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I Introduction to GI&LID Project II Permeable Pavement Applications III Estimation of Porosity IV Summary and Conclusions Introduction to GI&LID Project 기후변화와 도시화에 따른 물환경 변화 기후 변화 도시 물순환 변화•차단 돌발적 집중호우발생 강우량 및 강우강도 증가 강우일수감소, 호우일수증가 100년 세계평균 0.74 ℃ 상승 대비 한국 1.5℃ 상승 2100년 온도 4℃증가예상 빗물 유출양상 변화 도시화 강우 수문 특성 변화 우리나라 높은 기온상승 GI&LID Project 우리나라 도시화율 약 91% 불투수층원인 강우유출량증가 도심저지대 도시침수지역증가 도심지 물순환 왜 곡 도시 환경오염 악영향 매연 등 도시환경 오염증가 초기우수유출시 비점오염증가 도심 식생, 수질 생태계악화 물자원 시간•지역적 불균형 열섬효과•도시열순환 재해 물사용 수요 증가 대비 가뭄 빈발로 인해 물가용수량감소 지하수고갈 및 지하수위 저하 도시 복사열상승, 기온 상승과 열대야, 도심 열대류순환 저해 물관리 및 냉난방에너지 증가 기상재해, 도시침수 “기상재해 피해액 급증” “서울시 상습 침수지역” 1 Introduction to GI&LID Project GI&LID Project 한국형 LID기반 도로교통시설 및 물순환 고도화 개념 LID 기법 LID(Low Impact Development) 기법이란, 강우유출수를 최대한 발생지역에서 관리하는 토지개발방식으로 홍수 및 수질오염 저감을 위한 우수 침투, 저류, 물순환 체계를 고려한 토지이용계획기법 (친수구역 조성지침, 국토교통부, 2011.11.) 한국형 LID기반 도로교통시설 물순환 고도화 기술 적용 LID 기술은 위치 및 배치 타당성평가, LID 시설의 개발되는 LID 도로교통시설 및 시스템은 분산형 개발과 통합유역관리 기술, 공법이나 시설의 분석평가 개념의 물관리에 따라 빗물침투저류에 의한 도시재해 기술, 유지관리 기술 등으로 구분됨 안전도 향상시키도록 방향을 설정함 국내 도심지 도로환경에 적합한 도로교통시설 포장재료 도시물순환 개선의 증대를 위한 융합형의 LID기반 개발 및 성능평가 기술 개발로 설정함 도로교통시설 개발 도로교통시설의 목적별 국내 지형적/토질/수리수문/ 한국형 LID기반 포장형, 비포장형 도로교통시설의 수질 및 열 환경 등을 고려하여 국내 도심지 특성에 맞는 친환경적 LID 기반 구축이 필요하며, 일련 분야의 접목에 의한 종합적 도로교통 LID요소기술과 시스템 특 성 수리적 침투설계 등 수문학적 최적설계기법 적용 도심지 도로교통시설물 원인의 오염물 저감에 기여하는 도시 물순환 기능의 도로교통시설이 필요함 자연물순환기능의 녹색도시조성 일환으로 분산형의 물관리를 위한 녹색기반시설(GI:Green Infrastructure) 도로교통시설에 대하여 도심지 수량과 수질을 동시에 고려한 LID기반의 장수명 효율적 요소기술과 검증 및 평가, 유지관리 기법, 시설 복합적용시 계획•설계를 최적화할 수 있는 기술 2 Introduction to GI&LID Project 연구과제 최종 목표 LID 시설 DB 구축과 표준 매뉴얼 1. 저영향 개발 기법을 접목하여 국내에 적합한 도로교통시설 포장재료 개발 및 성능평가기술 개발 LID 기반 도로교통시설 DB 구축 통합적 성능평가 및 검증 기술 표준 매뉴얼 LID 기반 도로교통시설 표준 설계·시공 · 유지관리 매뉴얼 개발 2. 도시 물순환 개선의 증대를 위한 융합형 LID 기반 도로교통시설 개발 3. 단위 LID기반 도로교통시설의 구조, 토질, 수리, 환경적 안정성을 확보하기 위한 실험적 성능평가 및 검증 기법 개발 4. 통합적 LID기반 도로교통시설의 적용을 위한 표준화된 설계 시공 유지관리 매뉴얼 개발 LID 기반 도로교통시설 개발 한국형 LID 기반 도로교통시설 요소기술 (포장형 및 비포장형) 포장형, 비포장형 LID 시설의 수리적 침 투설계 등 수문학적 최적설계기법 개발 LID 기반 도로교통시설 재료 및 구조성능 평가 기술 GI&LID Project 한국형 LID 기반 도로교통시설 및 물순환 고도화 기술 개발 성능평가 및 검증기술 LID 기반 도로교통시설 성능의 평가, 실험적 검증기법 구축 다차원 LID 침투시설 모형화 기법 및 최적 매개변수 기반 평가 기술 실증단지 LID 기반 도로교통시설 구축 및 모니터링 3 Project Team GI&LID Project 총괄 설계 공동주관 : (주)서영엔지니어링 비점오염 환 경 융합형 통합 LID 도로교통시설 설계시스템 블럭포장, 비포장형 LID 시설 설계 교수 고석오 LID 도로교통시설 DB구축 DB연계 웹매뉴얼 작성 시설성능 평가•검증 교수 안재훈 LID 시설 모형화기법 적용 실증단지 평가구축, 검증기법 DB 구축 매뉴얼 시설통합 설계, 평가 교수 조덕준 중앙아스콘 : LID 투수아스팔트 재료 GL E&C : LID 투수큰크리트 재료 실험 모델링 포장 재료 투수성, 보수성 투수콘크리트, 투수아스팔트 재료 개발 재료 도로 성능 평가 융합형 LID도로교통시설 수리수문학적 최적화 설계 참 여 기 업 재료 개발 실증 검증 기법 최적화 모델링 수리수문 교수 김낙석 교수 오정호 도로 포장형 LID시설 재료 및 구조성능평가 기법 개발 교수 조계춘 지반공학 LID 도로교통시설 수리침투실험, 지중지하수 연계 모델링, 해석 SBB : LID 폴리머 재료 분야 제영: 투수블록, 비포장형 LID 시설 시공 4 Model-Scale Experiments GI&LID Project LID/Rainfall Simulator Experimental Applications 3 5 Prototype/Testbed Experiments GI&LID Project Monitoring of Permeable Pavement Performance at WSU LID Testbed Facility Planned at PNU 6 Applications: Parking Lot Applications Pavement type Location ICP Durham, NC, US ○ Edison, NJ, US ○ WSU LID Facility, WA, US PC Flow Quality ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Remarks ○ University Plaza, CO, US ○ NREL, CO, US ○ Perkins Township, OH, US PA ○ Lockheed Martin, MN, US Fayetteville, NC, US Monitoring ○ Safeway Grocery, CO, US ○ NREL, CO, US ○ 7 Applications: Parking Lot Applications Durham, NC, US ICP Area=82 m2 Runon Area=417 m2 (5.5:1 Ratio) Non ICP Area ICP Area Non ICP Area 8 Applications: Parking Lot Applications Fayetteville, NC, US ICP Area=214 m2 Runon Area=558 m2 (2.6:1 Ratio) Non ICP Area ICP Area 9 Applications: Parking Lot Applications Perkins Township, OH, US ICP Area=214 m2 Runon Area=558 m2 (2.6:1 Ratio) Non ICP Area Non ICP Area ICP Area ICP Area 10 Applications: Roadway Location Applications Pavement type ICP PC Monitoring PA Flow Dale street Alley, MN, US ○ ○ Woodbridge Neighborhood, MN, US ○ ○ Remarks Quality L = 77,400 ft2 27st Ewing Ave N, MN, US ○ ○ ○ 41st Abbott Ave N, MN, US ○ ○ ○ Monitoring pre-wetting salt, anti-icing, temperature Monitoring pre-wetting salt, anti-icing, temperature 11 Applications: Roadway Applications 41st Abbott Ave N, MN, US Porous Area Non Porous Area 12 Applications: Roadway Applications Dale street Alley, MN, US 900’ Long, 12’ Wide 8” Pervious Concrete 13 Applications: Roadway Applications Woodbridge Neighborhood, MN, US 25’ Wide Residential Streets 7” Pervious Concrete 14 Pervious Concrete Sample Porosity Sampling Location Field Sample 15 X-Ray Equipment Porosity 2D X-Ray Equipment 3D X-Ray Equipment Item 2D X-Ray 3D X-Ray Manufacturer X-Tek X-Tek Model number VENLO450-ACTIS HMX CT-225 X-ray tube voltage 450 kV 225 kV X-ray tube current 4.8 mA 1.0 mA 16 X-Ray Image Analysis: 2D X-Ray Porosity Cropped (16 bit) Planar Image Cropped (1 bit) Otsu’s Method (Otsu et al., 1979) 17 X-Ray Image Analysis: 3D X-Ray Porosity Cropped (16 bit) Planar Image Cropped (1 bit) Otsu’s Method (Otsu et al., 1979) 18 X-Ray Image Analysis: Porosity Porosity 3D X-Ray 35 35 30 30 25 25 20 Depth(mm) Depth(mm) 2D X-Ray Porosity = 30.9 % 15 20 15 10 10 5 5 0 0 25 27 29 31 33 Porosity(%) 35 37 Porosity = 35.2 % 30 32 34 36 38 40 Porosity(%) 19 Porosity from Weight Measurements Porosity Montes et al. (2005) 20 Porosity from Weight Measurement Porosity Equipment to Measure Submerged Weight Porosity = 29.2 % Ahn et al. (2013) 21 Comparison of Porosity Porosity 3D X-Ray 35 35 30 30 25 25 20 Porosity = 30.9 % 15 Depth(mm) Depth(mm) 2D X-Ray 20 Porosity = 35.2 % 10 5 5 0 0 30 Porosity(%) 35 Porosity = 29.2 % 15 10 25 Weight Measurements 30 35 40 Porosity(%) 22 Summary and Conclusions Research on traffic LID facilities has been initiated. Porous pavements are already widely used for parking lots and even for roadways under traffic. The porosity of pervious concrete was successfully estimated based on X-Ray image analysis. The density of pervious concrete may increase with depth. Porosity estimate based on weight measurements was close to that from 2D X-Ray images but not 3D X-Ray images. X-Ray image analysis can further utilized to investigate the performance of porous pavement such as clogging. 23 I. 연구개발 개요 Thank you