인위적 강우 실험을 통한 투수블럭의 유출 특성 분석 및 투수포장 실험법 개발 시 검토사항
Analysis of Runoff Characteristics of Permeable Blocks through Simulated Rainfall Experiments and Considerations for Developing Test Methods for Permeable Pavement
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Abstract
투수블록은 도시 지역에서의 극한 강우에 대응하기 위한 기후변화 적응 기술로 주목받고 있으나, 다양한 강우 강도에 따른 유출 저감 성능은 정량적으로 충분히 검증되지 않았다. 본 연구는 50, 100, 150 mm/h의 3가지 인공강우 시나리오 기반으로 옥외 인공강우 실험을 수행하여 투수블록의 유출저감 효과를 평가하였다. 실험은 부산대학교 양산캠퍼스 내에 조성된 테스트베드에 유출 모니터링 시스템을 구축하여 진행되었으며 실험 데이터를 기반으로 지수 회귀모형을 활용한 유출 예측모델을 개발하였다. 그 결과, 모든 강우 조건에서 투수블록이 효과적인 유출저감 성능을 보였으며, 예측값과 관측값 간 상관계수는 0.991~0.995 (p < 0.05)로 높은 상관관계를 나타냈다. 본 연구 결과는 향후 고정밀 기후 시뮬레이션 실험 시설인 에코트론에서투수블럭 실험 방법론 개발에 기여할 수 있으며, 도시 침수 대응을 위한 투수포장 시스템의 실증적 연구에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
Trans Abstract
Permeable blocks have been increasingly adopted as climate adaptation technologies to mitigate the impacts of extreme rainfall in urban areas. However, quantitative runoff reduction performance under varying rainfall intensities has not been sufficiently validated. In this study, controlled outdoor artificial rainfall experiments were conducted under three rainfall scenarios (50, 100, and 150 mm/h) to evaluate the effectiveness of permeable blocks in reducing surface runoff. A runoff monitoring system was installed at a testbed site on the Yangsan campus of Pusan National University to quantify outflow characteristics. The experimental data were used to develop a runoff prediction model based on an exponential regression approach. The results showed that the permeable blocks effectively reduced runoff across all rainfall scenarios, with correlation coefficients between the observed and predicted values ranging from 0.991 to 0.995 (p < 0.05). This indicated a strong predictive relationship and verified the reliability of the model. These findings contribute to the establishment of experimental design guidelines for future high-precision climate simulation experiments and support the practical implementation of permeable pavement systems for urban flood mitigation.
1. 서 론
기후변화는 전 지구적인 문제로, 최근 몇 년간 우리나라를 비롯한 세계 여러 지역에서 국지성 집중호우, 장기 가뭄, 폭염과 같은 이상 기상 현상의 빈도와 강도가 점차 증가하고 있다(Abd Ellah, 2020; Ikhlas and Ramadan, 2024). 특히 집중호우는 도시 기반시설에 큰 부담을 주며, 단시간 내 대량의 강우가 불투수 면적 비율이 높은 도시 지역에 집중될 경우, 기존 우수 및 하수처리 시스템의 용량을 초과하여 침수, 도로 유실, 하수도 역류 등 다양한 피해를 유발할 수 있다(Mohammed et al., 2021). 실제로 서울, 부산 등 대도시권에서는 집중호우로 인한 주거지 침수 및 교통 두절과 같은 사회적⋅경제적 손실 및 인명피해가 반복적으로 발생하는 등 기후재난 피해 취약성이 높아지고 있다(Kim et al., 2011; Kim and Lee, 2022). 이러한 문제는 기후변화로 인해 앞으로 더욱 빈번해질 것으로 예측되며, 이에 대응하기 위한 도시 기반시설의 변화가 요구된다.
이러한 기후변화 기인 피해를 저감하기 위해 기후변화 적응형 인프라 개념이 최근 연구되고 있으며, 이는 기후위기에 유연하게 대응할 수 있는 기술 및 구조물의 도입을 통해 도시의 회복력을 증진시키는 것을 목적으로 한다. 특히, 강우 유출을 제어할 수 있는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 및 그린인프라(Green Infrastructure)가 도시계획 및 수자원 관리에 적극적으로 도입되고 있으며(Lee and Cha, 2020; Rosenberger et al., 2021), 그중에서도 투수블럭은 설치 및 유지관리 측면에서 상대적으로 용이하면서도 침수 피해 저감에 효과적인 기술로 주목받고 있다(Zhang and Parolari, 2022; Awan et al., 2023; Kim et al., 2024). 투수블럭은 표면에 형성된 공극이나 블럭 간 이음부를 통해 강우를 지표면 아래로 침투시키는 구조로, 불투수 포장에 비해 유출량을 줄이고 유출시간을 지연시키는 기능을 수행한다(Cacciuttolo et al., 2023; Kong et al., 2024). 그러나 이러한 기능이 실질적으로 발휘되기 위해서는 다양한 기후조건에서의 성능 검증이 선행되어야 하며, 이를 위한 정밀한 실험 설계와 평가 기준이 필요하다.
현재 국내외에서 개발 및 사용 중인 투수블럭에 대한 성능 평가는 주로 KS F 2322 등 국가 표준에 따른 투수계수 측정시험에 의존하고 있다. 해당 시험은 일정 수두 조건에서 물의 통과 속도를 측정하는 방식으로, 블럭 재료 자체의 수리특성을 파악하는 데는 유용하다. 그러나 이러한 시험 방법은 실제 환경 또는 현장에 설치된 블록이 인간활동에 노출된 환경(외부 협잡물 및 오염물질 등)에서 발생하는 강우 상황이나 기후 요소(온도, 습도, 반복강우 등)에 따른 막힘 현상(Kong et al., 2025) 등을 충분히 반영하지 못하며, 유출 지연 시간이나 블럭 표면 및 하부 구조에서의 물리적 변화 등을 포괄적으로 측정하기 어렵다는 한계가 있다. 또한 현장 시험은 지역 및 시간에 따라 조건이 달라 재현성과 비교 가능성이 떨어지는 경향이 있다.
이와 같은 한계를 보완하기 위해 최근에는 에코트론(Ecotron)과 같은 기후환경 모사 장비를 활용한 정밀 실험장치가 개발 및 활용중에 있다. 에코트론(Ecotron)은 실내에서 기후 및 환경 조건을 정밀하게 조절할 수 있는 실험 시설로, 기후변화 시나리오에 따른 다양한 생태계 반응 및 환경 인프라의 성능을 정량적으로 분석할 수 있는 장점이 있다. 일반적인 실외 실험이 자연 조건에 크게 의존하는 반면, 에코트론은 온도, 습도, 강우량, 일사량 등의 환경 인자를 정밀하게 통제할 수 있어 반복성과 재현성이 높은 실험이 가능하다(Roy et al., 2021). 특히 투수블럭과 같은 기후적응형 인프라에 대해서는 특정 강우 조건에서의 유출 반응, 포화 시점, 침투 효율 등의 변수들을 통제된 조건에서 세밀하게 측정할 수 있다. 이를 활용하면 다양한 투수블럭의 성능을 실제 기후변화에 가까운 조건에서 실험할 수 있으며, 정량적이고 신뢰도 높은 데이터를 확보할 수 있다는 점에서 향후 기후변화 적응 관련 연구 및 정책 수립의 기초자료로 활용될 수 있다(Vanderkelen et al., 2020).
그러나 에코트론 기반의 실험을 효과적으로 수행하기 위해서는 사전 단계에서 실현 가능한 실험 설계 조건, 유출 계측 방법, 시료 구성 방식 등에 대한 연구가 선행되어야 한다. 특히, 유입 강우량과 유출량 간의 관계, 유출 지연시간, 총 침투량 등의 항목을 정량적으로 평가할 수 있는 실험적 틀을 먼저 확립하는 것이 중요하다. 본 연구는 이러한 사전적 연구로서, 정밀 환경 실험으로 확장 가능한 기초 데이터를 생산하고, 실험 방법의 방향성을 제시하는 것을 목표로 한다.
본 연구의 목적은 인위적인 강우 조건을 조성한 실내 실험을 통해 투수블럭과 불투수블럭의 유출 특성을 정량적으로 비교⋅분석하고, 이를 바탕으로 향후 에코트론 등 기후환경 재현 장비에서 수행 가능한 실험 설계 기준 및 방법론을 제시하는 것이다. 구체적으로는 동일한 강우 조건에서 투수블럭과 불투수블럭을 대상으로 시간 경과에 따른 유출량의 변화를 측정하고, 누적 유출량, 유출 개시 시점, 유출 지연시간 등 주요 수문학적 지표를 비교함으로써 블럭의 침투 기능을 평가한다.
또한, 본 실험에서 확보된 데이터를 기반으로 향후 정밀 실험 수행 시 고려해야 할 조건(강우강도, 실험 지속시간 등)을 도출하고, 실제 기후변화 상황을 반영한 실험법 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있는 방향을 모색한다. 궁극적으로 본 연구는 기후변화 대응형 소재의 성능을 정밀하게 검증할 수 있는 실험적 기반을 마련함과 동시에, 향후 기후 적응 기술의 표준화 및 제도화를 위한 실증 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
2. 자료 및 방법
2.1 실외 주차장형 강우유출 시험
본 연구는 기후변화에 대응 가능한 투수블럭의 유출 저감 성능을 정량적으로 평가하기 위해, 부산대학교 양산캠퍼스 내에 구축된 실외형 저영향개발(LID) 실증시험시설을 활용하여 실험을 수행하였다. 본 시설은 실제 도시 기반환경을 모사할 수 있도록 설계되어 있으며, 강우 유입량을 인위적으로 조절할 수 있는 인공강우모사장치, 정량적인 유출 계측이 가능한 전자식 유량계, 실시간 데이터 수집이 가능한 모니터링 시스템 등을 구축하고 있어 다양한 강우 시나리오에 따른 유출 특성 평가에 적합하다.
실험은 투수 포장재를 적용한 시험구역(실험군)과 불투수 포장재를 적용한 비교구역(대조군)으로 구성되었다. Fig. 1(a)에서와 같이 각 구역은 2.3 m × 10.85 m의 실제 주차장 1면적 규모로 조성되었으며, 포장 표층뿐만 아니라 하부 골재층까지 포함한 구조로 시공되어 실제 조건과 유사한 실험 환경을 구현하였다. 각 시험구역은 독립된 콘크리트 셀로 분리되어 있어 상호 간섭을 방지할 수 있으며, 표면 유출수와 침투수를 분리하여 각각의 유량을 개별적으로 측정할 수 있는 구조를 갖추고 있다.
(a) Surface Runoff and Infiltration Flow Measurement System, (b) A System That Automatically Stores and Transmits Real-Time Flow Data to a Server
특히 포장 하부로 침투된 유출수는 유공관을 통해 수집되며, 침투 유량과 표면 유출 유량은 전자식 유량계로 분 단위로 계측되어 데이터베이스에 저장된다. 이를 통해 강우 유입 시점부터 종료 이후까지의 전 과정을 정밀하게 분석할 수 있어, 투수 포장재의 유출 저감 성능에 대한 체계적인 정량 평가가 가능하다.
2.2 인공강우 모사 및 유출유량 계측
실험에 사용한 주요 장비는 실외강우모사기(Rainfall Simulator), 유량계(Flowmeter), 모니터링시스템으로 구성되어 있다. 본 실험에 사용된 실외 인공강우모사장치는 개별 장치당 분사 면적이 2 m × 2 m이며, Fig. 1(b)에서와 같이 본 연구에서는 총 5개의 장치를 연속 배치하여 총 2 m × 10 m 규모의 강우 분사 면적을 확보하였다. 해당 장치는 실제 강우 조건에 근접한 물리적 특성을 구현할 수 있도록 설계되었으며, 주요 구성 요소로는 강우 공급을 위한 수조, 일정한 압력과 유량을 유지하는 펌프 시스템, 분사 유량 조절을 위한 유량계, 강우 분사를 담당하는 전용 노즐, 그리고 분사된 물이 자연 강우와 유사하게 자유낙하 할 수 있도록 제어하는 오실레이터(oscillator) 장치 등이 포함되어 있다. 강우 분사장치의 전용 노즐은 1열 직렬로 설치되어 있으며 4 m2에 3개의 노즐을 사용한다. 노즐은 분사각 120°, 분사구 직경 3.3 mm이며 분사된 물의 입자 크기는 0.51~3 mm이다(Park et al., 2024).
이러한 구성은 실험 조건에서의 강우 강도와 강우 분포의 균일성을 확보하고, 시료에 대한 일관된 강우 유입을 가능하게 함으로써 정량적이고 재현성 있는 유출 반응 분석을 수행할 수 있도록 한다. 침투 유량 및 지표 유출 유량의 계측에는 전자기식 유량계인 KTM-800 모델을 사용하였다. 본 유량계는 자계 내에서 전도성 유체가 흐를 때 유체 속도에 비례하는 기전력이 발생한다는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 원리로 하며, 이를 통해 유속을 정밀하게 측정할 수 있다. 유량계는 Fig. 2(a)와 같이 지표 및 침투 유량을 측정할 수 있도록 설치하였으며 측정된 유량 값은 Fig. 2(b)와 같이 데이터 전송 장치를 통해 1분 단위로 데이터베이스(DB)에 자동 저장되며, 실시간 시각화가 가능한 모니터링 시스템과 연동되어 유출 특성의 시간적 변화를 직관적으로 확인할 수 있도록 구성하였다.
(a) Surface Runoff and Infiltration Flow Measurement System, (b) A System That Automatically Stores and Transmits Real-Time Flow Data to a Server
2.3 실험조건
본 연구에서는 기후변화에 따른 극한강우에 대한 투수 블록의 성능을 정량적으로 평가하기 위하여, 지역별 방재성능목표 강우량(MOIS, 2017)을 기준으로 인공강우 실험을 수행하였다. 방재성능목표 강우량은 홍수 및 호우에 의한 재해를 예방하고자 수립된 방재 정책의 기준 강우량으로, 각 지역별 30년 재현기간에 해당하는 확률강우량에 기후변화 시나리오(RCP 4.5, 단기)의 강우 증가율을 반영한 할증률을 적용하여 제시된다. 특히, 기준 강우량은 5 mm 단위로 상향 적용되어 도시 방재계획 수립의 기준값으로 활용된다.
부산지역은 기후변화에 따른 강우 증가율이 기준 할증률(5%)을 초과할 가능성이 높은 지역으로, 최대 8%까지의 할증률 상향 여부가 검토되고 있다. 그러나 본 연구에서는 현재 고시된 방재성능목표 강우량을 그대로 적용하였다. 이에 따라, 강우지속시간별 방재성능목표 강우량은 Table 1과 같다.
Disaster Prevention Design Rainfall by Rainfall Duration in the Busan Region
이러한 기준을 바탕으로, 본 실험에서는 실제 도시 지역에서 발생할 수 있는 다양한 강우 조건을 모사하고자 다음의 세 가지 강우 시나리오를 선정하였다. 본 연구에서 채택한 50, 100, 150 mm/h의 세 강우강도 시나리오는 기존 문헌에서 적용한 중강우 및 고강우 조건과 유사한 조건(48 mm/hr, 78 mm/hr, 174 mm/hr)이며 강우강도 증가에 따른 유출 개시 지연시간, 누적 유출량, 유출 저감율 차이를 체계적으로 분석할 수 있다(Hou et al., 2019).
① 시간당 50 mm (중강우), ② 시간당 100 mm (방재성능목표 강우량 근접), ③ 시간당 150 mm (극한강우 조건).
각 강우 시나리오는 실외 인공강우모사장치를 활용하여 시료에 직접 분사되었으며, 모든 실험은 동일한 조건 하에 반복 수행되었다. 인공강우는 강우 종료 후 약 90분 동안 유출 유량을 지속적으로 계측하였으며, 유출수가 충분히 배출되었다고 판단되는 시점까지 관측을 지속한 후 실험을 종료하였다. 강우 종료 시점부터 유출 종료 시점까지의 유출 지속시간, 유출량, 유출고 등의 데이터는 실험결과 해석을 위한 주요 항목으로 활용되었다. 모든 측정은 분 단위로 수행되었으며, 실시간으로 데이터베이스에 저장되고 시각화되도록 구성하였다.
3. 결 과
3.1 강우강도 별 강우유출량 분석
본 연구에서는 투수성 포장의 유출 저감 특성을 평가하기 위해 강우 강도별 모의 실험을 수행하였다. 실험은 사전 포화 조건을 조성하기 위해 약 10분간 블록에 초기 강우를 공급한 후, 세 가지 강우 강도(50 mm/h, 100 mm/h, 150 mm/h)에 대해 각각 60분간 유출유량(지표 및 침투) 모니터링을 실시하고, 강우 종료 후 90분간 유출 유량을 모니터링 하였다.
Fig. 3은 강우강도별 시간의 경과에 따른 유출량 변화를 나타내는 수문곡선으로, 대조군의 총 유출체적은 발생강우량 대비 94.09~95.01%로, 평균 유출률은 94.44%로 나타났다. 강우강도가 증가할수록 유출 비율 또한 증가하였다. 실험군의 총 유출체적은 발생강우량 대비 81.23~87.21%로, 평균 81.01%가 침투 후 배출된 것으로 계측되었으며, 대조군에 비해 다소 큰 편차를 보였다. 강우강도가 높을수록 실험군과 대조군 간 유출량의 차이가 크게 나타났으며, 이는 투수포장 단면 내 침투수의 저류량 증가로 추정된다.
Hydrograph Variations Under Different Rainfall Intensities between the Experimental and Control Groups
Fig. 4는 각 강우 강도별 실험군(투수성 포장) 및 대조군(불투수층)에서 측정된 누적 유출 유량의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 것이다.
Cumulative Rainfall Runoff Changes at Rainfall Intensities of 50, 100, and 150 mm/h
모든 강우 강도 조건에서 유출 유량은 강우 개시 직후부터 증가하기 시작하여 강우 종료 시점까지 지속적으로 누적되었으며, 이후 강우가 종료된 후에는 유출 유량의 증가 속도가 현저히 둔화되었다. 대조군의 경우, 강우 종료 직후 유출 유량이 급격하게 감소하면서 빠른 시간 내에 유출이 종료되었고, 이는 불투수층에서의 배수 특성을 반영하는 결과이다. 반면, 실험군에서는 유출 유량이 점진적으로 감소하며 일정 시간 동안 지속적으로 유출이 발생하는 패턴을 보였다. 이러한 차이는 투수성 포장의 상⋅하부 구조가 빗물을 일시적으로 저장 및 침투시키는 기능을 수행함으로써 유출이 보다 완만하게 이루어졌음을 시사한다.
특히 강우 강도별 비교 결과, 강우 강도가 낮을수록 유출 유량의 변화율이 완만하게 나타났으며, 50 mm/h 조건에서 가장 안정적인 유출 패턴이 관찰되었다. 다음으로는 100 mm/h, 150 mm/h 순으로 유출 유량의 변화가 빠르게 나타났으며, 고강도 강우 조건에서는 유출 개시가 빠르고 단시간 내에 유출량이 집중되는 경향이 뚜렷하였다.
150분 전체 관측 기간 동안 누적 유출량을 비교했을 때, 모든 강우 강도 조건에서 실험군의 유출량이 대조군에 비해 현저히 낮게 나타났다. 이는 투수성 포장이 강우 유출을 효과적으로 저감시킬 수 있는 기능을 수행하고 있으며, 특히 강우 종료 이후에도 지하로의 침투를 통해 유출이 지속됨을 의미한다. 반면, 대조군에서는 강우가 종료된 직후 유출도 즉시 종료되는 특성을 나타내 불투수 구조의 제한적인 저류 및 침투 기능을 반영한다.
이러한 결과는 에코트론 내에서 다양한 강우 강도 조건 하에 투수성 포장의 성능을 정량적으로 평가할 수 있음을 보여주며, 향후 관련 시험법 개발 시 다음과 같은 요소를 고려할 필요가 있다. 첫째, 강우 강도에 따른 유출 패턴의 차이를 반영하여 유량 모니터링 시간과 간격을 적절히 설정해야 하며, 둘째, 유출이 서서히 지속되는 조건에서의 정밀한 유량 측정을 위해 저유량에서도 민감한 반응을 보이는 고정밀 유량계의 도입이 필요하다. 또한, 시험조건 설정 시 최대 강우량, 유출량의 시계열 분포, 유출 종료 시점 등을 사전에 고려함으로써 실험의 재현성과 정량적 해석력을 높일 수 있다.
3.2 강우종료 이후 누적 유출량 변화
인공강우 종료 이후의 투수 블럭 유출 특성을 정량적으로 분석하기 위하여, 강우 종료 이후의 누적 유출량 데이터를 기반으로 지수함수 모델을 적용하였다. Fig. 5에서와 같이 강우 종료 후 투수 포장에서의 유출량 변화는 시간이 지남에 따라 점점 줄어드는 비선형적인 감소 경향을 보인다. 이는 초기에는 상대적으로 빠른 유출이 발생하고, 시간이 지남에 따라 서서히 감소하는 특징을 가지며, 이러한 유출 감소 패턴은 포화된 투수재 내부의 수분이 중력과 모세관 현상에 의해 배출되며 나타나는 지연 유출(delayed runoff)의 전형적인 특징이다. 이러한 물리적 현상은 누적 유출량의 변화율에서 유출이 진행됨에 따라 지수적으로 감소하기 때문에 지수함수 모델을 적용하였다.
Post-Rainfall Cumulative Runoff from Permeable Blocks
사용한 지수함수 식은 다음과 같다.
여기서f(x)는 강우 종료 후 시간x(분)에서의 누적 유출량(L), y0는 장기적으로 수렴하는 평형 유출량(잔류 유출량), A는 초기 유출 기여량(변화 폭), invTau는 유출량 감소 속도를 나타내는 시간 상수의 역수이다.
각 지수함수 매개변수의 물리적 의미는 다음과 같다.
• y0 (잔류유출량): 시간 경과 후 더 이상 유출량이 발생하지 않을 때 수렴하는 최종 누적 유출량으로 강우 종료 이후 투수블럭을 통해 지하 또는 관거 등으로 배출되는 총 유출량의 한계값으로 해석 가능
• A (초기유출 기여량): 강우 종료 직후부터 유출이 종료될 때 까지 유출량이 얼마나 증가할지를 나타내는 계수로 초기 유출량과 최종 유출량 사이의 변화량을 의미
• invTau (유출속도 지표): 유출시간이 시간에 따라 얼마나 빠르게 감소하는지를 나타내는 지수 감쇠율로 값이 클수록 빠르게 포화에 도달하며, 작을수록 완만하게 유출이 지속됨을 의미
지수함수를 이용한 모델 예측값과 실측 유출량 간의 관계를 피어슨 상관계수로 분석한 결과, 50 mm/h, 100 mm/h, 150 mm/h 강우 강도에서 각각 0.991, 0.994, 0.995의 상관계수가 나타났으며, 모두 통계적으로 유의미한 수준(p < 0.05)이었다. 이는 모든 강우 시나리오에서 모델의 예측값이 실측값과 매우 높은 양의 상관관계를 가지는 것을 나타낸다.
분석 결과 강우 강도 150 mm/h의 경우 y0 = 464.25, A = -457.24, invTau = 0.12486으로 나타났으며, 이는 유출량이 강우 종료 후 비교적 빠르게 증가한 뒤 단시간 내 평형 상태에 도달했음을 의미한다. 반면, 강우 강도 100 mm/h에서는 y0 = 311.44, A = -285.80, invTau = 0.08356으로, 50 mm/h에서는 y0 = 176.98, A = -157.26, invTau = 0.06081로 나타나 유출량이 더 천천히 증가하고 점진적으로 평형에 도달하는 양상을 보였다.
이러한 결과는 강우 강도가 높을수록 투수 블럭 내 포화가 빠르게 이루어지고, 이에 따라 강우 종료 후 유출수도 상대적으로 빠르게 배출되는 경향이 있음을 보여준다. 특히 invTau 값이 작을수록 유출이 느리게, 완만하게 진행됨을 나타내므로, 강우강도 50 mm/h 시나리오에서 유출이 가장 장기적으로 지속되었음을 알 수 있다. 또한, y0 값이 증가할수록 최종적으로 누적되는 유출량이 많아지며, 이는 초기 강우 강도가 클수록 블럭을 통해 유출되는 총량이 많아짐을 의미한다.
따라서 이러한 지수 모델은 강우 종료 이후의 유출 거동을 정량적으로 파악하고, 향후 에코트론 실험 조건 설정 시 강우 강도에 따른 유출 패턴의 차이를 반영하는 데 유용하게 활용될 수 있다. 특히 저유량 지속 유출을 고려한 장기 모니터링 및 측정장비(고정밀 저유량 유량계 등)의 선택에도 중요한 기초자료로 활용될 수 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 3개의 강우강도 조건 하에서 투수성 포장의 유출 저감 효과 및 유출 지속 특성을 평가하고, 향후 에코트론 기반 시험법 개발에 필요한 기초자료를 확보하고자 강우 강도별 유출 거동을 정량적으로 분석하였다. 실험 결과, 모든 강우 강도 조건에서 투수성 포장은 대조군(불투수층)에 비해 유출 유량을 현저히 저감시키는 효과를 보였으며, 특히 강우 종료 이후에도 일정 시간 동안 유출이 지속적으로 발생하는 특성이 관찰되었다.
지수함수 모델을 활용한 분석 결과, 강우 강도가 높을수록 초기 유출량이 크고 유출 종료 시점에 빠르게 수렴하는 경향이 나타난 반면, 강우 강도가 낮을수록 유출이 더 완만하고 장기적으로 지속되는 패턴을 보였다. 이는 invTau 값이 클수록 유출이 빠르게 마무리되고, 작을수록 유출이 천천히 진행됨을 보여주며, 투수 블럭의 저장 및 침투 능력이 유출 지속성과 밀접한 관련이 있음을 의미한다.
이러한 결과는 향후 에코트론 기반 투수포장체 또는 투수블럭 시험법 개발 시 강우 강도에 따른 유출 특성 차이를 반영한 시험조건 설정이 필요함을 의미한다. 특히 강우 종료 후에도 유출이 지속되는 실험군의 특성을 고려하여, 저유량에 민감하게 반응할 수 있는 고정밀 유량계 도입과 충분한 유량 모니터링 시간 확보가 요구된다. 또한, 지수함수 모델은 강우 종료 이후 유출량의 정량적 예측과 실험 비교 분석에 유용한 도구로 활용될 수 있어, 향후 다양한 투수포장재의 성능 비교 및 평가 기준 설정에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 옥외 인공강우 실험을 통해 투수블록의 유출저감 성능을 분석하였으며, 50 mm/h에서 150 mm/h의 강우 강도 조건 하에서 투수블록이 효과적으로 표면 유출을 저감할 수 있음을 확인하였다.
향후 에코트론에 표준화된 시험법으로 발전하기 위해서 본 연구는 다음의 한계점을 극복해야 할 필요가 있다. 첫째, 본 실험은 인공적인 강우 조건에서 수행되었기 때문에 실제 자연 강우의 복잡한 특성(시간적 변동성, 풍향 영향, 낙수 크기 등)을 완전히 반영하지 못한다. 둘째, 투수블록의 장기적 성능 저하 요인인 막힘, 토사 퇴적, 식생 상호작용 등은 고려되지 않았다. 본 연구에서 개발한 유출 예측 모델 역시 제한된 데이터셋에 기반하고 있으며, 현장 데이터를 활용한 추가적인 검증이 이루어지지 않았다. 향후 연구에서는 장기적인 모니터링과 현장 기반 실험을 포함한 보다 현실적인 환경 조건을 반영하여, 예측 모델의 일반화 가능성과 투수블록 시스템의 실용적 적용 가능성을 높이는 방향으로 실험 방법 개발을 확장될 필요가 있다.
감사의 글
본 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었습니다(RS-2023-00259995).