녹지의 대기환경영향에 관한 연구 : 도심지역에서의 녹지와 국지적 대기환경영향과의 상관관계를 중심으로

DC Field Value Language
dc.contributor.author 주현수 -
dc.contributor.other 김석철 -
dc.contributor.other 최순심 -
dc.contributor.other 배수영 -
dc.date.accessioned 2017-07-05T01:35:01Z -
dc.date.available 2017-07-05T01:35:01Z -
dc.date.issued 20051231 -
dc.identifier A 환1185 2005 RE-15 -
dc.identifier.uri http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/19195 -
dc.identifier.uri http://library.kei.re.kr/dmme/img/001/009/006/기본_2005_15_주현수.pdf -
dc.description.abstract Trees absorb and purify the air pollutants through their metabolism such as photosynthesis, emitting some beneficial substances for human body through their pores. They not only influence on the urban micro meteorology into cooling down and dispersion of air pollutants but protect the Earth from the various erosions as well. Also the green color of the trees provides people with aesthetical effects and psychological tranquility. As you can see, trees do a lot of good for humankind. This first year study was to find out the relation between urban treed area and the atmosphere environment out of the various functions of trees, specifically, to explore 「the gas-phase air pollutants(SOx and NOx) decreasing function of trees in urban area」. In other words, this study choses the urban area as its site, for the urban area had been a major concern of air pollution matter, and the focused air pollutants were sulfur oxides and nitrogen oxides, both of which were gas-phase pollutants. Further studies, based on this year’s one, may be carried out for more extensive areas and for more diversified air pollutants like ozone, etc. There are many studies on the general air purifying function of trees. The studies on impacts of trees on air quality in urban areas considering the air purifying function of trees and wind flow, however, has rarely been reported. That is because they assume the atmosphere improvement by trees’s function of absorbing pollutants might be small in smaller treed area, and also because there is no fully established modeling method to analyse a relatively small-scale phenomenon of the urban environment. This study classified the urban treed area into neighborhood parks treed area and street canyon trees. It also developed a quantitative analysis method for evaluation of the atmosphere influence related to the gas phase air pollutants(sulfur oxides and nitrogen oxides) in these two areas. The neighborhood park is a typical urban park, thus it is assumed that it is necessary to find out how much that size of treed area could influence the atmosphere environment in actual settings. A street canyon is an area, formed in a street between two rows of tall buildings. It is a geographically handicapped area with a great potential of danger in local atmospheric pollution, so its atmosphere environment is a lot more important issue. Through the above mentioned modeling method, evaluation system of air quality influence in treed area had been adopted in a number of cases to analyse the air pollution decreasing function of trees with regard to the types of urban treed area. From this, the best settings for encouraging the atmosphere improving function of urban treed area were searched. The result would be used as a basis for the planning of treed area to improve the urban air quality. -
dc.description.tableofcontents 서 언 <br>국문요약 <br> <br>제1장 서론 <br> <br>제2장 녹지의 이론적 고찰 <br> <br> 1. 녹지의 기능 <br> 가. 대기질 분야 <br> 나. 미기상 분야 <br> 다. 기타 분야 <br> <br> 2. 도심녹지의 유형 및 관련 규정 <br> 가. 도시공원 <br> 나. 가로수 <br> <br>제3장 도심녹지의 국지적 대기환경영향 <br> <br> 1. 개요 <br> <br> 2. 수목대기정화 예측모델 <br> 가. 지배방정식 <br> 나. 수치모델의 구성 및 LES 난류모델 <br> 다. 가상경계기법(VBM) <br> 라. 모델코드의 정확도 검토 <br> <br> 3. 도시 근린공원 녹지의 대기영향 <br> 가. 모델분석 대상지역 <br> 나. 모델해석조건 <br> 다. 대기영향의 평가 <br> <br> 4. 도시협곡 가로수의 대기영향 <br> 가. 가로수 모델의 구성 <br> 나. 모델분석 대상지역 및 분석조건의 설정 <br> 다. 대기영향의 평가 <br> <br>제4장 결론 <br> <br>참고문헌 <br> <br>Abstract -
dc.description.tableofcontents 서 언 <br>국문요약 <br> <br>제1장 서론 <br>제2장 녹지의 이론적 고찰 <br> <br>1. 녹지의 기능 <br>가. 대기질 분야 <br>나. 미기상 분야 <br>다. 기타 분야 <br> <br>2. 도심녹지의 유형 및 관련 규정 <br>가. 도시공원 <br>나. 가로수 <br> <br>제3장 도심녹지의 국지적 대기환경영향 <br> <br>1. 개요 <br> <br>2. 수목대기정화 예측모델 <br>가. 지배방정식 <br>나. 수치모델의 구성 및 LES 난류모델 <br>다. 가상경계기법(VBM) <br>라. 모델코드의 정확도 검토 <br> <br>3. 도시 근린공원 녹지의 대기영향 <br>가. 모델분석 대상지역 <br>나. 모델해석조건 <br>다. 대기영향의 평가 <br>4. 도시협곡 가로수의 대기영향 <br>가. 가로수 모델의 구성 <br>나. 모델분석 대상지역 및 분석조건의 설정 <br>다. 대기영향의 평가 <br> <br>제4장 결론 <br>참고문헌 <br> <br>Abstract -
dc.description.tableofcontents   -
dc.format.extent xiii, 118 p. -
dc.language 한국어 -
dc.publisher 한국환경정책·평가연구원 -
dc.subject Urban plants -
dc.title 녹지의 대기환경영향에 관한 연구 : 도심지역에서의 녹지와 국지적 대기환경영향과의 상관관계를 중심으로 -
dc.type 기본연구 -
dc.title.original Impacts of green spaces on air quality -
dc.title.partname 연구보고서 -
dc.title.partnumber 2005-15 -
dc.description.keyword 대기환경 -
dc.description.bibliographicalintroduction 수목은 광합성과 같은 대사과정을 통해 대기의 오염물질을 흡수, 정화할 뿐만 아니라 기공에서 인체에 유익한 물질들을 배출하기도 하고, 도심의 미기상에 영향을 미쳐 열을 식히고 대기오염 물질의 분산에도 일조한다. 또한 회색으로 뒤덮인 도시에서 녹지의 푸른빛은 심미적 효과와 함께 사람들에게 심리적 안정감을 느끼게 하며, 수목은 지표의 침식을 방지하는 역할을 하기도 한다. 이처럼 수목은 다양한 분야에서 인류에게 많은 혜택을 제공하고 있다. 대기오염이 심화된 도심지역에서의 녹지(수목)는 특히 대기질 개선 측면에서 최근 주목을 받고 있다. 도심녹지의 대기영향을 파악하기 위해서는 녹지의 오염물질 흡수능력과 더불어 바람과 같은 미기상 현상이 함께 고려되어야 하나, 기존의 연구를 살펴보면, 녹지의 오염물질 흡수량만을 계산하는데 그치는 경우가 대부분으로, 바람이 부는 실제 계에서 오염물질의 농도가 어떻게 변화하는지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않은 것으로 조사되었다. 결국, 수목의 오염물질 흡수능력 및 수목에 의한 기류변화 등이 실제로 도시의 국지적 대기환경에 미치는 영향에 대해서는 아직 명확하게 정립되지 않은 상황이라 할 수 있으며, 본 연구에서는 수목의 오염물질 흡수작용과 도시미기상 현상 그리고 오염 확산 과정을 동시에 고려한 모델링기법을 개발, 적용하여, 도심녹지의 대기질 영향을 정량적으로 평가하였다. 본 연구에서는 수목의 다양한 기능중에서도 도심녹지의 대기질 영향을 파악하고자 하였다. 도심의 여러 녹지 형태 중 「근린공원 녹지」와 「도시협곡(street canyon)의 가로수」를 분석대상으로 하였으며, 이 두 형태의 녹지가 가스상 오염물질인 「질소산화물」과 「황산화물」에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 이러한 분석을 위해 녹지의 대기환경영향을 평가할 수 있는 모델링시스템을 개발하였다. 본 연구결과를 토대로 향후 좀 더 광역적인 지역을 대상으로, 오존 등과 같은 다양한 오염물질의 대기영향이 분석될 수 있을 것으로 판단된다. 근린공원은 도심에 설치되는 도시공원의 대표적인 한 유형으로 실제의 환경에서 이러한 규모의 녹지가 대기환경에 어느 정도의 영향을 미치는지에 대한 평가가 이루어졌다. 도시협곡이란 차도를 따라 빌딩이 줄지어 배치된 지역으로, 국지적 대기환경이 심각하게 악화될 수 있는 지형조건이라는 점에서 도시협곡 내의 대기질 환경문제는 특히 중요하다. 본 연구에서는 도심의 대기질에 영향을 미칠 수 있는 대표적인 녹지로서 근린공원의 녹지와 도시협곡에 식재된 가로수를 선정하였다. 본 연구에서 개발된 모델링을 통한 녹지의 대기환경영향 평가시스템을 여러 사례에 적용하여봄으로써 도시녹지의 유형별 대기오염저감효과가 어떻게 나타나는가에 대해 살펴보았으며, 이로부터 도시녹지의 대기질 개선효과 기능을 활성화하기 위한 조건을 검토해 보았다. 본 연구결과는 향후 도시의 대기환경 개선을 위한 녹지계획의 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다. ■ 수목대기정화 예측모델 도심지역의 오염확산 현상에 대한 기존연구는 복잡다단한 현상을 해석하기 위해 다양한 접근법을 모색하고 있다. 기존 연구는 개략적으로 1) 실측자료를 이용한 방법, 2) 전체적 건물분포특성을 이용한 방법, 그리고 3) 전산유체역학 모델(CFD 모델)을 이용한 방법으로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 CFD 모델을 이용하였다. 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 CFD 모델은 전반적인 건물특성 대신, 대상영역에 위치한 다양한 건물영향을 개별적으로 고려하여 확산과정을 해석할 수 있는 방법으로, 상대적으로 모호하고 부정확한 전체적 건물특성 등의 모델파라미터에 의존하지 않고 유체의 운동법칙과 같은 보다 근본적이고 확실한 전제로부터 확산과정을 모델링한다. 도심녹지의 대기정화기능을 모델링하기에 위해서는 해당지역에서 충분히 상세한 규모로 오염확산 모델링을 수행할 수 있는 기반이 필요한데, 이러한 측면에서 CFD 모델은 타 연구방법에 비하여 많은 장점을 갖고 있다. CFD 모델링을 위한 수치모델 방정식은 유동방정식과 농도방정식에 대해 유한차분법(FDM)을 적용하여 구성했다. 공간에 대해서는 2차 정확도의 차분오차를 지니도록 구성하였으며, 시간에 대해서는 3차 정확도의 Runge-Kutta 기법을 적용했다. 직교좌표계에서 표고차가 크고 복잡한 지형모형을 효과적으로 모델링하기 위해서 가상경계기법을, 그리고 격자크기 이하의 난류성분을 모델링하기 위해서 LES(Large Eddy Simulation) 모델을 적용하였다. LES모델을 사용한 2차 정확도의 코드로 경계조건이 명확한 유동장을 해석할 때 모델링오차는 약 20% 정도 되는 것으로 알려져 있다. 수치모델의 정확도를 차분식의 정확도를 기준으로 단순 평가하는 것은 무리가 있기는 하나, 본 연구에서 적용한 코드의 경우 일반적인 2차 정확도 LES 코드에 버금가거나 그 이상의 모델링 정확도를 나타내는 것으로 판단된다. 본 연구에서 적용된 LES VBM CFD 모델코드의 기본 알고리즘에 대한 예측 정확도를 다양한 선행연구 사례를 토대로 실측자료와 비교, 검토한 결과, 본문에서 제시된 바와 같이 복잡한 지형에 대해서도 모델과 실험결과가 전반적으로 일치하고 있음을 알 수 있다. ■ 도시 근린공원 녹지의 대기영향 도시 근린공원 규모의 녹지가 도시 대기환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 서울시 종로구에 위치한 파고다 공원 인근지역을 모델링 대상지역으로 설정했으며, 모델링 대상이 되는 전체 영역은 882m(동서) x 554m(남북)이다. 파고다 공원(녹지)의 크기는 100m(동서) x 150m(남북)이고, 파고다 공원 외부 영역의 건물 및 도로는 실제 상황을 고려하여 배치하였다. 본 연구에서는 먼저 근린공원(파고다공원) 규모의 녹지가 대기질에 실제로 영향을 미칠 수 있는 침적속도(Vd)의 범위를 알아보기 위해, Vd가 일정하다라는 가정하에 0.02m/sec와 0.08m/sec를 적용해 보았다. 지상고도 10m에서의 평균농도를 비교해보면, Vd=0.08m/sec일 경우, 탁월한 대기질 개선효과가 나타남을 알 수 있다. 그러나 Vd=0.08m/sec는 실제의 수목계에서는 현실적으로 관찰되기 힘든 값이다. Vd가 0.02m/sec로 낮아 질 경우, 수목의 대기개선효과는 급격히 감소하여 그 영향정도가 미미하게 된다. 0.02m/sec는 기존문헌에 제시된 수목의 침적속도중 가장 높은 값의 범위에 해당되며, 실제 수목계가 이러한 높은 침적속도를 형성하더라도 이 흡수속도를 장기간 지속적으로 유지하는 것은 사실상 불가능하다. 이러한 침적속도(0.02~0.08m/sec)에 기초한 모델결과는 수목의 대기정화기능을 상당부분 과대하게 평가한 것으로 볼 수 있으며, 도시 근린공원 규모 녹지의 직접적인 오염흡수에 따른 대기질 개선효과는 실제계에서의 침적속도 범위를 고려할 때, 미미한 것으로 판단된다. 즉, 근린공원 규모의 녹지가 대기오염물질을 흡수함으로써 미치는 대기질 영향은 오염물질의 대류확산에 따른 것보다 상대적으로 중요도가 낮음을 알 수 있다. 이러한 연구결과는 가스상 오염물질만을 대상으로 도출된 것으로써 다양한 오염물질이 혼재되어 있는 도심의 대기질에 대해 전반적으로 적용될 수는 없을 것이다. 도심의 근린공원 녹지가 개발되어 토지이용 형태가 인접 지역과 유사하게 변경된 경우에는 근린공원 및 주변지역의 오염농도가 크게 증가할 수 있다. 이 경우는 근린공원 녹지가 지녔던 오염흡수능력이 전부 제거됐다는 것 뿐만 아니라 도로차량 등의 오염물질 배출원이 추가됨으로써 오염확산조건을 변화하게 한다는 것을 의미한다. 파고다 근린공원의 녹지가 개발된 경우, 즉 근린공원 자리에 주변지역과 유사한 형태로 건물과 도로가 건설된 경우를 가정하여 모델링을 수행했다. 수평고도 10m에서의 농도분포를 비교해 보면, 파고다 공원이 있던 자리에 도로와 건물이 배치됨에 따라 근린공원 내부 및 인접지역의 대기오염도가 크게 증가하는 것으로 나타난다. 공원이 있던 중심 위치의 농도를 비교하면, 공원이 있던 지역의 오염농도가 공원이 개발됨에 따라 거의 2배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 결국, 도시 근린공원의 수목은 자체적으로 오염물질을 흡수 제거하는 기능은 작지만, 상대적으로 친환경적인 토지이용형태(배출원이 거의 없고, 해당지역 및 주변지역에서 월활한 기류소통을 촉진)로 인해 대기환경 악화를 억제하는 효과는 탁월하다 할 수 있을 것이다. 따라서 대기오염이 심한 도시지역에서의 오염원 추가건설 제어를 위한 녹지보호정책은 우선적으로 고려되어야 할 대기정책 사안으로 다루어져야 할 것이다. ■ 도시협곡 가로수의 대기영향 본 연구에서는 도시근린 공원의 녹지와 더불어 도시협곡(street canyon)의 가로수가 대기질 환경에 미치는 영향을 분석했다. 도시협곡이란 차도를 따라 빌딩이 줄지어 배치된 지역을 표현하는 것으로, 자연지형의 협곡과 공기역학적 관점에서 유사한 구조를 지닌다. 자연지형에서 협곡의 가장 낮은 부분에 주로 강이 형성된 반면, 도시협곡에서는 인간이 건설한 도로가 위치하여 통행차량에서 배출된 각종 오염물질이 도로협곡 내부의 대기환경을 열악하게 만든다. 특히 도로협곡 내부와 외부간의 공기교환이 작을 경우, 협곡 내부의 좁은 공간에는 고농도로 오염물질이 축적되어 보도나 인접 사무실에서 활동하는 사람들의 건강에 나쁜 영향을 미친다. 우리나라 대도시 및 중소도시에서 도시협곡은 보편적으로 발견되는 오염확산 환경일 뿐 아니라 국지적 대기환경이 심각하게 악화될 수 있는 지형조건이라는 점에서 도시협곡 내의 대기질 환경문제는 중요하다. 본 연구에서는 다양한 도시협곡 유형별로 가로수가 협곡내 대기오염 농도에 미치는 영향을 분석하였으며, 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 가로수의 수관부가 풍상측 건물고도에 비해서 적정 수준으로 높고 바람이 차도에 직각으로 불 경우, 저층건물로 이루어진 도시협곡 내 대기오염농도는 감소한다. 특히 풍상측보도 상의 오염농도는 현격히 감소하며, 차도 상의 오염농도도 감소한다. 풍하측보도의 오염농도는 고도(z 방향)별로 매우 불규칙한 특성을 보이며, 전반적으로는 오염농도의 변화가 미미한 것으로 보인다. 이러한 가로수의 대기개선효과는 60m 정도의 고층으로 구성된 도시협곡에 대해서는 기대할 수 없으며, 또한 가로수의 높이가 풍상측 건물고도에 비해 지나치게 클 경우에도 가로수의 대기개선효과는 많이 감소된다. 모델링 결과에 의하면 초기에 자동차 배가스로 가득 찬 10m 높이의 도시협곡은 적정 높이(12m)의 가로수가 식재되고 도로에 직각으로 1m/sec 풍속의 바람이 불 경우, 풍상측 보도 2m 높이에서의 오염농도가 단지 8~27분 정도내에 85% 정도까지 제거되는 것으로 나타났다. 이러한 가로수의 도시협곡내 대기오염저감 메카니즘은 나뭇잎 등에 의한 직접적인 오염물질 흡수작용이 아니라 가로수 수관부에 의한 기류흐름 변화가 협곡 내부와 외부간의 공기교환을 촉진하는 작용에 기인한다. 가로수가 없는 상황에서도 협곡의 양쪽 건물 높이가 비대칭이면 기류흐름의 변화로 인한 대기개선효과가 나타나며, 이 때 풍상측 건물보다 키가 큰 가로수를 식재하면 그 효과는 증대된다. 가로수의 도시협곡내 대기오염저감을 위한 가장 중요한 인자는 풍상측 건물고도에 대한 가로수의 높이이며, 그 외에도 수관부의 형상 및 개구율도 도시협곡의 대기질에 영향을 미칠 수 있는 인자이다. 보도의 폭, 가로수 식재위치 및 수목의 오염흡수속도(수목의 호흡작용 등을 통한 잎의 대기오염정화기능의 활성화 정도), 관목의 혼합식재 등은 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 도시협곡의 대기환경에 대한 가로수의 영향을 분석한 이상의 연구결과는 실제 조건을 감안하여 활용되어야 한다. 도로에 직각 풍인 경우가 실제 기상 조건 하에서는 얼마나 빈번한 빈도로 성립되는 지, 직각 풍과 도로방향 바람이 혼재하는 경우나 도로를 따라 건물고도의 변화가 현저할 경우에 결과가 얼마나 민감한 영향을 받는 지도 보다 자세히 검토해야 할 것이다. 아울러, 이상의 연구결과는 수치모델에만 의존하여 도출된 것으로 향후 실측자료에 의한 보완이 필요하다. 수치모델을 구성하는 요소 가운데 기류해석 알고리즘은 풍동실험 및 선행결과와 비교를 통해 자세히 검증이 된 것에 반해, 비교자료의 부재로 인해 수목에 대한 수치해석모델의 타당성은 본 연구에서 확인할 수 없었다. 여기에 대해서는 향후 보다 심층적인 연구가 필요할 것이다. -
dc.contributor.authoralternativename Joo -
dc.contributor.authoralternativename Hyun Soo -
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