1. 서론

최근 도시 열섬, 폭염, 미세먼지 등 기후·환경 문제가 심화됨에 따라 시민들의 건강과 생활에 대한 불안감이 고조되고 있다. 우리나라 정부 부처와 지자체들은 강력한 규제와 함께 다양한 대책을 수립하여 기후·환경 문제를 해결하기 위하여 노력하고 있다. 환경부는 2019년에 「미세먼지 재난 위기 관리 표준 매뉴얼」을 제정하여, 미세먼지 위기 경보 단계(관심-주의-경계-심각)에 따른 미세먼지 저감 조치 수준을 단계적으로 강화해 왔다. 그리고 2018년 「재난 및 안전관리 기본법」이 개정되고 폭염이 자연재난에 포함되면서 폭염 완화를 위한 제도적 기반이 마련되었고, 폭염 저감 시설(쿨루프, 그늘막 설치 등) 확충사업, 폭염취약계층 돌봄사업, 농축산물 피해보상 등 지자체별로 다양한 정책들이 수행되고 있다(Kwon and Ahn, 2020).

최근에는 미세먼지와 폭염 저감을 위한 근본적인 해결 방안과 함께 새로운 정책 수립이 진행되고 있다. 그 중 하나가 도시계획과 정책수립 단계에서 도시 지역 바람길을 활용하는 방안이다. 바람길은 도시에서 바람이 흐르는 길을 의미하고, 도시 외곽의 신선하고 차가운 공기를 도시 지역으로 원활하게 흐르게 함으로써 열환경과 대기질 개선에 도움을 준다. 바람길 활용은 독일 슈투트가르트(Stuttgart)에서 열환경 개선을 위하여 처음 도입되었는데, 최근 미세먼지와 도시 폭염 저감을 위하여 바람길 활용이 증가하고 있다(Eum, 2019). 국내의 경우, 2000년대부터 바람길을 도시 계획 단계에 활용하기 위한 연구가 본격적으로 시작되었다(Eum, 2019). 그러나, 현행 법제도인 「국토기본법」, 「국토계획법」, 「환경정책기본법」, 「대기환경보전법」 등은 친환경적 국토 이용·관리에 관한 선언적인 내용을 담고 있고 바람길 확보를 권고하고 있지만, 바람길 관련 내용이 한정적이거나 세부 규정이 미흡하여 실제 계획 단계에서 바람길 활용은 어려운 것으로 평가되고 있다(국토연구원, 2019). 그럼에도 바람길 활용 방안에 대한 연구와 사업이 꾸준히 증가하고 있다. 국토연구원은 2019년 「미세먼지 저감을 위한 국토·환경계획 연계 방안 연구: 바람길 적용을 중심으로」 사업을 통해 도시 내 미세먼지를 저감을 위해 바람길의 유용성을 제시하였고, 산림청은 2019년부터 「도시 바람길 숲 조성 시범 사업」을 통해 전국 17개의 시·도를 대상으로 바람길 숲 조성 사업을 활발히 추진하고 있다(Eum et al., 2019).

과거에는 도시 지역 흐름 이해와 바람길 파악을 위해서 현장 관측과 풍동 실험 결과를 활용하였지만, 최근 컴퓨팅 파워가 증가함에 따라 수치 모델 활용이 비약적으로 증가하고 있다(Kwa and Salim, 2015). 도시 지역에 서는 건물, 지형, 인공구조물 등에 의해 복잡한 흐름이 형성된다. 도시 지역의 비균질적 흐름을 수치 모의하기 위해서는 지형과 건물을 객체 단위로 분해할 수 있는 고해상도 수치 모델 사용이 필요하다. 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델은 수 m에서 수십 m의 공간해상도를 채용하여 건물이나 지형 특성을 상세하게 고려할 수 있기 때문에 도시 규모의 바람과 확산 수치 모의에 활발하게 활용되고 있다(Kang et al., 2020).

본 연구에서는 수원시의 도시정책 수립에 기초 자료를 제공하기 위해 최근 10년간 수원 종관기상관측소에서 측정한 지상 기상 자료를 기반으로 수원시 전역의 바람길을 조사하고 평균적인 풍속 분포를 산출하였다. 이를 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS)의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하였다. 최근 10년간 측정한 16방위별 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 수치 모의를 수행하였다. 이 논문은 총 4장으로 구성된다. 2장에서는 연구 방법을 서술하고, 3장에서는 연구 결과를 분석하며, 4장에서는 본 연구 결과를 요약하고 결론을 서술하였다.

2. 연구방법

1) 수치 모형

본 연구에서 사용한 CFD 모델은 Kang et al. (2020)이 사용한 모델과 동일하다. 이 모델은 비정수, 비압축, 비회전의 3차원 대기흐름을 가정하고 ReynoldsAveragedNavierStokes (RANS) 방정식계에 기초한다. 격자점에서의 난류 효과를 매개화하기 위해 재규격화군(renormalization group, RNG) 이론에 근거한 k-ε 난류 모형을 이용한다. 벽면 경계 부근의 난류 효과를 고려하기 위하여,Versteeg and Malalasekera (1995)가 제안한 벽면 함수를 사용한다. 엇갈림 격자계(staggered grid system)를 채택하고 Patankar (1980)가 제안한 SIMPLE(semi-implicitmethod for pressurelinked equation) 알고리즘과 유한 체적법(finite volume method)을 사용하여 지배 방정식계를 수치적으로 풀이한다.

2) 대상 지역

수원시의 바람길을 수치 모델을 이용하여 연구하기 위 하여, 대상 지역을 수원시 전역으로 선정하였다(Fig. 1). 수원시는 도심지를 중심으로 북쪽, 동쪽, 서쪽에 산악 지형이 위치한 분지에 위치한다. 북쪽(ⓐ in Fig. 1)에는 백운산(566 m)과 광교산(582 m)이, 서쪽(ⓑ in Fig. 1)에는 구봉산(145 m)과 칠보산(238 m)이, 동쪽(ⓒ in Fig. 1) 에는 아람산(143 m)과 매미산(157 m)이 위치하고 있다. 서부(ⓓ in Fig. 1)와 남부(ⓔ in Fig. 1) 지역에는 농경지, 호수, 평지, 군공항 등 장애물이 적은 지역이 넓게 분포하고 있다. 도심지에는 비교적 낮은 산과 언덕이 곳곳에 산재하고, 넓은 도로와 하천이 길게 형성되어 있다

Fig. 1. The satellite image of the target area (from https:// www.google.com/maps).

수원시의 측정 바람 특성을 조사하기 위하여, 수원종관기상관측소(ASOS 119, red star in Fig. 1)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 풍향과 풍향별 평균 풍속을 조사하였다(Table 1). 수원 ASOS (ASOS 119)의 최근 10년간 평균 풍향은 서~북서풍 계열이 전체 풍향 중 39%로 가장 우세하였다. 주간(07시~18시)과 야간(19시~익일 06시)으로 구분하였을 때, 주간에는 서풍(17.8%), 서북서풍(12.8%), 서남서풍(8.4%) 순으로, 야간에는 서북 서풍(15.9%), 서풍(12.9%), 북서풍(12.2%)순으로 높은 빈도가 측정되는 등 서~북서풍 계열이 우세하였다. 계절적 특성을 분석하기 위하여, 봄(3월, 4월, 5월), 여름(6월, 7월, 8월), 가을(9월, 10월, 11월), 겨울(1월, 2월, 12월)로 구분하였다. 봄에는 서풍(20.9%)과 서북서풍(14.5%)이, 여름에는 서풍(15.2%)과 서북서풍(9.4%)이, 가을에는 서북서풍(12.8%)과 서풍(10.8%)이, 겨울에는 서북서풍(20.7%)과 북서풍(17.2%)이 높은 빈도로 측정되었다. 따라서, 수원시에서 배경 흐름은 주로 서~북서풍 계열인 것으로 확인되었다.

Table 1. The frequencies of 16 wind directions and the average wind speeds measured at the Suwon ASOS (ASOS 119)

3) 수치 실험 설계

본 연구에서는 CFD 모델의 건물과 지형 입력 자료를 생성하기 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS) 자료를 이용하였다. 수원시 전역을 포함시키기 위하여, 수치 도면의 수평 규모를 15.0 km×15.0 km로, 연직 규모를 1.5 km로 설정하였다(Fig. 2). 격자 크기는 동서 방향(x)이 30 m, 남북 방향(y)이 30 m, 연직 방향(z)이 10 m이고, 각 방향의 격자 수는 500, 500, 150개이다.

Fig 2. Three-dimensional configuration of buildings and topography around Suwon city.

총 16방위(북풍, 북북동풍, 북동풍. 동북동풍, 동풍, 동남동풍, 동남풍, 남남동풍, 남풍, 남남서풍, 남서풍, 서남서풍, 서풍, 서북서풍, 북서풍, 북북서풍)의 풍향에 대해 수치 모의를 수행하였다. 풍향별 유입류 풍속은 수원종관기상관측소(ASOS 119)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 10년 평균 풍속(Table 1)을 사용하였다. 유입 경계에서 바람(U, V, W), 난류운동에너지(k), 난류운동 에너지 소멸률(ε)의 연직 분포는 Castro and Apsley (1997)가 제안한 연직 분포식[식 (1) – (5)]을 이용하였다.

\(U(z)=\frac{u_{v}}{K} \ln \left(\frac{z}{z_{0}}\right) \cos q\)       (1)

\(\mathrm{V}(\mathrm{z})=\frac{\mathrm{u}_{*}}{\kappa} \ln \left(\frac{\mathrm{Z}}{\mathrm{z}_{0}}\right) \sin \mathrm{q}\)       (2)

\(\mathrm{W}(\mathrm{z})=0\)       (3)

\(\mathrm{k}(\mathrm{z})=\frac{\mathrm{u}_{*}^{2}}{\mathrm{c}_{\mu}^{1 / 2}}\left(1-\frac{\mathrm{z}}{\delta}\right)^{2}\)       (4)

\(\varepsilon(z)=\frac{c_{\mu}^{3 / 4} k^{3 / 2}}{\kappa Z}\)       (5)

여기서, u*, κ, z₀, δ는 각각 마찰 속도, Von Karman 상수(= 0.4), 거칠기 길이(= 0.05 m), 경계층 두께(= 1650 m)이고 c_μ는 경험적 상수(= 0.0845)를 나타낸다(Yakhot et al., 1992). 본 연구에서는 서풍(주 풍향)과 동풍(평균 풍속이 강한 풍향)에 대한 상세 바람 특성을 분석하고 16 방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였다.

3. 결과와 토의

1) 상세 흐름 분석(서풍)

Fig. 3은 주풍(서풍)을 유입 경계 조건으로 사용하였을 때, 지표면(지상 5.0 m)에서의 바람 벡터장과 연직 속도 분포를 나타낸다. 전반전인 흐름 특성을 요약하면 다음과 같다. 수원시 북부 지역(① in Fig. 3)은 높은 산악지 형의 영향으로 복잡한 흐름이 형성되고, 풍상측 산사면을 따라 비교적 강한 풍속과 상승기류가 나타난다. 풍하측 산사면에는 하강기류가 형성되어 주거지역으로 유입된다. 수원시의 서부와 남부 지역(② in Fig. 3)의 경우, 서풍이 불 때 산의 풍하측 지역에서는 풍속이 약해지지만, 산골짜기와 산 사이 일부 지역에서는 벤츄리 효과로 인해 곡간풍(venturi flow or channel flow)이 형성되어 풍속이 강한 지역이 형성된다. 장애물이 없는 농경지와 평지에는 강한 흐름이 형성되고 수원시 중부(③ in Fig. 3)의 도심지로 유입된다. 수원시 중부와 동부 지역은 건물이 밀집되어 분포하고 있고, 건물에 의한 마찰 효과와 흐름 차단 효과로 인해 복잡한 흐름이 형성되고 도심지 풍속이 전체적으로 감소한다. 본 연구에서는 ①~③지역을 중점으로 분석하였다.

Fig 3. Wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level [5.0 m above ground level (AGL)] in the cases of the westerly inflow.

Fig. 4는 수원시 북부 지역(장안구, ① in Fig. 3)의 바람 벡터장과 연직 속도 분포와 x-z 단면의 바람 벡터와 풍속분포를 나타낸다. 풍상측에 해당되는 Ⓐ 지역에는 장애물이 없는 평지와 농경지가 넓게 분포해서 강한 흐름이 형성되고 풍하측 지역으로 유입된다. Ⓑ 지역(장안구의 북쪽)에는 산악 지형 영향으로 복잡한 흐름이 형성되고 풍상측 산사면에서는 강한 상승기류가, 풍하측 산사면에서는 약한 하강기류가 형성된다(c in Fig. 4). Ⓑ 지역 산등성이 사이의 골짜기를 따라 바람길(하강기류)이 형성되고 남쪽과 동쪽의 주거지역으로 유입된다. 풍상측에 산지가 위치하지 않은 지역(장안구 서부, Ⓒ)에서는 강한 흐름이 도시 지역으로 유입되지만, 도시 내부에서는 건물에 의한 마찰효과로 인해 풍속이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 도심지에는 넓은 도로와 지대가 높은 산지와 언덕 등에서 풍속이 강하게 나타난다.

Fig. 4. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ①in Fig. 3 and (c) the wind— vectors and distribution of wind speeds along XY in (b).

Fig. 5는 수원시 서부 지역(권선구, ② in Fig. 3)의 바람 벡터장과 연직 속도 분포를 나타낸다. 권선구 서쪽에는 산악 지형이 남에서 북쪽으로 길게 형성(Ⓓ)되어 있기 때문에, 산악 지형 영향으로 산풍하측 지역에서는 하강기류가 지배적이고 풍속이 전반적으로 약해진 것을 확인할 수 있다. 한편, 능선 사이의 골짜기와 산둘레를 따라 벤츄리(venturi) 효과에 의해 풍속이 증가하는 지역이 곳곳에 나타난다. 권선구 북서부(Ⓔ)와 남동부 지역(Ⓕ)에는 장애물이 없는 평지(농경지, 군공항)가 넓게 분포하고 있고, 이 지역에서는 건물/지형에 의한 마찰 효과가 작기 때문에 풍속이 증가한다. Ⓔ 지역의 경우, 주변 지형의 영향으로 인해 북북서풍 계열의 흐름장이 형성되고 Ⓕ 지역은 장애물의 영향이 작아 유입류와 유사한 풍향이 유지된다.

Fig. 5. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ②in Fig. 3.

Fig. 6은 수원시 팔달구, 영통구, 권선구(③ in Fig. 3)의 바람 벡터장과 연직 속도 분포를 나타낸다. 권선구 동부와 남부에는 장애물에 의한 풍속 감소 효과가 작기 때문에 강한 흐름이 풍하측 주거지역으로 유입된다. 팔달산(145 m)과 수원화성 등이 주변 지역에 비해 상대적으로 지대가 높기 때문에 Ⓘ 지역(팔달구)에서는 풍속이 강하게 나타난다. 도심지 주거 지역에서는 밀집되어 있는 건물에 의해 도시로 유입되는 풍속에 비해 전반적으로 풍속이 크게 감소하지만, 수원시 내의 넓은 도로와 하천 사이로 바람길이 형성되고 비교적 강한 흐름 나타난다. 특히, Ⓙ지역에는 대도로와 호수/하천 등이 유입 풍향과 나란하게 위치하고 있어 이를 따라 바람길이 길게 형성된 것을 확인할 수 있다.

Fig. 6. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ③in Fig. 3.

2) 상세 흐름 분석(동풍)

측정 빈도가 6.7%로 비교적 낮지만, 10년 평균 풍속(2.35 m s^-1)이 비교적 높은 동풍에 대해 상세 흐름 특성을 분석하였다(Fig. 7). 동풍이 불 때, 동쪽에서 남동쪽까지 위치하고 있는 산악 지형에 의해 흐름이 차단(blocking)되고 산 풍하측 지역 풍속이 크게 감소하지만, 동쪽 산지 사이의 넓은 도로를 따라 바람길이 형성되고 강한 흐름이 주거지역으로 유입된다(① in Fig. 7). 도심지에서는 건물에 의한 마찰 효과로 인해 풍속이 약화되고 서쪽과 남쪽의 장애물이 없는 지역에서는 강한 풍속이 분포한다(② in Fig. 7). 본 연구에서는 Fig. 7의 ①~② 지역을 중점으로 분석하였다.

Fig. 7. As in Fig. 3, but the easterly inflow.

Fig. 8(a)는 팔달구와 영통구 지역(① in Fig. 7)의 바람 벡터장과 연직 속도 분포를 나타낸다. 동쪽 경계면에는 산악 지형이 위치하고 있어 상승 기류가 나타나고 풍하측 지역에는 하강기류와 복잡한 흐름이 형성된다. 유입류 지역의 산 둘레와 산골짜기 사이로 바람길이 형성되고 풍속이 증가하는데, 특히 Ⓐ 지역의 남동쪽에는 호수(원천호수)가 넓게 위치하고 있어 이 지역을 따라 풍속이 증가한다. 호수 주변에는 넓은 하천(원천리천)과 도로(광교호수로)가 동서 방향으로 길게 분포하는데, 호수부터 하천, 도로를 따라 바람길이 길게 형성된 것을 확인할 수 있다. 도시 내부에서는 건물 마찰 효과로 인해 풍속이 감소하지만, 넓은 도로(광교호수로~동탄원천로, 덕영대로)에는 비교적 강한 흐름이 유지된다(Ⓑ in Fig. 8(a)). 남~남서쪽(Ⓒ in Fig. 8(a))에는 장애물이 없는 평지가 넓게 분포하고 풍속이 증가한다.

Fig. 8. Wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level [5.0 m above ground level (AGL)] in (a) ①and (b) ②in Fig. 7.

Fig. 8(b)는 권선구 지역(② in Fig. 7)의 바람 벡터장과 연직 속도 분포를 나타낸다. 권선구 북서부와 남동부 지 역에는 장애물이 없는 평지가 넓게 분포한다. 이 지역에서는 건물과 지형에 의한 마찰 효과가 작기 때문에 풍속이 증가하여 풍하측 도심지로 유입된다. 건물이 밀집한 주거 지역에서는 풍속이 감소하고, 넓은 도로(수인로, 매송고색로)와 나지 등에서는 강한 흐름이 유지된다(Ⓓ, Ⓔ). 권선구 남서쪽 부근(Ⓔ의 서쪽)에는 건물에 의한 마찰 효과가 작아 풍속이 강하고, 남서쪽 부근의 산악 지형 사이로 흐름이 수렴되면서 풍속이 증가한다.

3) 수원시 평균적인 풍속 분포 조사(16방위 가중치 평균)

본 연구에서는 총 16방위(북풍, 북북동풍, 북동풍, 동북동풍, 동풍, 동남동풍, 동남풍, 남남동풍, 남풍, 남남 서풍, 남서풍, 서남서풍, 서풍, 서북서풍, 북서풍, 북북서풍)의 풍향에 대해 수치 모의를 수행하였다. 유입류 풍 속은 수원 ASOS (ASOS 119)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 풍향별 10년 평균 풍속(Table 1)을 로그 법칙의 참고 고도(10 m) 풍속으로 사용하였다.

Fig. 9는 16방위 풍향에 대해 풍향별 10년 평균 풍속으로 무차원화한 지표면 풍속 분포를 나타낸다. 유입류 풍향에 따라 북쪽의 풍상측 산사면에는 풍속이 강하고 풍하측 지역은 안락처 효과(shelter effect)로 풍속이 약하게 수치 모의되었다. 북서쪽에서 남쪽으로 길게 위치하고 있는 농경지와 평지에서는 마찰 효과가 작기 때문에, 강한 풍속이 분포하였다. 도시 내부 주거 지역에서 는 풍속이 크게 감소하지만, 넓은 도로들과 하천 사이로 바람길이 형성되어 비교적 강한 흐름이 형성되었다.

Fig. 9. Contours of non-dimensionalized wind speeds at 5.0 m AGL for 16 inflow wind directions.

본 연구에서는 수원시의 평균적인 풍속 분포를 조사하기 위하여, 16방위의 유입류를 사용하여 수치 모의한 후, 각 풍향 빈도를 가중치로 사용하여 평균 풍속을 산출하였다. Fig. 10은 평균 풍속의 수평 분포를 나타낸다. 평균 풍속은 서~서북풍 계열(W – 2.56 m s^-1, NWW – 2.21 m s^-1, NW – 2.37 m s^-1, NNW – 2.05 m s^-1, SWW – 2.31 m s^-1)과 동풍 계열(E – 2.36 m s^-1, SEE – 2.46 m s^-1, NEE – 2.14 m s^-1)이 비교적 강하고 북풍(N – 1.52 m s^-1)과 남풍 (S – 1.42 m s^-1)은 비교적 약하며, 서풍 계열의 풍향 빈도의 가중치(서풍 – 15.6%, 서북서풍 – 14.2%, 북서풍 – 9.2%, 서남서풍 – 7.3%)가 크기 때문에 평균 풍속장이 서풍계열과 유사하게 나타났다. 수원시 평균 풍속 특성을 요약하면 다음과 같다. (i) 산등성이에서 평균 풍속이 비교적 강하고 산사면에서 풍속이 약화된다(Ⓐ and Ⓑ in Fig. 10). (ii) 산 사이의 협곡과 골짜기에서는 벤츄리 효과와 바람길 형성으로 인해 풍속이 증가한다(Ⓐ and Ⓑ in Fig. 10). (iii) 서쪽에서 남쪽의 장애물이 없는 농경지와 평지에서는 가장 높은 풍속이 분포한다(Ⓒ and Ⓓ in Fig. 10). (iv) 도심지 주거 지역에서는 넓은 도로들과 하천, 호수, 저수지 등 장애물이 적은 지역을 따라 바람길 형성되고, 바람길을 따라 풍속이 강하게 유지된다(주황 파선 in Fig. 10).

Fig. 10. Contours of wind speeds averaged over 16 inflow directions by using frequencies of 16 wind directions as weighting. The orange dotted lines indicate the places in which wind speeds are higher than the surrounding.

4. 결론

본 연구는 수원시 전역을 대상으로 바람길과 평균적인 풍속 분포를 조사하였다. 이를 위하여 지리정보시스템의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하고, 최근 10년간 수원 종관기상관측소(ASOS 119)에서 측정한 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 16방위의 유입 풍향에 대한 수치 모의를 수행하였다. 수원시는 도심지를 중심으로 북쪽, 동쪽, 서쪽에 산악 지형으로 둘러싸인 분지에 위치하고, 수원시 서부와 남부에는 농경지, 호수, 평지, 군공항 등 장애물이 적은 지역이 넓게 분포하고 있다. 수원시 중심부의 도심지에는 낮은 산과 언덕이 곳곳에 산재하고 있고, 넓은 도로들과 하천이 길게 형성되어 있다.

수원시의 측정 바람 특성을 조사하기 위하여, 종관기상관측소에서 최근 10년(2011년~2020년)간 측정한 풍향과 풍향별 평균 풍속을 조사하였다. 수원 ASOS (ASOS 119)의 최근 10년 평균 풍향은 서~북서풍 계열이 전체 풍향 중 39%로 가장 우세하였다. 10년 평균 풍속은 서~ 서북풍 계열과 동풍 계열이 비교적 강하고 북풍과 남풍이 비교적으로 약하게 나타났다. 본 연구에서는 수원시의 주풍향인 서풍과 풍향 빈도는 낮지만 풍속이 강한 동풍 경우에 대하여 상세 바람 특성을 분석하였고, 16방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였다.

서풍이 불 때, 수원시 북부 지역(장안구)은 높은 산악 지형 영향으로 복잡한 흐름이 형성되고, 풍상측 산사면에서 강한 풍속과 상승기류가 나타난다. 풍하측 산 사면에서는 골짜기를 따라 하강기류가 형성되어 주거 지역으로 유입된다. 수원시 서부와 남부 지역(권선구)의 경우, 산 풍하측 지역에서는 풍속이 약해지지만, 산 사이 일부 지역에서는 곡간풍이 형성되어 풍속이 강한 지역이 나타난다. 권선구의 장애물이 없는 농경지와 평지에는 강한 흐름이 형성되고 수원시 중부와 동부 지역(팔달구, 영통구)으로 유입된다. 팔달구와 영통구의 풍상측에서 강한 흐름이 유입되지만, 도시 내에는 건물이 밀집되어 분포하여 건물에 의한 마찰과 흐름 차단 효과로 인해 풍속이 전체적으로 감소하고 복잡한 흐름장이 형성된다.

동풍이 불 때, 수원시 동쪽에서 남동쪽까지 위치하고 있는 산악 지형에 의해 유입되는 흐름이 차단되어 산 풍하측 지역(수원시 동부 지역)의 풍속이 크게 감소한다. 그러나 동쪽 산지 사이의 넓은 도로와 저수지를 따라 바람길이 형성되고 강한 흐름이 주거지역으로 유입된다. 도심지에서는 건물에 의한 마찰 효과로 인해 풍속이 약화되고 서쪽과 남쪽의 장애물이 없는 지역에서는 강한 풍속이 형성된다

16방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였고 요약하면 다음과 같다. (i) 수원시의 북부와 서부 동부 지역에 위치한 산등성이에 서 평균 풍속이 비교적 강하고 산사면에서 풍속이 약화 된다. (ii) 산 사이의 협곡과 골짜기에서는 벤츄리 효과와 바람길 형성으로 인해 풍속이 증가한다. (iii) 수원시 서부와 남부 지역의 장애물이 없는 농경지와 평지에서는 가장 높은 풍속이 분포한다. (iv) 도심지 주거 지역에 서는 넓은 도로들과 하천, 호수, 저수지 등 장애물이 적은 지역을 따라 바람길 형성되고, 바람길을 따라 풍속이 강하게 유지된다.

본 연구는 수원시 전역의 바람길과 평균 풍속 분포 산출을 위한 수치 모델을 활용한 연구로써, 수원시 국토·도시·환경 계획 시 과학적 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 향후 연구를 통해 연구 방법에 대한 고도화가 필요하다. 예를 들어, 본 연구에서는 연직적으로 이상적인 유입경계 조건을 사용하였으나, 현실적인 유입경계 조건을 위해 중규모 모델과의 접합이 필요하고, 보다 현실적인 바람길 산출을 위해서는 산지와 도시숲, 가로수 등 수목의 항력 효과의 고려가 필요하다.

사사

본 논문은 수원시 수탁연구인 「수원시 바람길 지도 구축 및 정책방향수립 연구」의 지원으로 수행되었습니다. 논문에 대해 유익한 지적을 해 주신 심사위원님께 감사드립니다.