도시하천 내부의 수리 및 녹지 특성에 따른 열환경 평가 : 서울시 청계천을 대상으로 = Evaluation of Thermal Environment according to Hydraulic Properties & Green Space Characteristics in Urban Stream : Focused on Cheonggyecheon in Seoul

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 복원된 도시하천에서 하천내부의 물리적 구조의 변화가 수리적 특성(유속, 수온), 용존산소량이 기상변화와 온열 쾌적성에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 여울지점을 대상으로 녹피율의 차이에 따라 유형 I(불투수포장)과 유형 II(녹지)를 선정하였다. 측정지점은 여울을 3등분하여 E1지점, E2지점, E3지점으로 구분하였고, 여울을 중심으로 상류는 C1지점, 하류는 C2지점으로 구분하여 총 5개 지점에서 측정하였다. 온열환경은 C1지점, C2지점, 산책로지점에서 상류는 T1지점, 하류는 T2지점으로 구분하여 총 4개 지점에서 측정하였다. 기상요소는 높이별(10cm, 60cm, 120cm, 150cm)로 총 4개 높이에서 측정하였다.
유형별 차이를 분석한 결과, 수리적 특성에서 평균수온의 경우 유형 I( 27.340℃) > 유형 II(27.120℃), 평균유속의 경우 유형 I(0.660m/s) > 유형 II(0.590m/s), 평균용존산소량의 경우 유형 I( 8.127mg/L) > 유형 II(8.240 mg/L)로 나타났다. 기상요소는 평균기온의 경우 유형 I(32.583℃) > 유형 II(31.367℃), 평균상대습도의 경우 유형 I(48.765%) > 유형 II(57.758%), 평균풍속의 경우 유형 I(0.957m/s) > 유형 II(0.461m/s) 분석되었다. 온열환경의 경우 WBGT 지수단계는 유형 I의 경우 ‘엄중경계’ 수준이었고, 유형 II는 ‘경계’ 수준으로 유형 I의 수준이 한 단계 더 높게 분석되었다.
지점별 및 높이별 차이에 대한 통계 분석 결과, 기온의 경우 지점별 차이는 유형 I의 경우 C1 > E1 > E2 = E3 > C2 순으로 높았고, 유형 II는 C1 > E1 > C2 = E3 > E2 순으로 나타났다. 높이별 차이는 유형 I과 유형 II는 모두 150cm = 120cm = 60cm > 10cm 순으로 나타났다. 상대습도의 지점별 차이는 유형 I과 유형 II는 모두 E2 = E3 > C2 = E1 > C1 순으로 나타났다. 높이별 차이는 유형 I의 경우 10cm > 60cm > 120cm > 150cm 순으로 높게 나타났으며, 유형 II는 10cm > 60cm > 120cm = 150cm 순으로 분석되었다. 지점별 풍속의 차이는 유형 I의 경우 E2 > E3 > C2 > C1 > E1 순으로 높았고, 유형 II는 E1 = E3 = C1 > E2 = C2 순으로 높게 분석되었다. 높이별 차이는 유형 I과 유형 II는 모두 10cm = 60cm = 120cm = 150cm로 분석되었다.
기온변화에 영향을 주는 항목에 대해 상관성 분석 결과, 유형 I의 경우 기온과 부의 상관계수는 상대습도(-0.868), 용존산소량(-0.474)으로 나타났다. 유형 II의 경우 기온과 정의 상관계수는 수온(0.649), 부의 상관계수는 상대습도(-0.888), 유속(-0.716), 용존산소량(-0.672)으로 나타났다.
기온변화의 영향범위를 분석한 결과, 수직높이에 따른 기온변화의 범위는 여울지점의 상승하는 회귀직선과 산책로지점의 하강하는 회귀점선이 만나는 190cm 높이까지 있는 것으로 분석되었다. 유형 II의 수직높이에 따른 기온변화의 범위는 여울지점의 상승하는 회귀직선과 산책로지점의 하강하는 회귀점선이 만나는 230cm 높이까지 있는 것으로 분석되었다. 거리에 따른 기온변화는 유형 I과 유형 II 모두 여울이 시작하는 E1지점부터 끝나는 E3지점까지 지속적으로 감소하였고 여울이 끝나는 지점 이후로도 지속적으로 감소할 것으로 분석되었다.
연구결과 여름철 오후의 도시하천 내부의 여울은 수리적 특성과 용존산소량을 변화시켰고 그에 따라 기상변화의 효과가 발생하였다. 기온저감의 효과는 유형 I에 비해 유형 II에서 효과가 더욱 크게 나타났다. 온열환경은 하천 내부라고 해서 쾌적한 수준으로 유지되지 않았으나 유형 I보다 유형 II에서 보다 쾌적한 수준으로 분석되었다. 따라서 하천내부라 할지라도 여울과 녹지를 통해 이용자들의 온열 쾌적성을 고려한 하천을 조성해야 할 것으로 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present study was aimed to examine the effect of the structural changes in hydraulic properties and dissolved oxygen inside of a restored urban stream on climate change and thermal comfort. To attain he objective, this study chose and classified the areas of the rapids into Type 1(impermeable pavement area) and Type II(green area) by ratio of green coverage.
According to statistical analysis for difference in the structural changes of Cheonggye Creek by rapid area type, the following results were observed. Of Hydraulic properties, average water temperature turned out highest at Type I(27.340℃) and then Type II(27.120℃); average flow velocity was the highest at Type I(0.660m/s) and then Type II(0.590m/s); and average dissolved oxygen was proven the highest at Type I(8.127mg/L) and then Type II(8.240mg/L). For meteorological elements, average temperature turned out the highest at Type I(32.583℃) and then Type II(31.367℃); average relative humidity was the highest at Type I(48.765%) and then Type II(57.758%); and average wind velocity was proven the highest at Type I(0.957m/s) and then Type II(0.461m/s). In addition, as for thermal environment, WBGT(Wet-Bulb Globe Temperature) Index at the stream spots and the trail point turned out to be in ‘28∼31℃’ in Type I and ‘25∼28℃’ at Type II. Therefore, the area of Type I has one more stage up of heat stress than Type II area.
The analysis of the influence range of temperature change showed that the influence range reached up to 190cm where the ascending regression straight line at the spot of he rapids meets the descending regression dotted line in the trail area. And it turned out that the range of temperature change by (vertical) height in Type II was up to 230cm where the ascending regression straight line at the spot of he rapids meets the descending regression dotted line. Temperature change by distance showed that it continued decreasing from E1 where the rapids start to E3 they end and thus it is expected that it continues to decrease from the end of the rapids.
In conclusion, the rapids inside the urban stream summer afternoons changed the hydraulic properties and dissolved oxygen of the stream, which in turn caused climate change. The effect of temperature fluctuation was proved greater at Type II than Type I. Overall thermal environment didn't remain at pleasant level even inside of the stream. But Type II was relatively more pleasant than Type I. Therefore, the inside of a stream should be also considered to have the rapids and green area so that users can enjoy thermal comfort.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 및 목적 1
• 제2절 연구수행체계 3
• 제2장 이론적 고찰 4
• 제1절 도시하천에 관한 연구 4
• 제2절 수리적 특성과 용존산소량에 관한 연구 7
• 제3절 기상변화에 관한 연구 9
• 제4절 온열 쾌적성에 관한 연구 12
• 제3장 연구 범위 및 방법 14
• 제1절 연구대상지 14
• 1. 연구대상지 선정 14
• 2. 연구대상지 분석 15
• 제2절 조사분석방법 17
• 1. 측정지점 및 측정방법 17
• 2. 측정기기 19
• 3. 분석방법 20
• 제4장 결과 및 고찰 21
• 제1절 수리 및 열환경 현황 21
• 1. 수리적 특성과 용존산소량 21
• 2. 기상요소 23
• 3. 온열 쾌적성 43
• 제2절 수리 및 열환경 특성비교 45
• 1. 유형별 비교분석 45
• 2. 지점 및 높이에 따른 분석 48
• 제3절 기온변화에 미치는 영향인자 56
• 1. 불투수포장지 유형의 항목별 상관성 분석 56
• 2. 녹지 유형의 항목별 상관성 분석 57
• 3. 기온변화 항목에 따른 다중회귀 분석 59
• 제4절 기온변화가 미치는 영향범위 61
• 1. 수직높이에 따른 기온변화 분석 61
• 2. 거리에 따른 기온변화 분석 63
• 제5장 종합결론 65
• 참고문헌 68
• 국문초록 76