2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제2권 토공 및 배수

 

토공 및 배수

제5편 토공

제6편 배수시설

제7편 암거

제2권

 

제 6 편 배수시설

 

제6편 배수시설

463

6.1 설계빈도

(설계빈도는 설계강우발생빈도, 재현기간, 확률년, 빈도년, 회기빈도, 발생주기를 의미함)

(1) 설계빈도의 결정

설계강우강도를 결정하기 위한 구조물별, 배수시설별 설계빈도의 기준은 표 6.1과 같다. 단,

중요한 배수시설물은 관계 관청 및 감독관과 협의한 후 설계빈도를 정해야 한다.

<표 6.1> 설계빈도

구 분 배수시설 설계빈도

일반도로

암거

30년

(도심지 50년)

배수관

30년

(도심지 50년)

노면 10년

비탈면 10년

측도 및 인접지 도로 10년

산지부 도로

암거 100년

배수관 100년

노면 20년

비탈면 20년

측도 및 인접지 도로 20년

집수정 등 배수구조물 간 접속부 접속하는 시설물 중 빈도가 큰 값 적용

※ 표 6.1의 설계빈도는 일반적인 기준으로서, 국지성 호우 등 예기치 못한 상황에 대처가 필요할 시에는 위치에 따

라 기술적 판단에 따라 조정 가능.

※ 이 기준에 제시되지 않은 하천 관련 사항은 ‘하천설계기준’(‘18)에 따라 적용

※ 산지부 : 표고 400m 이상 산지를 접한 계곡 등 영향권 내의 지역

6. 배수시설기준

제2권 토공 및 배수

464

6.2 설계강우강도

설계강우강도는 도로 기능의 안전성과 도로 구조물의 안정성 그리고 배수시설의 중요성 및

경제성에 의하여 결정되는 확률년의 확률별, 강우지속시간(강우도달시간)별 강우량의 크기를

의미하며, mmhr 의 단위로 표시한다.

(1) 강우도달시간의 산정

a) 수로 및 하천에서

유입/유하시간

b) 횡배수 암거에서

유입/유하시간

<그림 6.1> 강우도달시간

강우(홍수)도달시간은 배수구역(집수구역)의 가장 멀리 떨어진 점에서부터 홍수량 산정지점

까지 강우가 도달하는 시간을 의미하며, 강우지속시간이라고도 한다.

강우도달시간은 유입시간과 유하시간의 합(合)으로 표시된다. 여기서, 유입시간은 배수구역

(집수구역)의 가장 먼 지점에서 배수공 최상단류까지 강우가 유입되는 시간을 의미하며, 유하

시간은 강우가 배수시설물이나 하천을 유하하는데 걸리는 시간을 의미한다.

① 강우도달시간 산정 공식tc  t  t 

강우도달시간 산정에는 여러 가지 경험 공식들이 개발되어 사용되고 있으며, 각종 설계

기준에 따라 상이한 공식들이 적용되고 있다.

노면배수의 경우 : t  t

이설수로 및 하천의 경우 : t  t  t

횡배수관의 경우 : t  t  t 

제6편 배수시설

465

(t2*는 구조물에서 흐르는 유하시간이 유입시간에 비해 상대적으로 적을 경우 유입시간만

을 고려)

｢하천설계기준･해설, 국토해양부, 2009｣에서는 여러 공식들의 국내 적용 결과에 대하여

제시하고 있으며, 그 공식을 사용하는 각종 설계기준은 다음과 같다.

<표 6.2> 자연유역에 대한 도달시간 공식

공식명 공 식 제한사항 또는 비고

Kirpich

(1940)

Tc   L  S  

L : 유역의 최장 하천 길이

S : 유역 평균 경사(HL mm)

H : 유역 출구점과 본류 최원점까지의 표고차

지표면 흐름이 지배적인 농경지 소유역,

하도경사가 3 ~ 5 %,

유역면적 0.453km

Kerby

(1959)

Tc   L⋅N S 

L : 유로 최원점부터 하천 유입부까지의 직선

거리(km)

S : 유역 평균경사(mm)

N : 유역의 조도 상수

불투수성 완만한 표면 N = 0.02

나지의 비포장 표면 N = 0.10

초지가 없는 나지 거친 표면 N = 0.20

초지로 구성된 표면 N = 0.40

낙엽으로 덮인 수목지역 N = 0.60

초지와 산림이 우거진 지역 N = 0.80

Johnstone and

Cross

(1949)

Tc  r LS 

L : 본류 유로 길이(mi )

S : 본류 유로 평균경사

(HL ftmi )

r : 하천 형태에 따른 지류인자

25 ~ 1,624 mi의 유역면적

Kraven

Tc  L S  

L : 유로 길이(km )

S : 유로 경사(HL mm )

지표면 흐름이 지배적인 중ㆍ하류, 하도

경사가 1/200 이하인 유역

Rizha

Tc  L S  

L : 유로 길이(km )

S : 유로 경사(HL mm)

지표면 흐름이 지배적인 상류, 하도

경사가 1/200 이상인 지역

California Culvert

Practice(1942)

Tc  LH

L : 최장 유로 길이(mi )

H : 상류 분할점과 출구의 표고차(ft )

산지 소유역

SCS Lag Eq.

(1975)

Tc  L CN   S 

L : 최장 흐름 경로(ft )

CN : SCS 유출곡선지수

S : 유역 평균 경사(%)

주로 농경지 유역에 적용, 8km 이하인

도시유역에도 적용 가능,

도시불투수지역에서는

Tc   ×유역 지체 시간

주) 하천설계기준･해설(국토해양부, 2009)

제2권 토공 및 배수

466

<표 6.3> 도시유역에 대한 도달시간 공식

공 식 명 공 식(t , min) 제한사상 또는 비고

Kerby

(1949)

t   r L H  

L : 흐름 경로 길이(km)

H : 표고차(m)

r : 포장지역 0.02

거친 나대지 0.10

거칠고 풀이 없는 지역 0.30

잔디 0.40

나무나 풀이 빽빽한 지역 0.80

L 이 0.4 km이하인 도시유역,

유역면적은 0.04 km 이하,

하도 경사는 1 % 이하인 유역

Izzard

(1945)

t    I  c  L   S  I  

I : 강우강도(i nhr)

c : 지체상수

L : 흐름 경로 길이(ft )

S : 흐름 경로 경사(ft /ft )

r : 하천 형태에 따른 지류인자

지체상수(c)

평평한 포장지역 : 0.007

콘크리트 포장지역 : 0.012

자갈 포장지역 : 0.017

잘려진 잔디밭 : 0.046

조밀한 잔디밭 : 0.060

Kinematic

Wave 공식

(1965,1973)

t   L  n   I S  

L : 지표면 흐름 길이(ft )

n : Manning의 조도계수

I : 강우강도(i nfr)

S : 지표면 흐름 경사(ft /ft )

개발지역의 지표면 유출해석에 이용

Federal

Aviation

Agency

(1970)

t      C  L   S 

L : 지표면 흐름길이(ft )

C : 합리식의 유출계수

S : 지표면 흐름 경사(%)

주로 공항지역에 이용할 수 있도록 미

공병단에서 개발, 도시지역에서도 이용,

지표면 흐름영역에 적용

SCS

평균유속

방법

(1975)

t  

 L  V

L : 지표면 흐름길이(ft )

V : 표면 상태에 따른 평균 유속(ftsec)

지표면 상태에 따라 평균 유속을

산정하여 도달시간 계산

주) 하천설계기준･해설(국토해양부, 2009)

② 유입시간의 산정

유입시간을 배수구역 특성에 따라 다음과 같이 산정한다.

- 배수구역이 도심지 구역인 경우(t )

다음의 Kerby 공식을 사용하되 유속이 과소치로 나타날 우려가 있는 바, ‘지면상태’를

가정함에 있어 특별한 주의가 요망되며, ‘유입시간의 표준치’와 비교 · 검토하여 채택

해야 한다.

제6편 배수시설

467

t   × 

S

 × nd 

(Kerby의 공식) (6.1)

여기서, t : 유입시간(min )

 : 집수구역으로부터 가장 먼 지점까지 유로(流路)의 거리(m )

S : 유역의 출구점과 주(主) 유로를 따른 유역 종점과의 표고 차(H)를 유로 거리

로 나눈(S  H ) 집수구역의 평균 경사

nd : 지체계수(Manning 공식의 조도계수와 유사함, 표 6.4 참조)

<표 6.4> Kerby식에서의 nd값

표 면 형 태 

매끄러운 불투수 표면(smooth impervious surface) 0.02

매끄러운 나대지(smooth bare packed soil) 0.10

경작지나 기복이 있는 나대지(poor grass, cultivated row crops or moderately bare surfaces) 0.20

활엽수(deciduous timberland) 0.50

초지 또는 잔디(pasture or average grass) 0.40

침엽수, 깊은 표토층을 가진 활엽수림지대

(coniferous timberland, deciduous timberland with deep forest litter, or dense grass)

0.80

주) 수자원 관리기법 개발 연구 조사 보고서(건설부, 1991)

그림 6.2는 식 6.1을 도표화(圖表化)한 것이다. 한편, 우리나라 ‘하수도 시설기준(2011,

한국상하수도 협회)’에 의하면 유입시간의 표준치는 다음과 같다.

∙ 인구밀도가 큰 지구 : 5분

∙ 인구밀도가 적은 지구 : 10분

∙ 평 균 : 7분

∙ 간선 하수관거 : 5분

∙ 지선 하수관거 : 7 ~ 10분

제2권 토공 및 배수

468

<그림 6.2> 유입시간 산정용 모노그램

제6편 배수시설

469

[계산 예]

경사 10 %(S = 0.1) 유로(流路)거리 100 m 의 밭(nd = 0.20)에서의 유입시간 t 을 구한

다. 먼저 그림 6.2에서 nd = 0.2와  = 100을 잇는다(그림에서 ①). 그리고, A선과 교점

을 P로 한다. S = 0.1의 점과 P를 잇는다. 따라서 t 의 축에서 t = 10분을 구할 수 있다.

- 배수구역이 일반적인 경우(하천)(t )

배수구역(집수구역)이 하천과 같이 넓은 경우 유입시간은 주 계곡(主 溪谷)을 따라

형성되는 분수령의 최원점에서 하천 시점까지 강우가 유입되는 시간을 의미하며,

이 시간은 강우도달시간 가운데 차지하는 비중이 매우 작으므로 고려하지 않을 경

우도 있다.

t  LS   (Rizha 공식) (6.2)

여기서, t : 유입 시간(min )

L : 유로 길이(km )

S : 유로의 평균 경사(HL , mm )

③ 유하시간의 산정

유하시간은 배수구역의 특성에 따라 다음과 같이 산정한다.

- 배수구역이 도심지 구역인 경우(t ) : 하수도관망에 의한 배수 등

t = × V

L

: SCS 평균 유속 공식 (6.3)

여기서, t : 유하 시간(min )

L : 유출량을 구하려고 하는 지점까지 배수로의 수평 거리(m )

V : 배수로에서의 평균 유속(msec )

- 배수구역이 일반적인 경우(t ) : 하천인 경우

배수구역이 하천인 경우 유하 시간은 다음의 3가지 방법에 의하여 산정한다.

(a) 방법 1 : Kraven 공식(평지 하천 적용 : 하도 경사 1/200 이하)

t  LS   (Kraven 공식) (6.4)

여기서, t : 유하 시간(min)

L : 유출량을 구하려고 하는 지점까지 배수로의 수평거리(km)

S : 유로경사(HL mm )

제2권 토공 및 배수

470

(b) 방법 2 : Rizha 공식(산지 하천 적용 : 하도 경사 1/200 이상)

t  LS   (6.5)

여기서, t : 유하 시간(min )

L : 유로 길이(km )

S : 유로의 평균 경사(HL , mm )

(c) 방법 3 : 실측 수문자료를 분석하여 산정

(2) 설계강우강도 산정

① 노면배수시설물 및 일반 구조물의 유출량 산출에 사용되는 I.D.F 곡선(intensity duration

frequency, 강우강도-지속시간-설계빈도곡선)은 국토해양부에서 제시한 (부록 편 그림

2.2 ∼ 2.70)를 활용한다. 단, 추후 재개정 및 보완자료를 발표 시에는 신규 자료를 활용

한다.

② I.D.F 곡선이 제시된 지역은 지점별 강우강도 표를 적용하고 그 외의 지역은 최인접 지점

의 강우강도 표를 사용하되, 계획대상지점의 설계강우량도를 이용하여 강우강도 표를 작

성한 값과 최인접 지점의 설계 우강도표와 비교 후 큰 값을 적용한다. 단, 중요한 배수시

설물은 관계부서 및 감독관과 협의 후 설계강우강도를 정해야 한다.

③ 최근 이상기후로 인해 설계기준을 초과하는 집중호우 사례가 빈번히 발생하고 있는 실정

이다. 특히 노면 및 비탈면 배수설계 기준(산지부, 설계빈도 20년) 대비 70 % 이상 지역에

서 설계강우강도 이상의 강우가 발생하고 있어 장래 기후변화에 대응할 수 있도록 배수설

계 기준을 강화할 필요가 있다. 따라서, 배수설계 기준 강화 일환으로 과거 기상자료로

산출된 강우강도를 그대로 적용하는 것이 아니라, 장래 도로 공용 개시 후 예상되는 강우

강도를 적용하는 방안으로 현재 산출된 강우강도에 할증률(10 %)를 적용하도록 한다.

설계강우강도I  I현재 × 할증률

여기서, I현재 : 지역별 I-D-F 곡선으로 산출된 강우강도

할증률 : 10 %

예) 10년의 확률년을 갖는 폭우가 서울에서 강우지속시간이 30분일 때 강우강도를 구한

다면, ‘부록편 그림 2.8’에서 지속시간 5분과 10년 빈도곡선이 만나는 값의 현재 강

우강도는 188.1 mmhr로 구해진다. 설계강우강도는 현재 강우강도를 10 % 할증한

206.9 mmhr 이다.

제6편 배수시설

471

④ 특히, 계곡(오목)부는 집중호우 시 토석류가 함께 유입되는 특성이 있으므로 설계강우

강도 산정 시 강우도달시간이 5분 이하인 경우를 3분 미만, 4분 미만, 5분 미만으로

구분하여 강우강도를 할증하도록 하며, 적용 구간은 깎기 비탈면 상부 오목 도수로

유입부에 한한다.

설계강우강도I  I분 × 할증률

여기서, I분 : 지역별 I-D-F 곡선으로 산출된 강우강도

할증률 : 3분 50 %, 4분 25 %, 5분 10 %

<그림 6.3> 깎기 비탈면 상부 오목 도수로 유입부 예

6.3 설계홍수량

설계홍수량은 유역크기에 따라 소규모 · 중규모 또는 대규모 유역으로 구분하고, 도시하천과

자연하천 유역 등으로 구분하여 각각의 유출 특성에 맞는 방법을 적용한다.

유출은 배수면적, 유역의 형상, 유역 경사, 토지이용 상태, 토양과 지질학적 인자, 고도, 유역

의 방향성, 유로 특성, 관망 조직의 구성 양상 등의 지상학적 인자와 강우 및 강설, 온도,

습도, 증발산, 강우와 함께 강설의 해빙 등의 기상학적 인자에 영향을 받는다. 또한 유출은

눈과 빙하, 배수구역 표면의 계절성을 띈 식생의 분포, 하천 개ㆍ보수로 인한 인공적ㆍ자연적

유역 특성에 따라 영향을 받게 된다. 따라서 유출 특성에 따라 소규모 · 중규모 · 대규모 유역

으로 분류하고, 각각의 유출 특성에 맞는 설계홍수량 산정방법을 적용한다.

도시하천 유역은 토질 · 지형 · 불투수 면적 · 도달시간 등의 유출특성이 자연하천과 크게 다

제2권 토공 및 배수

472

르고, 우수 관거에 의하여 강제 배제되므로 자연하천과는 다른 특성을 갖는다. 따라서, 적용

대상 유역의 특성에 적합한 설계홍수량 방법을 적용한다.

배수구조물의 단면을 결정하기 위한 유출량(설계유량) 즉, 계획홍수량을 추정할 수 있는 방법

에는 합리식 · 표준유출법 · 수문곡선 추적법이 있으며, 유역면적에 따라 아래와 같이 구분하

여 적용한다.

(1) 유역면적이 4.0 km2 미만일 경우 : 합리식

(2) 유역면적이 4.0 km2 이상이고 강우량과 유출량 자료가 다수 존재할 경우 단위유량도법을

이용, 유출량 자료의 활용이 어렵고 간접적인 방법으로 산정할 경우 합성단위유량도법을 이

용한다.

(3) 교량부 수로 : 기수립된 하천정비 계획을 조사하여 설계에 적용하고, 미수립된 하천지역은

표준축차계산법에 의하여 계산하여 적용

유역면적은 도로 집수면적과 도로 인근 지대에서 우수가 유입하는 지역의 면적을 합한 것인

데, 인접 지역에서 우수가 유입하는 지역의 면적은 유역의 특성을 감안하여 1/1,000 ~

1/25,000 도상에서 분수령을 찾아서 구한다.

6.3.1 합리식(rational method)

Qd =  



× C × I × A (6.6)

여기서, Qd : 첨두홍수량(m3/sec)

 : 강우에 대하여 배수유역의 특성에 따라 결정되는 유출계수

I : 설계강우강도(mm/h)

A : 유역면적(km2)

합리식은 강우 유출과 직접 연관을 가지며, 유역면적이 4.0 km2 이내일 때 사용되고, 0.8 %

이내의 오차를 갖는 경험 공식이며, 모든 수문 계산 시 간략 해석으로 사용할 수 있다. 유출

계수 C는 배수구역 내의 지표면 상태 · 경사 · 토질 · 강우지속시간 등에 따라 결정되며, 전

반적인 상태로서 대표할 필요가 있고, C에 대한 값은 표 6.5에 있다.

강우강도 I는 유대함수로써 구하고, 합리식에서는 전 지역에 균일한 우수가 발생하는 것으

로 본다. 유역면적 A는 도상(圖上) 작업에 의하여 직접 산출한다. 우수가 발생하는 지역에서

강우지속시간이 구해지면 강우강도-지속시간-빈도곡선을 이용하여 강우강도를 구한다(부

제6편 배수시설

473

록편 그림 2.1 ∼ 2.70 참조).

<표 6.5> 합리식에서의 C값

유역면적의 상태 C값 유역면적의 상태 C값

포장면 ····································································0.9 도시지역 ································································0.7

가파른 산지 및 비탈면 ··········································0.8 잡 지 ···································································0.6

가파른 계곡 경작지 ················································0.8 경작하는 평작지 ·····················································0.5

논 ··········································································0.8 경작하는 평계곡 ·····················································0.6

완만한 산지 ···························································0.7 수 림 ···································································0.3

완만한 경작지 ························································0.7 밀림수림과 덤불숲 ·················································0.2

※ 단, 지역의 기상조건과 설계시 설계자의 판단에 의해 유출계수값(C)을 상향 조정하여 사용할 수 있으며, 고속국도

의 경우 포장면 유출계수를 0.95로 적용한다.

합리식의 전제조건은 다음과 같다.

① 강우강도 I 의 강우에 의한 홍수량 Qd는 그 강도의 강우가 유역의 도달시간과 같거나

더 큰 시간동안 계속될 때 최대치에 도달한다.

② 강우의 지속기간이 유역의 도달시간과 같거나 길 때 강우강도 I 인 강우에 의한 첨두홍수

량 Qd는 강우강도 I 와 직선적 관계를 가진다.

③ 첨두홍수량의 발생확률은 주어진 도달시간에 대응하는 강우강도의 발생확률과 동일하다.

④ 유출계수 C는 각각 다른 발생확률을 가지는 강우-유출 사상에 관계없이 동일하다.

6.3.2 단위유량도법

단위유량도법을 유역면적이 4.0 km2 이상 중규모 유역에 적용하기 위해서는 유역의 강우량

자료와 유출량 자료가 다수 존재해야 하고, 관측된 유출량 자료를 바탕으로 한 유역의 대표

단위도가 존재하는 경우에 한하여 사용한다.

6.3.3 합성단위유량도법

합성단위유량도법은 유역의 유출량 자료가 존재하지 않는 미계측 유역에서의 사용을 원칙

으로 한다. 즉, 국내 실정상 대표단위도를 작성하기 어려운 경우가 많으므로 이러한 경우에

는 합성단위유량도를 작성하여 사용하도록 하며, 주로 사용되는 합성단위도법으로는

제2권 토공 및 배수

474

Snyder · SCS · Nakayasu · Clark · Nash 방법이 있다. 적용의 절차는 단위유량도법 적용

에 준하여 적용한다. 다만, 미계측 유역에서 유출량 자료가 없는 경우, 유효우량의 산정은

‘‘SCS 유효우량 산정법’’을 이용한다.

6.4 유속 및 경사

(1) 유속

수로 내의 평균 유속은 Manning의 식으로 구한다.

V = n



× R





× S





(6.7)

여기서, V : 평균 유속(msec )

n : Manning의 조도계수(표 6.6 참조)

R : 동수반경(m )

S : 수로의 종단경사(mm )

① 개수로나 관수로의 평균 유속 공식은 오래 전부터 많은 공식들이 제안되고 있으나, 여기에

서는 비교적 계산이 간단하고 또 신뢰할 수 있는 Manning의 공식을 사용하며, 아래와

같은 변수자료가 쓰인다.

Q : 배수량(msec) : Q  A × V (6.8)

여기서 A : 유수부분의 통수 단면적(m )

P : 윤변(m ) - 수로 횡단면에 있어서 물이 접하고 있는 부분의 길이

R : 동수반경(또는 경심)(m ) - 경심 R  AP

② 주요 단면의 단면적과 동수반경은 그림 6.4와 같다.

(단, 주로 만류를 전제로 한 것임)

③ 조도계수(n )는 유수에 대한 수로의 저항을 나타내는 척도이며, 수리 계산에서 중요한 기

본값 중의 하나이다. 따라서, 수로 계산에 있어서 조도계수를 적절하게 선정한다는 것은

대단히 중요하다. Manning공식에 있어서의 조도계수는 수치적으로는 큰 값을 나타낸다.

표 6.6에서 수로 상태에 따라 조도계수(n 또는 M  n )를 찾을 수 있다.

제6편 배수시설

475

구 분 단 면 도 경제적인 단면의 조건

직사각형 수로 B   × H

사다리형 수로

  

B  



×  H

원 형 수 로 H  D

<그림 6.4> 경제적인 수로 단면

<표 6.6> Manning의 조도계수 n값

1) 폐수로

수 로 유 형

n

양호 보통

가) 콘크리트 컬버트(Culvert)

나) 구운 옹관(매끈함)

다) 강관(도장 없음)

라) 강관

마) 벽돌 수로

바) 콘크리트 일체식 수로

① 합판 거푸집 사용, 거칠음

② 합판 거푸집 사용, 매끈함

③ 강재 거푸집 사용

사) 석축벽

① 바닥과 천정 콘크리트 사용

② 자연 수로 바닥

아) 나무판 수로

자) 구운 넓적한 흙벽돌 수로

0.013

0.012

0.013

0.011

0.014

0.015

0.012

0.012

0.017

0.019

0.015

0.015

0.015

0.014

-

-

0.017

0.017

0.014

0.013

0.022

0.025

0.017

-

제2권 토공 및 배수

476

2) 개수로-초목 식생방지 라이닝-직선적으로 정리된 수로

수 로 유 형

n

양호 보통

가) 전 표면이 콘크리트이며, 표면형태는

① 성형되었으며 마무리 없음

② 흙손으로 마무리

③ 쇠손으로 마무리

④ 바닥에 자갈산재

⑤ 양호한 단면

⑥ 파형단면

나) 콘크리트 바닥은 쇠손 마무리 되었으며, 측벽은

① 일정 규격 돌메붙임

② 불규칙 돌메붙임

③ 석축 모르타르 쌓기

④ 석축 모르타르 바름 실시

⑤ rip-rap쌓기

다) 수로 바닥은 세립모래질이며, 측벽은

① 콘크리트 측벽

② 불규칙 돌 메붙임

③ rip-rap쌓기

라) 벽돌

마) 아스팔트

① 매끈함

② 거침

바) 널판지 수로로 깨끗한 상태

사) 암석 절취구간으로 콘크리트 라이닝 처리

① 단면 양호

② 단면이 불규칙적임

아) 수로(급경사)

0.013

0.012

0.013

0.015

0.016

0.018

0.015

0.017

0.020

0.016

0.020

0.017

0.020

0.023

0.014

0.013

0.016

0.011

0.017

0.022

0.013

0.017

0.014

0.015

0.017

0.019

0.022

0.017

0.020

0.025

0.020

0.030

0.020

0.023

0.033

0.017

-

-

0.013

0.020

0.027

-

3) 도로와 고속국도 수로

수 로 유 형 n

가) 콘크리트 수로(흙손 마감)

나) 아스팔트 수로

① 매끈한 표면처리

② 거친 표면처리

다) 콘크리트 수로(아스팔트 도포)

① 매끈함

② 거침

라) 시멘트 콘크리트 포장 수로

① 미장 마감

② 빗질 마감

③ 빗질 마감, 거칠음

0.012

0.013

0.016

0.013

0.015

0.014

0.016

0.020

제6편 배수시설

477

4) 굴착한 개수로-수로 직선 정비되었고, 자연상태의 라이닝

수 로 유 형

n

양호 보통

가) 토사수로로서 일정 단면(최상 상태)

① 최근 완성되었으며, 수로 상태 양호

② 수로가 오래되었으며, 상태 양호

③ 몇몇의 수목과 작은 키의 풀이 있음

④ 균일한 단면에 자갈이 산재, 상태 양호

나) 토사수로로서 일정 단면 양호

① 식생이 없음

② 잔디와 약간의 수목

③ 수로 깊은 곳에 수목이 우거지거나 수생식물이 번식

④ 측벽은 깨끗하고 바닥에 자갈

⑤ 측벽은 깨끗하고 바닥에 조약돌

다) 바닥이 준설됨

① 식생이 없음

② 초목은 잘라냄

라) 암

① 설계 단면상태 단면

② 자연 그대로의 상태 단면

ⓐ 완만하고 균일함

ⓑ 들쑥날쑥 불규칙함

마) 수로의 유지보수가 없으며, 수목 그대로 방치

① 수목이 우거지고 수심만큼 자람

② 바닥이 깨끗하고, 측벽 풀음 벰

③ ②와 같은 유수깊이가 최소상태

④ 풀은 바싹 잘라버리고 그 상태 유지

0.016

0.018

0.022

0.022

0.022

0.025

0.030

0.025

0.030

0.028

0.035

0.035

0.035

0.040

0.080

0.050

0.070

0.010

0.018

0.020

0.027

0.025

0.025

0.030

0.035

0.030

0.040

0.033

0.050

-

0.040

0.045

0.120

0.080

0.110

0.014

제2권 토공 및 배수

478

5) 자연수로

수 로 유 형

n

양호 보통

가) 흐름

① 상당히 불규칙한 단면

ⓐ 약간의 수림과 풀베기가 조금 또는 거의 없음

ⓑ 수림이 우거져 있고 유류는 초목보다 더 높은 상태

ⓒ 약간의 수목, 제방은 가벼운 풀베기 실시

ⓓ 약간의 수목, 짧게 풀베기 실시

ⓔ 약간의 수목, 제방에 버들이 심하게 자람

ⓕ 수목이 심히 자라 유로가 침식된 상태

② 수로가 움푹움푹 패여 불규칙하고 약간 구불구불 함

ⓐ 위의 ⓐ~ⓔ의 형상 값에 우측 값 증가시켜 사용함

③ 계곡부 흐름으로 수로에 풀은 없으며, 제방의 경사는 급함, 초목은

모두 제거되었음

ⓐ 수로바닥 : 자갈, 조약돌과 약간의 큰 돌이 있음

ⓑ 수로바닥 : 조약돌과 매우 큰 약간의 암 괴돌이 있음

나) 흐름 평면(자연 흐름에 가깝고)

① 건설 후 시간이 지났으며, 정비 없음

ⓐ 짧은 풀이 자람

ⓑ 키가 큰 풀이 자람

② 경작지대

ⓐ 수로에 경작이 없음

ⓑ 경작물이 균일하게 자라고 있음

ⓒ 경사지로 이용

③ 잡초가 우거지고 부분적으로 정비됨

④ 가볍게 정비되고 수목 있음

ⓐ 겨울

ⓑ 여름

⑤ 중간 정도의 정비 상태

ⓐ 겨울

ⓑ 여름

⑥ 버드나무가 우거져 있으나 물살에 의하여 구부러진 흔적 없음

⑦ 나무 그루터기를 제거하여 토지가 깨끗한 상태

ⓐ 새싹이 보이지 않음

ⓑ 싹이 돋아나 무성히 자람

⑧ 수목에 단단한 거침대가 받혀져 있고, 쓰러진 나무가 조금 있으며,

거의 성장은 지장 없음

ⓐ 나무가지 아래로 물이 흐름

ⓑ 나무가지까지 수위가 다다름("n"만큼 수위 상승)

0.030

0.035

0.035

0.050

0.060

0.010

0.0.10

0.040

0.050

0.030

0.035

0.030

0.035

0.040

0.050

0.050

0.060

0.070

0.100

0.150

0.040

0.060

0.100

0.120

0.035

0.050

0.050

0.070

0.080

0.020

0.020

0.050

.070

0.035

0.050

0.040

0.045

0.050

0.070

0.060

0.080

0.110

0.160

0.200

0.050

0.200

0.120

0.160

제6편 배수시설

479

(2) 경사

배수로 및 배수거(암거, 배수관)의 최소 경사는 0.5 %(부득이한 경우 0.2 %)를 원칙으로 하

나, 토사의 침전과 마모 등을 방지하기 위하여 평균 유속이 0.8 ~ 3.0 msec 의 범위가 되도

록 설계하는 것이 좋다.

토사의 유출이 많은 지역 또는 시공 후 청소하기가 곤란한 배수로에 있어서, 경사가 완만한

경우에는 토사의 침전시설을 많이 설치해서 토사가 흘러 내려가는 것을 방지해야 한다. 수로

의 경사가 지형 조건 등에 의하여 급하게 되어, 유속이 규정치를 상회할 경우에는 수로 단면

을 충분히 안전하게 하거나, 배수시설의 재질이나 품목을 바꾸어서 조도계수나 경심을 변경

해서 안전한 수로가 되게 설계해야 한다.

6.5 소요 통수단면

(1) 배수로 및 배수거(암거, 배수관)의 통수유량

배수로 및 배수관의 통수량은 평균유속과 통수 단면적의 곱으로 구한다.

Qi  V × A  n



× R





× S





× A (6.9)

여기서, Qi : 통수유량(msec )

V : 평균유속(msec )

A : 통수단면적(m )

n R S : ‘6.4 유속 및 경사’ 참조

(2) 배수로 및 배수거(암거, 배수관)의 통수단면 결정

배수로 및 배수관의 단면을 설계할 때는 유지관리의 효율성, 퇴적의 정도 등을 감안하여 설

치 위치 및 종류에 따라 다음과 같은 설계통수량으로 산정한다.

① 배수관, 수로암거 일반적인 경우 : 최대 통수량의 80 ％

- 경사 0.2 ％ 이하 또는 유속이 0.6 msec 이하인 경우 : 최대 통수량의 70 ％

- 경지 정리된 논경작지, 집단가옥, 도심지 등 : 최대 통수량의 70 ％

- 산지부, 토사 퇴적 및 유송잡물이 많은 곳 : 최대 통수량의 50 ％

제2권 토공 및 배수

480

② 중앙분리대 종배수관, 횡배수관 : 최대 통수량의 70 ％

③ 노면배수시설 중 길어깨측, 중분대측 노면배수 : 최대 통수량의 100 ％

④ 땅깎기부 · 흙쌓기부 도수로, 산마루 측구, 흙쌓기부 비탈면 끝 측구 등 측구 시설 및 기타 시설의

일반적인 경우 : 최대 통수량의 80 ％

- 경사 0.2 % 이하 또는 유속이 0.6 msec 이하인 경우 : 최대 통수량의 70 %

- 경지 정리된 논경작지, 집단가옥, 도심지 등 : 최대 통수량의 70 %

6.6 지하배수시설 기준

6.6.1 투수

(1) Darcy의 공식

투수는 투수성 매체를 통한 물의 흐름 또는 거동으로 정의할 수 있으며, Darcy는 모래층에

대한 투수 실험을 통하여 다음 식을 제안하였다.

V  K × i Q  K × i × A (6.10)

여기서, V : 투수속도(mday 또는 cmsec )

K : 투수계수(표 6.8 참조, mday 또는 cmsec )

i : 동수경사[유수방향으로 총수두(H)의 거리에 대한 변화 비]

Q : 투수량(mday 또는 cmsec )

A : 투수단면적(m 또는 cm )

Darcy의 공식은 지하수의 흐름이 층류일 때 성립하며, 지하수의 흐름이 층류인가를 판단하

기 위하여 Reynolds수(Re)를 이용한다. Reynolds수는 점성력의 비로 나타내는 무차원의

양으로 값이 커지면 층류에서 난류로 변화되며, Re = 1 ~ 10의 범위에서 Darcy의 공식을 적

용할 수 있다. 자연상태의 지층에서 지하수의 흐름은 보통 Re ＜ 1 이므로 Darcy의 공식이

적용된다.

Re  

V

(6.11)

여기서, Re : Reynolds수, 무차원

 : 유체의 밀도(gcm )

제6편 배수시설

481

V : 유속(cmsec)

 : 관의 직경(cm )

 : 점성계수(gcmsec )

(2) 투수계수

투수계수는 물이 통과하는 투수성 매체의 전도 능력을 말하며, 흙의 투수계수는 토립자의 입

경 · 공극률 · 수온에 영향을 받는다. 투수계수는 기 조사된 흙의 투수계수를 활용하거나 경험

공식, 현장 및 실내실험을 실시한다.

ⓛ 투수계수의 경험 공식

(가) Slicher의 공식

K  k × de (6.12)

여기서, K : 투수계수(sec )

ki : 공극율 n에 따라 변하는 상수(표 6.7 참조)

de : 유효입경(mm )

n k1 n k1 n k1 n k1

0.26 0.09 0.32 0.19 0.38 0.31 0.44 0.52

0.28 0.12 0.34 0.23 0.40 0.37 0.46 0.61

0.30 0.15 0.36 0.29 0.42 0.42 0.48 0.68

<표 6.7> 공극율 n에 대한 상수 k (수온 10℃)

(나) Hazen의 공식

K  c   tD



(6.13)

여기서, K : 투수계수(cmsec )

c : 상수(40 ~ 116)

t : 수온(℃)

D : 유효입경(mm )

제2권 토공 및 배수

482

② 일반적인 투수계수의 값

실내실험 또는 현장실험을 통하여 투수계수 측정이 곤란하거나 투수계수 개략 값만으로

문제점이 없다고 판단될 경우, 표 6.8을 참고할 수 있다.

<표 6.8> 일반적인 흙의 투수계수

흙 의 분 류 투 수 계 수(cm/sec) 투 수 성

자갈이 섞인 흙 0.1 이상 투수성이 매우 높음

모 래, 세 립 모 래 0.1 ~ 1×10-3 중간정도의 투수성

모 재 질 로 움(loam) 1×10-3 ~ 1×10-5 투수성이 낮음

실 트(silt) 1×10-5 ~ 1×10-7 투수성이 매우 낮음

점 토(clay) 1×10-7 이하 불투수성

6.6.2 맹암거의 수리

맹암거는 도로 내의 지하수를 집수하여 지하수위를 낮추게 된다. 맹암거로 유입되는 지하배

수량 산정은 다양한 경험식과 이론식이 있으나 현장 조건과 정확히 일치되는 경우가 많지

않아 다소 부정확한 상황이다. 몇 가지 도로 조건을 고려한 지하배수량 산정 방법은 다음과

같다.

(1) 맹암거가 투수층을 차단한 경우

① 맹암거가 불투수층에 접하고 불투수층의 경사가 매우 큰 경우 지하수는 일방향 즉, 경사

방향으로 맹암거에 유입되며, 다음 식이 성립된다.

Q  K × i × H × L (6.14)

여기서, Q : 지하배수량(cmsec )

K : 투수계수(cmsec )

i : 불투수층의 경사

H : 지하수위 저하량(cm )

L : 맹암거의 길이(cm )

② 맹암거가 불투수층에 접하고 불투수층의 경사를 무시할 수 있어 지하수는 양방향에서 맹

암거로 유입되며 다음 식이 성립된다.

제6편 배수시설

483

Q  R

K × H



× L (6.15)

여기서, Q : 지하배수량(cmsec )

K : 투수계수(cmsec )

H : 지하수위 저하량(cm )

R : k





× Ho





맹암거 영향권의 반지름(cm )

L : 맹암거의 길이(cm )

③ 땅깎기부 도로에서 맹암거는 도로의 양측 끝에 설치되고, 포장면에서 지하수 유입을 고려

하지 않는다면 일방향 유입으로 가정할 수 있으므로 다음 식으로 표현할 수 있다.

Q  R

K × H



× L (6.16)

(2) 맹암거가 불투수층과 떨어진 경우

① 맹암거의 바닥이 불투수층에 이르지 않고, 불투수층까지의 깊이가 낮은 경우에는 다음 식

이 성립된다.

Q = K × Ho

R × ho

t  ro 



× h o

ho  t 



× L (6.17)

여기서, Q : 지하배수량(cmsec )

K : 투수계수(cmsec )

H : 지하수위 저하량(cm )

R : Ho × K





× H

 

(H : 원지하수위, cm ) 맹암거 영향권의 반지름(cm )

t : 맹암거 영향권의 수심(cm )

r : 맹암거 내 유공관의 반지름(cm )

h : 불투수층에서 지하수위까지 높이(cm )

L : 맹암거의 길이(cm )

② 맹암거에서 불투수층까지의 깊이가 깊고, 맹암거의 바닥으로부터 지하수가 유입되는 경우

에는 다음 식이 성립된다.

제2권 토공 및 배수

484

Q = log Rro 

 × K × Ho



× L (6.18)

여기서, Q : 지하배수량(cmsec )

K : 투수계수(cmsec )

H : 지하수위 저하량 (cm )

R : Ho × K





× H





(H : 원지하수위, cm ) (맹암거 영향권의 반지름, cm )

r : 맹암거 내 유공관의 반지름(cm )

L : 맹암거의 길이(cm )

6.6.3 지하배수관의 유속과 경사

지하배수관 내의 평균유속은 만닝식에서 구하며, 가능한 한 0.3 ~ 1.0 msec가 되도록 경

사를 준다. 만류 시의 경우에 대해서 0.3 ~ 1.0 msec 의 유속이 되는 경사를 그림 6.5에

표시한다.

<그림 6.5> 유공관의 안지름과 경사의 관계