PUKYONG

HSPF 기반 저영향개발 해석 모형의 개발 및 적용

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Alternative Title
Development and application of a low impact development analysis model based on HSPF
Abstract
The Korea-low impact development (LID) model (K-LIDM) has been developed to provide a visually-oriented interactive tool to quantitatively analyze the hydraulic and hydrological effects of the introduction of LID facilities in terms of water resources to rationally support decision making with regard to water management quantities in planning and design stages.
Compared with other domestic and foreign models, the K-LIDM stands out as a specialized model for simulating the effects of LID facilities. It is capable of analyzing ten different types of LID applications including porous pavements, vegetated swales, and green roofs. In this study, the analysis methods for the hydraulic and hydrological mechanisms of the individual LID elements of the K-LIDM were developed for five different types of LID facilities, namely, porous pavements, green roofs, infiltration·detention facilities, vegetation facilities and sand filters. Numerical simulations of the individual LID technological elements were performed by inputting the F-table of a UCI file and using the RCHRES modules of the hydrological simulation program-FORTRAN (HSPF) as its computational engine. A few of the LID facilities were simulated by applying the PERLND and IMPLND modules, which simulate watershed runoff. The advantage of this analysis method is that it can consider the geometrical features of the LID facilities and the physical properties of soil. The proposed model was statistically evaluated through the correction and testing of the datasets from evidence-based experiments on permeable pavements, in-situ observations of green roofs, and K-LIDM simulation outputs. Furthermore, the flood runoff simulation performance of the K-LIDM was confirmed through comparison with SWMM5 simulation results. Additionally, the superiority of K-LIDM flood control effect analysis was demonstrated. The reliability of the K-LIDM was verified by evaluating it based on measurement data and SWMM. However, the model was evaluated only for limited cases owing to limited domestic LID measurement data. The effects of LID application to relevant facilities were analyzed from various perspectives, such as the effects of green roof vegetation, flood control and water circulation sensitivity according to the porosity of permeable pavement and the change in the depth of the permeable layer, and the effects of LID-facility interlinkage. A practical outlet design for infiltration trenches was presented as an example of the application of the proposed model.
Korea is in the early stages of LID introduction, and it is difficult to obtain satisfactory data for monitoring the effects of LID. However, it is expected that international competitiveness of the domestic LID design technology will be achieved if the applicability of the K-LIDM is evaluated and the HSPF parameters of urban watersheds are estimated according to domestic circumstances using long-term accumulated monitoring data in future.
Author(s)
박종표
Issued Date
2018
Awarded Date
2018.2
Type
Dissertation
Keyword
Low impact development Stormwater control Computational hydrology Hydrological simulation program
Publisher
부경대학교
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/13914
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000010837
Affiliation
부경대학교 대학원
Department
대학원 토목공학과
Advisor
이상호
Table Of Contents
제1장 서론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 범위 및 내용 3
1.3 연구동향 5
1.4 논문의 구성 8
제2장 국내·외 LID 해석 모형 조사 10
2.1 모형 조사의 개요 10
2.2 국내 LID 해석 모형 조사 10
2.3 국외 LID 해석 모형 조사 12
2.3.1 표계산 도구형 모형 12
2.3.2 단순형 모형 13
2.3.3 복합형 모형 14
2.4 모형의 비교 및 개발 방향 설정 20
제3장 개발 모형의 이론 22
3.1 개발 모형의 LID 해석 구조 22
3.2 HSPF의 개요 및 구성 24
3.3 HSPF의 PERLND 모듈 26
3.3.1 PERLND 모듈의 개요 26
3.3.2 투수 유역의 유출 계산을 위한 PWATER 27
3.4 HSPF의 IMPLND 모듈 36
3.4.1 IMPLND 모듈의 개요 36
3.4.2 불투수 유역의 유출 계산을 위한 IWATER 37
3.5 HSPF의 RCHRES 모듈 40
3.5.1 RCHRES 모듈의 개요 40
3.5.2 수리학적 거동 해석을 위한 HYDR 42
제4장 LID 시설의 수리·수문 해석 방법 48
4.1 LID 시설의 수리·수문 메커니즘 해석의 개요 48
4.2 투수성포장의 해석 방법 51
4.2.1 투수성포장의 수리·수문 메커니즘 해석 방법 51
4.2.2 투수성포장 모의를 위한 입력 자료 56
4.2.3 투수성포장의 모형 구성 및 수행 57
4.3 옥상녹화의 해석 방법 61
4.3.1 옥상녹화의 수리·수문 메커니즘 해석 방법 61
4.3.2 옥상녹화 모의를 위한 입력 자료 64
4.3.3 옥상녹화의 모형 구성 및 수행 64
4.4 침투·저류형 시설의 해석 방법 68
4.4.1 침투·저류형 시설의 수리·수문 메커니즘 해석 방법 68
4.4.2 침투·저류형 시설 모의를 위한 입력 자료 71
4.4.3 침투·저류형 시설의 모형 구성 및 수행 73
4.5 식생형 시설의 해석 방법 78
4.5.1 식생형 시설의 수리·수문 메커니즘 해석 방법 78
4.5.2 식생형 시설 모의를 위한 입력 자료 83
4.5.3 식생형 시설의 모형 구성 및 수행 86
4.6 여과형 시설의 해석 방법 93
4.6.1 여과형 시설의 수리·수문 메커니즘 해석 방법 93
4.6.2 여과형 시설 모의를 위한 입력 자료 95
4.6.3 여과형 시설의 모형 구성 및 수행 96
제5장 K-LIDM의 개발 100
5.1 K-LIDM의 개요 100
5.2 개발 모형의 구조와 특징 101
5.3 K-LIDM의 구성 104
5.3.1 모형의 화면 구성 104
5.3.2 프로젝트 도구 상자 105
5.3.3 설계 요소 도구 바 105
5.4 K-LIDM의 주요 기능 107
5.4.1 기상자료 107
5.4.2 유역유출 해석 108
5.4.3 수리계산 및 LID 해석 109
5.4.4 SWMM 연계 해석 110
5.4.5 결과분석 111
제6장 개발 모형의 평가 112
6.1 개발 모형의 평가 방법 112
6.2 실증 실험을 통한 모형 평가 114
6.2.1 투수성포장 실증 실험의 개요 114
6.2.2 투수성포장 실증 실험 모형의 구축 115
6.2.3 투수성포장 실증 실험과 K-LIDM 모의 결과의 비교·평가 116
6.3 현장 관측 자료를 이용한 개발 모형 평가 119
6.3.1 옥상녹화 유량 관측의 개요 119
6.3.2 옥상녹화 유량 관측 방법 및 강우 자료의 적용 120
6.3.3 옥상녹화 모형의 보정 및 검증 121
6.4 K-LIDM의 홍수유출 모의 능력 평가 125
6.4.1 홍수유출 모의 능력 평가 방법 125
6.4.2 SWMM5와 K-LIDM의 홍수유출 모의 결과 비교 126
6.5 LID 효과 분석 모의 성능 평가(SWMM5, K-LIDM) 128
6.5.1 LID 효과 분석 모의 성능 평가의 목적 및 수행 방법 128
6.5.2 모형별 LID 시설의 홍수 조절 효과 분석(침투트렌치) 129
6.5.3 모형별 LID 시설의 홍수 조절 효과 분석(식생체류지) 131
제7장 K-LIDM의 적용 및 활용 방안 제시 133
7.1 K-LIDM 적용의 필요성 133
7.2 옥상녹화 식생 조건 변화에 따른 효과 분석 134
7.2.1 식생 조건에 따른 옥상녹화 모형 구성 134
7.2.2 옥상녹화 식생 조건별 홍수조절 효과 분석 135
7.2.3 옥상녹화 식생 조건별 물 순환 개선 효과 분석 136
7.3 투수성포장 투수기층 공극률, 깊이 변화에 따른 효과 분석 138
7.3.1 투수성포장 모형 구성 138
7.3.2 투수성포장 투수기층 공극별 효과 분석 140
7.3.3 투수성포장 투수기층 깊이 변화에 따른 효과 분석 143
7.4 LID 시설의 연계 네트워크 구성에 따른 효율성 분석 146
7.4.1 LID 시설 연계 해석의 목적 및 모형 구성 146
7.4.2 LID 시설 비연계 및 연계 효과 분석 결과 149
7.5 홍수유출 저감을 위한 LID 시설의 계획 152
7.5.1 LID 시설 계획 방법 및 모형 구성 152
7.5.2 침투트렌치 면적별 첨두 유출량 조절 효과 153
7.5.3 침투트렌치 유출부(수직관) 제원 설계 153
제8장 결론 157
8.1 연구결과 및 시사점 157
8.2 모형의 한계 158
8.3 향후 연구내용 159
참고문헌 160
부록 169
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Doctor
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산업대학원 > 토목공학과
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