지속가능한 도시공동체를 위한 습지 설계 실무

물 친화도시에서부터 홍수 관리까지

이동근 지음

경상국립대학교출판부 2024년 03월 04일 출간 국내도서 : 2022년 05월 09일 출간

작품소개

책소개

저자는 지속가능한 도시공동체를 위해 습지를 건설할 것을 주장한다. 또한 “Water Sensitive”라는 단어를 강조하면서 물 친화적 도시공동체 건설에 주목한다.

물 친화적 도시란 원활한 용수 공급, 공중 보건 위생 보장, 범람 방지, 그리고 환경 보전 서비스 제공 정책이 차례로 실행되며, 그 결과가 누적되어, 장기간 지속될 수 있고, 살기 좋고, 강건하고, 번영이 보장되는 도시를 의미한다. 물 친화적 도시는 건강하고 지속성이 유지되고 생산적인 도시이다.

도시공동체는 미래에 불확실한 도시 용수 공급 대비할 수 있는 건강한 방안을 찾기 위해 노력하고 있지만, 전형적인 접근 방법을 고집하며 그 방식으로 계속 투자함으로써 투자에 비해 도시의 변화는 느리게 진행되고 있다. 물 친화적 도시로 변환하기 위해서는, 도시 용수 공급 정책의 전형적인 근간이 되었던 수문-사회적 (hydro-social) 방법을 전면적으로 재정비할 필요가 있다.

물 친화적 도시가 되기 위한 모든 요구 사항들이, 자연 도시 습지와 인공 도시 습지에 녹아 있다. 인공 습지 설계는 인공 습지 건설 전에 이루어져야 한다. 습지의 필요성이 먼저 결정되어야 하고, 습지 건설의 목적을 달성하기 위한 최선의 선택 사양이 무엇인지 확인하여야 할 것이다.

이 책은 습지 설계사, 생태 하천 복원 설계사, 정책 결정권자, 대학원생, 지방 및 중앙 정부 공무원, 입안 관계자, 도시 설계사, 그리고 습지에 관한 정보를 더 깊이 알려고 하는 모든 사람들을 위해 집필되었다. 책에서는 홍수 관리 및 처리 방법, 수질 개선 및 도시 경관의 심미적 가치 개선, 여가 활동 기회 및 야생동물 서식처 제공, 시각적 아름다움을 통한 도시의 품격과 가치 향상 그리고 지하대수층 함양과 같은 목적을 달성하는 방법을 제시한다. 이 책으로 독자들은 습지에 대한 갈증이 해소될 수 있을 것으로 기대한다.

목차

서문

제1장 소개(Water sensitive 도시 구현을 위한 습지 설계 실행)

제2장 인공 습지에 관한 학제간 전문 지식
1. 인공 습지의 생물학적, 화학적 그리고 물리적 공정 38
1.1 생물학적 공정 40 / 1.2 화학적 공정 46 / 1.3 물리적 공정 52

2. 인공 습지 성능에 영향을 미치는 다른 인자들 66
2.1 유기 화합물 66 / 2.2 영양 염류 67 / 2.3 독성 물질 71 / 2.4 쓰레기 및 식물 잔해 유기물 72 / 2.5 모기 73 / 2.6 용존 산소 75 / 2.7 염도 77 / 2.8 pH 및 수온 78

3. 습지 공정을 제한하는 인자들 80
3.1 물에 의한 제한 83 / 3.2 기질에 의한 제한 84 / 3.3 식생에 의한 제한 85
/ 3.4 미생물에 의한 제한 93 / 3.5 동물에 의한 제한 94 / 3.6 토지 이용에 따른 제한 96

제3장 습지 설계를 위한 오염 물질 제거 메커니즘 98
1. 호기성 미생물 호흡 102

2. 질소 제거 105
2.1 암모니아화 반응 105 / 2.2 질산화 반응 및 탈질 반응 106 / 2.3 흡수(sorption) 108 / 2.4 식물 섭취 109 / 2.5 질소 순환 110

3. 인 제거 121
3.1 식물에 의한 인 제거 126 / 3.2 인 순환 128

4. 부유 물질 제거 130
4.1 재 부상 131 / 4.2 제거 공정 132

5. 병원균 제거 133
5.1 병원균 제거 공정 136

6. 중금속 제거 149
6.1 중금속 제거 메커니즘 150 / 6.2. 식물 섭취 151 / 6.3 금속 섭취 경로 153

제4장 인공 습지 설계 158
1. 인공 습지에서의 물질 수지 162
1.1 물 수지 163

2. 반응 속도론 및 습지 수리 173
2.1 습지 반응 속도론 173 / 2.2 습지 수리 177 / 2.3 면적 및 부피와 연관된 반응 속도 상수 180 / 2.4 수온 효과 183 / 2.5 바탕 농도 185 / 2.6 오염 물질의 생물 분해성 변화 186 / 2.7 P-k-C* 접근법 187

제5장 설계 방법 190
1. 경험 법칙 191
2. 회귀 분석 방정식 193
3. 플러그 흐름 k-C* 194
4. 질량 부하 도표 195
5. P-k-C* 방법 197
6. 처리 성능 평가 198

제6장 수평 지하 흐름 인공 습지 설계 202
1. 설계 과정 204

2. 운전과 유지 관리 208

3. 설계 예제·하수관망 연결이 없는 on-site 시스템의 경우 211
3.1 경험 법칙 212 / 3.2 회귀 분석 방정식 213 / 3.3 플러그 흐름 k-C* 접근법 213 / 3.4 질량 부하 도표 216 / 3.5 P-k-C* 접근법 218 / 3.6 요약 221

4. 설계 예제-하수 관망이 필요한 사회 공동체의 경우 222

제7장 수직 지하 흐름 인공 습지 설계 232
1. 설계 목표 234
2. 운전 및 유지 관리 241
3. 예제 243

제8장 자유 수면 흐름 인공 습지 설계 250
1. 설계 목표 252
1.1 수질 개선 253 / 1.2 물 저장 및 범람 저감 253 / 1.3 지하수 재충전 253 / 1.4 인간 사용 253

2. 설계 자료 254
2.1 부지 특성 254 / 2.2 유입 유량과 유입 수질 특성 255

3. 설계 접근 방법 258
3.1 예제 258

4. 기타 고려 사항 260

5. 운전 및 유지 관리 261
5.1 식생 유지 관리 261 / 5.2 모기 제어 263 / 5.3 냄새 263 / 5.4 현장 접근 264 / 5.5 모니터링 264

제9장 홍수 처리/관리 용 인공 습지 설계 268
1. 하천 내 및 하천 밖 홍수 처리 용 습지 271
1.1 하천 밖 습지 272 / 1.2 저류조 272 / 1.3 고 유량 우회 수로 273 / 1.4 깊은 개방 수역 274 / 1.5 거대 수생 식물 영역 274 / 1.6 유입 영역 278 / 1.7 유출 영역 279 / 1.8 습지의 비 정형적 지형과 생물 다양성 280

2. 홍수량 산정 방법 282
2.1 홍수 관리 목적 282 / 2.2 첨두 유량 산정 283 / 2.3 유출수 부피 284

3. 유출 장치의 수리적 성능 290
3.1 웨어 방정식 291 / 3.2 오리피스 방정식 291

4. 수위-저장-유출 유량 모델 292
4.1 Chainsaw routing 방법 292 / 4.2 다른 방법 293

5. 수로 기하 294
6. 영양 염류 부하 295
7. 오염 물질 제거를 위한 최선 관리 실행 (BMPs) 297
7.1 단일 BMP 적용 297 / 7.2 다중 배수 지역 297 / 7.3 평행 BMP 298 / 7.4 직렬 BMP 298

8. 습지 면적 배제: 구 해안 지역 규정을 따르는 사업에 대한 정책 299
8.1 습지 면적 배제 정책 299

9. 홍수 처리 용 자유 수면 흐름 인공 습지의 크기 산정 방법 302
9.1 오염 물질 부하 속도 자료를 이용한 습지 크기 산정 303 / 9.2 수리적 체류 시간과 수리 부하 속도와의 관계를 나타내는 도표를 이용한 습지 크기 산정 306
/ 9.3 홍수 처리 용 습지 크기 산정 315

10. 자유 수면 흐름 습지의 크기 산정 방법 341
10.1 저류 시간과 오염 물질 제거 342 / 10.2 수문 시간과 워터 레짐 (water regime) 343

제10장 인공 습지 실행 예 350
1. 영양 염류 처리 용 인공 습지 350

2. 홍수 처리 용 인공 습지 355
2.1 홍수 관리 용 인공 습지 설계 시 고려하여야 할 인자 360 / 2.2 홍수 처리 용 인공 습지 설계에 필요한 영역과 요소 364

3. 폐수/하수 처리 용 인공 습지 369

4. 추가로 읽기를 권장하는 책 375

작가정보

저자(글) 이동근

서울대학교 화학공학과 학사
한국과학기술원(KAIST) 화학공학과 석사, 박사
캘리포니아대학교 버클리 화학공학과 방문학자
미국 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBL)
방문 연구원

1987 ~ 현재 경상국립대학교 화학공학과 교수
1996 ~ 현재 경상국립대학교 환경보전학과 교수