• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.413-417
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• 2007

노면배수 시설의 설계를 위하여 부등류 해석을 기반으로 한 설계모형을 수립하고 등류 해석을 기반으로 한 설계결과와 비교하였다. 노면배수시설을 설계하기 위해서는 지속시간을 가정하여 설계강우를 결정하고 설계변수인 유출구 간격을 가정하여, 호우에 응답하여 발생하는 홍수의 도달시간이 가정된 지속시간과 유사할 때까지 계산을 반복하여 유출구 간격을 결정한다. 부등류 해석에 의한 수로 흐름 해석은 수로 양단에 유출구를 갖는 수로의 분수계의 위치를 결정하는 과정과 발생하는 최대수심이 허용수심을 초과하지 않도록 수로길이를 산정하는 과정을 포함하므로 등류 해석에 비해 계산과정이 복잡하게 된다. 가상의 노면배수 체계를 설정하고 다양한 수로경사에 대해 노면배수 설계모형을 적용한 결과, 등류해석의 경우 유출구 간격은 수로경사가 증가할수록 증가하였지만, 부등류 해석의 경우 수로경사가 증가할수록 감소하였다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 수로경사가 작은 경우 등류 해석보다 부등류 해석을 기반으로 노면배수 시설을 설계하는 것이 합리적인 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2018

도로설계기준(2012)에 따르면 노면 배수시설은 측구, 집수정, 배수관, 배수구(빗물받이, 맨홀) 등으로 구성되며 중앙분리대 배수에서 구조가 방호벽일 경우 원칙적으로 집수정과 종배수관, 횡배수관을 설치하여 노면수를 배수한다. 최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우로 교량 배수시설의 배수능력 부족으로 교량의 노후화, 노면의 체수와 수막현상을 야기한다. 교량 설계 시, 교량의 외관은 점배수에 의한 배수불량으로 막힘부에서의 식물생육, 부식, 배수구의 오염 등으로 심미성에 악영향을 미치고 있다. 따라서 국토교통부 도로 배수시설 설계 및 관리지침에서는 기존의 집수정으로 유도하여 배수하는 점배수 형태에서 우수의 지체시간을 저감하기 위해 배수구로 즉시 배수되어 배수 효율을 증가시켜주는 선배수시설을 권장하고 있다. 그러나 선배수 구조의 일반적인 내용만을 기술하고 있으므로 보다 상세한 설계기준이 필요하다. 또한 국내에서는 교면 배수를 위한 횡배수구의 배수능력에 관한 설계 개념은 미국의 빗물받이 설계 개념을 그대로 적용하고 있어서 교량 배수시설의 배수능력 증대를 위한 수치 및 수리실험에 관한 기술적인 자료가 부족한 실정이다. 따라서 도로의 흐름해석 및 선배수를 위한 측구 횡배수관의 흐름개선에 관한 구체적인 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 배수로 전반의 유향 분석 및 횡유입관 유입부에서의 상세한 흐름해석과 통수능력을 분석하기 위해서는 수리실험을 통한 연구가 필요한 실정이다. 그러나 최적 횡배수관의 형상 및 간격 설정에 대한 수리실험의 물리적 및 시간적 한계를 극복하기 위해 Fluent 모형(Ansys Workbench 13.0)을 활용한 수치모의를 수행하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다상유동 해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 standard ${\kappa}-{\varepsilon}$모형을 적용했다. 도로 형상에 따른 우수유출량을 비교 분석하기 위하여 횡경사는 2%로 고정하고 종경사를 2%로 선정하여 수치모의를 통한 배수능력을 분석하고 설계에 직접적인 적용성을 검토하였다. 횡배수관의 간격변화 및 배수공의 위치 변화 등에 따른 차집량을 분석하였으며, 개략적인 수리실험 결과와 수치모의의 차집율을 비교 및 분석하여 Fluent 모형의 적용성을 확인하였다. 또한, 횡배수관의 유입부에서의 유속 변화 및 유출부에서의 유속이 모의가 가능하므로 배수시설에서 보다 정확한 흐름 해석이 가능하여 보다 적정한 배수능력 분석이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.419-430
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• 2012

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 개발및검증, 노면배수시설설계, 암거단면규격산정및각종수로설계등의모형개발, 개발된 모형들을 도로설계자가 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.79-79
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• 2011

도시지역에서 강우발생 시 우수는 대부분 도로를 통해 이동하고 배수된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수를 배수시키는 기능도 포함하고 있다. 현재 우리나라의 도로배수는 빗물받이와 횡유입부를 통해 대부분 이루어지고 있다. 이러한 배수시설이 제 기능을 충분히 발휘하지 못하면 노면수가 정체되고, 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수피해를 가중시키는 경우도 있고, 교통의 원활한 흐름을 저해하게 된다. 도로배수시설의 설계 시 설계빈도에 상위하도록 충분한 여유를 두고 설치하더라도 부유잡물 등에 의해 그 효율이 저하될 수도 있다. 또한 배수시설을 통해 배수되는 초기 유출수는 많은 비점오염원을 포함하고 있고, 이러한 오염원이 하천으로 유입되어 하천수 및 저수지를 오염시킬 수도 있다. 본 연구에서는 배수시설 중 빗물받이의 효율개선과 비점오염원을 처리할 수 있는 비노출배수로에 대하여 수리실험을 실시하고 효과를 검토하였다. 이를 위해 폭 2.4 m, 길이 10.0 m의 실험도로를 제작하였고, 유입유량을 증가시켜가며 배수효율을 확인하였다. 또한 흙탕물을 유입시켜 비노출 배수로를 통해 배수시킨 후 유입수와 유출수의 부유물질, BOD, $COD_{Mn}$, TN, TP의 량을 측정하고 변화를 확인하였다. 이때 비점오염원처리를 위한 여과재료로는 제오라이트를 이용하였다. 실험결과 실험도로의 측면에 비노출 배수로를 설치하였을 경우 도로위에 수심이 거의 발생하지 않으면서 배출할 수 있는 최대 유량은 2.29 l/s였고, 서울시를 기준으로 설계빈도 10년에 대하여 본 연구의 실험도로 규격에서의 유출량이 1.09 l/s임을 고려할 때 10년 빈도 강우강도 발생 시 비노출 배수로가 충분한 여유를 가지고 배수 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험도로의 규격에서 2.29 l/s의 유출량이 발생하기 위한 강우강도는 서울시를 기준으로 100년 빈도에 상위하는 강우강도로 비노출 배수로에 막힘이 없는 경우 100년 빈도의 강우시에도 노면수 배출이 가능하였다. 쓰레기와 모래와 같은 부유잡물이 배수로를 막고 있다 하더라고 배수효율 저하는 크게 발생하지 않았다. 또한 BOD와 $COD_{Mn}$의 농도는 유입수와 비교하여 30%이상의 제거 효율을 보였다. 특히 부유물질의 경우 제거효율이 50 %인 것으로 검토되어 본 연구의 비노출 배수로가 초기우수의 오염원제거에 효과가 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.234-234
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• 2022

도로에서의 우수를 원활하게 처리하기 위해서 빗물받이 및 연결관 등의 노면 배수시설이 설치되고 있으며, 노면 배수는 측구부를 통해 흘러 빗물받이 유입부로 차집되고 연결관을 통해 하수관거로 배수된다. 그러나 최근 국내 기상패턴의 변화로 국지성 집중호우와 같이 시간당 강우량 증가로 도로부와 저지대에서 배수시설의 배수불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 발생하고 있다. 이에 정부에서는 다양한 우수관거 개선사업, 빗물펌프장, 지하저류조와 같은 방재시설을 설치하고 있으나 우수유출저감시설은 대규모 예산이 소요되고 실제 침수지역에 피해 저감효과에 대한 효용성 문제에 대한 제기뿐만 아니라 과밀화된 도심지에서는 지하공간 활용에 한계가 있는 실정이므로 도심지의 다양한 공간을 활용한 도시 배수 및 저류시설에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 유휴 공간인 도로 측구부 공간을 활용하여 도로 노면수를 저류 및 지체할 수 있는 노면수 측구 저류시설의 개념을 제시하고 측구저류조의 활용성을 판단하기 위하여 빗물받이 유입구, 빗물받이, 측구 저류조 및 빗물받이와 측구저류조 연결부에서의 노면수 유입, 유출 및 저류 등의 다양한 흐름 변화를 확인하기 위하여 Fluent 모형의 적용성을 분석하였다. 수치모의 전체 형상은 50x50cm 크기의 빗물받이를 기준으로 양쪽에 2m 길이의 측구 저류조를 원형관으로 연결하여 1/5 축소모형으로 구성하고 격자는 빗물받이 유입부, 빗물받이 및 측구 저류조 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 사면체와 육면체로 조밀하게 생성하였다. 다상유동해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-ω모형을 적용하였다. 수치모의 조건으로는 설계빈도별(5~30년) 우수유출량을 산정하여 유입 유량별 기존 빗물받이 유입부에서의 유입흐름, 빗물받이 내부에서의 와 발생흐름, 측구 저류조 및 연결관에서의 흐름을 구현하여 분석하였다. 수치모의 결과 빗물받이 유입부에서 연결관을 통한 측구 저류조로 유입되는 유입흐름과 빗물받이 하단부의 배수관을 통해 유출되는 흐름을 정상적으로 구현하였으며, 빗물받이 유입부 및 측구 저류조 연결관에서의 유속변화도 확인할 수 있었다. 또한 빗물받이와 측구 저류조에서 다양한 흐름을 구현하기 위한 Flunet 모형의 적용성을 검토하였으며, 향후 수리실험을 통하여 실제 흐름과의 매개변수 최적화 및 다양한 도로 조건의 변화를 고려한 수치모의 분석을 통하여 지속적인 모형의 검증이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국도로학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.133-138
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• 2011

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.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.180-180
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• 2011

도시지역에서 빗물은 대부분 도로를 통해 이동하고 배수된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수의 배수를 위한 기능도 포함하고 있다. 그러나 도로변에 설치되어 있는 빗물받이 등과 같은 하수도 시설을 통해 빗물이 원활하게 배수되지 않으면 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수를 피해를 가중시키는 경우도 있다. 빗물받이 설계 시 설계빈도를 차집능력에 상위하는 충분한 여유를 두고 설치하더라도 빗물받이가 도시지역에서 발생하는 유송토사, 쓰레기, 낙엽 및 담배꽁초 등에 의하여 막히게 되면 유입구의 순 면적이 감소하게 되어 빗물받이가 제 기능을 다하지 못하는 경우 또한 발생하고 있다. 이렇게 빗물받이로 유입되는 부유잡물들은 퇴적되어, 우수관로 내에서 썩어 수질을 악화시키거나 악취의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 빗물받이의 이 같은 문제점을 개선할 수 있는 비노출 배수로의 배수효율을 수리실험을 통해 검토하였다. 도로의 측면에 비노출 배수로를 설치하였을 경우 도로위에 수심이 거의 발생하지 않으면서 배출할 수 있는 최대 유량은 1.67 l/s였고, 서울시를 기준으로 설계빈도 10년에 대하여 본 연구의 실험도로 규격에서의 유출량이 1.09 l/s임을 고려할 때 10년 빈도 강우강도 발생 시 비노출 배수로가 충분한 여유를 가지고 배수 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험도로의 규격에서 1.67 l/s의 유출량이 발생하기 위한 강우강도는 서울시를 기준으로 100년 빈도에 상응하는 강우강도로 비노출 배수로에 막힘이 없는 경우 100년 빈도의 강우시에도 노면수 배출이 가능하였다. 쓰레기와 모래와 같은 부유잡물이 배수로를 막고 있다 하더라고 배수효율 저하는 크게 발생하지 않았다. 그러나 흙탕물이 유입되는 경우 흙탕물이 배수로의 공극을 차단하는 현상이 나타났고 이는 도로위의 수심은 증가시켰다. 흙탕물이 유입된 후 배출가능 유량을 강우강도와 빈도를 환산한 결과 서울시를 기준으로 6.8년에 상응하였다. 따라서 흙탕물 유입가능성이 높은 도로에 비노출 배수로를 설치하게 되는 경우 배수로의 효율이 낮아지는 것에 대한 대책이 필요하고, 철저한 관리가 요구된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 비노출 배수로의 채움재를 개선하고 동일실험 수행을 계획 중이며, 비점오염물의 제거효율 또한 검토할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.242-242
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• 2020

도시화와 산업화에 따른 유출환경의 변화로 인해 도심지에서 발생하는 대부분의 유출은 도로표면을 따라 이동하고 도로변에 설치된 빗물받이에 의해 배수된다. 이 때 빗물이 원활하게 배수되지 않아 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택지로 유입되어 침수 피해가 발생한다. 이러한 현상은 유출량이 집중되는 도심지 저지대에서 주로 발생하며 설계 한도를 초과하지 않는 정상적인 강우 조건에서도 빈번히 나타나고 있다. 이는 최근의 기후 변화로 인한 집중 호우 등을 고려하여 설계 기준이 지속적으로 조정되어야 함과 동시에 도로 노면수의 배수 능력 평가를 위한 실제적인 연구가 이루어져야 한다는 필요성을 나타내고 있다. 특히 도로 빗물받이의 효율은 주로 종경사 및 횡경사 등의 도로 조건, 표면 유출 우수량, 빗물받이의 형상 등에 의존한다. 그러므로 상향된 설계빈도 및 도로 조건을 고려한 도로 표면 유출에 대한 흐름 분석과 빗물받이 특성을 고려한 실증연구의 분석 및 설계 해석 알고리즘의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 도로 노면수의 배수 능력 증대를 위해 연속 설치된 빗물받이 조건 및 도로 경사조건을 고려하여 도로 배수시설의 표면 유출 모델 설계 알고리즘을 개발하였다. 표면 유출 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(종경사 2~10% 및 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)를 고려하였으며 유량이 노면 진행방향을 따라 연속적으로 증가하는 부등류 흐름 해석 방법을 채택하였다. 또한, 빗물받이 설치간격(L)과 도로의 폭(W)의 곱으로 계산되는 단순 직사각형 형태의 노면 형상이 아닌 도로 종경사 및 횡경사에 따른 유달거리를 산정하여 평행사변형 형태의 노면 형상을 계산하고 이에 따른 면적(A), 도달시간(tc) 및 강우강도(I)를 산정하였다. 이와 같은 1차원 흐름분석을 통해 도로 표면흐름 및 빗물받이 설치 간격을 제시하고 기존의 제시된 빗물받이 설치 간격과 비교하여 본 연구에서 제시한 설계 알고리즘을 검증하였다. 또한, 수리 실험을 통해 측정된 빗물받이 차집효율을 이용하여 연속 구간에서의 도로 표면 유출 모델의 적용성을 제시하였다. 이는 빗물받이 유입구를 통해 모든 유량이 유출된다고 가정하고 단독 구간에서의 수리분석 결과만을 고려하여 이를 확장시켜 개발된 기존의 도로 표면 유출 모델을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 제시하고 있는 설계 알고리즘을 적용한다면 도로 전체 구간에서의 흐름 변화 분석과 배수효율의 정량적인 분석이 가능하므로 향후 도로 표면 침수 피해 저감 및 배수능력 증대를 위한 실증적이고 정량적인 분석 방법이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.68-68
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• 2023

호우로 인한 도시 지역의 침수는 빗물받이의 능력 부족, 우수관로 용량 부족 등 다양한 요인에 의하여 발생한다. 구체적으로 빗물받이 능력 부족으로 인한 침수는 노면에 떨어진 우수가 빗물받이로 유입하지 못하고 지표면을 유하하여 저지대에 빗물이 모여 발생하게 되며 우수관로의 용량부족은 설계 강우 이상의 호우가 발생하거나 하류 배수위 영향으로 인하여 우수관로 내 만관이 발생하여 맨홀 월류로 인하여 침수가 발생하게 된다. 도시지역의 침수를 경감하기 위해서는 구조적, 비구조적인 대책을 마련할 수 있으며 본 연구에서는 국부적인 노면 침수가 발생하는 주요 도로 주변부의 침수발생을 효율적으로 제어하기 위한 구조적 대책 중 하나인 UHPC 저류침투시설 도입에 따른 홍수저감 효과를 수리수문학적 분석하는 방법을 개발하였다. 분석 절차는 ① 대상지역 현황 분석을 위한 관망도, 수치지형도, 토지피복도, 토양도 등 관련 자료의 조사 ② 침수 발생 현황 및 시설물 설치에 따른 효과분석을 위한 강우분석 ③ 주요 호우 시 대상지역 침수발생 현황 분석 ④ 저수지 홍수추적 기법을 활용한 저류침투시설 도입효과 계산 ⑤ 주요 호우별 홍수조절효과 분석결과를 기초로 저류침투시설 도입에 따른 침수 저감 효과를 2차원으로 검토의 5개 단계로 이루어진다. 노면을 따라서 유하 또는 맨홀 월류에 의해 저류 침투시설로 유입하는 우수의 홍수조절 효과 분석은 연구에서 개발한 스프레드시트 기반 저수지 홍수추적 기법을 활용하여 분석하였으며 강우-유출량 중 10 %가 시설물로 유입하는 가정 조건하에 시설물로 유입하는 우수의 저류-침투-방류를 동시에 고려하여 계산하였다. 다만, 저류침투시설로 유입하는 노면 유출수의 정량적 수치는 자연적 요인 및 다양한 제약 조건에 따라 큰 차이가 있을 수 있으며 불확실성이 높으므로 노면 유출수의 저류침투시설 유입량의 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국도로학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.125-131
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• 2011

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.