조도계수 개선형 코팅관을 이용한 우수관로 규격 최적화 연구 = Optimization of Stormwater Conduit Design Using Roughness-Improved Coating Pipes

국문 초록 (Abstract)

기후 변화와 도시화의 영향이 증가함에 따라, 충분한 우수(雨水) 배수 능력을 확보하는 것이 중요한 과제로 부각되고 있다. 이에 따라 관 내부의 조도를 감소시켜 유속을 향상시키는 코팅 관로 기술이 주목받고 있다. 본 연구는 매닝 조도계수가 개선된 코팅 관로의 수리학적 효율성, 경제성, 그리고 현장 적용성을 종합적으로 평가하는 것을 목적으로 한다.
매닝 방정식을 활용하여 조도계수를 달리 적용한 수리해석 모델을 구축한 결과, 조도계수가 0.013에서 0.009로 감소할 경우 유속이 최대 1.44배까지 증가하며, 동일 유량 조건에서 관경을 약 20%까지 축소할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 특성은 특히 설치 공간이 제한적인 도심 환경에서 시공성과 유지관리 측면에서 장점을 제공한다.
그러나 실제 공사비를 반영한 경제성 분석 결과, 코팅 비용이 기존 철근콘크리트관 대비 약 4.3배에 달하는 것으로 나타나, 초기 건설비와 생애주기비용(LCC) 모두에서 경제성이 불리한 것으로 평가되었다. 유지관리 주기 연장에 따른 비용 절감 효과 또한 전체 사업비 대비 미미한 수준에 그쳤다. 이러한 경제성 부족의 원인은 고가의 원재료, 복잡한 코팅 공정, 그리고 표준화된 공사비 기준 및 설계 지침의 부재에 기인한다.
따라서 코팅 관로의 실질적인 적용을 위해서는 원재료의 국산화, 공정 자동화, 성능 기반의 표준 단가 체계 구축, 그리고 생애주기비용(LCC) 중심의 공공사업 평가 제도 개선이 필요하다. 결론적으로, 조도계수가 개선된 코팅 관로는 현 단계에서는 경제성이 확보되지 않았으나, 향후 기술 혁신과 정책적 지원이 병행될 경우 지속 가능한 도시 인프라 대안으로서 상당한 잠재력을 지닌 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the increasing impact of climate change and urbanization, securing sufficient stormwater conveyance capacity has become a critical issue. As a result, coated pipe technologies designed to reduce internal roughness and improve flow velocity are gaining attention. This study aims to comprehensively evaluate the hydraulic efficiency, economic feasibility, and field applicability of coated pipes with improved Manning’s roughness coefficients.
A hydraulic model was developed by applying varying roughness values using Manning’s equation, and the results indicate that when the roughness coefficient decreases from 0.013 to 0.009, flow velocity increases by up to 1.44 times, enabling approximately 20% pipe diameter reduction under the same discharge conditions. Such characteristics offer advantages in constructability and maintenance, particularly in confined urban installation environments.
However, economic analysis incorporating actual construction costs revealed that coating expenses are approximately 4.3 times higher than those of conventional reinforced concrete pipes, resulting in unfavorable outcomes for both initial construction and life-cycle costs (LCC). The cost reduction effect associated with extended maintenance cycles was also marginal relative to the total project cost. This lack of economic feasibility stems from high-priced raw materials, complex coating processes, and the absence of standardized cost criteria and design guidelines.
Therefore, the practical adoption of coated pipes requires localization of raw materials, process automation, development of performance-based standardized unit prices, and improvement of public project evaluation systems centered on LCC analysis. In conclusion, although coated pipes with improved roughness coefficients are not economically viable at the current stage, they hold substantial potential as a sustainable urban infrastructure alternative when future technological innovation and policy support are achieved.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 1
• 2. 연구의 목적 2
• 3. 연구의 범위 및 방법 3
• 4. 연구의 구성 3
• 5. 연구의 학문적 및 실무적 의의 4
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 4
• 1. 매닝공식의 이론적 개요 4
• 2. 조도계수(n)의 영향요소 5
• 3. 코팅관 기술의 수리적 원리 6
• 4. 국내외 설계기준 비교 6
• 5. 조도계수 기술의 한계 7
• 6. 선행연구 고찰 8
• 7. 소결 8
• Ⅲ. 연구방법 및 절차 9
• 1. 연구의 기본 개념 9
• 2. 연구 절차 9
• 3. 수리모델의 구성 10
• 4. 경제성 분석 12
• 5. 기술개발 필요성 도출 15
• 6. 연구의 한계 및 전제조건 16
• 7. 소결 16
• Ⅳ. 분석결과 및 고찰 17
• 1. 서론 17
• 2. 수리적 성능 분석 17
• 3. 경제성 분석 결과 18
• 4. 경제성 악화의 원인 분석 19
• 5. 기술적 가치 및 적용 필요성 21
• 6. 개선 가능성 및 시나리오 분석 21
• 7. 종합 고찰 22
• 8. 소결 23
• Ⅴ. 기술적·정책적 제언 23
• 1. 서론 23
• 2. 기술적 개선방향 23
• 3. 산업·경제적 개선방향 24
• 4. 정책 및 제도적 개선방향 25
• 5. ESG·환경적 가치 확장 26
• 6. 소결 26
• Ⅵ. 결론 및 향후 과제 27
• 1. 연구의 개요 27
• 2. 주요 결론 28
• 3. 학문적 의의 29
• 4. 실무적 의의 29
• 5. 한계점 29
• 6. 향후 연구과제 29
• 7. 종합 결론 30