소프트 엔지니어링

Soft engineering

해안선 토목공학과 관련해 연성공학은 지속가능한 생태원리를 활용해 해안선 안정화를 복원하고 다년생 서식지를 보호하는 해안선 관리 관행이다. 소프트쇼어라인엔지니어링(SSE)은 식물, 돌, 모래, 파편 등 유기물들의 전략적 배치를 통해 침식을 줄이고, 해안선 미관을 강화하며, 육상-수상 접점을 부드럽게 하며, 생태 복원 비용을 낮춘다.[1]

Soft Shoreline Engineering과 Hard Shoreline Engineering을 구별하기 위해, Hard Shoreline Engineering은 위험을 방지하고 해안선을 보강하기 위해 강판 쌓기나 콘크리트 방벽을 사용하는 경향이 있다. 일반적으로 하드 쇼어라인 엔지니어링은 항해나 산업 목적으로 사용된다. 대조적으로, 소프트 쇼어라인 엔지니어링은 해안선의 공학적 무결성을 훼손하기 보다는 생태학적 원리의 적용을 강조한다.[2]

배경

1990년대 중반 이전에는 대부분의 연안 관리 프로젝트에 대한 표준 엔지니어링 관행이 전통적인 하드 엔지니어링 방식을 채택했다. 경질 해안선 공학은 해안선을 강화하고 침식을 방지하며 홍수로부터 도시 개발을 보호하기 위해 콘크리트, 강철, 플라스틱과 같은 비유기적인 보강재를 사용하는 것이다. 그러나, 해안 도시들간의 해안선 개발이 급격히 증가함에 따라, 해로운 생태학적 요소들이 명백해졌다. 하드 해안선 공학은 경제 분야의 상업, 항해, 산업 분야에서 효율성을 높이는 데 초점을 맞추어 해안을 따라 인간의 발전을 수용하도록 설계되었다. 2003년, 바다에서 120마일(190km) 이내에 살고 있는 지구 인구는 30억 명이었고 2025년에는 두 배가 될 것으로 예상된다.[3] 이러한 개발은 많은 비용을 들여 이루어졌으며, 생물 공동체를 파괴하고, 이주민 서식지를 고립시키고, 파동 작용과 장해물 조류를 방해하여 침전물의 자연적 수송을 변화시켰다. 디트로이트 강이 해안 습지 서식지의 97%를 잃으면서 많은 해안 지역들이 인간 개발로 인해 심각한 해안 파괴를 보이기 시작했다.[1] 싱가포르는 또한 1920년에서 1990년 사이에 해안선 개발로 인해 맹그로브 숲, 해안 암초, 갯벌 지역의 대다수가 사라진 것을 기록하였다.[3]

20세기 말에 해안 공학 관행은 자연 환경을 계획 고려에 포함시키는 방향으로 점진적인 전환을 겪었다. 항법, 산업 및 상업적 이용의 개선이라는 유일한 목적으로 고용된 하드 엔지니어링과는 대조적으로, 소프트 엔지니어링은 다면적인 접근법을 취하며, 다면적인 편익을 위한 해안선을 개발하고 물고기와 야생동물 서식지를 고려하는 것을 포함한다.[4] 미국 연방 허가 해안 토목 공사 프로젝트의 건설과 유지에 대한 책임을 맡은 미 육군 공병대는 미국 내에서 행해지고 있는 해안 공학의 원리를 개발하는데 중요한 역할을 한다. 부분적으로는 미국 전역의 해안선의 열화로 인해 그 핵심은 Upda 이후 계속되어 왔다.그것의 해안 관리 관행을 컴퓨터 기반 모델링, 프로젝트 유지, 환경 복구에 점점 더 중점을 두고 있다.[5] 그러나, 소프트와 하드 엔지니어링은 상호 배타적이지 않으며, 특히 높은 유량의 물체를 위해 워터프론트를 설계하기 위해 두 가지 관리 관행을 혼합하여 사용할 수 있다.[2]

연성 해안선 공학의 원리

  • 자연을 모방하라 - 자연 환경의 특성을 모방하는 것은 소프트 엔지니어링 노력의 성공에 매우 중요하다. 풍경의 기존 특성은 지형적인 힘이 작용하고 있음을 말해준다. 강풍과 함께 불모지에 초목을 더하려고 해도 의도된 결과가 나오지 않을 것이다.[6]
  • 완만한 경사 - 완만한 경사는 자연환경에서 가장 흔하게 발견되며 중력하에서도 가장 안정적이다. 둑과 해안선을 따라 점차 기울어진 경사는 더 먼 거리에 걸쳐 파동에너지를 분산시켜 침식의 힘을 감소시킨다.[6]
  • "소프트 아머링" - 소프트 아머링에는 살아있는 식물, 관목, 뿌리 패드, 통나무, 식물성 매트, 관목 등의 재료가 사용된다. 살아 있는 이들 물질은 환경 변화에 적응할 수 있으며, 최소한의 방법으로 자연 해안선을 교란함으로써 정기적인 해안 공정을 유지하는데 도움을 준다. 연성 아머링은 해안선 서식지를 향상시키고 수질을 개선하는데도 가장 중요하다.[7]
  • 물질적 다양성 - 다양한 질감과 식물은 미관을 향상시키고 자연 경관을 다양화하며 생물 다양성을 극대화한다. 토착 식물과 멸종위기종 또는 멸종위기에 처한 종은 가능하면 항상 사용되어야 한다.[2] 지역적으로 풍부하고 쉽게 접근할 수 있는 천연자원의 사용도 개발비를 크게 절감한다.

기술

심기

연성 해안선 공학의 가장 기본적이고 근본적인 형태는 퇴화되거나 손상된 해안선 지역에 토종 식물을 추가하는 것이다. 토양의 구조적 건전성을 강화한다. 초목의 깊은 뿌리가 흙을 한데 묶어서 흙의 구조적 건전성을 강화시키고 갈라져 수역 속으로 무너지는 것을 막는다. 또한 식물 층이 추가되면 비바람과 같은 부식력으로부터 제방을 보호한다.[7]

압연 침식 제어 제품(RECP)

압연침식방지제품은 자연재질과 합성재료를 모두 사용해 만든 담요나 그물망을 이용하여 지표면을 에로스적인 힘으로부터 보호하고 식물의 성장을 촉진하는 제품이다. RECP는 급경사지, 수로, 자연식물이 희박한 지역 등 침식 가능성이 높은 곳에서 자주 사용된다. 이 제품은 빗방울로부터 토양을 보호하고, 씨앗을 제자리에 두며, 식물 성장과 일치하는 수분과 온도 파라미터를 유지함으로써 식물의 성장을 돕는다. RECP의 일반적인 구성은 씨앗, 비료, 분해능 지분 및 결합 물질을 포함한다. 설계는 제조업체마다 다르지만 대부분의 RECP는 생분해성 또는 광분해성이며 주어진 시간이 지나면 분해된다.[8]

Coir 로그

침식방지코이르 로그는 하천둑, 경사지, 언덕, 하천 등 침식 취약지역을 지원해 토양을 안정화하도록 설계된 천연섬유 제품이다. 쿠아르(coir)는 코코넛의 겉껍질에서 추출한 코코넛 섬유로 로프, 매트, 그물 등의 제품에 사용된다. RECPs와 마찬가지로, coir 로그는 자연적이고 생분해성이며, 주로 관 모양의 coir twine neting에 의해 결합되는 촘촘히 채워진 coir 섬유로 구성된다. 쿠어 섬유는 강하고 내수성이 있어 파도와 강물 조류에 대한 내구성이 강하다. Coir Log의 여러 구간을 트위인으로 결합하여 침식억제 및 취약지역 예방이 가능하다.[9] 코이르 로그는 또한 채식될 수 있고 습지 가장자리를 따라 자생식물의 뿌리 시스템을 확립하는 데 사용될 수 있다.

라이브 스테이크와 파시네

생명의 말뚝과 파시는 습한 토양 조건에서 번성하는 특정한 나무나 관목 종으로 하천 제방과 해안선을 안정시키는 데 전략적으로 이용될 수 있다. 살아있는 말뚝은 가지들을 제거한 단단한 나무 베는 것으로, 습한 토양에 심으면 잘린 가지들의 줄기에서 새로운 식물이 자랄 것이다. 단독으로 사용하거나 토양에 있는 2인치(5cm) 파일럿 구멍에 이식하거나 압연 침식 조절 제품, 코아르 로그 등 기타 생명공학 소재를 확보하는 장치로 활용할 수 있다. 파시는 물의 흐름을 방해하거나 침식을 억제하기 위해 스트림뱅크 등고선에 수평으로 놓여 있는 유사한 활엽지류다.[10]

브러시 매트리스

라이브 브러시 매트 또는 브러시 매트라고도 하는 브러시 매트리스는 스트림 뱅크의 즉각적인 보호 커버를 형성하는 데 사용되는 기법이다. 브러시 매트리스는 제방을 보호하기 위해 추가적인 말뚝으로 고정된 살아있는 말뚝, 파시네, 나뭇가지 절단부의 밀도가 높은 조합이다. 브러시 매트리스는 결국 뿌리를 내리고 토종 식물의 군집을 위한 조건을 높이기 위한 것이다. 이 제품은 익사 서식지 복원과 함께 하류로 흐르는 퇴적물을 차단하고 포식자로부터 물리적인 보호를 제공, 수온 조절, 하천 차광 등을 통해 어류 및 수생생물에게 다양한 혜택을 제공한다.

라이브 크립월

라이브 크립 벽은 개울둑에 지어진 목조 통나무 오두막집과 비슷한 구조로 흙, 휴면목재, 바위 등 천연자재로 장식돼 있다. 활엽수벽은 튼튼한 통나무 구조와 나무 베인 곳에서 싹을 틔울 뿌리 덩어리가 합쳐져 하천 제방을 보강할 수 있고, 침식을 막아 둑 깊숙한 곳에 보관할 수 있다. 비록 상당히 노동 집약적이긴 하지만, 크립월은 수 십 년 동안 지속될 수 있고, 물 표면 아래에서 훌륭한 수중 서식지를 제공할 수 있다. 크립월은 스트림에서 분할 채널의 발생을 방지할 수 있지만 구조물의 기초가 손상되기 때문에 다운컷이 있는 스트림에서는 사용해서는 안 된다.[11]

캡슐화된 흙받이

캡슐화된 흙받이는 흙을 생분해성 담요에 '흡착'해 원하는 하천 제방 경사면을 조성하는 방식으로 경사면에 정리하는 기술이다. 토양의 층 또는 리프트는 중간에서 높은 수준의 에너지 해안선의 둑을 안정시키기 위해 사용된다. 일단 건설되면 리프트는 토종 꽃, 관목, 풀의 씨앗을 심는다. 흙받이는 물의 체내 토양 침식을 줄이는 것 외에도 수질과 광범위한 이주민 서식지를 보호한다.[12]

식물성 립랩

식물성 이삭은 침식 보호를 위한 기존 이삭의 대안으로 부드러운 해안선 공학적 기법이다. 재래식 바리랩은 암석 갑옷, 돌무더기, 또는 침식의 힘에 대항하여 해안선 구조물을 강화하는데 사용되는 콘크리트의 일종이다. 식물성 갈매기는 해안선 보호의 보다 경제적인 형태로서, 생선과 야생동물 서식지를 향상시키고 외관을 부드럽게 하고 제방의 미관을 향상시킨다. 식물성 이파리는 바위와 함께 토종 식물을 접목시켜 둑에 살아있는 절개물을 만들었다. 이 기술은 수생 종의 자연 서식지를 향상시키고, 둑을 무장을 하고, 물의 흐름을 재조정한다.[13]

지오 백

지오백이나 침식 조절 백/튜브는 필터를 제거하는 침전물 역할을 하며, 슬러지와 모래 입자를 가둬 해안선 침식을 방지하고 해안선 침식을 방지한다. 이 가방들은 물의 자연적인 흐름이 억제 없이 드나드는 것을 가능하게 하여 해안선으로의 지장을 제한하도록 설계되었다. 이러한 지오백이나 튜브는 구체적인 대안이 아닌 해안 환경에서도 자연스러워 보이도록 설계되어 있으며, 실외를 견딜 수 있도록 제작되었다. 지오백 소재는 전형적으로 지오텍스틸 원단으로 구성돼 있으며 다양한 사양을 위해 설계할 수 있다.[14]

모범 관리 사례

연성 엔지니어링의 원칙을 실천에 접목하기 위해서는 여러 가지 목적을 달성하기 위해 해안선을 재개발해야 한다. 예를 들어, 연성 해안선 공학은 비용을 절감하고, 은행을 안정시키고, 미적 가치를 향상시키고, 이교도 서식지를 보호하고, 대중의 접근을 확장하고, 다양한 야생동물을 지원할 수 있는 능력을 가지고 있다.[2] 워터프런트 개발과 디자인을 위한 다중 목표 달성을 위해서는 환경, 사회, 경제 원리를 통합하는 다학제 팀을 구성해야 한다.

연성 엔지니어링 구현의 첫 번째 단계는 현장에 대한 사전 평가를 실시하고 연성 엔지니어링의 적용 가능성과 실용성을 판단하는 것이다. 대표적인 평가로는 사업 면적의 범위 파악, 기존 용도 평가, 서식지, 종, 공공 접근, 개발 등의 편의시설 및 특성 문서화, 향후 바람직한 사용의 영향 고려 등이 포함된다.[2] 팀이 현장이 소프트 엔지니어링 구현에 적합하다고 판단하는 경우, 개발의 미리 정해진 목표를 달성하고 목표를 달성하기 위해 복잡한 프로세스를 설계한다. 그런 다음 프로젝트 개발 및 진행 상황을 측정하기 위한 표준과 목표를 만들어야 한다. 진척도를 측정하기 위해 구현된 목표뿐만 아니라 환경, 사회적, 경제적 가치의 통합을 보장하기 위해 과정의 초기에 학제간 파트너십을 구축해야 한다. 우선순위와 대안을 정하고, 팀이 함께 협력하여 최상의 경영 관행을 결정함으로써 최대의 효과를 달성한다. 최선의 관리 관행이 결정되고 통합된 후, 프로젝트의 성공은 목표의 충족과 효과적인 보존 및 보존 노력에 기초한다.[2]

사례 연구

대 디트로이트 아메리카 헤리티지 리버 이니셔티브

1998년 미국 대통령은 새롭게 도입된 소프트 엔지니어링 기법의 사용을 통해 강과 워터프론트를 복원하고 활성화하기 위해 미국 헤리티지 리버 이니셔티브를 만들었다.[4] 슈나이더의 보고서는 미국과 캐나다 디트로이트 강의 47.2%가 전통적인 하드 엔지니어링 관리 관행에 따라 콘크리트나 강철로 요새화되었다고 보고했다. 1999년, 미국 캐나다 SSE 회의는 SSE 사용에 대한 모범 경영 관행을 개발했는데, 이는 디트로이트 강 서부의 이리 호수 유역에서 실시된 38개의 SSE 프로젝트 중 발효되었다. 이 사업에는 총 1,730만 달러가 투입되었는데, 이 사업은 익사 및 수생 서식지를 개선하고, 자연 해안선을 복원하며, 폭풍우를 치료하기 위한 것이었다. 이 연구는 생태 복원에 대한 경제적 이점이 심오하며 해안가 재활 과정에 대한 추가 조사와 투자를 위한 설득력 있는 증거를 제공한다는 것을 발견했다. 연구자들은 SSE가 자연 서식지를 개선했을 뿐만 아니라 사회적 관점에서, 이러한 노력이 사람들을 자연과 다시 연결시켜, 이러한 수족관의 성공과 건강에 대한 인간적 애착을 길러준다는 것을 발견했다.[1]

미시시피

1819년 영국의 식민지를 시작으로 미시시피의 해안선은 변경과 토지 개간으로 인해 광범위한 쇠퇴의 역사를 겪어왔다. 힐튼과 매닝은 1922년부터 1993년까지 맹그로브, 산호초, 죽간 갯벌의 면적이 급격히 감소해 자연 해안선의 실제 비율이 96%[3]에서 40%로 떨어진다는 사실을 발견했다. 이러한 해로운 인공적인 효과와 싸우기 위해, 미시시피 주 정부는 2008년에 연성 공학의 생태학적 원칙에 따라 해안선의 변경을 포함하는 마스터 플랜을 고안했다. 싱가포르의 생태공학의 성공에 관한 연구에서는 해안선 설계와 보존에 생태학적 원리를 도입하는 가장 효과적인 방법은 해안 관리에 관여하는 다수의 기관을 조정하고 교육하는 하향식 접근법을 시행하는 것으로 나타났다. 미시시피의 자연 해안선 손실은 집중적인 인간 개발의 불가피한 손해의 한 예일 뿐이며 연성 공학 기술은 해안선 보존과 복원과 계속 이어질 것이 확실한 도시 개발 사이의 균형을 효과적으로 유지하는 방법을 제공한다.[3]


참조

  1. ^ a b c Hartig, J.H.; Zarull, M.A.; Cook, A. (2011). "Soft shoreline engineering survey of ecological effectiveness". Ecological Engineering. 37 (8): 1231–1238. doi:10.1016/j.ecoleng.2011.02.006.
  2. ^ a b c d e f AD, Gannon, J.E., Shaw, J.R., Hartig, J.H. "해안선의 소프트 엔지니어링에 대한 모범 경영 관행" 미국 미시건 주 디트로이트의 그레이트 디트로이트 아메리칸 헤리티지 리버 이니셔티브 2000.
  3. ^ a b c d Lai, Samantha; Loke, Lynette H.L.; Hilton, Michael J.; Bouma, Tjeerd J.; Todd, Peter A. (2015). "The effects of urbanisation on coastal habitats and the potential for ecological engineering: A Singapore case study". Ocean & Coastal Management. 103: 78–85. doi:10.1016/j.ocecoaman.2014.11.006.
  4. ^ a b Hartig, John H.; Kerr, John K.; Breederland, Mark (2001). "Promoting soft engineering along Detroit River shorelines". Land and Water-The Magazine of Natural Resource Management and Restoration. Fort Dudge, Iowa. 45 (6): 24–27.
  5. ^ United States Army Corps of Engineers (August 1, 2008). "The Coastal Engineering Manual". EM 1110-2-1100. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  6. ^ a b "Principles and Objectives of Soft Shoreline Stabilization Coastal Processes, Hazards, and Society". www.e-education.psu.edu. Retrieved 2019-02-28.
  7. ^ a b "Shoreline Stabilization Techniques - NYS Dept. of Environmental Conservation". www.dec.ny.gov. Retrieved 2019-02-28.
  8. ^ Urban Drainage and Flood Control District (November 2010). "Urban Storm Drainage Criteria Manual". 3. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  9. ^ "Coir Logs Natural Erosion Control for Soil Stabilization". www.erosioncontrol-products.com. Retrieved 2019-02-28.
  10. ^ "Live Stakes & Fascines - Cardno Native Plant Nursery". www.cardnonativeplantnursery.com. Retrieved 2019-02-28.
  11. ^ Ohio Department of Natural Resources. "Live Cribwalls" (PDF). Ohio Stream Management Guide. Guide No. 17: 57–59.
  12. ^ "Encapsulated soil lifts are lake-friendly option for rebuilding eroding banks on inland lakes". MSU Extension. Retrieved 2019-02-28.
  13. ^ "Vegetated Riprap, Vegetated Riprap Applications ~ Innovative Techniques". www.terraerosion.com. Retrieved 2019-02-28.
  14. ^ "Erosion Control Bags for Coastal Protection". www.erosioncontrol-products.com. Retrieved 2019-02-28.

참고 항목