배 수 공 ❙ 113

배수공

31

토공ž배수공

한반도 기후변화에 대비한

배수설계 기준 강화 방안 검토 설계처-1644

(2017.05.18)

1 검 토 배 경

□ 이상기후로 인해 설계기준을 초과하는 집중호우 사례 빈번

o 노면 및 비탈면 배수설계 기준(산지부, 설계빈도 20년) 대비 70% 이상

지역에서 설계강우강도 이상의 강우 발생

※ 설계강우 발생빈도 초과 발생 지역 현황 (2000년 이후)

◇ 설계빈도 20년 설계강우강도

초과지역 (49/69개지역)

구 분 측후소

3회 5개 지역*

2회 13개 지역**

1회 31개 지역

0회 20개 지역

* 대관령, 홍천, 포항, 부산, 정읍

** 속초, 철원, 서산, 안동, 전주, 창원,

인제, 장수, 해남, 고흥, 영덕, 남해, 제주

◇ 설계빈도 100년 설계강우강도

초과지역 (13/69개지역)

* 속초, 대관령, 강릉, 서산, 포항,

군산, 창원, 부산, 이천, 홍천, 임실,

장흥, 거창

□ 온실가스 저감대책이 상당히 실현될 경우에도 평균기온 및 강수

량은 지속적 증가 예상 (한반도 기후변화 전망보고서(기상청, 2012))

o 지난 30년간(1981~2010) 한반도의 연평균강수량은 78mm(25.87mm/10년) 정도 증가

구 분 단위

현 재

(~2010)

~2040 ~2070 ~2100

평균기온 ℃ 11.0 12.4 13.4 14.0

강 수 량 mm 1,162 1,234 1,284 1,348

폭염일수 일 7.3 8.8 11.1 13.1

호우일수 일 2.0 2.3 2.6 2.7

* 호우일수는 일강우량 80mm 이상

114 ❙ 배 수 공

2 추 진 경 위

□ 배수설계 발생빈도 검토 (2001. 1, 설계처)

o 노면 및 성토비탈면 배수시설 설계 발생빈도 상향 (3년→5년)

- 절토비탈면 배수시설 10년, 본선횡단 암거 및 배수관 25년 (도시부 50년)

□ 산지부 도로설계기준 검토 (2006.12, 설계처)

o 산지부 개념을 도입하여 설계강우 발생빈도 상향 조정

구 분 평지부 산지부 비 고

본선 횡단 암거 및 배수관 25년 (50년) 100년 ( ) 도시부

노면 및 비탈면 배수시설,

측도 및 인접지 배수

10년 20년

※ 산지부 선정 기준

- 산림청의 산사태 위험지도상 1, 2등급으로 분류되는 지역

- 표고 400m 이상 산지를 접한 계곡 등 영향권 내의 지역

- 산사태 및 토석류 등으로 피해가 발생한 지역

- 전문가로 구성된 설계자문위원회에서 현행 설계기준보다 배수규격

확대 등 특별히 설계기준 강화가 필요하다고 판단되는 지역

□ 도로 배수시설 설계 및 관리지침 개정 (2012.11, 국토부)

o 강우강도-지속시간-빈도(I-D-F) 곡선 변경 : 2000년 이후 강우특성 반영

o 최소 강우도달시간 변경 : 10분 → 5분

□ 깎기비탈면 배수 취약구간(오목부) 설계 개선 (2015.11, 설계처)

o 실제 강우도달시간(1~5분)을 반영한 설계강우강도 적용 (5분→분단위)

강우도달시간 3분 미만 4분 미만 5분 미만

설계강우강도 I분의 50% 증 I분의 25% 증 I분의 10% 증

o 적용구간 : 깎기비탈면 상부 유입부 배수시설에 제한하여 적용

배 수 공 ❙ 115

배수공

3 현 실 태

□ 現배수설계 적용 기준은 공용시기의 기상여건과 차이 발생

o 도로 시설규모 산정 시 목표연도(공용개시 후 10~20년)를 기준으로 설계

- (고속도로) 도시지역 15~20년, 지방지역 20년 (영업소, 휴게소는 10년)

※ (미국) 목표연도 15∼20년, 요금소 규모 등 단계건설이 용이한 경우 10년 정도

※ 도로의 계획목표연도 (도로의구조및시설기준에관한규칙(국토부, 2013. 8))

제6조 (도로의 계획목표년도)

① 도로를 계획하거나 설계할 때에는 예측된 교통량에 맞추어 도로를 적절하게

유지․관리함으로써 도로의 기능이 원활하게 유지될 수 있도록 하기 위하여

도로의 계획 목표연도를 설정하여야 한다.

② 도로의 계획목표년도는 공용개시 계획연도를 기준으로 20년 이내로 정하되, ~~

o 반면, 배수설계는 과거 기상 Data(1961~2010)를 활용함에 따라 급격히

변화하고 있는 한반도의 장래 기상(강우)변화 경향 미반영

※ 주요 도시 강수량 관측자료 (기상청) [ ∎ 1961∼1990, ∎ 1981∼2010 ]

연평균 강수량(mm) 우기철(6∼9월) 강수량(mm)

1961∼1990년대비1981∼2010년2.5∼7.3%증가 1961∼1990년대비1981∼2010년10∼15.2%증가

※ 주요 도시 설계강우강도(mm/hr) 변화 추이 (설계빈도 20년 기준)

구분

설계강우강도(mm/hr)

2003년 2012년 증가율

서울 174.6 209.6 20.0%

대전 159.6 183.9 15.2%

광주 138.6 218.0 57.3%

대구 136.8 182.5 33.4%

부산 155.4 225.5 45.1%

이천 147.6 302.2 104.7%

☞ 장래 기후변화를 고려하여 공용시기의 강우특성 반영 필요

116 ❙ 배 수 공

□ 맑은 날 대비 빗길에서 사고건수 및 치사율이 높게 분석됨

(분석기간 ‘09~’11, 도로교통공단)

o 도로 종류별로 맑은날 교통사고와 비교해 빗길에는 주행속도가

높은 고속국도 및 일반국도 사고가 상대적으로 높음

- 주행속도가 높은 고속국도는 빗길 교통사고에 취약함

o 빗길 고속국도의 교통사고는 빗길 전체사고의 2.4%에 불과했지만

치사율은 매우 높음

- 빗길에는 고속국도가 전국도로의 평균 치사율(2.9명/100건) 보다 약 4배

(11.5명/100건) 높음

- 고속국도에서 빗길 치사율(11.5명/100건)은 맑은날 치사율(8.4명/100건)

보다 약 1.37배 높음

< 발생건수 > < 치 사 율 >

o 빗길 교통사고는 주간보다 야간에 더 많고, 여름 장마철인 6~8

월에 빗길 교통사고의 약 40%가 발생함

< 주․야간 교통사고 비율 > < 월별 교통사고 발생건수 >

☞ 고속국도의 고속주행 특성을 고려한 노면 배수설계 필요

배 수 공 ❙ 117

배수공

4 개 선 방 안

장래 기후변화에 대응할 수 있도록 배수설계 기준 강화

◇ 한반도 기후변화에 대비한 설계강우강도 적용 개선

◇ 집중호우 시 신속한 노면배수를 위한 포장 유출계수 상향

 설계강우강도 적용 개선

o 기후변화(강우) 예측

1) 한반도 기후변화 전망보고서 (기상청, 2012.12)

구 분 2010년 까지 2040년 까지 2070년 까지 비고

강수량

(mm/년)

RCP4.5

1,162

1,234 (6.2%↑) 1,284 (10.5%↑) 20mm/10년↑

RCP8.5 1,201 (3.4%↑) 1,342 (15.5%↑) 22mm/10년↑

* RCP4.5 (온실가스 저감대책 상당히 실현 시), RCP8.5 (현재 추세대로 온실가스 배출 시)

* RCP(Representative Concentration Rathways, 대표농도경로) : 미래온실가스시나리오를의미함

2) 확률강우량도 개선 및 보완연구 (국토부, 2011.11)

- 現확률강우량 산정방법 : 정상성으로 가정 (강우의 증가 경향 반영 곤란)

* 정상성 시계열과 비정상성 시계열의 비교

< 정상성 시계열 > < 비정상성 시계열 >

통계특성치가변하지않고일정할것으로가정 통계특성치가현재진행중인강우증가경향반영

- 확률강우량 비정상성 예측 결과

구 분 2010년

(정상성)

2020년

(비정상성)

2030년

(비정상성) 비고

확률강우량(mm)* 349.7 372.8 (6.5%↑) 385.7 (10.1%↑)

* 전국 측후소 평균값 (지속기간 24시간, 재현기간 100년)

118 ❙ 배 수 공

o 개선방안

- 설계개념 및 적용방법

구분 현 재 개 선 비고

설계

개념

과거 기상자료로 산출된

강우강도 적용

장래 도로 공용개시 후

예측 강우강도 적용

적용

방법

지역별 I-D-F 곡선으로

산출된 설계강우강도 (I현재)

I현재 × 할증률

- 할증률 적용

설계강우강도 할증률은 경제성 및 장래 기후변화의 불확실성을

고려하여 기상청 예측값(RCP4.5, 2040년까지 6.2%↑)과 국토교통부

연구자료(2040년까지 15.9%↑)의 평균값(약 11.0%)을 고려하여 10% 적용

․최근 정부 연구보고서(기상청, 국토교통부)에 따르면, 21세기 중․후

반기 한반도의 강수(우)량이 지속적으로 증가할 것으로 예측됨

․강수량 증가율은 기상청(한반도 기후변화 연구 보고서, 2012.12) 보다

국토교통부(확률강우량도 개선 보완 연구, 2011.11)의 연구자료가 더

클 것으로 예측됨

․국토교통부 연구자료는 2030년 이후 예측자료가 없어 증가 추세를

고려하였음

< 확률강우량 증가 추세(국토교통부) >

24시간 확률강우량 (mm)

연도

405.4

349.7

372.8 (6.5%↑)

385.7 (10.1%↑)

405.4 (15.9%↑)

※ ( )는 2010년 대비 증가율

배 수 공 ❙ 119

배수공

 신속한 노면배수를 위한 포장 유출계수 상향

◇ 유출계수란 ?

- 특정 유역면적 내에서 총강우량에 대한 총 유출량의 비율

- 선행 강우조건, 유역의 형상, 지표면의 상태 등을 고려하여 결정

o 적용실태

- 국내 : 도로의 등급, 고속주행 특성 등을 고려하지 않은 일률적인

포장 유출계수(0.9) 적용

- 해외 : 고속도로의 포장 유출계수는 0.95 이상 적용 중

구 분 출 처 유출계수

국 내

도로배수시설 설계 및 관리지침

(2012.12, 국토부)

0.9 (일반적)

0.7~0.95 (아스팔트도로)

0.8~0.95 (콘크리트도로)

도로설계요령 (2009, 도공)

0.9 (포장면)

단, 기상조건과 설계시 설계자의 판단에

의해 상향 조정하여 사용할 수 있음

해 외

Highway Design Manual (미국, 2013) 0.95~0.98 (고속도로)

DelDOT Road Design (2008) 0.95 (도로)

도로설계요령 (일본 홋카이도, 2013) 0.7~1.0 (도로)

Code of Practice on Surface

Water Drainage (싱가폴, 2011)

1.0 (고속도로, 공항활주로)

o 개선방안 : 고속도로의 고속 주행특성을 고려 포장 유출계수 상향

구 분 현 재 개 선 비고

개 념

모든 포장층 동일

유출계수 적용

주행특성에 맞는 포장

유출계수 적용

포 장

유출계수

0.9

․고속도로 : 0.95

․기타 일반도로 : 0.9

120 ❙ 배 수 공

5 적용성 검토

□ 횡단배수시설

o 안성~성남 18개소(2개소/공구) 검토결과, 3개소의 배수규격 상향 필요

□ 노면 및 비탈면 배수시설

o 파주~포천 제2공구 검토결과, 약 11%의 배수시설 규격 증가 또는

간격 축소 필요

< 배수시설 규격 검토 결과 > (단위 : 개소)

구 분 검토

대상

규격(간격) 조정 현황

설계강우강도

상향(10%↑) 시

포장 유출계수

상향(0.9→0.95) 시

설계강우강도 및

포장 유출계수 상향 시

계 124 11 (8.8%) 5 (4.0%) 14 (11.3%)

중분대 집수정 간격 4 - - 1

종배수관 규격 14 2 2 2

깎기부 도수로 규격 6 1 해당없음 1

산마루측구 규격 29 1 해당없음 1

V형측구 규격 29 2 - 2

쌓기부 도수로 간격 42 5 3 7

6 검 토 결 론

□ 설계강우강도 적용 개선

구 분 현 재 개 선

설계개념

과거 기상자료로 산출된

강우강도 적용

장래 도로 공용개시 후

예측 강우강도 적용

적용방법

지역별 I-D-F 곡선으로

산출된 설계강우강도 (I현재)

I현재 × 할증률(10%)

※ 단, 도로배수시설 설계 및 관리지침(국토부, 2012.11) 개정 시 할증률 적용 재검토 예정

□ 신속한 노면배수를 위해 포장 유출계수 상향

o (현재) 0.9 → (개선) 고속도로 0.95, 기타 일반도로 0.9

배 수 공 ❙ 121

배수공

7 적용방안 및 기대효과

□ 적용방안

o 설계중인 노선 : 안성~성남 및 새만금~전주 노선부터 적용

o 공사 및 유지관리중인 노선 : 경제성, 현장여건 등을 판단하여 적용

□ 기대효과

o 이상기후에 대비한 배수 설계기준 강화로 침수 및 월류피해 예방

o 집중호우 시 신속한 노면 배수 처리로 빗길 미끄럼사고 예방

122 ❙ 배 수 공

별첨1 설계강우 발생빈도 초과 지역 현황

구 분 설계강우 발생빈도 초과 현황 비 고

대관령 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 3회 이상

부 산 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 3회 이상

포 항 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 3회 이상

홍 천 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 3회 이상

서 산 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 2회 이상

속 초 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 2회 이상

창 원 100년 빈도 이상 & 설계빈도 20년 2회 이상

이 천 100년 빈도 이상

강 릉 100년 빈도 이상

임 실 100년 빈도 이상

장 흥 100년 빈도 이상

군 산 100년 빈도 이상

거 창 100년 빈도 이상

정 읍 설계빈도 20년 3회 이상

인 제 설계빈도 20년 2회 이상

장 수 설계빈도 20년 2회 이상

철 원 설계빈도 20년 2회 이상

안 동 설계빈도 20년 2회 이상

전 주 설계빈도 20년 2회 이상

해 남 설계빈도 20년 2회 이상

고 흥 설계빈도 20년 2회 이상

영 덕 설계빈도 20년 2회 이상

남 해 설계빈도 20년 2회 이상

제 주 설계빈도 20년 2회 이상

배 수 공 ❙ 123

배수공

별첨2 주요 도시 과거 기상자료

(출처, 기상청 홈페이지)

□ 연평균 강수량 (mm)

구분 '61~'90 '81~'10 증감율 (%)

서울 1,369.8 1,450.5 5.9

대전 1,359.9 1,458.7 7.3

대구 1,030.6 1,064.4 3.3

광주 1,356.8 1,391.0 2.5

부산 1,472.7 1,519.1 3.2

이천 1,315.7 1,370.8 4.2

□ 우기철(6~9월) 강수량 (mm)

구 분 6월 7월 8월 9월 계

서울

‘61~’90 133.8 369.1 293.9 168.9 965.7

‘81~’10 133.2 394.7 364.2 169.3 1,061.4

증(△)감율 △0.4 6.9 23.9 0.2 9.9

대전

‘61~’90 153.6 316.7 277.8 154.5 902.6

‘81~’10 206.3 333.9 329.5 169.7 1,039.4

증(△)감율 34.3 5.4 18.6 9.8 15.2

대구

‘61~’90 128.6 233.5 193.0 122.8 677.9

‘81~’10 142.6 224.0 235.9 143.5 746.0

증(△)감율 10.9 △4.1 22.2 16.9 10.0

광주

‘61~’90 182.6 283.3 235.9 149.8 851.6

‘81~’10 181.5 308.9 297.8 150.5 938.7

증(△)감율 △0.6 9.0 26.2 0.5 10.2

부산

‘61~’90 224.0 256.9 203.6 186.6 871.1

‘81~’10 206.7 316.9 255.1 158.0 936.7

증(△)감율 △7.7 1.23.4 25.3 △15.3 7.5

이천

‘61~’90 148.1 336.6 255.1 156.9 896.7

‘81~’10 146.0 370.0 319.9 176.0 1,011.9

증(△)감율 △1.4 9.9 25.4 12.2 12.8

124 ❙ 배 수 공

별첨3 설계강우강도 적용 검토 (안성~성남)

산지부 평지부 산지부

□ 현재 설계강우강도(I현재) 산정

구 분

강우강도

적용지점

강 우 강 도 (I현재)

평지부 산지부 비 고

강우10년 강우30년 강우20년 강우100년

1공구 계획대상지점

196.4 236.7 221.1 282.0

금광터널 종점부

이후 구간

시점부터

금광터널

종점부까지

2공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

이천측후소

3공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

4공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

5공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

6공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

7공구 관측지점 268.9 327.3 302.2 400.6

8공구 계획대상지점 223.9 273.5 255.4 326.7

9공구 계획대상지점 223.9 273.5 255.4 326.7

□ 설계강우강도 적용 : I현재 × 1.1 (할증률 10% 반영)

배 수 공 ❙ 125

배수공

별첨4 횡단배수시설 적용 검토 (안성~성남)

공구별 2개소(전체 18개소) 횡단배수시설 검토결과 3개소의 배수규격 상향 필요

공구 위치 적용강우강도 유역면적 설치규격 공사비(만원) 비고

1

STA.58+429

현재 282.0

0.0665㎢

2.0×2.0

9,514

개선 310.2 2.0×2.0

STA.57+960

현재 282.0

0.0463㎢

2.0×2.0

9,272

개선 310.2 2.0×2.0

2

STA.64+090

현재 327.3

0.0694㎢

D1,000

997

개선 360.0 D1,000

STA.65+760

현재 327.3

0.0662㎢

D1,000

1,192

개선 360.0 D1,000

3

STA.70+200

현재 327.30

0.0540㎢

2.0×2.0

9,863

개선 360.03 2.0×2.0

STA.75+660

현재 327.30

0.0782㎢

2.0×2.0

10,116

개선 360.03 2.0×2.0

4

STA.78+020

현재 400.6

0.172㎢

3.0×2.5 35,000

개선 440.6 3.0×3.0

41,633

(증6,634)

STA.81+665

현재 400.6

0.148㎢

2.5×2.5 14,696

개선 440.6 3.0×2.5 16,167

(증1,472)

5

STA.83+480

현재 400.58

0.171㎢

2.5×2.0

3,578

개선 440.64 2.5×2.0

STA.83+480

현재 400.58

0.086㎢

2.0×2.0

2,528

개선 440.64 2.0×2.0

6

용인분기점 RB

STA.2+010

현재 400.58

0.3147㎢

3.5×3.5

10,388

개선 440.66 3.5×3.5

용인분기점 RB

STA.1+547

현재 400.58

0.0369㎢

2.0×2.0

6,955

개선 440.66 2.0×2.0

7

금어 R-B

STA.0+635

현재 400.6

0.0318㎢

2.0x2.0

2,529

개선 440.7 2.0x2.0

금어 R-B

STA.0+800

현재 400.6

0.1983㎢

3.0x3.0

19,232

개선 440.7 3.0x3.0

8

STA.99+640

현재 326.70

1.0283㎢

2@3.0×2.5

14,568

개선 359.37 2@3.0×2.5

Ramp-A

STA.0+695

현재 326.70

0.1813㎢

2.5×2.5 8,882

개선 359.37 3.0×3.0 11,623

(증2,741)

9

STA.103+400

현재 326.70

0.2372㎢

3.0×3.0

24,937

개선 359.37 3.0×3.0

STA.107+820

현재 326.70

0.0382㎢

2.0×2.0

11,444

개선 359.37 2.0×2.0