기능을 이용할 수 있으므로 완벽한 자연상태로 인공함양 시킬 수 있다.
○ 긴 인공함양 배수부(300b, 300d)의 장점
필요한 량의 모든 물을 긴 인공함양 배수부(300b, 300d)로 통하여, 대수층까지 물을 직접 유입시킴으로써 집중호우시 재해예방, 수자원 확보, 염수화 방지, 지반침하 방지의 기능을 다할 수는 있으나, 5mm이하의 부유물을 포함하고 있기 때문에 친환경적이지는 못한 단점이 있다.
인공함양 배수부(300a, 300b, 300c, 300d)에는 물을 지하로 인공 함양시키기 위한 외주면에 다수의 관통공(311)이 형성되는 1차 파이프(310)와, 상기 1차 파이프(310)보다 작은 직경을 가지며 상기 1차 파이프(310) 내부에 배치되고 상기 관통공(311)에 연통하는 2차 파이프(320)를 포함한다.
1차 파이프(310)는 상부가 막힌 원통으로 구비된다. 1차 파이프(310)는 직경이 40cm인 원통으로 구비될 수 있다.
1차 파이프(310)는 상부 및 측면에 관통공(311)이 다수개 형성된다.
2차 파이프(320)는 1차 파이프(310)의 내벽에 설치된다.
바람직하게는, 2차 파이프(320)는 1차 파이프(310)가 흙(G)속에 배치되는 부분에만 설치된다. 즉, 1차 파이프(310)에서 (G) 외부로 노출되는 부분인 상단부분에는 2차 파이프(320)가 설치되지 않는다.
2차 파이프(320)의 유입구(321)는 상부를 향하고 유출구(322)는 파이프 측면을 향한다. 따라서, 2차 파이프(320)는 하단이 절곡되게 형성된다.
2차 파이프(320)의 유입구(321)는 1차 파이프(310)의 관통공(311)보다 10cm이상 위쪽에 배치되도록 구비된다.
이러한 2차 파이프(320)의 역할은 1차 파이프(310)의 관통공(311)을 통하여 빗물이 땅속으로 내려갈 때 일부의 빗물이 유입구(321)와 유출구(322)를 통해서도 빗물이 함양됨은 물론 또다른 2차 파이프(320)의 역할은 수평을 이르려는 물의 성질 때문에 1차 파이프(310)의 외부에 있는 흙이나 물이(역류가 방지됨) 파이프(310)를 통하여 대수층으로 흘러 내려가지 못하도록 되어서 인공함양용 파이프가 설치된 곳의 주변지역이 함몰되는 것을 방지할 수 있다.
1차 파이프(310) 내부에는 인공함양시 공기가 통과되는 3차 파이프(330)가 설치된다. 3차 파이프(330)는 1차 파이프(310)보다 직경이 작은 직경이 10cm인 원통으로 구비될 수 있다.
3차 파이프(330)는 1차 파이프(310)의 중심부에 배치된다.
3차 파이프(330)의 상단은 1차 파이프(310)를 관통하도록 설치된다.
또한, 인공함양 배수부(300a, 300b, 300c, 300d)를 집수조에 설치할 때 3차 파이프(330)의 상단은 물에 잠기지 않도록 집수조의 바닥으로부터 돌출되거나 제2필터(250) 바로 밑에까지 높게 설치한다.
3차 파이프(330)의 상단은 상부가 "n"자 형상으로 절곡되어 있다.
3차 파이프(330)에는 1차 파이프(310)의 내부와 연통되는 통기공(331)이 여러개 형성되어 있다.
나아가, 3차 파이프(330) 내부에는 3차 파이프(330)보다 작은 직경을 가지며 3차 파이프(330) 내부에 배치되고 통기공(331)에 연통하는 4차 파이프(340)가 설치된다.
4차 파이프(340)는 2차 파이프(320)와 동일한 형상으로 형성되되, 2차 파이프(320) 보다는 작은 직경으로 형성된다. 이러한, 4차 파이프(340)로 인해 관통공(311)을 통하여 땅속으로 내려가는 빗물이 3차 파이프(330) 속으로 들어가지 못하게 된다.
이러한 3차 파이프(330)로 인해, 1차 파이프(310)를 통해 물이 내려가면서 발생할 수 있는 진공과 팽창시 필요한 공기가 공급될 수 있다.
이와 같은 모래 집수부(210)가 구비되어, 퇴적된 모래를 산업용으로 이용할 수 있는 동시에, 퇴적된 모래와 자갈에 포함된 이물질들은 하천 상류의 광물 및 지질에 대한 연구자료가 될 수 있으며, 시스템을 통과한 물을 효과적으로 인공 함양시킬 수 있다.
본 실시예의 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템은 전단에 메인 필터링부(100)를 더 포함한다. 즉, 메인 필터링부(100)를 통과한 물 중 물보다 무거운 모래, 자갈 등과 일부 빗물만이 본 실시예의 배송관(137)을 통하여 인공함양을 저류지 필터링 시스템(도1)으로 유입된다.
메인 필터링부(100)는 하천에 연속되도록 하천에 경사지게 설치된다.
예를 들어 메인 필터링부(100)는 하천의 중간에 설치될 수 있다.
메인 필터링부(100)에는 큰 돌을 걸러내는 큰 돌 필터링부(110)와, 큰 돌 필터링부(110)의 하류에 배치되는 부피가 아주 큰 대형 이물질을 걸러내는 1차 필터링부의 제1필터(120)와 상기 1차 필터링부의 하부에 배치되어 모래, 자갈을 걸러내는 제2필터(130)와 물에 떠다니는 부유물을 걸러내는 2차 필터링부(140)와 2차 필터링부(140)를 통과한 물을 인공 함양시키는 인공함양 배수부(300a, 300b)를 포함한다.
대형 이물질 필터링부(110)는 하천으로부터 유입되는 물에 포함된 물보다 무거운 큰 돌 등을 걸러내는 역할을 한다.
큰 돌을 필터링하는 대형 이물질 필터링부(110)는 수로 바닥에 원기둥형상의 돌출부(111)가 50cm간격으로 여러개 형성되어 있다. 여러개의 돌출부(111)는 중심부가 하천의 상류를 향하도록 "∧"자 형상으로 배치된다.
돌출부(111)의 양측에는 50cm 이상의 큰돌이 모아질 수 있도록 이물질 수집공간부(112)가 형성되어 있다.
이물질 수집공간부(112)는 수로에 연통되도록 형성된다.
이러한, 대형 이물질 필터링부(110)를 통해 물이 수로를 통과할 때, 50cm 이상의 큰 돌은 돌출부(111)에 걸려서 걸러지게 되고, 걸러진 큰 돌 등은 "∧"자 형상으로 배치된 돌출부(111)에 의해 자연스럽게 이물질 수집공간부(112)로 가이드되게 된다. 이로 인해, 걸러진 큰 돌 등을 용이하게 관리자가 제거할 수 있게 되고, 하류에 배치되는 다른 구조물의 파손을 방지할 수 있다.
50cm이하의 돌은 돌출부(111)와 배출구(124)를 통해서 하천 연결수로(150)에 모이게 된다.
상기 1차 필터링부는 제1필터(120)와, 제1필터(120)를 통과한 물이 떨어지는 제2필터(130)를 포함한다.
제1필터(120)는 하천의 폭과 유사한 폭으로 구비된다.
상기 1차 필터링부의 제1필터(120)의 역할은 부피가 큰 5cm이상의 생활쓰레기 및 통째로 뽑힌 나무등의 대형 이물질을 걸러내어 이물질 배출구(124)로 보냄과 동시에 5cm이하의 모래와 자갈이 포함된 빗물은 제2필터(130)로 보내는 역할을 한다.
제1필터(120)는 제2필터(130)의 상부에 배치되어, 더욱 안정적으로 지지된다.
제1필터(120)는 양측에 수로 형성을 위한 가이드벽(121)이 설치된다.
제1필터(120)는 양측의 가이드벽(121) 사이에 필터링을 위한 판넬 필터(122)가 배치된다.
판넬 필터(122)는 물이 통과할 수 있는 직경 5cm의 배수공이 형성된다.
나아가, 판넬 필터(122)에 형성된 상기 배수공은 테이퍼지게 형성되어 하부로 향할수록 크게 형성된다. 즉, 판넬 필터(122)의 하부에 형성된 상기 배수공은 직경이 5cm보다 크게 형성될 수 있다. 이로 인해, 물과 함께 유입된 자갈 또는 모래와 같은 이물질이 걸림없이 통과되도록 할 수 있다.
판넬 필터(122)는 판형상으로 구비되며, 15cm두께의 콘크리트 판넬로 구비될 수 있다.
판넬 필터(122)는 작은 사이즈로 여러개 분할되어 구비되며, 여러개의 분할된 판넬 필터(122)는 판넬 지지보(123)에 의해 안정적으로 지지된다.
판넬 지지보(123)는 판넬 필터(122)의 외곽을 둘러싸도록 골격을 형성하고 있으며, 상면에 판넬 필터(122)가 안착되는 안착홈이 형성되어 있어서, 판넬 필터(122)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
이와 같이 판넬 필터(122)는 여러개로 분할되어 구비되어, 파손시 파손된 부분만 교체하면 되므로 유지보수 비용이 감소되는 이점이 있다.
제1필터(120)의 하류에는 대형 이물질 배출구(124)가 형성되어 있다.
대형 이물질 배출구(124)는 제1필터(120)를 통해 걸러지는 대형 이물질이 배출된다.
나아가, 제1필터(120)에는 대형 이물질이 대형 이물질 배출구(124)로 효과적으로 이동되도록 가이드벽(125)이 형성되어 있다.
대형 이물질 배출구(124)는 이하 서술되는 하천연결수로(150)의 좌측에 연통된다.
따라서, 대형 이물질은 대형 이물질 배출구(124)로 배출되어 하천연결수로(150)의 좌측에 모이거나, 물과 함께 하천으로 떠내려가게 된다. 이로 인해 제1필터(120)에 대형 이물질이 쌓이는 것이 효과적으로 방지된다.
제2필터(130)는 하천의 폭보다 3배 이상 넓게 집수조 형태의 수로가 형성되어 있다.
제2필터(130)는 상부가 개방되도록 형성되어, 제1필터(120)를 통과하는 5cm이하의 자갈, 모래를 포함한 흙탕물이 바로 제2필터(130)로 낙하하여 유입되게 된다.
제2필터(130)는 수로의 바닥으로부터 이격되게 설치되는 제1격벽(131)과, 제1격벽(131)의 하류에 배치되며 제1격벽(131)보다 낮은 높이를 갖는 제2격벽(132)을 포함한다. 제1격벽(131)과 제2격벽(132)은 쌍을 이루어 여러개 배치되어, 제2필터(130)에는 여러개의 공간부가 형성된다. 본 실시예에서는 6개의 공간부가 형성될 수 있다.
제1필터(120)를 통과한 대부분의 모래, 자갈과 흙탕물은 대부분 1공간부에 떨어지게 되고, 흙탕물은 수평을 이루려는 물의 성질때문에 1공간부에서부터 6공간부까지 순차적으로 흐르게 된다. 즉, 1공간부에 있던 물은 1공간부에서부터 6공간부에 있는 제1격벽(131)과 제2격벽(132)을 순차적으로 통과하여 흐르게 된다.
전술한 바와 같이 흙탕물이 흐르는 과정에서 무거운 자갈과 모래는 바닥으로 가라앉게 된다.
제2필터(130)의 바닥은 제1격벽(131)을 향해 바닥의 높이가 점점 낮아지도록 경사지게 형성되어, 바닥으로 가라앉은 자갈과 모래는 효과적으로 제1격벽(131) 아래로 모이게 된다.
제2필터(130)의 측벽에는 바닥에 가라앉은 자갈과 모래가 효과적으로 유출될 수 있도록 모래 및 자갈 유출구(136)가 형성되고, 모래 및 자갈 유출구(136)는 각 제1격벽(131)이 설치된 위치에 대응되도록 각각 배치된다. 모래 및 자갈 유출구(136)에는 유출밸브(133)가 설치된다. 각각의 유출밸브(133)에는 배송관(137)에 연결되어, 수압에 의해서 모여진 자갈과 모래는 일부 흙탕물과 함께 유출밸브(133)를 통하여 모래 집수부(210)로 보내지게 된다.
유출밸브(133)의 역할은 메인 필터링부(100)의 인공함양 배수부(300a, 300b) 및 모래집수부 필터링부의 인공함양 배수부(300c, 300d)의 인공함양 되는 유량을 조절할 수 있다.
제2필터(130)의 가장 하류에 배치되는 제2격벽(132)의 상부에는 하천의 폭과 유사한 폭으로 물이 유출되는 유출구(134)가 형성된다.
유출구(134)의 역할은 1차 필터링부(제1필터 120, 제2필터 130)에서 필터링한 물은 2차 필터링부(140)로 보내기 위한 수로이다.
이때, 1차 필터링부를 통과하여 2차 필터링부(140)으로 보내지는 흙탕물에는 5cm이하의 물에 뜨는 나무 부스러기 및 부유물들만 포함되어 있다.
나아가, 제2필터(130)의 가장 하류에 배치되는 제2격벽(132)에는 유출구(134)의 측부에 배치되도록 수문(135)이 설치되어 있다. 수문(135)은 유출구(134)보다 낮은 높이로 형성되어, 수문(135)을 개방할 경우에는 유출구(134)로 물이 유출되지 않고 수문(135)을 통해서만 물이 유출된다.
수문(135)은 개폐가 가능한 유량 조절 장치를 의미한다.
또한, 제2격벽(132)에는 유출구(134)의 타측부에 배치되도록 제2수문(138)이 설치되어 있다. 제2수문(138)은 대형 이물질 배출구(124)의 상류에 배치된다. 제2수문(138)은 수문(135)보다 더 작은 단면적을 갖도록 작게 형성되어 있다.
제2수문(138)의 역할은 산사태 등이 발생할 경우 많은 나무들이 통째로 뽑혀져 내려올 경우와 같이 대형 이물질의 양이 많을 경우 대형 이물질들은 배출구(124)를 통해 하천연결수로(150)에 쌓이게 되어 이물질 배출이 원활하지 않을 수 있으므로, 이러한 경우에는 제2수문(138)을 개방하여 물의 흐르는 힘을 통해 대형 이물질을 하천으로 내려보내 이물질 배출이 원활해지도록 할 수 있다.
제2필터(130)의 하류에는 제2필터(130)의 폭과 유사한 폭으로 하천연결수로(150)가 형성되어 있다. 하천연결수로(150)는 제2필터(130)와 하천의 하류를 연결 한다.
수문(135)이 열리게 되면, 제2필터(130)를 통과한 물은 하천연결수로(150)의 우측으로 유입되어 하천 하류로 유출된다.
하천으로부터 유입되는 물 중 초기에 유입되는 물에는 농경지, 골프장, 축산농가에서 흘러나오는 농약 등 축산 오폐수가 포함되어 있을 수 있다.
수문(135)을 열어서 이러한 오염된 물이 유출구(134)를 통해서 필터링부(140)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
2차 필터링부(140)는 하천의 폭과 유사한 폭으로 형성되며, 흙탕물에 포함된 5mm이상의 나뭇잎과 같은 부유물을 걸러내는 역할을 한다.
2차 필터링부(140)는 가장 상류에 배치되는 1단부(140a)와, 상기 1단부(140a)의 하류에 배치되며 1단부(140a)보다 낮은 높이로 형성되는 2단부(140b)와, 2단부(140b)의 하류에 배치되며 2단부(140b)보다 낮은 높이로 형성되는 3단부(140c)를 포함한다.
1단부(140a) 및 2단부(140b)는 제1필터(141)와 하부에 배치되는 제2필터(143)를 포함한다.
3단부(140c)는 제1필터(141)를 포함한다.
즉, 1단부(140a) 및 2단부(140b)를 통과하는 물은 제1필터(141)를 거친 후에 제2필터(143)를 거쳐서 인공함양되고, 3단부(140c)를 통과하는 물은 제1필터(141)를 거친후에 바로 인공함양된다.
2차 필터링부(140)의 제1필터(141) 및 제2필터(143)는 도1의 제1필터(240) 및 제2필터(250)의 기능과 동일하게 구비되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2필터(143)의 스폰지(144)를 재사용할 경우, 건기시에는 스폰지(144)를 바로 뒤집으면 되고, 우기시에는 물이 흐르는 상황에서도 수문(135)을 열어 물의 흐름방향을 바꾼다음 스폰지(144)를 뒤집어 놓을 수 있다. 스폰지(144)를 뒤집은 다음에는 수문(135)을 다시 닫아 물이 제1필터(141) 및 제2필터(143)를 통과하도록 할 수 있다.
이물질은 제2필터(143)의 수집로(257)를 통해 이동한 후에 1단부(140a)의 이물질 배출구(149a)를 거쳐 2단부(140b)의 하류에 배치되는 이물질 수집부(148)로 수집되어, 2차 필터링부(140)의 측벽에 이물질 수집부(148)에 연통되도록 형성된 이물질 토출구(149)를 통해 하천연결수로(150)로 배출되어 하천으로 빠져나가게 된다. 위와 같이 이물질들은 침전을 하지 못하게 되므로 스폰지(144)는 막히지 않게 된다.
더욱더 2차 필터링부(140)의 제1필터(141)를 걸쳐 제2필터(143)로 떨어지는 흙탕물에는 5mm이하의 나무 부스러기등과 같은 물에 뜨는 부유물만 있고 모래가 없는 상태이기 때문에 제2필터(143)가 더욱더 막히지 않기 때문에 효과적으로 걸러낼 수 있게 되는 것이다.
따라서, 제2필터(143)를 통과하여 인공함양 배수로(300a)로 주입되는 물은 순수한 흙탕물만 주입하게 된다.
2차 필터링부(140)에는 이물질 수집부(148) 및 3단부(140c)에 연통되도록 배출구(149b)가 형성되어 있다.
배출구(149b)의 역할은 1단부(140a)및 2단부(140b)의 제2필터(143)가 막히게 되거나, 인공함양 배수부(300a)를 통해서 땅속으로 흡수되는 물보다 유출구(134)에서 유출되는 물의 양이 많을 때 넘치는 물은 배출구(149b)를 통하여 3단부(140c)에 모인 다음 인공함양 배수부(300b)를 통하여 대수층으로 인공함양된다.
2차 필터링부(140)의 1단부(140a)와 2단부(140b)에는 인공함양 배수부(300a)가 연결되어 있고, 3단부(140c)의 바닥에는 인공함양 배수부(300b)가 설치된다.
메인 필터링부(100)에 구비된 인공함양 배수부(300a, 300b)는 인공함양 배수부(300c, 300d)와 동일하게 구비되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
1단부(140a)와 2단부(140b)에 설치되는 인공함양 배수부(300a)는 3단부(140c)에 설치된 인공함양 배수부(300b)보다 짧게 구비되어, 물을 흡수층까지 인공함양시킨다. 3단부(140c)에 설치되는 인공함양 배수부(300b)는 물을 대수층까지 인공함양시킨다.
인공함양되지 않고 제2필터링부의 1단부(140a)와 2단부(140b)와 3단부(140c)를 통과하는 일부의 흙탕물과 이물질들은 하천연결수로(150)에 합류되는 하천 하류로 유출된다.
이러한 메인 필터링부(100)를 하천에 설치할 때에는, 1차 필터링부의 제2필터(130) 상부와 하천연결수로(150)의 상부에는 덮개를 구비하고, 덮개 상부에 녹지를 형성하여 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 시스템의 외관이 더욱 미려해질 수 있다.
모래 집수부(210)를 포함한 필터링 시스템을 메인 필터링부(100)에 연결하지 않고, 단독으로 상습 침수 지역 또는 하천이나 강이 없는 작은섬에 재해예방 및 수자원 확보를 위해 설치를 할 수 있다.
메인 필터링(100)을 활용하는 경우의 모래 집수부(210)의 역할은 제2필터(130)에 연결된 배송관(137)을 통해 메인 필터링부의 인공함양 배수부(300a, 300b)의 함양능력과 모래집수부 필터링부의 인공함양 배수부(300c, 300d)의 함양능력을 감안한 조절한 만큼의 흙탕물과 자갈, 모래를 관리하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 메인 필터링부 210 : 모래 집수부
211 : 격벽 220 : 제2집수부
230 : 필터링부 240 : 제1필터
250 : 제2필터 300a, 300b, 300c, 300d : 인공함양 배수부

Claims (1)

  1. 물에 포함된 모래를 퇴적시키는 모래 집수부;
    상부로 상기 모래 집수부를 통과한 물이 유입되고, 유입된 물을 필터링하는 필터링부;
    상기 필터링부를 통과한 물을 인공함양시키는 인공함양 배수부를 포함하며,
    상기 모래 집수부의 일측에는 차량 진입이 원활하도록 슬로프가 설치되어 있으며,
    상기 필터링부는 상기 모래 집수부를 통과한 물이 유입되는 유입구가 상부에 배치되어, 물에 뜨는 부유물이 포함된 흙탕물이 유입되고, 유입된 부유물을 필터링하는 인공함양을 위한 저류지 필터링 시스템.
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