본 연구의 목적은 도로배수 취약구간에 대한 수리 수문 설계 인자들을 비교 및 검토하여 수리 수문학 측면의 도로 노면배수 취약구간 발생 원인을 규명하는 것이다. 본 연구를 통하여 대부분 노면배수시설의 설계홍수량 산정에 사용하는 합리식의 주요 변수인 강우 강도를 도로의 노면배수유역 특성에 적합하게 산정하기 위해서는 분단위 강우강도식을 사용하여 10분 이하 강우지속시간을 고려해야 하고, 검토가 부족했던 노면 수로에 대하여 실제 자연현상을 적절하게 반영할 수 있는 부등류 흐름 수리해석 방법을 적용해야 하며, 도로 노면 강우의 즉시 배제가 목적인 쌓기부 도수로, 깎기부 집수정, 중분대 집수정 등의 설치간격 결정에는 현재 설계 실무에서 사용 중인 경험공식보다 노면 수리해석 기법을 활용하여 설치간격을 계산하는 것이 합리적이라고 판단되었다.

본 연구는 도로 운영시 강우로 인하여 발생하는 배수 취약구간에 대하여 현장 조사를 통하여 도로 배수 취약구간의 발생 원인을 과학적이고 구체적으로 규명하는데 목적이 있다. 도로 배수 취약구간의 발생 원인을 규명하기 위하여 배수취약구간에 대한 기존 연구결과 및 현황 자료를 검토하였으며, 도로 노면 배수시설과 도로 인접지 배수시설에 대한 취약구간을 조사 및 분석한 결과, 시공 및 기타의 원인으로 발생한 배수 취약구간이 45.7%, 도로의 기하구조가 원인이 된 배수 취약구간은 32.3%, 도로의 수리 수문의 원인은 22.0%로 분석되었으며, 분석된 원인 별 개선 방안으로서 i)시공 및 기타 부분에서는 토사측구의 재료 변경, 단면의 크기 상향 및 수리학적 근거를 바탕으로 한 용량의 산정을, ii)도로의 기하구조 측면에서는 편경사 및 종단선형을 고려한 합성경사의 도출 및 범위 산정과 종단 오목부 구간의 배수구조물 적정 간격의 제시를, iii)도로의 수리 수문 측면에서는 1분단위 강우강도식의 사용과 노면 강우의 부등류 흐름 해석 기법의 적용과 선형 배수방식에 따른 도로 노면 강우의 신속배제를 개선 방안으로 제안하였다.

국토의 70% 이상이 산악지인 우리나라 지형적 특성 때문에 도로가 산지을 인접해서 건설되는 것이 불가피하다. 최근 들어 온난화등의 영향으로 태풍이나 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며 이로 인한 산지 도로의 산사태, 토석류, 상향짐투수압 등에 의한 인명, 시설물 피해도 극심하게 나타나고 있다. 본 연구에서는 이러한 산지 도로의 피해 중 상향침투수압에 의해 발생하는 포장의 틀림 현상에 대하여 고찰하였다. 산지도로 주변의 다양한 특성을 고려하기 위하여 상향침투수압에 의해 포장파손이 발생한 지역특성에 대하여 사명의 경사각, 산지표면의 보가유무, 산지 경사면 토사층의 두께, 지중 배수관의 설치 유무에 따라 상향침투수압을 산정하였다. 분석결과 상향침투수압은 현재 일반적으로 사용되고 있는 쇄석기층 위의 아스팔트포장 및 표면배수형식조건에서 5~10kPa 범위에서 발생하며, 사면경사각이 커짐에 따라 상향침투수압도 비례하여 커지는 것을 확인하였고, 사면의 표면을 보강 처리하지 않았을 경우의 상향침투수압은 작게 나타났다. 산지 경사면의 토사층의 두께는 지하수위가 산지표면까지 상승한 조건에서는 상향침투수압에 큰 영향은 없었으나, 지하수위가 산지표면까지 상승하는 것은 강우지속시간에 따라서 영향을 받는 점을 고려하면, 지중배수관의 설치는 도로 표층에 가해지는 상향침두수압을 효율적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 기층형식에 따른 상향침투수압에 대한 저항성 측면에서는 비 부착성인 쇄석기층보다 부착성인 안정처리기층이 자중이 증가하여 포장의 틀림 현상을 방지하는데 유리하다고 판단되지만 안정처리기층만으로는 상향침투수압에 견딜 수 없으므로 지중배수관 및 사면배수공법을 적용하여 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다.

도로 배수시설 설계시 수리 및 수문요소 분석이 적절하게 적용되어야 하지만, 현재는 계산의 복잡함 때문에 충분히 고려되지 못하고 있다. 본 연구에서는 강우지속시간이 10분 이하인 도로배수유역에 적합한 분단위 강우강도식의 개발, 국내 도로배수유역의 지형 특성을 사실적으로 반영할 수 있는 운동파 모형 이론을 접목한 표면 박류 강우-유출 모형의 개발 및 검증, 노면 배수시설 설계, 암거 단면규격 산정 및 각종 수로 설계 등의 모형 개발, 개발된 모형들을 도로 설계자가 쉽게 익혀서 신속 정확하게 활용할 수 있도록 사용자 편의를 고려한 도로배수설계 전산프로그램을 개발하였다. 개발된 모형을 이용하여 적용성 검토를 수행하였으며, 현행 설계 방법과 개발된 설계 방법을 비교한 결과 노면 배수시설의 설치 간격은 6∼65% 짧게 계산되었으며, 횡단 배수시설의 단면 크기는 6∼140% 크게 계산되었다.

노면배수시설의 설계방법을 임계지속시간의 고려 여부와 등류 및 부등류의 해석 방법에 따라 4가지로 구분하고, 각 방법에 따른 설계결과를 비교·검토하였다. 임계지속시간을 고려하지 않는 방법에서 설계강우는 10분 지속시간의 강우강도로 정하나, 임계지속시간을 고려할 경우 설계강우는 강우의 지속시간과 유출의 도달시간이 유사해지는 경우를 시산적으로 찾아 결정한다. 4가지 설계방법으로 수립된 설계모형을 다양한 수로의 종단경사 및 길어깨 횡단경사를 가지는 노면배수시설