Ⅲ- 14

제 3 장 도로 배수의 수문 설계

3.1 일반사항

도시부 도로 배수시설의 수문설계는 도로에서 우수 처리를 원활히 하기 위하여 관련

된 흐름 특성, 배수시설의 용량 등 도시부 도로 배수시설의 규모를 결정한다.

【해 설】

도시부 도로 배수유역 내에 설치되는 모든 배수시설물은 수문·수리 해석과 도로 배

수유역의 계통에 따른 우수 흐름의 변화를 고려하여 설계한다.

도시부 도로 배수의 수문분석은 배수시설의 위험도, 경제성, 환경적 사항을 고려하

여 배수시설이 수송하여야 하는 유량 및 유출량을 결정한다.

3.2 설계빈도의 결정

설계빈도는 배수시설의 중요도, 도시화 등 수문학적 요소 및 사회적 경제적 요소를

고려하여 결정하며, 주요 배수시설은 관계기관과 협의하여 결정한다.

【해 설】

도로 배수시설의 규모 결정은 설계홍수량으로 결정하며 설계홍수량은 설계빈도(재현

기간)의 함수이다. 설계빈도는 경제성과 위험도를 고려하여 시설물의 파괴로 인한

피해, 구조물의 중요도, 내구연한, 경제성에 따라 설계빈도를 결정한다. 도로 배수시

설의 설계빈도는 <표 3.2.1>을 참고하여 결정한다,

중요한 배수시설은 발주청과 협의하여 설계빈도를 결정하며 하수도 시설과 연계되는

시설은 행정안전부의 지역별 방재성능목표 설정기준과 환경부의 하수도 설계기준을

고려하여 결정할 수 있다

집중호우 등에 의한 산지부 도로 비탈면 취약구간인 2종 비탈면, 토석류 발생지역,

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅲ- 15

행정안전부의 재해위험지구 등은 도로의 침수, 유실, 과거의 홍수 이력 및 흔적, 토

석류 발생 유무, 부유물, 지형, 저지대 등을 고려하여 관계기관과 협의하여 설계빈

도를 상향 조정 결정할 수 있다.

하천을 횡단하거나 하천구역을 일부라도 점유하게 되는 구조물은 해당 하천의 하천

기본계획 또는 소하천정비종합계획의 계획빈도를 고려하여 결정한다.

도시부 도로의 침수는 도로에 집중된 노면수의 배수불량으로 인한 경우가 많으므로,

노면 배수를 계획할 때는 연계되는 하수도시설의 설계빈도 보다 크게 설계 할 수 있

으며, 하류부의 침수가 우려되는 경우는 도로저류시설의 설치를 고려한다

도로 배수시설의 유출부 위치 및 유출 유량 등은 기존 배수시설의 관계기관과 협의

하여 결정하고, 과거의 홍수이력과 기상정보를 조사하여 설계빈도를 결정한다.

배 수 시 설 발 생 빈 도

암거 50년 이상

배수관거 50년 이상

지하차도

일반 50년 이상

침수 위험지역

하천 주변지역

지형적으로 저지대 지역

100년 이상

노면 배수시설 10년 이상

비탈면 배수시설 10년 이상

집수정 등 배수 구조물간 접속부 접속하는 시설물 중 빈도가 큰 값 적용

<표 3.2.1> 도시부 도로 배수시설의 설계빈도

도시부 지하차도가 집중호우에 의해 침수될 경우 도로의 기능 상실 및 인적·물적 피

해가 크므로 침수방지를 위해 지역별 강우 특성을 고려하여 설계빈도를 상향 조정하

여 적용할 수 있으며, 지방부 지하차도의 경우에도 이를 준용할 수 있다

다음의 조건에 해당되는 도시지역의 지하차도 설계빈도는 <표 3.2.1>과 같이 상향

조정할 수 있다.

(1) 환경부 홍수위험지도정보시스템 도시침수지도의 침수 위험지역

(2) 하천 주변지역

(3) 지형적으로 저지대 지역

Ⅲ- 16

3.3 설계홍수량

도시부 도로 배수시설의 설계홍수량 산정은 합리식을 사용한다.

【해 설】

도시부 도로 배수시설의 설계홍수량은 합리식을 사용하며, 계획대상지역의 도시계획

이나 강우특성과 유출계수, 도달시간, 배수면적 등을 고려한다.

Q  



C∙I∙A (3.3.1)

여기서, Q : 설계홍수량(m3/sec)

C : 유출계수

I : 유역특성에 따른 홍수도달시간과 같은 강우지속기간의

평균강우강도(mm/hr)

A : 유역면적(㎢)

설계 강우강도는 환경부의 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)을 활용하여 결

정하되, 강우지속기간 1시간 미만은 강우강도식을 유도하여 결정한다. 단, 제주도는

최근 수립된 하천기본계획 또는 소하천정비종합계획의 강우분석 결과를 참고하여 적

용한다.

설계홍수량의 산정은 합리식을 원칙으로 하되, 필요시에는 SWMM, BRRL,

ILLUDAS 등과 같은 도시강우-유출해석 모형을 사용할 수 있다.

(1) SWMM

SWMM(Storm Water Management Model)은 도시유역의 유출량 산정, 배수관

거 추적, 저수지 추적 등을 통하여 저류지 설계 등과 같은 수량과 수질까지 분석이

가능하다. 기존 모형에서 구현할 수 없었던 조건인 배수관거 통수능을 초과할 경우

의 월류현상, 하류 배수영향(backwater effect)을 받는 조건 및 각종 구조물을 포

함하는 조건 등의 해석 등이 가능하다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅲ- 17

(2) BRRL

BRRL(British Road Research Laboratory Method)은 영국 도로연구소에서 도

로 배수를 위한 홍수량의 계산에 사용하기 위해 개발한 방법이다. 이 방법의 적용

전제조건은 직접 연결된 불투수지역이 전체 유역면적의 15% 이상이어야 하고 유역

의 배수면적이 약 13㎢ 미만이어야 할 뿐만 아니라 재현기간 20년미만인 설계강우

에 대한 홍수유출계산에 적용하는 것이 바람직하다.

(3) ILLUDAS

ILLUDAS 모형은 BRRL의 유출계산 알고리즘을 그대로 이용하되 투수지역 또는

간접 연결 불투수지역의 유출도 유역의 토양군별 특성과 선행강수량에 따른 침투성

분을 고려하여 계산하고 직접 연결 불투수 지역으로부터의 유출계산결과와 합산함으

로써 단위유역별 유입수문곡선을 계산하여 BRRL방법에서와 같이 홍수추적 및 유출

중첩과정을 거쳐 축차적으로 관거 합류점별 유출수문곡선을 계산하게 된다. 이와 같

이 홍수유출수문 곡선이 계산되고 나면 새로운 관거망의 계산(design mode)목적을

위해서는 최적 소요관거 치수를 수리학적으로 설계하며, 기존 관거망의 홍수 소통능

력 평가(evaluation mode)가 목적이면 홍수추적결과로 계산되는 관거별 부족용량

인 저류수량을 산정하도록 되어 있다.

도시유역은 불투수면적의 증가에 의한 토양 침투량이 줄어들기 때문에 유출량과 유

출률이 증가하고, 동시에 증가된 유량과 정비된 배수관거로 인해 유출 속도가 빨라

지게 된다.

도시지역의 도로 배수의 설계는 도시부 특성을 반영하여 기존 배수관거가 구역별로

정비된 지역과 구역별로 정리되지 않은 지역에 대하여 별도의 계산과정을 적용할 수

있으며, 도시계획이나 강우특성을 <그림 3.3.1>, <그림 3.3.2>와 같이 적용할 수

있다.

Ⅲ- 18

단위블럭으로 나눔

단위블럭의 부지경사

및 면적파악

유역면적을 합산하여

총괄 유역면적(A) 산정

강우강도(I) 산정

해당블럭의 토지이용

및 배열형태에 따라

개별 유출계수 산정

해당 블록의 총괄

유출계수(C)설정

합리식에 의한

Q=0.278CIA 계산

해당지점 도로 배수

구조물의 수리계산 및

구조물 규격결정

유역면적(A) 산정

강우강도(I) 산정 유출계수(C)산정

합리식에 의한

Q=0.278CIA 계산

해당지점 도로 배수

구조물의 수리계산 및

구조물 규격결정

<그림 3.3.1> 주거지역에서의 설계홍수량

산정

<그림 3.3.2> 주거지역 이외 (산업단지 및

구릉지등)에서의 설계홍수량 산정

3.3.1 유출계수

유출계수는 유역의 형상, 지표면의 상태 및 개발 상황을 고려하여 결정한다.

【해 설】

유출계수는 토양의 침투성, 지표면의 경사, 식생 및 토지이용상태, 강우강도 및 강우

지속기간에 따라 영향을 받는 인자로서 특정 지역에 내린 강우량 중에서 표면유출로

이어지는 비율을 나타낸 지표이다.

유출계수는 유역의 개발정도에 따라 큰 변화를 받으므로 설계 유출계수는 사용지점

에서 예상되는 개발계획 등을 고려한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅲ- 19

3.3.2 도달시간의 산정

강우도달시간은 유입시간과 유하시간의 합으로 표시한다.

【해 설】

유입시간은 배수구역(집수구역)의 가장 먼 지점에서 배수구조물 최상단류까지 강우

가 유입되는 시간이며, 유하시간은 강우가 배수시설물이나 하천을 유하하는데 걸리

는 시간이다.

도로에서 유하시간은 횡단 배수일 경우, 횡단 배수관거를 유하하는 시간이고, 수로

는 수로를 횡단하는 시간이다.

공 식 명 공 식 (t, min) 제한사항 또는 비고

Kerby

(1949)

t = 36.264 ( r L1.5/H0.5 ) 0.467

L : 흐름 경로 길이(km)

H : 표고차(m)

r : 포장지역 0.02

거칠은 나대지 0.10

거칠고 풀이 없는 지역 0.30

잔디 0.40

나무나 풀이 빽빽한 지역 0.80

L 이 0.4km 이하인 도시유

역, 유역면적은 0.04㎢ 이

하, 하도 경사는 1% 이하

인 유역

Izzard

(1945)

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

I : 강우강도(in/hr)

c : 지체상수

L : 흐름경로길이(ft)

S : 흐름경로경사(ft/ft)

r : 하천형태에 따른 지류인자

지체상수(c) =

평평한 포장지역 : 0.007

콘크리트 포장지역 : 0.012

자갈포장지역 : 0.017

잘려진 잔디밭 : 0.046

조밀한 잔디밭 : 0.060

Kinematic

Wave 공식

(1965,1973)

t   L  n   I S  

L : 지표면 흐름길이(ft)

n : Manning의 조도계수

I : 강우강도(in/fr)

S : 지표면 흐름경사(ft/ft)

개발지역의 지표면 유출해

석에 이용

Federal

Aviation

Agency

(1970)

t = 1.8 ( 1.1 - C )L 0.5/ S 0.333

L : 지표면 흐름길이(ft)

C : 합리식의 유출계수

S : 지표면 흐름 경사(%)

주로 공항지역에 이용할 수

있도록 미 공병단에서 개

발, 도시부에서도 이용, 지

표면 흐름영역에 적용

SCS

평균유속

방법

(1975)

t = 1/ 60ΣL/V

L : 지표면 흐름길이(ft)

V : 표면상태에 따른 평균유속(ft/sec)

지표면 상태에 따라 평균유

속을 산정하여 도달시간 계

산

주) 하천설계기준(국토해양부)

<표 3.3.1> 도시하천유역에 대한 도달시간 공식

Ⅲ- 20

3.3.3 인접지역 배수의 유역 산정

도시부의 인접지역에서 발생하여 기존 하수관로를 통해 배수되지 않고 도로에 직접

유입되는 우수를 처리하는 시설의 설계는 지형적 특성을 반영하여 배수유역을 산정한

다.

【해 설】

인접 도시부에서 발생되어 우수의 일부가 도로에 직접 유입되는 경우는 지형도 및 도

시계획의 단지계획고를 기준으로 우수의 유입방향을 고려하여 배수유역을 산정한다.

인접지 노면 배수의 유역면적은 지자체의『하수도 정비 기본계획』을 참조하고 도로

배치나 경사, 하천의 위치 및 흐름방향 등을 답사하여 유역경계를 정한다. 단지내의

배수계통 등의 상황에 따라서 도로 인접지 노면 배수가 발생되지 않는 경우는 유역

면적에서 제외하여야 하므로 충분히 조사한다.

3.3.4 유속 및 유량

개수로의 유속 및 유량은 만닝 공식을 사용하여 산정한다.

【해 설】

평균유속공식에서 유량은 식 (3.4.5)와 같다.

   ∙ (3.4.5)

여기서,  : 유량(㎥/sec)

 : 단면적(㎡)

 : 평균유속(m/sec)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅲ- 21

매닝의 식으로 평균유속을 구한다.

  















(3.4.6)

여기서,  : 평균유속(m/sec),  : 동수반경(m)

 : 조도계수,  : 수로경사(m/m)

파형강관의 경우 골의 형상 및 구조적 형태에 따라서 물의 흐름이 달라지므로 <표

3.4.2>와 같이 차별화된 조도계수를 적용한다.

관경 300mm 450mm 500mm 600mm

조도계수 0.0124 0.0147 0.0153 0.0169

<표 3.3.2> 파형강관 관경에 따른 조도계수

3.3.5 관수로

도로 배수에서의 관수로는 일반적으로 폐합수로를 말하며, 물의 흐름이 중력방향이

아닌, 압력의 차이에 의해서 물의 흐름이 일어나는 흐름을 말한다.

【해 설】

관거의 흐름을 개수로 흐름과 구별하는 기준은 자유수면의 유무이며, 관내의 물이

충만하여 흐를 때를 관수로의 흐름이라 정의하고, 하수관처럼 충만되지 않고 자유수

면을 가진 흐름은 개수로의 흐름으로 분류한다.

원형 암거 또는 박스 암거에서의 흐름이라 할지라도, 자유수면의 유무에 따라 개수

로의 흐름해석을 한다.

횡배수관의 유입부와 유출부의 수위가 설치된 암거보다 높아서 물의 흐름이 위치수

두의 압력에 의해서 흐름이 형성되거나, 상수도와 같이 정수압의 차이에 의한 유체

흐름만을 관수로의 수리해석으로 한다.