노후관로의 비굴착 전체보수에서 화재 예방, VOCs 배출 저감 및 에너지 저소비형의 새로운 UV 광경화 공법 개발

김철식 부산대학교 대학원 2025 국내박사

국내 하수관로의 주요 문제는 대부분 노후화 및 열화 (deterioration)에 따른 파손 등 결함이 발생하여 하수에 의한 토양 및 지하수 오염뿐만 아니라 지반침하 (싱크홀, sinkhole) 사고 발생이 빈번하다는 것이다. 환경부는 2015년 기준으로 시공 20년 이상 경과된 하수관로 15,600 km 구간에 대해 정밀조사를 실시하여 파손 등의 중대 결함으로 동공 (cavity) 발생 가능성이 높은 76,000개소 (4.9개/km)와 균열·누수 등의 소규모 일반 결함 233,000개소 (15개/km)를 발견하였다. 따라서 환경부는 긴급보수 대상 하수관로를 선정하고 ‘지반침하 대응 노후 하수관로 정비대책’을 마련하였다. 구조적 결함을 가진 하수관로의 보수는 1990년대 이후 비굴착 공법 (trenchless rehabilitation)이 주류를 이루고 있다. 비굴착 공법은 공사기간 단축, 교통 통제 및 소음과 분진 피해 저감, 지장물 파손과 안전문제 감소 등의 장점을 가지고 있다. 비굴착 공법은 튜브 라이너 (tube liner)의 유연성과 가공성이 우수하고, 보관 및 운반성도 뛰어난 현장 경화관 (cured in place pipe, CIPP) 방식을 대부분 이용하고 있다. 그러나 초기의 열경화 기술은 CIPP의 낮은 강도, 긴 시공시간, 대형 보일러와 물탱크 소요, 연료 다량 소모 등의 문제점이 있어 2000년대 이후 UV 광경화 (UV photo-curing) 기술이 개발되어 현장에 적용되기 시작하였다. UV 광경화 기술은 고강도 유리섬유 강화 튜브 라이너 이용, 경화시간을 포함한 전체 시공시간 단축, 튜브 라이너의 사전 제작 및 장기간 실온 보관 가능, 에너지 사용량 저감 등의 장점을 가지고 있다. 그러나 기존의 UV 광경화 기술을 이용한 CIPP 시공은 작업준비 (Preparation), UV 광경화 (UV photo-cring), 냉각 (Cooling), 작업마무리 (Finish) 등 전체 작업 시간 (Total working times)에 대해 디젤발전기를 연속 가동함에 따라 에너지의 과도한 소비 및 온실가스 발생량 증가의 문제점을 안고 있다. 고강도 GRP-CIPP의 튜브 라이너 제조에는 다양한 종류의 수지 (resin)와 유기 용매가 사용됨에 따라 UV 광경화 과정에서 VOCs가 고농도로 유출되어 주변 환경과 작업자의 건강에 위해를 줄 수 있는 문제가 제기되었다. UV 광경화를 이용한 GRP-CIPP 시공과정의 다른 문제점은 고열의 UV 램프와 인화성 수지가 함침된 GRP-CIPP 사용으로 화재 위험성 증가한다는 것이다. 본 연구는 안전하고 환경친화적이면서도 시공 품질을 높일 수 있는 UV 광경화 기술을 개발하고 실증하기 위해 다음의 연구 내용을 수행하였다. 기존 UV 광경화 기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 요소기술로써, 전체 보수관에 인가되는 하중을 수용할 수 있는 두께가 최적화된 고강도 GRP-CIPP의 개발과 제조, 에너지 사용량 및 온실가스 배출 저감과 시공 시간 단축을 위한 하이브리드 전원공급 시스템 개발, UV 광경화 과정에서 CIPP를 통해 배출되는 고농도 VOCs를 저감할 수 있는 VOCs 배출 저감형 GRP-CIPP (Low level VOCs CIPP, LV-CIPP) 개발, 그리고 불연성 공기 변환 시스템 (Non-Combustible Air Conversion System, NCACS)을 이용한 화재 예방 장치 개발 등을 수행하였고, 이에 대한 성능을 지상 시험 시공 및 현장 시공을 통해 평가하고자 하였다. 본 연구는 기존 UV 광경화 기술이 가진 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 하이브리드 전원공급 시스템 개발과 적용에 따른 UV 광경화 공법의 시공시간 단축, 연료사용량 저감, 온실가스 저감의 목표를 달성하고자 하였다. 또한 LV-CIPP 개발 및 적용을 통한 VOCs 배출 저감, 그리고 불연성 공기변환 시스템 개발 및 질식소화 조건 형성을 통한 화재 예방이 가능한 환경친화적이고 안전한 UV 광경화 시스템을 완성하고자 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 고강도 GRP-CIPP의 개발 및 적용 본 연구를 통해 개발된 UV 광경화용 100% 유리섬유 강화 튜브 라이너의 굴곡강도 (flexural strength)와 굴곡탄성율 (feexural modulus)은 각각 236.3 MPa과 10.5 GPa이었다. 이는 KS M3550-9의 기준인 30 MPa과 1.7 GPa의 각각 7.88배 이다. 또한 내화학성 평가에서도 질산, 인산, 황산에 대한 국가표준 (KS M3550-9)인 초기 굴곡탄성율의 80% 이상 대비 각각 93.3%, 92.0%, 90.7%로 크게 높은 값을 나타냄으로써 시공 품질 향상과 시공 후 수명 연한도 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. (2) 하이브리드 전원공급 시스템 개발과 적용을 통한 시공시간 단축과 온실가스 저감 현장 시공의 안정적인 작업 수행을 위한 하이브리드 전원공급 시스템 개발과 적용으로 UV 광경화 지상 시험 시공을 보수관경 D250, D600 그리고 D1,500에 대해 실시하였으며, UPS와 배터리, UV lamp, UV 광조사장치의 sensors, 경화관 내 CCTV, PLS, 터치 모니터, 제어 프로그램 등이 정상 가동됨을 확인하였다. 그리고 UV lamp 점등, 광경화, 마무리까지의 시공시간이 각각 9, 11, 19 min이 소요되었고, 광경화 시공후 보수관 품질도 우수한 것으로 나타났다. 하이브리드 전원공급 시스템에 의한 시공시간 단축 및 온실가스 저감 평가를 위한 현장시공을 D600 현장 경화관의 50 m 구간에 대한 전체 작업시간 평가에서 Praperation (준비단계) 55 min, UV photo-curing 51 min, Finish (마무리) 15 min으로 전체 작업시간은 총 121 min이 소요되었으며, 이는 기존 UV 광경화 공법에 비해 작업시간이 크게 단축된 것이다. 또한 UV 조사장치 삽입과 packer 체결 작업이 지상에서 수행됨에 따라 시공 안전성이 크게 향상되었다. 그리고 하이브리드 전원공급 시스템으로 연료 사용량을 크게 절감함으로써 시공 과정에서 CO2 배출량은 기존 열경화 공법 배출량의 0.9~1.1%, 기존 UV 광경화 공법 배출량의 10.5~35.9%에 불과하였다. (3) GRP-CIPP의 두께 최적화와 LV-CIPP를 이용한 VOCs 배출 저감 하수관로의 비굴착 전체보수에서 사용하는 현장 경화관 CIPP 두께는 지하수압, 토압, 활하중 모두 고려하여 산정되는데, 산정식에 의한 GRP-CIPP의 두께는 필요조건을 모두 만족하였고, 뿐만 아니라 굴곡강도와 굴곡탄성율이 국가 표준 조건인 KS M 3550-9의 30.0 MPa과 1.7 GPa 대비 각각 780% 이상과, 670% 이상으로 높게 나타남으로써 시공 안정성 및 시공 품질을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 시공 과정의 유해가스 배출 차단을 위해 PE에 함침된 유리섬유 시트의 내외부에 가스 차단막 및 UV 차단막을 설치된 LV-CIPP를 개발 및 제조하였고, 이를 이용한 LV-CIPP의 UV 광경화 시공에서 관경 1,500 mm의 대형관에 대해서도 내부의 스티렌 농도는 최대 30.1 ppm으로 나타나 우리나라 단기 기준 노출 조건과 미국 OSHA 작업환경기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 300 mm 관경에 대한 CIPP 경화 단계에서 LV-CIPP는 기존 열경화 방식의 G-CIPP 대비 배출되는 스티렌 농도가 약 0.87% 수준에 불과함으로써 작업자 및 시민 건강에 대한 유해 위험성을 크게 저감시킬 수 있을 것이다. (4) 불연성 공기변환 시스템 개발과 적용을 통한 UV 광경화 과정의 화재예방 UV 광경화 기술은 기존 열경화가 가지고 있던 여러 문제점을 해결하였지만, 시공 과정에서 UV 램프의 고온 조건 형성에 따른 화재 발생 문제가 상존하였다. 이에 본 연구는 불연성 공기변환 시스템을 개발하여 지상 시험시공 및 현장시공을 통해 CIPP 내부 유입 및 외부 유출 가스 (공기)의 산소 농도가 질식소화 조건을 충분히 만족한다는 것을 실증하였고, 따라서 향후 GRP-CIPP의 UV 광경화 시공에서 화재 위험을 크게 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다.

SMG-SWMM 통합모형의 개발을 통한 새만금 간척지구의 유출 및 수위해석 연구

고보성 건국대학교 대학원 2010 국내박사

새만금 간척지구는 동진강과 만경강 하구의 바다에 방조제를 축조하여 조위를 차단하고, 간척지 내부는 매립을 하여 토지와 담수호를 조성하는 대단위 간척사업지구로, 방조제와 배수갑문을 설치하는 외곽시설사업과, 내부토지와 담수호를 조성하는 내부개발사업으로 구분하여 추진되고 있다. 외곽시설사업은 방조제와 배수갑문을 설치 완료하였으며, 내부개발사업은 2010년부터 방수제 공사를 시작으로 2020년까지 내부토지 283와 담수호 118(68,197만)가 개발될 예정이다. 내부개발이 완료된 후 새만금지구의 수계양상은 자연유역과 도시유역이 혼재되고, 바다의 조위의 영향을 받으면서 복수의 하천과 담수호, 제수문 그리고 배수갑문이 연결되어 있는 복잡한 네트워크 위상구조를 가지게 되나, 지금까지의 해석방법은 자연유역과 도시유역의 유출모의와 네트워크 위상구조를 가진 복수의 수계, 그리고 하류단에 복수의 배수갑문이 설치되어 있는 대규모 간척지구를 대상으로 부정류 해석에 적용하기에는 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 도시유역에서 유출 및 수위해석 기능과 Network 분석 기능을 제공하는 SWMM 모형의 수리해석부에 배수갑문 흐름모의 기능을 보강하고, 유출모의부에 Clark 단위도법, SCS 합성단위도법, Nash 모형 등 자연유역 유출모형을 추가하여, 통합모형인 SMG-SWMM 모형을 개발하였으며, 적용성을 검토하기 위하여 새만금지구를 대상으로 내부개발이 완료된 후 내부토지의 유출모의와 수계의 네트워크 모의 그리고 수계를 연결 또는 분리하는 제수문의 규모 검토 및 생태환경용지의 저류지 모의를 수행하였다. SMG-SWMM 모형으로 동진수계와 만경수계를 분리하여 첨두홍수위를 모의한 결과 배수갑문지점에서 첨두홍수위는 동진수계가 EL.+1.31m, 만경수계가 EL.+1.27m로 모의되었으며, 기존의 모델로 모의한 결과보다 4~5cm 낮게 나타났다. 결과치에 대한 평균제곱근오차(RMSE)는 0.017 ~ 0.020으로 잘 일치하였다. 동진수계와 만경수계를 연결하여 양 수계를 Network 조건으로 모의한 결과 배수갑문지점에서 첨두홍수위는 동진수계가 EL.+1.15m, 만경수계가 EL.+1.21m로 모의되었으며, 기존의 모델로 모의한 결과보다 5~11cm 낮게 나타났다. 결과치에 대한 평균제곱근오차(RMSE)는 0.026~0.034로 비교적 잘 일치하였으며, 통합모형이 새만금지구의 내부개발 후에 달라지는 수리․수문학적 요인을 잘 반영하고 있는 것으로 판단되었다. 본 연구를 통해 개발된 SMG-SWMM 모형을 적용하여 새만금지구내 자연유역과 도시유역 유출모의, 생태환경용지의 저류지 모의, 복수의 수계와 배수갑문이 연결된 수계 네트워크 모의를 실시한 결과 적용성이 있는 것으로 판단되며, 내부개발지에 대한 단지별 계획이 수립된 후 단지별 하수관거, 배수로 등 세부 모델링을 추가하면 단지별 배수위 해석 및 침수분석이 가능하여, 새만금지구 유출 및 수위해석 통합모형으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다. Saemangeum reclamation district is a large-scale reclamation project district that constructs sea dike in order to block the tide in the mouth of Dongjin and Mangyeong river, and creates the internal land and lake to reclaim the inner part of the sea dike. It is promoted separately with outside facility project to construct sea dike and sluice gate, and internal development project to create the internal land and lake. Outside facility project is completed with sea dike and sluice gate until the present. Internal development project will be developed with embankment construction at first in 2010 and 283㎢ of the internal land and 118㎢ of the fresh water lake by 2020. After the completion of internal development, the water system is composed of complicated network topology that is mixed with rural area and urban area, and is connected with multiple rivers, the fresh water lake, blocking gate and drainage sluice gate being influenced by the tide. But the previous analysis method had limitations for application of unsteady flow analysis in the case of large-scale reclamation district where is mixed of rural and urban areas, and has multiple water systems with network topology, and has multiple sulice gates established in estuary. The final goal is to alter the SWMM model that basically provides function of urban area runoff and water level analysis in network topology water system to the SMG-SWMM which can perform rural area runoff and flow simulation with sluice gate in order for application to the large-scale reclamation district. In order to verify the SMG-SWMM model, the runoff simulation of inner land and the network simulation of water system were performed after a period of internal development. Also, the suitable scale review of sluice gates which are connecting or separating water system, and detention facility simulation of the ecological and environmental complex area were performed. The peak flood water level is simulated by using SMG-SWMM model that separates Dongjin water system and Mangyeong water system. The results were that the peak flood water level at sluice gate point is EL 1.31m in Dongjin water system and EL 1.27 in Mangyeong water system and were 4~5cm lower than in the previous model survey. And as a result of simulation on condition that Dongjin water system and Mangyeong water system is connected, the peak flood water level at sluice gate point is EL 1.15m in Dongjin water system and EL 1.21 in Mangyeong water system and these were 5~11cm lower than in the previous model survey. The root mean square error(RMSE) of results is 0.026~0.034, that matches comparatively. The integrated model is estimated that reflects well various hydraulic and hydrological factors changed after the completion of internal development in Saemangeum district. In this study, SMG-SWMM is estimated that it has applicability as the results of runoff simulation in both rural area and urban area, retention ability simulation of ecological and environmental complex, simulation of multiple water systems connected by sluice gate. After the complex plan for the internal land is established, it is expected to be a integrated model for runoff and water level analysis in Samangeum district if it is possible to analyze water surface profile and inundation by adding details as sewage pipes, drainage channels, etc.

Bentonil-WRK 벤토나이트 기반 혼합 뒤채움재의 팽윤압 및 수리전도도 특성

유준상 부산대학교 대학원 2026 국내석사

원자력 발전소 가동 후 발생하는 고준위 방사성 폐기물의 영구 처분 방안으로 심도 약 500 m 암반에 터널을 굴착하여 폐기물을 격납·밀봉하는 심층 처분 시스템이 고려되고 있다. 심층 처분 시스템은 처분용기, 완충재 및 뒤채움재로 구성된 공학적 방벽과 주변 암반으로 구성된 천연 방벽으로 분류되며, 이러한 다중 방벽 시스템은 폐기물이 반감기를 거쳐 인체에 무해한 수준에 도달할 때까지 지하수 이동 및 핵종의 유출을 지연시키는 것을 목표로 한다. 공학적 방벽재 중 하나인 뒤채움재는 뒤채움 터널 내부에 설치되어 지하수 유입 시 팽윤을 통해 터널 내부 공간을 충진하고, 지하수 및 방사성 핵종 이동 경로를 차단하며, 완충재의 융기 및 변형을 억제하여 장기 구조적 안정성을 확보하는 역할을 수행한다. 이러한 뒤채움재의 장기 건전성은 팽윤압과 수리전도도 물성을 통해 평가 가능하다. 한편, 심층 처분 환경에서는 지하수의 화학 조성, 터널 내부의 온도 변화 및 암반 풍화에 따른 광물조성 변화 등 다양한 외부 요인이 장기간 작용하므로, 뒤채움재의 물성은 초기 재료 변수 조건뿐만 아니라 처분 환경 변수 요인에 따른 장기 거동 특성을 복합적으로 고려해야 한다. 즉, 뒤채움재의 성능은 설계 변수와 처분환경 변수의 상호작용에 따라 영향을 받을 수 있으며, 이에 따른 팽윤압 및 수리전도도 변화 특성의 정량적 검토가 요구된다. 본 연구에서는 한국형 심층 처분 시스템 내 활용될 예정인 Ca-벤토나이트(Bentonil-WRK) 기반 규사 혼합 뒤채움재를 대상으로, 팽윤압과 수리전도도 특성을 재료 변수와 처분환경 변수에 따라 평가하였다. 재료 변수로는 건조밀도, 벤토나이트 배합비, 초기 함수비 및 규사 입도 분포를 설정하였으며, 처분환경 변수로는 온도, 해수조건 및 카올리나이트 침투 조건을 영향 요인으로 적용하였다. 특히 카올리나이트 침투 조건은 화강암을 기반암으로 하는 처분 시스템에서 장기 지하수 이동과 풍화에 의해 비팽윤성 점토광물이 뒤채움재 내부로 유입될 가능성을 고려한 시나리오로, 기존 연구에서 다루지 않았던 외부 환경변수라는 점에서 의의가 있다. 실험 결과 Bentonil-WRK 기반 뒤채움재는 건조밀도 및 벤토나이트 함량 증가에 따라 팽윤압이 증가하고 수리전도도는 감소하는 경향을 보였으며, 이는 선행 연구와 일치하였다. 또한 온도 상승, 해수 조건 및 카올리나이트 침투 조건에서는 팽윤압 감소 및 수리전도도 증가 경향이 나타나 외부 환경 요인이 뒤채움재의 장기 물성에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 추가적으로 본 연구에서는 변수 조합에 따른 시험 결과를 기반으로 유효 건조밀도를 적용한 Bentonil-WRK 혼합 뒤채움재의 설계 기준을 제시하였다. 본 연구 결과는 한국형 심층 처분 시스템의 설계 조건 정립 및 뒤채움재 장기 거동 예측 모델 구축을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Deep disposal system has been considered as a permanent disposal option for high-level radioactive waste, in which disposal tunnels are constructed in bedrock at a depth of approximately 500 m. This system consists of an engineered barrier system, including canisters, buffer, and backfill with the surrounding host rock as a natural barrier, aiming to delay groundwater flow and radionuclide migration over long time periods. Backfill material plays a critical role in ensuring the long-term performance of the disposal system by swelling upon groundwater infiltration to fill tunnel voids, reduce hydraulic conductivity, and maintain structural stability. Its performance is commonly evaluated based on swelling pressure and hydraulic conductivity. However, in deep disposal system environments, backfill materials are exposed to various long-term environmental factors, such as groundwater chemistry, temperature variation, and mineralogical changes caused by host rock weathering. Therefore, both material parameters and disposal environmental conditions should be considered in performance evaluation. In this study, the swelling pressure and hydraulic conductivity of silica sand–mixed backfill material based on Ca-bentonite (Bentonil-WRK), proposed for the Korean deep geological disposal system, were investigated. The effects of material parameters (dry density, bentonite mixing ratio, initial water content, and sand particle size distribution) and disposal environmental parameters (temperature, saline conditions, and kaolinite infiltration) were evaluated. The results indicate that increasing dry density and bentonite content leads to higher swelling pressure and lower hydraulic conductivity, consistent with previous studies. In contrast, elevated temperature, saline conditions, and kaolinite intrusion result in reduced swelling pressure and increased hydraulic conductivity, demonstrating the influence of disposal environmental factors on long-term backfill performance. Based on the experimental results, design criteria for Bentonil-WRK–based mixed backfill material were proposed using the concept of effective dry density.

동화댐의 환경용수량 산정

이상윤 건국대학교 대학원 2008 국내석사

최근 환경친화적인 도시 공간 마련 또는 생태공원 및 친수환경 조성에 대한 국민의 기대가 높아지는 등 자연환경 및 생활환경 개선을 위한 용수, ‘환경용수’ 의 도입 필요성이 제기되고 있다. 또한 물이 부족한 우리나라에 있어 기존 수리시설물에 저장된 용수를 최대한 활용하는 것은 부족한 수자원의 효율적인 사용으로 매우 중요한 사항이다. 본 연구는 환경용수의 개념을 정립하고 비교적 수량이 풍부한 대상지구의 여유수량을 산정하였다. 또한 계획공급량 이외의 추가공급 가능량을 환경용수로 판단하여 대상지구에 활용하고 가치를 판단하는 등 용수이용률 제고에 관하여 연구하였다. 환경용수는 하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 해당 하천에 흘러야 할 최소의 유량인 하천유지용수와 구분하였다. 또한, 환경용수는 농촌지역 수변공간의 경관 및 기능보전 또는 수변공간 중의 산책, 스포츠, 물놀이, 낚시 등 레크리에이션을 통한 심리적, 정서적 만족을 얻을 수 있는 용수로 판단하였다. 댐 건설당시 계획된 관개수량과 기타용수량 이외에 발생하는 추가적인 여유수량을 산정하기 위하여 동화댐의 최소 확보 저수위를 사정하였으며, 이를 통해 추가공급 가능량을 산정하였다. 생활ㆍ공업용수와 하천유지용수의 이용률을 높여 동화댐의 물수지 분석결과, 1998년부터 2005년까지 평균 15,297×10³m³ 의 추가공급 가능량이 발생하였다. 강우량이 가장 많았던 2003년에 36,581×10³m³ 로 가장 많은 추가공급 가능량이 발생하였고, 극심한 가뭄해인 2001년과 2002년에는 용수공급에 어려움이 있는 것으로 분석되었다. 환경용수의 대표적인 사례인 청계천을 간접비교하여 추가공급 가능량의 가치를 측정한 결과, 1998~2005년까지 총 8개년의 평균 추가공급 가능량은 41,910m³/일로 하루 83만원, 연간 약 3억3백만원의 가치가 있는 것으로 나타났다. 또한 한국농촌공사 전국지사 평균 용수단가 68.81원/㎥를 기준으로 하였을 경우에는 연간 약 10억 5천만원, 수자원공사 댐용수 단가 47.7원/㎥를 기준으로 하였을 경우는 약 6억 4천만원의 가치가 있는 것으로 분석되었다. 동화지구는 2010년을 목표연도로 하여 수변공원조성사업을 계획하고 있으므로, 앞으로 수변공원조성사업의 각 시설물에 공급할 동화댐의 추가공급 가능량은 모두 환경용수량이라 할 수 있으며, 댐에서 환경용수량이 차지하는 비중은 더 커질 것이다. 따라서, 향후 연구에서는 환경용수 개념의 정립과 소규모 댐에서 환경용수량을 산정할 수 있는 구체적인 기준의 정립이 이루어져야 한다. There is a recent surge in national expectation of establishing environment-friendly urban spaces or ecological parks and aquatic environments, as part of the needs to implement using water, i.e., "environmental water," to improve natural and residential environments. This, considering Korea is one of the countries with water shortage, maximization of utilizing water stored in current water facilities is crucial, corresponding to efficient use of the insufficient resource. The purpose of this study was to re-define the definition of environmental water and estimate water storage (allowance) of the target area where water resource is relatively sufficient. Additionally, this study examined the ways to raise water usage rates, i.e., regarding not only the planned supply but also the additional supply available as environmental water, designing and evaluating ways to utilize such for the targe area. This researcher differentiated environmental water from the river management flow referring to the minimum amount of water flow to be present in a river to maintain its normal functioning and condition. Environmental water was also regarded as the water, utilization of which includes agricultural areas' aquatic space aesthetics and functioning preservation or recreation activities including walking, sports, water activities, fishing, etc. to ensure residents' psychological and emotional satisfaction. To estimate the additional water storage generated in addition to the irrigation water and the water for other purposes planned at the time of the dam construction, the minimum water level guaranteed of the Dongwha Dam was calculated, upon which the additional water supply available was estimated. The results of analysis of the Dam's water balance by increasing the usage rates of residential and industrial water and water management flow showed that from 1998 to 2005, mean additional supply available was 15,297×10³m³, with 36,581×10³m³ in 2003, where the largest rainfalls were present, demonstrating the largest amount of additional water supply available. Analysis also showed that there were difficulties with water supply in 2001 and 2002, where severe drought took place. Via indirect comparison of the Cheonggyecheon River, a representative case of environmental water, and calculation of the value of the additional supply available, this researcher found out that from 1998 to 2005, mean additional supply available for the eight-year period was 41,910m³/day, corresponding to 830,000 won per day and approximately 0.303 billion won per year. In addition, based on the mean water fee of 68.81won/㎥ adopted by national offices of the Korea Rural Community and Agricultural Corporation, the analysis resulted in the estimation amounting to about 1.05 billion won per year, and using 47.7won/㎥, the Korea Water Resources Corporation's dam water fee, to approximately 0.64 billion won. The Dongwha area, which is planning a waterside park installation project by 2010, all additional water supplied available to be provided for each facility of the project can be regarded as environmental water, with the percentage of environmental water for the Dam operation expected to increase further. Therefore, for future studies, establishment of specific standards is recommended that will allow for clear definition of environmental water and the estimation of environmental water in small-scale dams.

이수기 저수지 연계운영을 위한 의사결정지원시스템의 개발

김유진 고려대학교 2009 국내석사

The purpose of this study is development of decision support system(DSS) for optimal reservoir operation based on real-time hydrological data. This study include the present state of existing DSS for water management, development process, system design and construction, application in test-bed and system estimation. DSS in this study is consist of three major components; analysis model, database and graphic user interface. The analysis models contain continuous rainfall-runoff analysis model(SSARR), reservoirs system optimization and simulation models(CoMOM, KorSim) and water quality simulation model(Qual2e). Each individual model is interfaced with the others through the simulation model DB and shares required input or output data. Database is consist of a real-time DB, hydrological DB and a analysis model DB. The real-time DB is designed to acquire and store the data collected from the local monitoring networks. The hydrological DB is a DBMS that contains validated data, and static data saved in the DB. and the data in this DB is used input data for the modular modeling systems. The output from analysis model such as river flows, reservoir inflows and outflows, and ESP forecasts will be stored in the simulation model DB. The graphic user interface present temporal and spatial variations of water quantity and quality in the river basin and serve as a decision support tool for basin-wide water management. This decision support system as the coordinated multiple reservoir management system consider not only water quantity and water quality simultaneously, but also water use priority and maximization of water benefit and its systems optimal behavior under uncertainty. Finally the DSS was applied and tested in the Geum river basin. The technical framework of the DSS in this study was developed by support of the New Frontier Program (2001 - 2010) securing the additional water resources in a sustainable non-structural manner by developing and implementing advanced water management technology.

NbS 기반 도시환경 개선 효과 분석

문지현 부산대학교 대학원 2024 국내석사

기후변화와 도시화로 인하여 도시 침수, 하천 범란, 물순환 왜곡 등의 도시 문제가 발생하고 있다. 이러한 피해를 지속가능한 방법으로 생태계적 시스템을 활용하여 문제를 해결하고자 하는 NbS 기법에 관한 연구가 이루어지게 되었다. 본 연구에서는 NbS 기법 중 하나인 벽면녹화를 활용하여 도시환경 개선에 미치는 영향을 정량화하고자 하였다. 벽면녹화의 도시환경 개선 효과는 물순환, 수환경, 대기질 개선 효과로 이루어지며 각 성능을 검증하는 실험을 실시하였다. 벽면녹화의 물순환 개선 효과는 우수유출량 저감, 평형유출량 저감, 평형유출량 발생시간 지연, 총 유출시간 증가의 4가지 지표로, 수환경 개선 효과는 탁도와 농도의 저감의 2가지 지표, 대기질 개선 효과는 온도와 이산화탄소 저감의 2가지 지표로 분석하였다. 물순환 개선 효과 분석을 위해 강우강도 30, 50 70 mm/hr에 해당하는 유량을 1시간 동안 유입한 결과 우수유출 저감율 3.89 ~ 6.16%, 평형유출량 저감율은 2~6%, 평형유출량 발생 지연은 14~17분, 총 유출시간 지연 44~77분 증가하였다. 수환경 개선 효과 분석을 위해 250 ppm의 오염수를 120분에 걸쳐 유입시킨 결과, 평균 농도 저감률은 82.8%, 평균 탁도 저감률은 40.23%로 나타났다. 대기질 개선 효과 분석을 위해 온도와 이산화탄소 저감 실험을 실시하였으며, 실혐결과 온도는 6 ~ 9 ℃, 이산화탄소는 평균 14 ppm, 최대 44 ppm 저감되었다. 수행된 벽면녹화의 도시환경 개선 효과를 동시에 고려하는 3E 모델에 적용하여 분석한 결과 실험 시설은 강우강도 50 mm/hr, 오염물질 유입시간 60분, 평균 기온 23 ℃인 지역에 설치되었을때 가장 효과적인 시설로 분석된다. 시나리오 별 개선 효과를 분석하여 A, B, C등급을 부여하고 등급과 시나리오 간의 상관관계를 분석하였다. 대기질 개선 효과는 조건에 따른 변동성이 가장 작게 나타났으며, 수환경 개선 효과는 변동성이 크게 나타나, 벽면녹화 설치 시에 설치 대상지의 강우지속시간의 고려가 중요할 것으로 분석된다. Due to climate change and urbanization, the urban issues of flooding, river overflow, and distorted water cycles have occurred. This have led to research focusing on Nature-based Solutions (NbS) as sustainable approaches to mitigate these problems. In this study, the aim is to quantify the impact of green wall ,which is one of NbS method, in terms of improving the urban environment. The effects are calculated based on water circulation, water environments, and air quality by conducting experiments. Water cycle effect is measured by four indicators: runoff reduction, equilibrium runoff reduction, dequilibrium runoff occurrence delay, total runoff time increase. Water environments effect is measured by two indicators: reduction of ss concentration, turvidity. Air qualitys is measured by two indicators: reduction of temperature and CO2 concentration. The analysis of water cycle effect showed a reduction in stormwater runoff by 3.89% to 6.16%, a decrease in equilibrium runoff by 2% to 6%, a delay in the occurrence of equilibrium runoff by 14 to 17 minutes, and an overall extension of runoff time by 44 to 77 minutes under 30, 50, and 70 mm/hr. The analysis of water environments effect showed an average concentration reduction rate of 82.8% and an average turbidity reduction rate of 40.23%. The analysis of air quality effect showed a temperature decreases between 6 ℃ to 9°C and an average reduction of 14 ppm, with a maximum reduction of 44 ppm in carbon dioxide. Applying the 3E model, which considers water circulation, water environments, and air quality simultaneously to assess the urban environmental improvement effects of green wall, the study identified the most effective scenario is an area with a rainfall intensity of 50 mm/hr, 60 minutes of pollutant injection, and an average temperature of 23°C. Scenario-based analysis categorized improvement effects into grades A, B, C and examined the correlation between grades and scenarios. It was noted that air quality improvement exhibited the least variability based on conditions, while the improvement in the aquatic environment showed significant variability. The analysis suggested that considering the duration of rainfall is crucial when installing green wall.

아두이노 기반의 지반 구조물 기울기 및 수평변위 계측 시스템

황석 부산대학교 대학원 2026 국내석사

도시화에 따른 지상 공간의 포화로 인해 대심도 지하공간 개발과 같은 대규모 굴착 공사가 증가하고 있다. 그러나 굴착 공사 중 발생하는 응력 해방은 주변 지반의 변위를 유발하여 인접 구조물의 안정성을 저해하고, 붕괴와 같은 대형 사고를 유발할 수 있다. 이에 따라 지중 수평변위를 상시 모니터링하기 위한 계측 관리의 중요성이 대두되고 있으나, 기존의 상용 지중경사계는 높은 초기 도입 비용과 데이터 접근성 및 가공의 편의성이 부족하다는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 오픈소스 하드웨어인 아두이노(Arduino)와 MEMS 기반의 6축 IMU 센서(LSM6DS3)를 활용하여 경제적이면서도 신뢰성 높은 벽체 기울기 측정 시스템을 개발하였다. 센서에서 발생하는 신호 잡음을 보정하여 측정 정밀도를 확보하고자 다양한 필터링 기법을 적용하였으며, 단일 필터링 기법만으로는 지반 구조물 계측에 요구되는 정밀도를 충족하지 못함에 따라, 지수 가중 이동평균(EWMA), 상보필터(Complementary Filter), 칼만필터(Kalman Filter)에 의한 1차 보정값에 이동평균(MA)을 후처리로 결합한 조합 필터링 알고리즘을 제안하였다. 상용 정밀 계측 장비(DGSI Digitilt AT System)와의 비교 실험 결과, 제안된 시스템은 기준값 대비 1.5% ~ 2.0% 범위의 평균 절대 백분율 오차(MAPE)를 기록하여 높은 측정 신뢰성을 입증하였다. 나아가, 검증된 기울기 측정 모듈을 다중으로 직렬 연결하여 심도별 변위를 연속적으로 측정할 수 있는 지중 수평변위 계측 시스템을 구현하였다. 실내 환경에서 3 m 구간을 대상으로 수행한 성능 평가에서 본 시스템은 각 심도의 수평변위를 성공적으로 계측하였으며, 유선(Serial) 및 무선(Wi-Fi 웹 서버) 통신을 통해 실시간으로 데이터를 전송하고 모니터링하는 데 성공하였다. 본 연구에서 개발한 시스템은 기존의 고가 장비에 대한 경제적인 대안으로서, 향후 굴착 공사 현장의 지반 붕괴 사고 예방 및 상시 모니터링 체계 구축에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Due to the saturation of surface space caused by urbanization, large-scale excavation projects such as deep underground space development have been increasing. However, stress release during excavation can induce ground deformation in the surrounding soil, which may compromise the stability of adjacent structures and lead to major accidents such as collapses. Accordingly, the importance of instrumentation management for continuous monitoring of subsurface horizontal displacement has been emphasized. Nevertheless, conventional commercial inclinometers suffer from limitations including high initial installation costs as well as insufficient accessibility and flexibility in data processing. In this study, an economical and reliable wall inclination measurement system was developed using open-source hardware based on Arduino and a MEMS-based 6-axis IMU sensor (LSM6DS3). To improve measurement accuracy by mitigating sensor noise, various filtering techniques were applied. Since a single filtering method was insufficient to meet the accuracy requirements for geotechnical instrumentation, a combined filtering algorithm was proposed, in which the firststage outputs of the exponentially weighted moving average (EWMA), complementary filter, and Kalman filter were further processed using a moving average (MA) filter. Comparative experiments with a commercial high-precision inclinometer system (DGSI Digitilt AT System) demonstrated that the proposed system achieved a mean absolute percentage error (MAPE) within the range of 1.5%–2.0% relative to the reference values, thereby confirming its high measurement reliability. Furthermore, multiple validated inclination measurement modules were serially connected to implement a subsurface horizontal displacement monitoring system capable of continuously measuring displacement at different depths. Performance evaluation conducted over a 3 m section in a laboratory environment showed that the system successfully measured horizontal displacement at each depth and transmitted data in real time via both wired (serial) and wireless (Wi-Fi web server) communication. The developed system presents a cost-effective alternative to conventional high-priced instrumentation and is expected to contribute significantly to the prevention of ground collapse accidents and the establishment of continuous monitoring systems at excavation sites.

하향식 가스화 시스템을 이용한 목질계 바이오매스 합성가스 및 전력생산

심재훈 건국대학교 2019 국내박사

현대 급격한 산업발달로 인하여 화석연료가 점점 줄어들고 있어 신재생에너지의 필요성이 부각되는 가운데 목질계 바이오매스를 에너지화 하여 가스화를 통해 이용하는 것은 기존의 화석연료를 대체하는 환경 친화적인 재생에너지이다. 목질계 바이오매스를 에너지화 하여 엔진 발전의 연료인 합성가스를 생산하기 위해 가스화 방식을 선택하고 이를 실증규모로 구축하여 수행한 연구 결과이다. 가스화기 내부의 압력손실은 유속이 빠르고 적층높이가 클수록 증가하고 적층 높이가 깊어질수록 가스유속에 지배적이며 막힘(Bridging) 현상을 방지하기 위해서는 직경이 600mm이상이어야 할 것으로 판단되고 냉가스효율 및 탄소 전환율로 고려할 때 우드칩의 입자크기는 최소 2~3cm 이상의 크기를 갖는 것이 효율적일 것으로 판단된다. Steam을 산화제로 사용할 경우 CO 농도가 감소한 반면, H2와 CO2의 농도는 향상되어 수소농도의 향상으로 발열량의 증가가 예상되지만 상대적으로 CO가 감소하기 때문에 발열량에는 큰 차이가 없었다. 약 100가구 정도의 중․소규모 마을단위의 분산형 발전 시스템 적용을 위하여 하루에 20톤을 처리하여 약 500kW의 전력을 생산하는 가스화 발전 시스템을 구축하여 양질의 합성가스 생산을 통한 안정적인 엔진구동을 통하여 전력을 생산하고 이를 평가하였다. 가스화 시스템의 운전 특성을 분석하기 위하여 20톤/일급 가스화 실험을 진행하였으며 가스화기에서 소모되는 연료량, 합성가스 조성, 발열량, 냉가스효율, 탄소 전환율, 발전효율, 에너지효율 등을 측정한 결과 냉가스효율은 74.18%, 탄소 전환율은 76.56%로 산정되어 시스템의 효율이 매우 좋은 것으로 나타났고 타르 발생량은 매우 낮은 0.854g/Nm3 수준으로 나타났으며, 정제설비를 거친 최종 후단에서는 약 86mg/Nm3으로 측정되어 내연기관에 이용할 수 있는 타르 농도 허용치 범위 100mg/Nm3 (Milne & Evans, 1998) 보다 낮게 측정되어 가스엔진에 적용성이 충분히 확보되었다. 합성가스의 조성은 최대 H2 21.01%, CO 21.29%, CH4 1.42%, CO2 11.4%로 측정되었고, 저위발열량이 1,307kcal/m3, 고위발열량 1,421kcal/m3으로 양질의 합성가스를 생산하였다. 정상적인 가스화 시스템의 구동시 ER값이 약 0.27~0.38로 나타나 설계시보다 산화제가 약간 과잉공급된 것을 알 수 있었으며 이는 가스화 시스템의 설계에서 중요하게 고려해야 할 요소인 것으로 판단된다. 또한, 합성가스를 이용하여 엔진을 구동한 결과 최대 341kW의 출력을 보였고, 합성가스 공급 온도의 제어를 통한 질량유량을 증대하며, 합성가스 내 수분응축을 추가적으로 줄이고 최적 공연비 조건으로 구동한다면 발전기의 스펙만큼의 충분한 발전량을 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 가스화 발전 시스템의 구축 및 운영비용을 분석한 결과 여열 이용 계산치를 제외하고도 약 7년의 자본회수기간이 산정되었으며, 설비 제작비용이 현재 400만원/kW인 것을 250만원/kW로 줄이고 연료수급이 저렴한 비용으로 확보된다면 경제성은 더욱 올라갈 것으로 판단되며, 최근(2018.06.26.)에 개정된 REC가중치(미이용 바이오매스 전소) 2.0으로 산정한다면 자본회수기간은 약 5년으로 줄어 투자가치가 향상될 것으로 판단된다. 목질계 바이오매스 가스화 발전 시스템의 효율향상을 위하여 연료의 고품위화 및 운전효율 향상에 대한 최적화 연구를 진행한 결과 고품위화의 최적운전 조건은 약 320℃, 유량 2.45CMM, 0.5ton/day수준의 투입속도가 적합한 것으로 측정되었다. 이때의 함수비는 1% 미만이었으며 발열량은 약 5,300kcal/kg으로 매우 높게 나타났다. 바이오매스는 친수성 특성을 갖고 있기 때문에 장기간의 저장이 어렵지만 본 연구에 반탄화 실험을 통해 생산된 반탄화 연료에 수분 재흡착을 살펴본 결과 친수성에서 소수성으로 특성이 전환됨을 확인할 수 있었다. 기존의 가스화 발전 시스템은 공정이 매우 복잡하고 어려우며, 여러 가지 요소설비로 인하여 많은 스텝의 공정으로 이루어져있고, 상대적으로 넓은 설치면적이 필요하다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 가스의 냉각과 정제에 관련된 요소기술들을 통합하여 간소화된 요소설비를 개발하였고 적용성을 검토한 결과 요소설비의 감소로 공정 스텝을 50% 줄였고(16step → 8step), 설치면적이 약 30%로 감소하여 시스템 구축비용을 줄이는데 크게 기여하였다. 또한 폐수발생량의 경우 기존 시스템에서는 약 10ton/day의 양으로 발생하던 폐수를 200kg/day수준으로 감소시킬 수 있었다. 이는 운전 중에 발생하는 비용을 감소시켜 운전비를 감소할 수 있는 중요한 요소이다. 공정 간소화와 설치면적감소를 통해서 운전비를 낮추었고 여기에 연료의 고품위화 방법인 반탄화를 연계하는 방안은 추가적인 설비 투입과 열풍발생장치로 인해 자본회수기간이 확보되지 않는다. 하지만 가스화기에서 발생하는 열을 반탄화기의 건조열풍으로 이용하는 것을 고려하고, 여기에 여열(폐열)을 이용하는 측면까지 고려한다면 효율향상 뿐만 아니라 자본회수기간 또한 확보될 것으로 판단된다. Renewable energy is emerging due to depletion of fossil fuel due to industrial development, and biomass is used as energy to replace environmentally friendly renewable energy. It is the result of research that the gasification method is selected to produce synthesis gas which is the fuel of engine power generation by energizing the woody biomass and constructed it on the demonstration scale. The pressure loss inside the gasifier increases as the flow velocity fast and the lamination layer height increases, and as the Lamination layer height increases, the gas flow rate dominates. It is judged that the diameter should be 600 mm or more in order to prevent the bridging phenomenon, Considering the cold gas efficiency and the carbon conversion rate, it is considered that the particle size of wood chip should be at least 2~3cm or more. When steam is used as an oxidant, the concentration of CO is decreased while the concentration of H2 and CO2 is increased, so that the heating value is expected to be increased by increasing the hydrogen concentration. But, there was no significant difference in calorific value because CO was relatively decreased. In order to apply the distributed power generation system of medium and small towns of about 100 households, built a gasification power generation system that produces about 500kW of power by processing 20ton/day. this thesis produced and evaluated power through stable engine operation through production of high quality syngas. In order to analyze the operating characteristics of the gasification system, a 20ton/day gasification experiment was conducted. As a result of measuring the amount of fuel consumed in the gasifier, syngas composition, calorific value, cold gas efficiency, carbon conversion rate, power generation efficiency and energy efficiency, the cooling gas efficiency was 74.18% and the carbon conversion rate was 76.56%, turned out to be good. The tar yield was 0.854g/Nm3, which was very low, and about 86mg/Nm3 at the final stage after refining. It was higher than the tar tolerance range of 100mg/Nm3 and the applicability to the gas engine was sufficiently secured. The composition of syngas was measured as H2 21.01%, CO 21.29%, CH4 1.42% and CO2 11.4%, and it produced high quality syngas with low calorific value of 1,307kcal/m3 and high calorific value of 1,421kcal/m3. When the normal gasification system was operated, the ER value was about 0.27~0.38, indicating that the oxidant was slightly overproduced at the design stage, this is considered to be an important consideration in the design of the gasification system. In addition, when the engine was driven using syngas, the output was 341kW at maximum. If the mass flow rate is controlled by controlling the syngas supply temperature and the water condensation in the syngas is further reduced and driven at the optimum air-fuel ratio condition, sufficient power generation can be obtained as much as the specification of the generator. As a result of analyzing the construction and operation cost of the gasification power generation system, the repayment period (investment payback period) of about 7 years was calculated excluding the calculation of the utilization rate of the remaining heat. If the equipment production cost is reduced from 4million won/kW to 2.5million won/kW and the fuel supply and demand is secured at a low cost, the economic efficiency will increase further. If we calculate REC(Unused biomass fired) 2.0 as revised recently (June 26, 2018), the investment payback period will be reduced to about 5 years, and economic efficiency will improve. In order to improve the efficiency of the wood biomass gasification power generation system, the optimization study for the improvement of the fuel quality and the operation efficiency was carried out. As a result, the optimum operation condition of torrefaction was about 320 ℃, 2.45m3/min, 0.5ton/day speed was measured as appropriate. At this time, the water content was less than 1% and the calorific value was as high as about 5,300kcal/kg. biomass is hydrophilic, it is difficult to store for a long period of time. However, In this study, we investigated the moisture reabsorption on the torrefaction fuel produced by the torrefaction experiment. As a result, it was confirmed that the characteristics were changed from hydrophilic to hydrophobic. Existing gasification power generation systems are very complicated and difficult to process, and they are made up of many step processes owing to various element facilities, and a relatively wide installation area is required. In order to overcome these problems, we have developed a simplified urea facility by integrating the elements related to gas cooling and refining. As a result of reviewing applicability, we have reduced the number of process facility by 50% (16steps → 8steps) and reduced the installation area by 30%. In case of wastewater generation, the amount of wastewater that was generated in the amount of 10ton/day could be reduced to 200kg/day in the existing system. This is an important factor that can reduce the running costs by reducing the costs incurred during operation. The operation cost was lowered by simplifying the process and reducing the installation area. The way to connection the torrefaction facilities, which is a upgrading method of fuel, is not economical due to additional facility input and hot air generating device. However, considering the use of heat generated from the gasifier as the drying hot gas of torrefaction facilities. and considering the use of the remaining heat(waste heat), it is expected that efficiency improvement as well as economical efficiency will be secured.

친환경 고강도 내화 콘크리트의 배합비 도출 및 성능평가

김수환 건국대학교 대학원 2012 국내석사

최근 콘크리트 구조물은 고층화, 초고층화, 대규모화와 함께 고성능 콘크리트의 사용이 증가하면서 대형화재로 인한 경제·사회적으로 심각한 손실이 발생하고 있는 설정이다. 이처럼 대형화되고 있는 기존 및 신규구조물의 화재는 구조체의 강도저하로 인한 붕괴 및 인명피해 등 큰 문제를 야기하여 이에 대한 대책이 필요하다. 시멘트 1톤 생산 시 이산화탄소가 788kg 정도가 발생하기 때문에 시멘트 사용을 줄임으로써 이산화탄소 발생을 억제 및 저감하는 노력을 시도하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 및 신규 콘크리트 구조물의 내화성능을 확보하는 동시에 이산화탄소 수지 측면에서 친환경적인 콘크리트를 개발하기 위한 연구를 실시하였다. 첫 번째로 친환경성 고강도 내화 시멘트 콘크리트를 만들기 위하여 Porcelain과 고로슬래그의 혼입량에 따른 굳지 않았을때의 특성과 압축강도, 내화시험 후 잔류압축강도 시험 및 공기량실험을 실시하였다. 또한 내화실험을 통해 콘크리트 내부의 온도변화를 측정하였다. 실험결과 목표성능을 만족한 결과가 도출되었으며 Porcelain과 고로슬래그를 사용한 배합이 가장 우수한 내화성능을 발현하였다. 두 번째로 친환경 고강도 내화 콘크리트의 수축 및 내구성능을 측정하기 위해 소성수축 및 건조수축균열 실험, 동결융해, 염소이온 침투 및 내화학성 실험, 환경 영향성 평가를 실시하였다. 또한 도출된 친환경 고강도 내화 콘크리트 배합의 실험 결과를 수치해석 프로그램을 통해 실제 터널에 적용하여 성능을 확인하였다. 실험결과 보통 포트랜드 시멘트 배합에 비해 P20% S70%를 사용한 배합에서 가장 우수한 성능을 발현하였고 저감율이 38%를 나타내어 개발된 친환경 고강도 내화 콘크리트 배합은 친환경적인 재료로 사료된다. In recent years concrete structures is going to high rising, ultra-high rising, large along with he increasing use of high-performance concrete. For this reason economically and socially many damages are rising due to catastrophic fire. Thus fire of existing and new structures that are larger fire cause deterioration and loss of life, etc that are big problems. so we need measures for this problems. The concern for the cement production has risen as it produces great amount of carbon dioxide in the process. The amount of carbon dixoxide released in the process of producing 1ton of cement is 788kg, and we need an effort to use and reduce the carbon dioxide emission by reducing the use of cement. In this study, we researched fire performance of new and existing concrete structures and developed environmentally-friendly concrete that has the performance of the chemical balance in terms of carbon dioxide. First, in order to create Eco-friendly fire proof high strength concrete mixing of Porcelain and blast furnace slag according to the amount of combination, we studied characteristics and compressive strength, residual compressive strength tests and air tests. In addition, we measured the internal temperature of the concrete through fire tests. Experimental results that have been derived by this study is satisfied by the performance. porcelain and blast furnace slag combination were showing excellent performance that related fire test. Second, we derived the optimal combination of eco-friendly fire proof high strength concrete. In order to measure the durability. We conducted plastic shrinkage and drying shrinkage cracking tests, freezing and thawing, chloride ion penetration, and chemical resistance tests, environmental assessments. In addition, eco-friendly fire proof high strength concrete that was derived from this study applied to the actual tunnel through the numerical program. In this study, concrete combination that use P20% S70% is better excellent than normal portland concrete combination. Also developed eco-friendly fire proof high strength concrete shows the reduction rate of carbon dioxide emissions that is 38%. For this reason, eco-friendly fire proof high strength concrete combination is believed to be eco-friendly materials.

투수형 LID 시스템의 수문학적 검증 기술 및 기법 개발

박재록 부산대학교 대학원 2022 국내박사

우리나라는 근대화 이후 지난 수십 년간 토지이용의 효율을 높이기 위하여 급속도로 도시화가 진행되었다. 도시화로 인한 시민 생활의 질은 향상 되었으나, 지나친 도시화 및 효율화로 인한 불투수 포장 면적의 증가는 도시 물순환 체계의 교란과 여러 가지 환경 위기를 초래하고 도시민들의 재난 노출을 증가시켰다. 도시화로 인한 불투수면적의 증가와 함께 기후변화로 인한 극한 수문 사상의 규모와 빈도는 전 지구적인 영향을 끼쳤으며 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 그 규모와 빈도는 최근에 더욱 커지고 빈번하게 발생하여 전 세계적으로 우려되는 자연 현상으로 나타났다. 인간의 삶의 질을 유지하며 자연의 물순환으로 되돌아가기 위해 개발된 저영향개발(Low Impact Development, LID)는 재해와 오염에 대한 문제를 해결하기에 적합한 기술로 대두되었으며 투수성 포장은 기후변화와 도시화에 따른 빗물과 도시홍수를 효과적으로 제어하고 관리할 수 있는 저영향개발기법의 요소기술이다. 도시유역의 기존 빗물 관리 목표는 침수방지 및 빗물의 신속 배제였다. 이를 위해 지표면을 포장, 포장면의 유출수를 우수관을 통해 하천 배수시켰다. 하천으로 배수된 빗물은 바다로 유입되지만, 과도하게 신속해진 빗물의 배제는 도시 유출수량을 빠른 시간 안에 증가시키고, 하천과 우수 관거의 통수능을 초과하여 배수되지 못한 빗물에 의해 도시 침수가 발생한다. LID의 요소기술 중 하나인 도로 포장 분야에서는 효율적인 빗물 관리를 위한 투수 블록, 투수성 콘크리트, 배수 아스팔트 포장등이 실시되고 있다. 투수성 블록 포장은 1990년대 중반에 도입되었으며, 주로 보도 또는 도심지 이면도로 등에 시공되고 있다. 투수블록은 크게 두가지로 나뉘는데, 하나는 블록 사이의 줄눈에 의해 강우를 투수시키는 틈새 투수블록이며, 다른 하나는 블록 자체의 투수성을 이용한 자체 투수블록이다. 틈새 투수블록은 블록 형상에 따라 틈새 형성 블록, 줄눈 확대 블록, 결합 틈새 블록으로 구분된다. 상기의 투수성 포장들은 일반적인 아스팔트 포장과 비교하여 강도가 약하며, 시공 후 도로 협잡물로 인한 공극 막힘 현상으로 투수성능이 급격히 저하되는 문제를 갖고 있다. 공극에 의해 여과는 침투 유출수의 수질은 개선되나 투수성 포장의 공극 막힘으로 급격한 투수성능의 저하를 야기한다. 본 논문은 투수성 포장의 포장 표면체에 대한 단순 평가와 공극 막힘에 의한 투수성 저하, 투수성능 유지에 대한 규정이 아닌 표면 포장과 하부기층을 포함한 포장 시스템 전체의 물순환에 대한 평가 방법의 의문점에서 출발하였다. 현재 생산되고 있는 도로 포장 제품의 경우 포장체의 표면 투수능만으로 단순 평가하는 방법이며, 포장체 하부로 침투된 우수의 거동과 도시 내 물순환의 평가에는 한계가 있다. 또한 포장체의 물리적 성능뿐만 아니라 포장을 구성하는 하부를 포함한 전체 포장 시스템에 대한 수문학적 평가 방법과 시험장비를 개발하여, 현장 적용시 소유역 내 강우수의 수문학적 거동을 예측하는데 기여하고자하였다. 투수형 LID 시스템의 성능을 분석하기 위하여 장비 및 기술을 개발하여 투수형 LID 시스템 성능 분석 기법을 제시하였다. 이를 적용하기 위하여 한국 GI&LID 센터의 주차장형 LID 시설을 활용하여 실제 산업체 및 지자체의 제품을 시공, 설치하였으며, 이를 대상으로 투수형 LID 시스템의 성능 시험 및 분석을 실시하였다. 또한 K-LIDM 모형의 적용으로 시험의 결과와 시공 이후 변경이 불가능한 변수들에 대하여 모형 모의 결과를 비교하였으며, 이를 통해 여러 환경의 현장을 고려하여 투수형 LID 시스템의 성능을 예측 방향을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 기존 투수포장의 성능 검증의 경우 초기 투수계수와 폐색에 의한 투수 지속성으로 투수 포장제를 평가하였다. 이는 단면을 통한 홍수 저감효과를 고려하지 않은 평가 기법으로 LID의 주요 목적인 물 순환의 건전화, 빗물관리 등을 전체적으로 고려할 수 없다. 투수형 LID 시스템의 수문학적 특성 분석을 위한 불투수면과의 유출 곡선 비교 시 평형 유출 구간, 평형 유출량의 개념을 제시하였다. 이는 단일강우 모의를 통한 투수형 LID 시스템의 시험 시 바람, 노즐의 선택, 모니터링에 의한 오차등에 의해 첨두 유량의 산정에 불확실성이 내제하여 지체시간의 산정의 어려움을 겪을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 평형 유출 구간의 개념을 도입하여 첨두 유출을 보다 쉽게 결정하고 지체시간을 산정하여 대조군에 대한 저감율 등을 산출 할 수 있게 하였다. 또한 이론적 지배면적 산정 방법을 제시하고 지반 침투능과의 관계 산정을 시도하였다. 마지막으로 투수형 LID 시스템을 통해 유출된 침투 유출수의 예측을 위한 침투 유출계수(CNi)의 개념과 활용 방안을 제시하였다. 연구결과의 향상을 위해서는 투수형 LID 시스템의 단면을 고려한 성능 분석 및 검증 기준에 대한 추가 적인 연구가 필요하며, 침투, 투수형 LID 시스템의 배수 시스템의 침투 유출수 배출에 관한 연구도 함께 수행되어야 할 것이다.