인공강우 장치를 이용한 차세대 도시우수배수 시스템의 공학적 검증

염성일(Yeom, Seongil),안정규(Ahn, Jungkyu),이정민(Lee, Jeongmin),최인식(Choi, Insik),김용인(Kim, Yongin) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

지속가능한 개발을 위한 침투형 우수배수시스템의 환경성 및 경제성 평가

염성일(Seongil Yeom),이정민(Jeongmin Lee),최인식(Insik Choi),김용인(Yong In Kim),안정규(Jungkyu Ahn) 한국산학기술학회 2024 한국산학기술학회논문지 Vol.25 No.1

An urban drainage system is infrastructure to prevent urban inundation. Conventional drainage systems discharge surface runoff along road edges. This surface discharge method is the cause of various urban water circulation problems. An infiltration type rainwater drainage system (I.R.D.) was proposed to solve these problems. Despite the many studies on the flood reduction effect of I.R.D, economic and environmental evaluations have been unsuitable. In this study, the economic and environmental performance of the I.R.D system, O-shaped, and U-shaped channels were evaluated quantitatively. The greenhouse gas emissions of the three systems were calculated using the life cycle assessment (LCA) methodology. The environmental impacts and economic feasibility were estimated by conducting life cycle impact assessment (LCIA) and life cycle cost analysis (LCCA), respectively. The I.R.D. produced a significant reduction of greenhouse gas emissions with the least negative impacts on resource consumption, global warming, and ozone layer depletion. The LCCA confirmed the economic superiority of the I.R.D. by showing the cost savings across the acquisition, use, and disposal phases. The effectiveness of the I.R.D. for sustainable urban development and climate change adaptation was confirmed.

3차원 수치해석기법을 이용한 우수배수시스템 배수층의 체적공극과 투수도 결정

염성일(Seong Il Yeom),박성원(Sung Won Park),안정규(Jungkyu Ahn) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.8

최근 도시화로 인한 불투수면의 증가는 지표 유출수를 집수하여 배수하는 기존의 배수시스템의 부담을 증가시킨다. 이러한 방식의 우수배수시스템은 표면유출수와 함께 이송되는 각종 쓰레기, 낙엽, 등의 부유물질에 의해 배수면적이 감소하는 구조적 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근 새로운 형태의 배수시스템이 개발 및 적용되고 있다. 본 연구는 3차원 전산 유체역학 프로그램 중 하나인 ANSYS CFX를 이용하여 투수성 포장 하부에 위치한 배수층의 체적 공극과 투수도 결정을 위한 모의를 각각 수행하였다. 모의결과 35% 체적공극을 가진 배수층의 배수구 유속이 20%, 50%에 해당하는 배수층보다 큰 값을 보여 체적공극과 배수성능 사이의 상관관계는 없는 것으로 파악되었다. 투수도는 구성물질의 입경에 따라 결정되며, 5가지 조건을 모의하여 배수구 유속을 분석한 결과 입경 2 mm의 사질토가 사용성과 시공성 측면에서 가장 적절하다고 분석되었다. 본 연구는 배수층의 적절한 체적 공극과 구성물질의 입경을 제시하였고 이러한 조건을 갖는 배수층이 침수피해를 저감 및 방지의 측면에서 유리할 것으로 판단된다. The increase in impermeable pavement from recent urbanization has resulted in an increase in surface runoff. The surface runoff has also increased the burden of the existing drainage system. This drainage system has structural limitations in that the catchment area is reduced by the waste particles transported with the surface runoff. In addition, the efficiency of the drainage system is decreased. To overcome these limitations, a new type of drainage system with a drainage layer was developed and applied. In this study, various volume porosity and permeability of the lower drainage layer were simulated using ANSYS CFX, which is a three dimensional computational fluid dynamics program. The results showed that the outlet velocity of the 35% volume porosity was faster than that of the 20% and 50% cases, and there was no relationship between the volume porosity and drainage performance. The permeability of the drainage layer can be determined from the particle size of the material, and a simulation of five conditions showed that 2 mm sand grains are most suitable for workability and usability. This study suggests appropriate values of the volume porosity and particle size of the drainage layer. This consideration can be advantageous for reducing and preventing flood damage.

정수기 폐필터를 이용한 자원순환형 침투형 집수정 개발

김정건 ( Junggun-kim ),염성일 ( Seongil-yeom ),김용인 ( Yongin-kim ),김세훈 ( Sehun-kim ),공윤정 ( Younjung-kong ),신유정 ( Yujeong-shin ),이도균 ( Dogyun-lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

도시화와 산업화로 인한 지표면의 불투수 면적율 증가는 자연적 물순환을 저해시켜 도시 홍수, 지하수위 저감 등의 문제를 지속적으로 야기하고 있다. 이러한 문제를 직·간접적으로 해소하기 위해 표면 유출수를 제어 배수하는 우수배제 시스템이 활용되고 있으나, 기존의 시스템은 급격하게 발생하는 유출수를 적절히 배수하지 못하여 도시 홍수 효율적으로 제어하기에는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 표면유출수의 침투를 이용한 우수배제 시스템이 활발히 연구 개발되고 있다. 침투형 우수배재 시스템은 기층, 보조기층, 필터층, 포장 층으로 구성되며 포장의 경우 아스팔트 콘크리트에 비해 투수성이 큰 투수블럭, 투수 콘크리트 등을 사용한다. 침투를 이용한 우수배제 방식은 포장과 필터층의 공극을 이용한 수질개선 효과가 있음이 입증된 바 있다. 국내 가정용 정수기 보급의 확대에 따라 연간 40,000 톤 이상의 필터 폐기물이 발생하고 있으며 향후 그 폐기량이 지속적으로 증가할 것으로 예상되며, 정수기 필터는 사용기간에 따라 수집되며 전량 소각 또는 매립 등의 고비용 후처리를 통해 폐기되는 실정이다. 이를 저비용으로 재활용하여 효율적으로 자원재순환을 적용시키기 위한 다양한 연구가 필요한 상황이며, 정수기 폐필터의 카본블록을 활용하여 빗물 집배수 장치를 단일 여과 저리 시설로 전환하여 빗물 재이용수를 확보하는 설계, 특허 및 선행연구는 전무한 실정이다. 정수기 폐필터를 이용한 집수 시스템의 경우 정수기 필터에서 가장 많이 폐기되는 카본 블록필터를 목적에 맞게 변형하여 유기화학물, 냄새, 잔류 염소 등을 흡착 제거하여 중수 이상의 수질 확보가 가능하다. 위와 같이 정수기 폐필터를 침투형 우수배제 시스템에 적용할 경우 빗물을 중수이상의 수질로 정화하고 이를 조경수, 화장실 용수 등으로 빗물 자원의 재사용이 가능한 기술이며, 정수기 폐필터 카본 블록을 활용하여 폐자원의 순환이 가능한 기술이다.

침투를 이용한 우수배수를 통해 비점오염원을 저감하는 집수정에 관한 연구

김정건 ( Junggun Kim ),염성일 ( Seongil Yeom ),김용인 ( Yongin Kim ) 한국물환경학회 2021 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2021 No.-

폐필터를 이용한 도시형 자원순환 집배수시스템 적용에 관한 연구

김정건 ( Jung Gun Kim ),염성일 ( Seong Ii Yeom ),노영일 ( Young Ii Noh ),김용인 ( Yong In Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

월류에 의한 제방 붕괴를 지연시키기 위한 보강재의 배치 방안

이정민(Jeongmin Lee),최인식(Insik Choi),염성일(Seongil Yeom),안정규(Jungkyu Ahn) 한국산학기술학회 2024 한국산학기술학회논문지 Vol.25 No.1

The frequency of rainfall and the intensity are increasing under climate change conditions. The increase in inflow causes a discharge exceeding the storage and spillway capacity of reservoirs. Discharge exceeding the capacity of the structure induces overtopping, a dominant cause of levee collapse. Various reinforcement methods were applied to increase the stability of the levee. The installation of levee reinforcement is one of the methods to increase the stability of the levee. A study on the reinforcement installation is necessary to evaluate the delay effect of collapse with respect to the reinforcement and its arrangement. In this study, physical experiments were conducted to evaluate the delay effect of collapse with respect to the reinforcement. For the experiment, a soil embankment was constructed in a water tank. A constant discharge was supplied to the embankment, and a spillway was constructed to induce overtopping. Reinforcements were placed on the levee to compare the time for collapse and reaching the collapse stage according to the reinforcement arrangement. As a result, the embankment with reinforcement required more time to collapse than that without. The optimal arrangement of reinforcement was determined by comparing the difference in the collapse depth and stage over time.

하상보호공 직하류부 세굴공의 난류양상에 관한 수치해석적 연구

이재룡(Jaelyong Lee),박성원(Sung Won Park),염성일(Seongil Yeom),안정규(Jungkyu Ahn) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.5

강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세굴현상이 발생한다. 이와 같은 국부세굴은 흐름방향 경계지점의 흐름 및 난류특성과 하상토의 재질 등에 지배적이며, 시간의 경과에 따라서 점차적으로 위험할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이동상 모형실험을 통해 분석된 시간변화에 따른 하상보호공 하류부 국부세굴공 내부의 난류성분을 3차원 수치해석모형인 OpenFOAM의 적용결과와 비교하고 국부세굴공발달의 주요인자라고 알려져 있는 수심적분된 상대난류강도 값의 흐름방향별 분포를 분석하였다. 또한 이 결과와 함께 하상전단응력 및 Shields parameter와 비교하여 세굴공의 안정화에 대하여 분석하였으며 추가적으로 초기 난류유입조건을 변화시켜 그 결과를 비교하였다. 그 결과 세굴공의 최대발생깊이는 유속의 크기보다는 오히려 수심 적분된 상대난류강도의 크기에 따라 지배적으로 발달하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해서 향후 하상보호공 하류부에서 발생 가능한 국부세굴공을 저감하거나 방지하기 위해서는 수심 적분된 상대난류강도를 조절할 수 있는 설계나 시공 혹은 수문조절이 필요할 것으로 사료된다. Where hydraulic structures are to be installed over the entire width of a river or stream, usually a bed protection structure is to be installed. However, a local scour occurs in which the river bed downstream of the river protection system is eroded due to the influence of the upstream flow characteristics. This local scour is dominant in the flow and turbulence characteristics at the boundary of the flow direction and in the material of the bed materials, and may gradually become dangerous over time. Therefore, in this study, we compared the turbulence patterns in the local scour hole at the downstream of the river bed protection with the results of the analysis of the mobile bed experiment, and compared with the application of OpenFoam, a three dimensional numerical analysis model. The distribution of depth-averaged relative turbulence intensities along the flow direction was analyzed. In addition to this result, the stabilization of scour hole was compared with the bed shear stress and Shields parameter, and the results were compared by changing the initial turbulent flow conditions. From the results, it was confirmed that the maximum depth of generation of the three-stage was dominantly developed by the magnitude of depth-averaged relative turbulence intensity rather than the mean flow velocity. This result also suggests that design, construction or gate control are needed to control the depth-averaged relative turbulence intensities in order to reduce or prevent the local scour faults that may occur in the downstream part of the bed protection.

사면 특징에 따른 월류 붕괴양상 분석

최인식(Choi, Insik),안정규(Ahn, Jungkyu),염성일(Yeom, Seongil),이정민(Lee, Jeongmin) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

가정용 정수기 폐필터 재활용 동향에 관한 연구

신유정 ( Yu Jeong Shin ),김용인 ( Young In Kim ),김정건 ( Jung Gun Kim ),염성일 ( Seong Il Yeom ),이도균 ( Do Gyun Lee ) 한국물환경학회 2021 한국물환경학회지 Vol.37 No.5

The use of water purifiers has been increasing every year due to increased drinking water safety concerns raised by the water pollution accidents occasionally reported. Currently, more than 10 million water purifiers have been distributed in Korea, and the estimation of the purifier sales reaches two million units per year. As a result, the number of used water purifier filters that must be replaced on a regular basis has gradually increased. However, regardless of the considerations for the capacity of used filters remaining, water purifier filters were replaced and collected at regular intervals. The high cost of disposal of the used filters by landfill or incineration were required. Thus, in this study, the current status and trends of recycling technologies for used water purifier filters were reviewed. It is noted that there was insufficient statistical data to understand the current status of the difference between the number of used water filters discarded and the number of those recycled. Most studies on the recycling of old water purifier filters have concentrated on pretreatment and cleaning methods for sediment filters and membrane filters, with the goal of extending the lifespan of used filters. Further, the study suggested future study directions on the recycling of used water purifier filters, which could be useful information on establishing environmental policy to promote the recycling of used filters.