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Special Issue: 지능형 도시홍수 예측

Journal of Korea Water Resources Association. 28 February 2026. 225-231
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2026.59.2.225

Experimental study on the hydraulic performance of permeable block systems with joints

지속가능한 배수시스템 포장의 줄눈 여부에 따른 배출성능에 대한 실험적 검증
Seongil Yeoma
,
Jungkyu Ahnb*
,
Jeongmin Leec
염 성일a
,
안 정규b*
,
이 정민c
aPh.D. Candidate, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea
bProfessor, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea
cPh.D. Candidate, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea
a인천대학교 건설환경공학과 박사과정
b인천대학교 건설환경공학과 교수
c인천대학교 건설환경공학과 박사과정
*Corresponding Author

© 2026 Korea Water Resources Association

License (open-access, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0):

©It is identical to the Creative Commons Attribution Non-commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

ABSTRACT

The expansion of impervious surfaces caused by urbanization has intensified urban flooding, revealing the hydraulic limitations of conventional urban drainage systems (CUDs). As an alternative, sustainable urban drainage systems (SUDs) have been introduced, among which infiltration-type drainage systems (IRDs) are regarded as an effective solution for flood mitigation and hydrological restoration. This study experimentally investigated the hydraulic role of joints in permeable block systems by comparing the discharge and permeability under two configurations: Combined (with joints) and Single (without joints). Constant-head tests were conducted using five samples. The average discharge under the Combined condition was 2.82×10-5 m3/s, approximately 9 % higher than that under the Single condition (2.59×10-5 m3/s). The standard deviation and variance decreased by 38 % and about threefold, respectively, indicating improved discharge stability and reproducibility. The mean hydraulic conductivities were similar between conditions (6.39 × 10-4 m/s and 6.47 ×10-4 m/s). However, samples 2 and 5 in the Single case exhibited greater variability, suggesting localized clogging when joints were absent. These findings demonstrate that joints function not only as drainage paths but also as key structural elements that ensure hydraulic stability within IRDs. Furthermore, the results provide quantitative evidence of the role of joints in promoting flow uniformity and can serve as fundamental data for the design optimization and long-term performance evaluation of infiltration-type drainage systems.

Keywords
Infiltration urban drainage systems
Permeable block
Hydraulic conductivity
Urban flooding
Joint permeability

도시화로 인한 불투수면적의 확장은 도시 홍수를 가중시키며, 이에 따라 기존 전통적 배수시스템(Conventional Urban Drainage Systems, CUDs)의 수리적 한계가 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 지속가능한 도시배수시스템(Sustainable Urban Drainage Systems, SUDs)이 도입되고 있으며, 그중 침투형 배수시스템(Infiltration-type Drainage Systems, IRDs)은 도시 물순환 회복과 홍수 저감에 효과적인 기술로 평가된다. 본 연구는 IRDs의 핵심 구성 요소인 투수블록과 줄눈(joint)의 수리학적 기능을 규명하기 위해, 줄눈 유무에 따른 유출 특성과 투수 성능을 실내 정수두 실험을 통해 정량적으로 비교·분석하였다. 실험은 총 5개의 시료를 Combined(줄눈 포함) 및 Single(줄눈 제외) 조건으로 구분하여 수행하였다. 그 결과, Combined 조건의 평균 유출량은 2.82×10-5 m3/s로 Single 조건(2.59×10-5 m3/s) 대비 약 9 % 높게 나타났으며, 표준편차와 분산은 각각 38 % 및 약 3 배 감소하여 유출 안정성과 재현성이 향상되었다. 평균 투수계수는 Combined 6.39×10-4 m/s, Single 6.47×10-4 m/s로 유사하였으나, Single 조건에서는 Sample 2와 5에서 변동성이 뚜렷이 증가하여 줄눈 차단에 따른 국부적 막힘(clogging) 현상이 확인되었다. 이러한 결과는 줄눈이 단순한 배수 통로를 넘어 유출 안정성(hydraulic stability)과 유동 균질성(flow uniformity)을 유지하는 핵심 구조요소임을 실험적으로 입증한 것이다. 본 연구의 결과는 향후 IRD 설계 및 장기 성능평가를 위한 기초 자료로 활용될 수 있으며, 향후 인공강우 실험과 3차원 수치해석을 통해 줄눈 구조 최적화와 막힘 저항성 향상을 규명할 필요가 있다.

키워드
침투형 도시 배수시스템
투수블록
투수계수
도시홍수
줄눈 투수계수

MAIN

  • 1. 서 론

  •   1.1 연구 배경

  •   1.2 연구 목적

  • 2. 본 론

  •   2.1 방법론

  •   2.2 실험 결과

  • 3. 결 론

1. 서 론

1.1 연구 배경

도시화와 기후변화는 도시 물순환 체계에 중대한 변화를 일으키며, 이는 도시 유출의 양적·질적 변화를 가져오고 있다. Chang et al. (2020)은 도시화로 인한 인구 밀집과 강우량 증가가 도시 침수, 물 부족, 수질 악화 등 여러 문제의 원인이 된다고 설명하였다. Zhou (2014)는 기후변화로 인해 고강도 강우의 발생 빈도가 높아지고 있으며, 이로 인해 기존 도시 배수 인프라의 설계 기준을 넘어서는 상황이 발생해 도시 홍수가 더욱 심화된다고 분석하였다. 현재 많은 도시들은 여전히 전통적인 배수 시스템(Conventional Urban Drainage Systems, CUDs)에 의존하고 있다. 이들 시스템은 주로 신속한 배수를 목적으로 하고 있다. Scholz and Grabowiecki (2007)은 전통적인 관거 중심 배수 시스템이 19세기 이후 설계된 것으로, 현대의 기후 조건과 도시 구조 변화를 반영하지 못하며, 고비용, 유지관리의 어려움, 설계 유연성 부족 등의 한계를 주장한 바 있다. Kim et al. (2006)은 실험을 통해 기존 그레이팅 유입구가 막히면 빗물 차집 효율이 크게 떨어지고, 이로 인해 국지적 침수가 발생할 수 있음을 확인하였다. 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 구조적·비구조적 대안이 제시되고 있으며, 특히 도시 물순환 기능을 회복하기 위한 대안으로 지속가능한 도시 배수 시스템(Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS)이 주목받고 있다. Guptha et al. (2022)은 인도 Gurugram 시를 대상으로 한 연구에서 침투도랑과 저류지가 도시 물순환 회복과 홍수 저감에 효과적임을 보여주었다. Loc et al. (2017)은 베트남 호치민시 사례를 통해, 기술적 성능과 사회적 수용성 측면에서 투수블록이 우수한 평가를 받은 것으로 나타났다. SUDS는 다양한 형태가 있으나, 그중 침투형 배수 시스템(Infiltration-type Rainwater Drainage Systems, IRDs)은 도시 홍수 예방과 온실가스 배출 저감 측면에서 기존 배수 시스템보다 우수한 성능을 보이는 것으로 평가된다. IRDs는 CUDs의 한계를 극복할 수 있는 차세대 빗물 배수 기술로, 수리·수문학적 성능이 뛰어나며 도시 침수와 물순환 문제를 동시에 해결할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

본 연구는 이러한 IRDs의 특성을 바탕으로, 침투형 배수 시스템의 투수성을 정량적으로 산정하고, 실험 및 수치해석을 통해 성능 평가의 기초 자료를 확보하는 것을 목적으로 한다. 이는 향후 설계와 모델링 연구에 활용될 수 있다. Koo et al. (2014)은 인공강우 장치와 지하수위 조절이 가능한 실험 토조를 구축해 다양한 강우 강도와 지하수위 조건에서 침투형 포장의 수문학적 성능을 평가하였으며, 모든 조건에서 지표 유출 없이 대부분의 강우가 침투되는 것을 확인하였다. Jo et al. (2022)은 디지털 영상처리 기법을 활용해 투수블록의 공극률을 추정하는 비파괴적 방법을 제시했고, 그 결과 영상 기반 추정값이 실측 공극률과 높은 상관관계를 보였다. Park et al. (2016)은 서울시 품질시험소에 차도용 투수블록을 시험 시공한 후 9개월간 현장 시험을 실시하여 제품별 성능을 분석하였으며, 일부 제품은 기준 투수계수(0.1 mm/s) 이상을 유지해 차량용 도로 적용 가능성을 확인하였다. 수치해석 연구도 활발하다. Brunetti et al. (2016)은 HYDRUS-1D를 이용해 다층 투수포장 시스템의 유동 특성을 해석한 결과, 이중 공극 모델이 비포화 흐름 재현에 효과적임을 보였으나, 1차원 해석의 한계로 층간 유동과 수평 흐름은 고려되지 않았다. Hilten et al. (2008)은 HYDRUS-1D를 적용하여 소규모 녹색지붕 배수시스템의 강우유출 특성을 모의하였고, 유출 저감 효과를 확인했지만 공간적 특성을 반영하는 데는 한계가 있었다. Li and Babcock Jr (2015)은 HYDRUS-2D를 통해 녹색지붕 배수시스템의 유출 특성을 분석하였으며, 실측값과의 RMSD가 0.38-1.74% 범위에 있음을 보여주었다. 다만, 2차원 해석은 횡방향 흐름과 복잡한 경계조건을 충분히 반영하지 못했다. Zhang and Guo (2015)은 SWMM (Storm Water Management Model)의 LID (Low Impact Development) 모듈을 활용해 투수포장의 유출 저감 효과를 모의한 결과, 포장층 두께가 120 mm 이하이거나 모의 시간 간격이 30분을 초과할 경우 모델 정확도가 떨어진다고 밝혔다. SWMM은 도시 유역 규모의 매크로 해석에는 적합하나, 미시적 수리 특성을 재현하기에는 한계가 있다.

한편, 기존 연구들(Panda and Ghosh, 2002; Bean et al., 2007)은 줄눈이 투수 포장에서 배수 통로로서 기능하며 장기적 막힘(clogging) 발생 시 전체 투수성의 급격한 저하를 초래함을 보고하였다. 그러나 이러한 연구들은 주로 줄눈의 유무보다는 입도나 장기 퇴적물 영향을 중심으로 수행되어, 줄눈이 유동 안정성과 유로 균질화에 미치는 구조적 효과를 정량적으로 분석하지는 않았다. 이에 본 연구는 줄눈의 존재 여부가 투수블록 시스템의 유출 특성, 변동성, 수리학적 균질성에 미치는 영향을 실험적으로 규명함으로써, 기존 연구에서 다루지 않았던 구조적 측면의 역할을 명확히 제시하고자 한다.

1.2 연구 목적

침투형 배수 시스템(IRDs)의 성능은 강우 강도, 지속시간, 지반 특성, 초기 포화 상태 등 다양한 조건에 따라 크게 달라진다. 이러한 특성 때문에 IRDs의 수리·수문학적 효과를 규명하기 위한 다양한 연구가 수행되어 왔다.

Ahn et al. (2021)은 여러 강우 강도와 지속시간 조건을 적용한 3차원 수치해석을 통해 IRDs의 적용 가능성을 검토하였으며, 그 결과 최대 유출량 저감과 유출 시점 지연 효과를 확인하여 도시 물순환 회복 효과를 제시하였다. Yeom and Ahn (2024)은 실제 강우 조건을 모사한 인공강우 실험을 통해, 그레이팅 막힘률을 0, 90, 95, 100 %로 단계적으로 적용하여 배수시스템별 유출 거동을 비교·분석하였다. 해당 연구에서는 강우 유입 조건 하에서 IRDs와 CUDs의 첨두 유출량과 유출 시점 변화를 중심으로 평가를 수행하였으며, 막힘률 90 % 이상 조건에서도 두 시스템의 첨두 유출량은 유사한 수준을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 그레이팅이 부분적 또는 완전 막힘 상태에 도달할 경우, IRDs에서는 유출 시점이 지연되고 저류 효과가 유지되어 CUDs에 비해 배수 성능과 일시 저류 기능이 상대적으로 우수함을 확인하였다. Lee and Yeon (2008)은 XP-SWMM 모형을 이용하여 도시 유역의 침수 특성을 분석하였으며, 건물의 영향을 고려한 결과 모의치와 관측치의 차이가 약 9.5% 이내로 나타났다. 또한 HEC-RAS와 3차원 DTM을 활용하여 건물 배치에 따른 침수 영향을 평가하였다. Cho et al. (2011)은 SWMM과 확산파 기반의 2차원 침수 모형을 연계해 부산 센텀시티 집중호우 사례를 재현하였으며, 건물 및 도로 정보를 반영한 경우 실제 침수면적과의 적합도가 83.24%로 향상되었다. 기존 연구들은 주로 대규모 유역을 대상으로 한 2차원 모의에 집중되어 있어, IRDs의 세부 수리 특성 및 설계 변수에 따른 반응을 정밀하게 규명하는 데에는 한계가 있다. 따라서 IRDs의 성능을 체계적으로 검토하기 위해서는 인공강우장치를 활용한 실험적 연구와, 이를 재현할 수 있는 3차원 수치해석 연구가 필수적이다. 이에 본 연구는 줄눈 유무에 따른 블록별 투수 특성과 수리·수문학적 성능에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 향후 IRDs 설계 및 성능평가를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

2. 본 론

2.1 방법론

기존 연구들(Ahn et al., 2021; Yeom et al., 2019)은 3차원 전산유체해석(CFD)을 이용하여 IRDs 전체 시스템의 강우유입, 침투, 저류 및 유출 특성을 모형 또는 실규모 단위에서 분석하였다. 그러나 이러한 접근은 시스템 전체 거동 평가에 초점을 두고 있어, 투수블록·줄눈·배수층과 같은 개별 구성요소의 투수 특성과 상호작용을 분리하여 검증하는 데에는 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계를 보완하기 위해, IRDs를 구성하는 최소 단위 배수요소를 대상으로 실내 정수두 투수 실험을 수행하여 투수계수를 정량적으로 산정하였다. 이를 위해 실내 실험장치를 설계하고, 줄눈과 투수블록이 결합된 조건에서의 복합 투수성을 평가하였다. 실험은 KS F 4419 ｢보도용 콘크리트 블록｣의 시험 방법에 따라 수행되었다. 한편, Panda and Ghosh (2002)은 줄눈이 구조적 일체성을 확보하는 핵심 요소임을 제시하며, 줄눈 두께 5 mm 이하 및 입경 2.36 mm 이하 조건에서 우수한 성능을 보고하였다. 또한 Bean et al. (2007)은 줄눈이 투수성 포장의 주요 배출 경로로 작용하며, 줄눈 성능 저하 시 전체 배수 성능이 급격히 감소할 수 있음을 실험적으로 규명하였다.

Fig. 1(a)은 블록-줄눈 시스템의 통합 투수계수를 산정하기 위해 제작된 정수두 투수 실험 장치를 나타낸다. 본 장치는 우측의 시험부와 좌측의 저류·배출부로 구성되며, 시험부 유입부에는 정상 상태의 층류를 유지하고 Darcy 유동 조건을 만족시키기 위해 수두차 90 mm를 적용하였다. 유입 유량은 KATS (2024) 범위내에서 계측 안정성과 재현성을 확보할 수 있도록 1 L/min 으로 설정하였다. Fig. 1(b)는 블록에 따라 골재 결합 상태와 공극 분포가 크게 달라 블록마다 수리특성이 다르다. 줄눈 폭은 5 mm로 설계하였으며, 샘플을 통과한 유출수는 밀폐된 통로를 통해 저류·배출부로 이송된 후 전면 개구부에 연결된 계량 장치를 통해 유량을 측정하였다.

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Fig. 1.

Photos of permeability test

(1)
K=dh×VA×30t

이때, K 는 투수계수(m/s). V 는 유출량(m3), A 는 상부 표면적(m2), d 블록의 두께(m), h는 수두차(m) 이다.

2.2 실험 결과

Fig. 2 는 블록의 투수계수와 줄눈이 포함된 복합 투수계수 산정을 위해 수행된 정수투 투수 시험을 나타낸다. Fig. 2(a)는 블록과 줄눈이 포함된 Combined test, Fig. 2(b)는 실리콘을 이용해 줄눈을 제거한 후 수행한 Single test를 각각 나타낸다.

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Fig. 2.

Constant head hydraulic conductivity test

Fig. 2 는 블록의 투수계수와 줄눈이 포함된 복합 투수계수 산정을 위해 수행된 정수투 투수 시험을 나타낸다. Fig. 2(a)는 블록과 줄눈이 포함된 Combined test, Fig. 2(b)는 실리콘을 이용해 줄눈을 제거한 후 수행한 Single test를 각각 나타낸다.

Table 1 는 줄눈 구성에 따른 유출량과 투수계수를 나타낸다. Combined 조건은 Single 조건보다 유출 변동성이 낮아 보다 안정적인 배출 거동을 나타냈다. Combined 조건의 평균 유출량은 2.82 × 10-5 m³/s로 Single 조건(2.59 × 10-5 m³/s)보다 약 9 % 높으며, 표준편차는 약 40 % 작았다. 반면 Single 조건은 Sample 2에서 1.60 × 10-5~2.20 × 10-5 m3/s의 큰 편차를 보였다. 따라서 Single 조건의 큰 변동성은 공극 구조의 비균질성, 부분적 막힘 등이 복합적으로 작용한 결과로 해석되며, 평균의 95 % 신뢰구간 분석 결과 이러한 변동은 재료 불균질성의 허용 범위 내에 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 줄눈이 투수 포장에서 주요 배출 경로로 작용함과 동시에 유로 분산 기능을 수행함을 의미한다. 줄눈이 상호 연결된 Combined 조건에서는 복수의 유로가 형성되어 국부적인 저항이나 부분적 막힘이 발생하더라도 유동이 분산되어 비교적 안정적인 배출 거동이 유지된다. 따라서 줄눈 연결부는 침투형 배수시스템의 유출 안정성과 결과 재현성을 확보하기 위한 핵심 설계 요소로 판단된다.

Table 1.

Discharge comparison according to joint configuration

No. Discharge (Qout, m3/s) Hydraulic conductivity (m/s)
Combined Single Combined Single
1 3.27×10-5 2.87×10-5 7.41×10-4 7.17×10-4
3.20×10-5 3.00×10-5 7.26×10-4 7.50×10-4
3.13×10-5 3.33×10-5 7.11×10-4 8.33×10-4
2 2.97×10-5 1.60×10-5 6.73×10-4 4.00×10-4
2.97×10-5 2.20×10-5 6.73×10-4 5.50×10-4
2.87×10-5 2.20×10-5 6.50×10-4 5.50×10-4
3 2.40×10-5 2.47×10-5 5.44×10-4 6.17×10-4
2.47×10-5 2.40×10-5 5.59×10-4 6.00×10-4
2.60×10-5 2.43×10-5 5.90×10-4 6.08×10-4
4 2.57×10-5 2.80×10-5 5.82×10-4 7.00×10-4
2.73×10-5 2.73×10-5 6.20×10-4 6.83×10-4
2.87×10-5 3.00×10-5 6.50×10-4 7.50×10-4
5 2.87×10-5 2.50×10-5 6.50×10-4 6.25×10-4
2.73×10-5 2.40×10-5 6.20×10-4 6.00×10-4
2.67×10-5 2.78×10-5 6.05×10-4 7.17×10-4
Average 2.82×10-5 2.59×10-5 6.39×10-4 6.47×10-4
Variation 6.74×10-12 1.79×10-11 3.47×10-9 1.12×10-8
Standard deviation 2.60×10-6 4.23×10-6 5.89×10-5 1.06×10-4

Fig. 3은 각 시료에 대해 Combined 및 Single 조건에서 측정된 평균 투수계수(Fig. 3(a))와 유출량(Fig. 3(b))을 최대·최소 범위로 비교한 결과를 나타낸다. 대부분의 시료에서 Combined 조건의 유출량이 Single 조건보다 크게 나타났으며, 특히 Sample 2에서는 줄눈 유무에 따른 차이가 가장 두드러져 줄눈의 배수 성능 기여도가 명확히 확인되었다. 반면 Sample 4에서는 두 조건 간 유출량 차이가 상대적으로 작았는데, 이는 블록 내부 공극 구조의 불균질성이나 국부적 유로 발달 특성에 기인한 것으로 판단된다.

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Fig. 3.

Results of hydraulic conductivity test

또한 Combined 조건에서는 모든 시료에서 오차 범위가 상대적으로 작게 나타나, Single 조건에 비해 유출 및 투수 거동의 변동성이 감소하였다. 이는 줄눈이 유입수를 다수의 유로로 분산시켜 재료 불균질성의 영향을 완화하고 수리적 안정성을 향상시키는 것으로 나타났다. 따라서 줄눈은 단순히 블록과 블록의 연결 요소를 넘어, 유출 안정성과 신뢰성을 높이는 핵심 구성요소임을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 기존 연구(Bean et al., 2007; Panda and Ghosh, 2002)에서 제시된 줄눈의 중요성을 본 연구가 정량적으로 뒷받침하고 있음을 나내며, IRDs 설계 시 줄눈의 두께, 입도, 배치 등의 설계중요성을 나타낸다.

Table 2 는 줄눈 유무에 따른 포장의 투수계수(K)를 비교한 결과이다. Combined 시험에서는 샘플별 투수계수가 5.44× 10-4~7.41×10-4 m/s 범위로 비교적 안정적인 분포를 보였다. 반면 Single 시험에서는 4.00×10-4~8.33×10-4 m/s 범위로 나타나, 변동성이 Combined 시험 대비 크게 증가하였다. 특히 Sample 2에서 Combined 시험의 투수계수는 6.50×10-4~6.73 ×10-4 m/s였으나, Single 시험에서는 4.00×10-4m/s~5.55× 10-4 m/s로 크게 낮아졌다. 이는 줄눈이 차단된 상태에서 블록의 유출특성이 크게 변화함을 나타낸다. 전체 15개 데이터를 기준으로 계산한 결과, Combined 시험의 평균 투수계수는 6.39×10-4 m/s로, Single 시험(6.47×10-4 m/s)과 유사하였다. 그러나 표준편차는 각각 3.47×10-9, 1.12×10-8 m2/s2로 나타나, Single 조건에서 변동성이 약 3.2배 높았다.

Table 2.

Comparison of single test

No. Hydraulic conductivity (K, m/s)
Combined Single
1 7.41×10-4 7.17×10-4
7.26×10-4 7.50×10-4
7.11×10-4 8.33×10-4
2 6.73×10-4 4.00×10-4
6.73×10-4 5.50×10-4
6.50×10-4 5.50×10-4
3 5.44×10-4 6.17×10-4
5.59×10-4 6.00×10-4
5.90×10-4 6.08×10-4
4 5.82×10-4 7.00×10-4
6.20×10-4 6.83×10-4
6.50×10-4 7.50×10-4
5 6.50×10-4 6.25×10-4
6.20×10-4 6.00×10-4
6.05×10-4 7.17×10-4

따라서 Combined 시험에서 확인된 안정적인 투수 특성은 줄눈이 IRDs의 배출 성능을 향상시키는 직접적 요인으로 판단된다.

Table 3 은 줄눈 포함(Combined) 및 줄눈 제외(Single) 조건에서 산정된 투수계수(K)의 통계분석 결과이다. 모든 샘플에서 Combined 시험의 변동성이 더 낮게 나타나, 줄눈이 포함될 때 유출이 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있다. 평균 투수계수는 두 조건 간 큰 차이는 없었으나, Single 시험의 분산과 표준편차는 모든 시료에서 현저히 높게 나타났다.

Table 3.

Comparison of single test

No. Combined (m/s) Single (m/s)
Average Variation Standard deviation Average Variation Standard deviation
1 7.26×10-4 2.29×10-10 1.38×10-12 7.64×10-4 3.61×10-9 5.47×10-12
2 6.65×10-4 1.71×10-10 1.19×10-12 5.00×10-4 7.50×10-9 7.88×10-12
3 5.64×10-4 5.33×10-10 2.10×10-12 6.08×10-4 6.94×10-11 7.58×10-12
4 6.17×10-4 1.16×10-19 3.10×10-12 7.11×10-4 1.20×10-9 3.16×10-12
5 6.25×10-4 5.33×10-10 2.10×10-12 6.47×10-4 3.77×10-9 5.59×10-12

특히 Sample 2와 5는 Single 조건에서 각각 7.88×10-12 및 5.59×10-12의 큰 표준편차를 보여, 줄눈 부재로 인해 블록의 불균질성의 영향을 크게 받은 것으로 해석된다. 반면 Combined 조건에서는 표준편차가 1.19×10-12~3.10×10-12 범위로 안정적으로 수렴하여, 줄눈이 유로를 분산시키고 국부 저항을 완화함으로써 수리적 신뢰성을 높이는 역할을 수행함을 보여준다. 따라서 줄눈 결합 조건은 투수 포장의 유동 균질성(hydraulic uniformity) 과 결과 재현성(reproducibility) 확보에 효과적이며, IRDs 설계 시 안정적 투수 성능을 보장하는 핵심 구성 요소로 평가된다.

3. 결 론

본 연구에서는 줄눈 유무에 따른 유출 특성과 투수성능을 비교하기 위해 총 5개의 블록을 대상으로 줄눈 포함(Combined) 및 줄눈 제외(Single) 조건에서 실험을 수행하였다. 그 결과, 줄눈이 포함된 조건에서 유출 변동성이 감소하고 배출 안정성과 일관성을 나타냈다. 실험결과 줄눈이 단순한 보조 배수 경로를 넘어, 유동을 공간적으로 분산시켜 수리학적 안정성을 확보하는 핵심 구조 요소임을 실험적으로 입증한 것이다.

본 연구는 줄눈이 침투형 배수 시스템 전체의 유출 안정성(hydraulic stability)을 향상시킨다는 점을 정량적 지표를 통해 제시하였다. 다만, 본 연구는 실내 정수두 조건에서 최소 단위 배수 요소의 특성을 정량화하는 데 목적을 둔 기초 단계 연구로, 실제 강우 조건에서의 시간적 변동성과 비정상 유출 거동을 직접적으로 재현하는 데에는 한계가 있다. 또한, 유로 다중화 및 막힘 저항성을 미세유로 수준에서 직접 가시화하지는 않았으나, 유출 및 투수 거동의 변동성 감소와 재현성 향상을 통해 줄눈에 의한 유출 안정화 효과를 검증하였다.

향후 연구에서는 인공강우 장치를 활용한 비정상류(Transient flow) 조건에서의 유출 응답 분석과 3차원 수치해석을 병행하여, 줄눈 구조가 첨두 유출량 저감, 유출 지연 및 막힘 발생 시 시스템 안정성에 미치는 영향을 정밀하게 평가함으로써 IRD의 성능 평가 및 설계 기준 정립을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.

Acknowledgements

이 논문은 인천대학교 2024년도 자체연구비 지원에 의하여 연구되었음.

Conflicts of Interest

The authors declare no conflict of interest.

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