생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템{Rainwater catchment and utilization of ecological systems which check the pond}

본 발명은 생태연못의 유지용수 공급 및 관리에 관한 것으로 특히, 연못 수표면 위에 떨어지는 한국의 연간 강우량이 해당 연못의 증발산량을 충분히 보충할 수 있다는 점과 깨끗하게 유지된 수표면 위의 빗물을 모아 지하 저장조에 보관 후 연못의 유지용수로 공급하면 연못의 수질을 양호하게 관리할 수 있다는 점에 착안하여 생태연못 유지용수 공급 및 관리 시스템과 빗물 집수 및 활용 시스템을 혼합한 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템에 관한 것이다.

기존의 생태연못 유지용수를 공급하는 방법에는 상수, 하수 처리수, 하천수 등인데, 상수는 물공급 비용이 소요될 뿐만 아니라 잔류 염소 등에 의해서 기존 수생동물 생존을 저해하고, 하수 처리수나 하천수는 공급 여건상의 제한이 있고, 또 질소, 인 성분이 많아 녹조류의 발생을 제어하기 어려워서 고가의 각종 수질 유지 장치를 설치하여야 하지만 수질 유지가 쉽지 않은 것이 현실이다.

따라서, 해당 지역에 내리는 빗물을 이용하여 유지용수로 공급하는 방안이 최근에 많이 시도되고 있으나, 빗물을 모으는 집수면으로 사용되는 옥상이나 보도 등이 각종 분진, 협잡물, 새똥 등의 오물에 의해 오염되고, 이를 제거하기 위한 초기우수 배제가 잘 이루어지지 않아서, 모아진 빗물의 수질이 생태연못을 유지시키기에 부적합 한 경우가 많다.

공동 주택 등의 주거단지 내 인공지반 혹은 자연 지반 위에 방수 처리를 하고, 그 위에 조성하는 생태연못은 일종의 불투수면이며, 일반 자연 토양과는 달리 강우 시 빗물이 지하로 침투되지 않는다. 따라서, 자연 상태의 물순환 체계에 부합하지 않고, 지하수를 고갈시키는 주요 원인이 된다.

또한, 여름철 집중 강우 시에는 연못을 월류한 빗물이 전량 배수구를 통해 하수관거로 배출되는데, 이때 하수도 수리부하를 가중시키고, 도시 홍수를 일으키는 원인이 된다. 집중 강우 시 연못 위에 내리는 빗물은 아스팔트 포장면과 같은 불투수면 위에 내리는 것처럼 첨두 유출이 일어나게 되는 것이다.

따라서, 이렇게 연못 위에 내리는 빗물을 일시 저류해서, 첨두 유출을 줄이고, 지하로 침투 시켜서 자연 상태의 물순환 체계를 구축하는 것이 필요하다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 생태연못의 유지용수 공급 및 관리 시스템에 관한 것으로 특히, 한국의 집중 강우 특성상, 연못 외부의 추가적인 집수면 확보 없이, 해당 연못 수표면에 내린 빗물 만으로도 1년 내내 해당 연못의 증발산량을 충분히 보충할 수 있다는 점과 깨끗하게 유지된 연못 수면 위에 떨어지는 빗물을 모아 지하 저류조에 보관 후 연못의 유지용수로 공급하면 연못의 수질을 양호하게 관리할 수 있다는 점에 착안하여 생태연못 유지용수 공급 및 관리 시스템과 빗물 집수 시스템을 혼합한 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에서는 상술한 목적 달성을 위해 일정 면적의 생태연못 수표면 위에 내리는 빗물의 양과 증발산 하는 양 간의 매스밸런스(Mass Balance)를 시계열적으로 시뮬레이션하여, 연못의 유지를 위해 필요한 빗물 확보가 가능한 저류조의 상대적 크기를 산정하고, 집수면으로 활용되는 생태연못 수면을 깨끗하게 유지하기 위한 방안을 고안하고, 수면에서 월류되는 빗물을 모아 지하저류조로 보내는 관망을 구성하고, 지하 저류조가 빗물로 가득 찰 경우 다시 월류하여 지하로 침투 시키는 시스템의 조합을 마련하여야 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템의 특징은, 일정 수량을 저수할 수 있는 생태연못과;
상기 생태연못의 저수 용량 범위내에서 최고수위와 최저수위를 설정한 후 최고수위을 초과하는 저수량을 유입관을 통해 유입받아 저장하며 최저수위이하로 상기 생태연못의 저수량이 낮아지면 펌프를 이용해 펌핑하여 급수관을 통해 상기 생태연못에 공급하는 지하저장소와;
상기 지하저장소의 저수용량과 상기 생태연못의 저수 용량 범위를 벗어나는 강우량 발생 시 상기 지하저장소로부터 월류된 빗물을 지반의 토양으로 침투시켜 분산시키는 침투장치를 구비한 빗물 처리 시스템과;
상기 생태연못의 수질 유지를 위해 강우 시 오염 물질과 함께 유입되는 유출수가 연못 외부에서 내부로 흘러들어오는 것을 차단할 뿐만 아니라 비강우시 연못 주연부 토양과 맞닿은 연못 내부의 물이 주연부 토양 입자를 통해 모세관 현상에 의해 수평적으로 빨려 나가는 것을 막기 위해 연못 주연부에 배수구를 파고 배수관을 묻은 후 그 주위를 자갈, 쇄석과 같은 입자가 큰 매질을 채워 넣어 마련되는 외부 빗물 유입 방지 및 모세관 손실 차단부;를 포함하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템의 부가적인 특징은, 상기 생태연못의 최고수위와 최저수위 범위내의 변동 수위 면에 부유하며 수면 상부 표면수를 흡입하여 수면에 부유하는 이물질을 걸러 내는 스키머를 더 포함하는 데 있다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템의 부가적인 다른 특징은, 상기 생태연못의 저수면적(단위 m2)과 상기 지하저장소의 필요 저장용량(m3) 간에는 최적의 비율이 존재하고, 이 비율은 우리나라의 지역별 강우 특성에 의해 결정되며, 예를 들면, 충남 아산 지역일 경우 수면적 100 m ² 당 상기 지하저장소의 저장용량은 12 m ³ 의 비율이 최적의 지하저장조의 비율이 되는 것과 같다.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 생태연못 조성 이후 유지를 위한 상수도물을 저장된 빗물로 대체할 수 있으며, 연못의 수위가 기준 고수위와 기준 저수위 사이의 완충 수위 내에서 비교적 균일하게 유지되므로 소정기간 비가 오지 않아 유입우수가 없더라도 안정적인 수질 확보 및 수위 확보가 가능하다.

또한, 수질 정화를 위한 고가의 처리장치를 필요로 하지 않으므로 비용 절감의 효과를 얻을 수 있고, 첨두 유출에 의한 하수도 관망 부하를 경감시킴과 더불어, 빗물을 지하로 침투 시켜서 자연 친화적인 물순환 체계의 구축이 이루어진다는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템의 예시도

발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선적으로 본 발명의 목적 달성을 위한 선행과제의 해결을 위해, 우선 '마이크로소프트'사(社)의 엑셀 프로그램을 활용하여, 임의의 수면적에 대해 “강우유입-증발산-월류”의 매스밸런스를 모의 할 수 있는 알고리듬을 짜서, 우리나라임의 지역의 최근 10년 동안의 일연속 강우데이터를 입력하고 모의해서 수면적[단위 m ² ]과 최적 저류조 용량[단위 m ³ ] 간의 상대적 비율이 약 100:12 의 비율(수면적이 100 m ² 이면 저장조의 용량은 12 m ³ )로 되고, 추가적인 상수요구량을 최소화하기 위해 생태연못의 최고수위와 최저수위 간의 차이(최적 완충 저류수심)가 10cm 가 되는 것을 산출하였으며, 강우 시 연못 주변의 오염원이 빗물과 함께 연못으로 유입되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 주연부 토양과 맞닿은 연못 내부의 물이 주연부 토양 입자를 통해 모세관 현상에 의해 수평적으로 빨려 나가는 것을 차단하기 위한“외부 빗물 유입 방지 및 모세관 손실 차단부”를 고안하였고, 연못 수면위에 발생하는 강하 분진, 낙엽, 곤충 사체 등의 오염물을 제거하기 위한 연못 표면수 흡입 순환용 스키머 장치를 연계할 것과 집중 강우 시 연못 최고수위에 도달한 빗물이 지하 저장조로 유입될 수 있는 관망의 조합, 협잡물을 거르기 위한 간이 필터의 구성을 포함하였으며, 지하 저장조를 가득 채운 후 월류하는 빗물을 다시 침투박스를 통해 지하로 침투되는 구조로 전체 시스템을 구성하였다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템의 예시도이다.

도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 생태연못 수표면 빗물 집수 및 활용 시스템은, 크게 생태연못과 빗물 처리 시스템으로 구분될 수 있는데, 생태연못은 일정 수량을 저수할 수 있다.

이와 같은 생태연못에 저수되어진 수량은 자연증발로 인해 갈수 현상이 발생될 수 있으므로, 본 발명에서는 지하 저장조(110)를 두어 강우 시 발생하는 우수를 저장하였다가 갈수기에 저장되었던 우수를 펌핑시켜 생태연못의 갈수현상을 해소하도록 한다.

이때 상기 지하 저장조(110)의 용량을 최적화하기 위해 완충 수위의 개념을 도입하는데, 이는 강우와 증발에 의해 증감하는 수위의 변화를 고려하여 연못의 최고 수위와 최저 수위를 미리 설정하는 것이다.

따라서 건기 시 자연 증발량에 의해 수면의 물이 일평균 3-4㎜가량 감소하며, 완충수위 10㎝ 이하로 떨어지면 즉, 최저수위이하로 낮아지면, 지하 저류조(110)에 저장되었던 빗물이 펌프(P)에 의해 펌핑되어 급수관(111)을 통해 해당 연못에 공급되어 다시 원래 수위로 복구되고, 강우 시 우수에 의해 수면이 완충수위를 넘어설 경우 즉, 최고 수위를 넘게 되면 넘친 수량은 기 설정된 최고 수위 위치에 설치되어진 유입관(112)을 통해 상기 지하 저장조(110)측으로 흘러들어가게 된다. 즉, 깨끗하게 관리되는 수경시설을 유지하기 위해 습지의 수면 상부에 내리는 우수만을 지하 저장조(110)측에 모아서 사용하게 되는 것이다.

이때 상기 유입관(112)과 우수관(10)은 특정의 수단에 의해 강제적인 유입과 배수를 하는 것이 아니라, 수량의 증가에 따라 자연적인 흐름에 의한 것이다.

또한, 상기 지하 저장조(110)는 햇빛이 차단된 상태여야하며, 상기 유입관(112)의 유입구에 간단한 필터(거름막)가 부착되어 있어, 최소한의 정류기능을 갖도록 한다.

상기 지하 저장조(110)의 저장용량을 초과하는 강우 발생시 즉, 장마기에 연못의 완충수위와 지하 저장조(110)를 모두 채운 후에 넘치는 빗물에 대한 대책으로, 해당 빗물은 참조번호 121로 지칭되는 연결관을 통해 지반의 토양으로 침투시키게된다.

이때 상기 지반의 토양으로 빗물을 침투시키는 장치 혹은 기구를 본 발명에서는 침투장치(120)로 칭하며, 상기 침투장치(120)는 지하수 함양 및 홍수 유출 저감 기능을 수행한다.

또한, 상기 연못의 청정상태를 유지하기 위해 강우 시 오염 물질과 함께 유입되는 유출수가 연못 외부에서 내부로 흘러들어오는 것을 방지할 뿐만 아니라 비강우시 연못 주연부 토양과 맞닿은 연못 내부의 물이 주연부 토양 입자를 통해 모세관 현상에 의해 수평적으로 빨려 나가는 것을 차단하기 위해 연못 주연부에 배수구를 파고 배수관을 묻은 후 그 주위를 자갈, 쇄석과 같은 입자가 큰 매질을 채워 넣는“외부 빗물 유입 방지 및 모세관 손실 차단부”(도 1의 130) 를 두며,

또한, 상기 연못의 완충수위의 수위 변동에 따라 수면에 떠 있으면서 수면 상부 표면수를 흡입하여 수면에 부유하는 이물질을 걸러 내는 스키머(100)를 구비하는데, 상기 스키머(100)는 표면수 순환과 폭기 작용을 통해 산소 공급을 원활하게 하는 기능도 수행하게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다.