연속강우 조건에서 집수정-보조기층 측면 배수형 투수성 포장의 수문응답 비교 연구 = Hydrological Response Comparison Study of Permeable Pavement with Catch Basin-Subbase Lateral Drainage under Continuous Rainfall Conditions

국문 초록 (Abstract)

최근 도시화가 진행됨에 따라 불투수면적이 증가하고 있으며, 기후변화로 인해 국지성 집중호우 및 극한 강우의 발생 빈도가 높아져 도시 지역 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 이에 개발이전의 물순환 상태에 가깝게 할 수 있는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법이 대안으로 주목 받고 있다. 저영향개발 기법에는 다양한 기술 요소가 존재하지만, 도심지 내에서 전체 빗물 분담량의 약 72 %를 담당하고 있으며, 가장 보편적인 기술인 투수성 포장 시설에 대한 필요성이 증가하고 있다.
본 연구는 보조기층과 결합된 집수정으로 보조기층에서 강우수 침투 및 지속적인 배수가 가능한 집수정-보조기층 측면 배수형 투수성 포장의 성능을 규명하기 위해 집수정-저류형 투수성 포장(대조군)과 비교하는 인공강우 실증 실험을 수행하였다. 실험은 서울시 재현기간 확률 강우량 기준 2년(44 mm/hr), 10년(72 mm/hr), 70년(100 mm/hr)빈도 강우와 3060분 무강우 시간을 조합한 총 6개 시나리오로 구성되었으며, 첨두 유량, 유출량, 첨두유량 증가율, 유출 증가율 등의 배수 패턴을 중심으로 분석하였다.
그 결과, 집수정-보조기층 측면 배수형 투수성 포장은 모든 시나리오에서 대조군 대비 29.4 ~ 61.4 %의 첨두 유량 저감과 1.09 ~ 30.54 %의 유출량 저감을 나타내 연속강우 조건에서도 안정적인 유출 제어 성능을 보였다. 특히, 대조군은 강우 지속 시 보조기층이 빠르게 포화되어 지표 유출이 급격히 증가하는 “급격한 반응” 형태를 보인 반면, 실험군은 집수정 측면 침투에 따른 지속적 배수로 포화 시점이 지연되며 “완만한 반응” 형태의 유출 곡선을 나타냈다. 또한, 70년 빈도와 같은 고강우 조건에서 실험군은 첨두 유량과 유출량 모두에서 우수한 저감 효과를 보이며 배수 안정성이 확보되는 것으로 확인하였다. 본연구는 집수정-보조기층 측면 배수 메커니즘이 투수성 포장의 수문학적 성능을 향상시키는 핵심 요소임을 실증적으로 제시하였으며, 향후 다양한 강우 패턴 및 반복 실험을 통한 일반화 연구가 필요할 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 내용 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 저영향개발 4
• 2.1.가 저영향개발 기법 정의 4
• 2.1.나 저영향개발 기법 기술 요소 4
• 2.1.다 저영향개발 기법 적용 사례 6
• 2.2 투수성 포장 8
• 2.2.가 투수성 포장 개요 8
• 2.2.나 투수성 포장 종료 8
• 2.2.다 투수성 포장의 수문학적 특성 9
• 2.2.라 투수성 포장의 구조적 특성 10
• 제 3 장 연구 동향 11
• 3.1 기존 선행연구 11
• 3.1.가 국내 선행 연구 11
• 3.1.나 국외 선행 연구 13
• 제 4 장 투수성 포장 유출 저감 실험 시설 및 실험체 15
• 4.1 실험 시설 15
• 4.2 시험체 17
• 4.2.가 테스트 베드 17
• 4.2.나 투수성 포장 침투율 산정 21
• 4.2.다 받침 안정층 입도 분석 24
• 4.2.라 채움재(줄눈재) 입도 분석 27
• 4.2.마 집수정-보조기층 측면 배수형 투수성 포장과 결합된 집수정 30
• 제 5장 유출 저감 시험 장치 및 시험 방법 31
• 5.1 시험 장치 31
• 5.1.가 인공 강우 모의 장치 31
• 5.1.나 강우 모니터링 시스템 33
• 5.2 시험 방법 34
• 5.2.가 강우 강도 설정 34
• 5.2.나 연속 강우 모의 36
• 제 6장 연구 결과 37
• 6.1 실험 결과 37
• 6.2 토의 52
• 제 7장 결 론 54
• 참고문헌 56