도심지 침수지도 고도화를 위한
과부하 관거 맨홀 손실 평가 기술 개발

기후변화로 극한호우가 잦아지면서 도시 내수침수의 양상이 크게 달라지고 있다. 최근 10년간(2014~2023년) 자연재해로 발생한 재산피해 3조 9,802억 원 가운데 93.73%인 3조 7,306억 원이 호우·태풍 등 물 관련 재해에서 비롯되었으며(행정안전부, 2023), 2022년 8월 중부지역에는 115년 만의 기록적 호우로 서울 동작 141.5 mm/hr, 강남 116 mm/hr, 서초 110 mm/hr의 시간 강우가 관측되었다. 불투수면이 넓은 도심 저지대에서는 우수관거가 설계용량을 넘어 만관(과부하) 상태가 되었고, 빗물받이와 맨홀에서 우수가 역류·월류하며 도로 침수가 광범위하게 발생하였다. 서울시 집계에 따르면 2018~2022년 5년간 발생한 하수도 맨홀뚜껑 열림 사고 113건 중 110건이 2022년 한 해에 집중되었고, 서초구에서는 열린 맨홀로 시민 2명이 추락해 숨지는 인명피해까지 발생하였다.
이러한 피해의 이면에는 하수관거 설계·해석 체계의 구조적 한계가 자리하고 있다. 현재 하수관로의 수리계산은 관거 내 마찰손실만을 고려할 뿐, 유입관과 유출관이 만관이 되어 맨홀 수심이 관정보다 상승하는 과부하(surcharge) 조건에서 맨홀 내부의 와류, 흐름 분리, 합류에 의해 발생하는 국부 에너지 손실, 즉 맨홀 손실은 거의 반영하지 않는다. 하수도설계기준(환경부, 2022)에 제시된 맨홀 선정표 역시 손실을 고려하지 않으며, 정량적인 실험 결과가 아니라 일본의 기준을 준용한 것이어서 국내 여건과 차이가 있다. 미국(ASCE), 영국, 캐나다(Marsalek, 1985) 등이 맨홀 유형별 손실계수를 설계 지침으로 제시하고 있는 것과 대조적이다.
맨홀 손실의 누락은 도심지 침수지도의 정확도 문제로 이어진다. 행정안전부는 2023년 오송 지하차도 침수사고 이후 전국 침수위험지역 1,654개 읍면동의 도시침수지도 제작을 추진하고 있으며, 환경부도 2024년 5월부터 1,135개 읍면동에 대한 도시침수지도를 제공하고 있다. 그러나 대부분의 도시침수 예측은 SWMM 기반 모형에 의존하면서 과부하 맨홀의 손실을 매개변수로 반영하지 못하고 있고, 같은 지역이라도 지도 종류에 따라 침수구역이 다르게 나타나는 등 정확도에 대한 문제가 제기되고 있다.

이러한 배경에서 행정안전부 「도시침수 방어능력 강화를 위한 피해 저감 실용화기술 개발」사업의 지정공모 과제로 ‘도심지 침수지도 고도화를 위한 과부하 관거 맨홀 손실 평가 기술개발’ 연구단(이하 연구단)이 2025년 4월 출범하였다. 연구단은 부천대학교 산학협력단을 주관기관으로 전남대학교, 한국건설기술연구원, ㈜이알아이솔루션, 국립한밭대학교, ㈜헥코리아, 서울연구원, ㈜코지스, 동신대학교 등 9개 기관으로 구성되며, 2027년 12월까지 2년 9개월간 총 27.4억 원(정부지원 25억 원)을 투입하여 착수 시점 TRL 4 수준의 기술을 종료 시점 TRL 7까지 끌어올리는 것을 목표로 한다. 연구단의 최종 목표는 ‘반복되는 도시침수 피해 저감을 위하여 재난 현장의 문제 해결을 실질적으로 지원할 수 있는 과부하 관거 맨홀 손실 평가 기술의 개발·실증’이다.
연구단의 핵심 연구진은 2004년부터 세 차례의 국가 연구개발사업을 통해 과부하 중간맨홀, 90° 접합맨홀, 3방향·4방향 합류맨홀의 손실계수 산정과 에너지 손실 저감 방안을 연구해 왔다(김정수 등, 2008; 2010). 본 연구단은 이러한 축적된 기반 위에서 실험의 범위를 실규모로 넓히고, 그 결과를 해석 모형과 예측 시스템, 그리고 설계기준으로 연결하는 데 중점을 둔다.

목표 달성을 위해 연구 분야는 실험, 해석·예측, 실증·제도의 3개 세부로 구성하였다(그림 1, 그림 2). 1세부는 수리모형실험과 실규모실험을 기반으로 과부하 중간맨홀과 합류맨홀의 손실계수를 산정하고, 손실을 줄이는 맨홀 구조 개선 기준을 개발한다. 2세부는 1세부에서 도출된 손실계수를 도시유출·침수해석 모형에 탑재하여 도심지 배수능력을 재평가하고, 맨홀별 월류를 예측하는 시스템을 개발한다. 3세부는 서울시 테스트베드에서 개발 기술을 실증하고, 과부하 관거–맨홀 모니터링 기술과 손실계수를 반영한 하수도 설계기준(안) 및 법·제도 개선안을 마련한다. 연구단은 1차년도 진도점검을 마치고 현재 2차년도 연구를 수행하고 있다. 여기에서는 연구단의 기술 구성과 세부기술별 1차년도 성과, 그리고 향후 계획을 소개하고자 한다.

맨홀 손실계수(K)는 맨홀을 통과하는 흐름의 에너지 손실수두(Δh)를 연결관의 속도수두(V²/2g)로 나눈 무차원 계수로, 맨홀의 형상(사각형·원형)과 크기, 인버트 유무, 접합관의 관경·경사·접합 방식, 수평 접합 각도, 합류 조건 등에 따라 달라진다. 하수도설계기준상 맨홀은 관경에 따라 최대 75~200 m 간격으로 설치되므로, 관거의 합류부와 방향 전환부가 많은 도심지 하수관망에서는 맨홀마다 발생하는 국부 손실이 누적되어 관거 전체의 배수능력을 떨어뜨린다.
서울시 소유역 배수분구의 맨홀 설치 현황을 조사한 결과, 전체 234,591개소 중 중간맨홀이 70.1%, 3방향(T형) 합류맨홀이 24.6%, 4방향 합류맨홀이 5.0%, 5개 이상의 관이 접속되는 다방향 맨홀이 0.4%로, 손실이 상대적으로 큰 합류맨홀이 약 30%를 차지하였다.
맨홀 손실의 반영 여부는 침수해석 결과를 크게 좌우한다. 과부하 맨홀의 손실계수를 도시침수해석에 적용한 선행연구(이원 등, 2015; 김채린 등, 2018)에 이어, 연구진이 과부하 직선형(중간) 맨홀의 손실계수를 2010년 9월 호우 사상에 적용한 결과(Kwak et al., 2022), 손실계수를 고려하지 않은 경우의 모의 침수면적은 0.1438 km²로 실측 침수면적(0.1917 km²)의 75.01%에 그쳤으나, 손실계수 0.61~0.68을 적용하면 0.1852 km²로 일치율이 96.61%까지 높아졌다(그림 3). 반면 손실계수를 0.80으로 과도하게 적용하면 침수면적이 106.83%로 과대 모의되었다. 이는 맨홀 손실이 침수범위 예측의 핵심 변수이며, 경험적 보정이 아니라 실험에 근거한 정량적 손실계수가 필요함을 보여준다. 수치모의는 경향 검토에는 유용하지만 와류와 에너지 손실이 복잡하게 얽힌 맨홀 흐름에서 정확한 손실계수를 제시하기 어렵기 때문에, 연구단은 수리모형실험과 실규모실험을 손실계수 산정의 근간으로 삼았다.

1세부는 부천대학교, 전남대학교, 한국건설기술연구원, ㈜이알아이솔루션이 참여하여 3차원 수치해석, 수리모형실험, 실규모실험을 결합한 손실계수 산정 체계를 구축한다. 다양한 맨홀·인버트 형상과 유량 조건을 다루는 손실계수 산정에는 수리모형실험을, 축척효과가 크고 모형으로 재현하기 어려운 맨홀뚜껑 이탈과 같은 현상에는 실규모실험을 적용하는 것이 기본 전략이다.

부천대학교는 먼저 한국·일본·미국의 배수관거 설계기준을 비교하였다. 미국은 관거시설 전반에서 에너지선과 동수경사선을 이용하여 관 마찰손실, 맨홀 내 손실, 만곡 손실을 함께 고려하도록 하는 반면, 국내 기준은 맨홀의 설치 위치·간격과 표준 구조를 제시하는 데 그쳐 손실에 대한 규정이 없다. 이어 Ansys Fluent로 과부하 맨홀의 3차원 흐름해석을 수행하고 Standard k-ε, RNG k-ε, Realizable k-ε, Standard k-ω, SST k-ω의 5개 난류모형 결과를 기존 수리실험 값과 비교하였다. 그 결과 SST k-ω 모형이 압력차(ΔP = 7.05 kg/m²)와 손실계수(K = 0.45)를 실험값과 동일하게 재현하여 과부하 맨홀 해석에 가장 적합한 것으로 나타났다(그림 4). 또한 맨홀 내부 수심비(h/D)가 작은 구간에서는 손실계수가 급증하고, 수심비가 커질수록 0.4~0.5 수준으로 수렴하는 특성을 확인하였다. 2차년도에는 최적화된 해석 기법으로 기존 인버트의 성능을 진단하고, 에너지 손실을 20% 이상 저감하는 인버트 형상 개선(안)을 도출하고 있다(그림 5).

전남대학교는 90° 접합, 3방향, 4방향 합류맨홀을 하나의 시설에서 실험할 수 있는 맨홀 교체형 하이브리드 수리모형실험 시스템을 구축하였다(그림 6). 방향별 유입량을 독립적으로 제어하는 다방향 유량공급 수조와 순환식 환수로를 갖추고, 유입·유출관의 길이를 관경의 100배 이상으로 설계하여 정류 상태의 흐름을 확보하였으며, 탈착형 맨홀 모형으로 크기와 형상을 바꿔 가며 실험할 수 있도록 하였다. 측정의 객관성을 높이기 위해 AI 기반 액주계 수위 영상측정 기법도 개발하였다. 관 내부를 스캔한 영상에서 명암 변화와 엣지 정보를 추출하고, 픽셀의 텍스처 특성을 CNN 기반 이진 분류기로 판별하여 수면을 찾은 뒤 픽셀–길이 변환계수를 적용하여 실제 수위로 환산하는 방식으로, 기존 수리실험에서 측정값 판독에 연구자의 주관이 개입하던 한계를 보완한다. 여기에 식용 색소를 이용한 흐름 가시화를 병행하여 맨홀 내부의 흐름 구조를 손실계수와 연계해 해석하였다.

1차년도에는 150×150 mm, 180×180 mm 크기의 사각형 합류맨홀을 대상으로 유량별 수두 변화를 측정하였다. 90° 접합 사각형 합류맨홀의 손실계수는 180×180 mm에서 1.72, 150×150 mm에서 1.76으로 산정되었으며, 3방향과 4방향 합류맨홀에 대해서는 합류 유량비(Qr)에 따른 지수함수 형태의 손실계수 산정식(K = a·eb·Qr)을 맨홀 크기별로 도출하였다. 이 산정식은 2세부의 도시유출 해석모형에서 유량 조건에 따라 손실계수를 동적으로 적용하는 입력 모듈의 기반이 된다.

한국건설기술연구원은 실제 도시홍수 규모의 유량을 공급할 수 있는 시설을 활용하여 맨홀뚜껑 이탈 실규모 실험장을 설계하고 1단계 구축을 완료하였다(그림 7). 실험장은 높이 5 m의 유량공급 저류조, 길이 35 m의 우수관, 집수정과 맨홀, 하류단 개폐형 수문으로 구성되며, 관로와 집수정에 설치한 5개의 압력계로 유량·유속·압력을 계측한다. 1차년도에는 유입유량 0.7 m³/s와 1.5 m³/s의 2개 조건에 대해 하류 수문 개방율을 4~5단계로 달리한 9개 조건에서 각 3회씩 반복실험을 수행하였다.
실험 결과 반복실험 간 오차는 1% 이내로, 목표치(10% 이내)를 크게 밑도는 재현성을 확보하였다. 유량 0.7 m³/s 조건에서는 개방율 20%와 0%일 때 상류관에 물이 도달한 후 각각 약 43~46초, 37~38초 만에 맨홀뚜껑이 이탈하였고, 유량 1.5 m³/s에서는 개방율 40%와 20%에서 각각 약 37~38초, 15~16초 만에 이탈이 발생하였다. 또한 수체가 집수정에 도달하기 전부터 집수정 상단 압력계에서 0.003~0.013 bar의 압력 변화가 감지되었는데, 이는 과부하 흐름에 앞서 전달되는 압력 변화를 계측하는 것이 이탈 위험 판단에 활용될 수 있음을 시사한다. 2차년도에는 우수관·집수정·유량계·자동 개폐 수문을 보강한 2단계 실험장을 구축하고, 원형·사각형 맨홀에 대해 유량 및 관 막힘 조건별 이탈 실험과 실험 절차의 표준화를 추진한다. 이 실험장은 이후 개선 인버트의 실규모 검증과 3세부 모니터링 센서의 검정에도 활용된다.

㈜이알아이솔루션은 연결관경 60 mm에 대해 맨홀 폭을 120, 150, 180 mm로 바꾸어(맨홀 폭/관경 비 b/D = 2.0, 2.5, 3.0) 0.33~6.17 L/s의 유량 범위에서 과부하 사각형 중간맨홀의 손실수두를 측정하였다. 과부하 상태에서는 사각형 맨홀의 모서리마다 와류가 형성되어 배수능력이 감소하였고, 맨홀 폭이 클수록 에너지 손실이 커져 손실계수는 180×180 mm에서 0.47, 150×150 mm에서 0.36, 120×120 mm에서 0.33으로 산정되었다(그림 8). 180×180 mm의 결과는 유사한 조건에서 수행된 선행연구(김정수, 2010)와 비슷한 값을 보여 실험의 신뢰성을 확인하였다. 2차년도에는 원형 중간맨홀과 개선 인버트 형상을 적용한 중간맨홀로 실험을 확장한다.

2세부는 국립한밭대학교와 ㈜헥코리아가 참여하여, 1세부에서 산정한 손실계수를 도시유출–침수해석 모형과 예측 시스템에 탑재하는 역할을 맡는다.

국립한밭대학교는 지형·배수체계·우수관망 자료를 조사하여 모의에 필요한 입·출력 자료를 표준화하였다. 입력자료는 수치고도(DEM), 토지이용도, 정밀토양도, 하천 수위, 강우량, 우수관, 우수맨홀, 토구, 배수펌프, 우수저류지 제원 등이며, 출력자료는 침수심, 침수면적, 침수량, 관로 유입유량 등이다. 이를 바탕으로 과천시 일부 유역에 1차원 도시유출 모형을 구축하고 2차원 예비 침수해석으로 침수위험지역을 평가하였으며, 월류가 발생하는 과부하 관거를 분석하여 반복 침수 지점과 내·외수위 조건에 따른 배수 영향을 점검할 수 있는 모니터링 지점을 선정하였다.
맨홀 손실계수를 모형에 반영하기 위해 과부하 맨홀을 중간맨홀과 합류맨홀(90° 접합·3방향·4방향)로, 다시 각각을 사각형과 원형으로 분류하는 체계를 정의하고, 유량비에 따라 손실계수가 변하는 산정식을 배수체계에 적용하는 입력 모듈을 구성하였다. 이 모듈과 연계한 2차원 침수해석 파일럿 모형을 개발하여 XP-SWMM과 비교 검증한 결과, 일정 경사(0.1°) 지형(Case Ⅰ)에서 최대 침수심과 침수면적의 차이는 각각 13.3%, 14.6%였고, 깔때기형 지형(Case Ⅱ)에서는 9.8%, 6.7%였으며, 두 모형 결과의 선형 적합도는 R² = 0.886으로 나타났다(그림 9). 지속시간 1시간, 강우량 200 mm 시나리오로 격자 크기와 계산 시간간격의 영향을 분석한 결과, 10 m 격자·2초 간격 조건은 5 m 격자·1초 간격 대비 최대 침수심 차이 1.1%, 침수면적 차이 7.6%로 정확도를 유지하면서 계산시간을 8분 29초에서 1분 30초로 약 82% 단축하여 실무 적용에 적합한 것으로 평가되었다.

㈜헥코리아는 환경부 홍수위험지도 시스템과 미국 FEMA의 HAZUS Flood Module 등 국내외 사례를 분석하여 시스템 기능을 정의하고, 침수 모델링 자료(관·맨홀·강우·지형)와 표출·영향분석 자료(행정구역, 건축물, 방재시설, 인구, 토지피복)로 데이터베이스를 설계하였다. 실증 대상지역인 서울 강남구의 관거·맨홀 공간정보로 EPA SWMM 기반 도시유출모형을 구축하여 강우 시나리오별 맨홀 수위와 월류 발생 시점을 시계열로 산정하고, 이를 2차원 침수심 분포로 변환하여 지도 기반으로 표출하는 파일럿 시스템을 개발하였다(그림 10).
파일럿 시스템은 40~120 mm의 강우 시나리오 선택, 시간 흐름에 따른 침수·수위 변화 재생, 위성지도 기반의 침수심·월류·맨홀 위험도 중첩 표출 기능을 갖추었다. 맨홀은 만관 미만의 ‘일반맨홀’, 만관에서 지표면 사이의 ‘위험맨홀’, 지표로 월류하는 ‘월류맨홀’의 3단계로 분류하여 색상으로 구분하고, 개별 맨홀을 선택하면 내부 수위 변화를 5단계 위험도로 확인할 수 있다. 특히 맨홀 손실계수 적용 전·후의 침수 결과를 좌우 화면으로 비교하는 기능과, 침수범람도에 건축물·인구·토지피복 정보를 중첩하여 피해 대상을 식별하는 침수영향분석 기능을 구현하였다. 2차년도에는 국립한밭대학교가 개발한 1차원 유출·2차원 침수해석 알고리즘을 시스템에 탑재하고 외부 데이터 연계와 강우 시나리오별 성능시험을 수행하며, 3차년도에는 AI 기법을 활용한 월류 예상 지점 예측 알고리즘으로 시스템을 고도화하여 현장에 적용할 계획이다.

3세부는 서울연구원, ㈜코지스, 동신대학교가 참여하여 개발 기술의 현장 실증과 제도화를 담당한다.

하수도 맨홀 내 추락방지시설 설치 설계기준을 도출한 바 있는(서울연구원, 2024) 서울연구원은 맨홀뚜껑 열림 이력과 과부하 관거 자료를 수집·분석하였다. 서울시 하수도 맨홀 284,499개 가운데 내수재해위험지구 경계로부터 30 m 이내에 위치한 맨홀은 75,454개(26%)에 달하였으며, 2022년 사고가 발생한 강남역 일대의 하수관로 수리 종단을 검토한 결과 동수두선이 지반고보다 높아지는 구간에서 맨홀뚜껑에 상향력이 작용하는 것을 확인하였다. 또한 2016~2025년 주요 강우사상에 대해 강남역 인근과 도림천 유역의 하수관 수위 계측자료를 분석하였다.
실증지역 선정에는 다기준 의사결정기법인 Delphi–AHP를 적용하였다. 침수 이력, 지형(저지대 여부·고저차), 관로 통수능(통수능 초과율·단면 적정성·노후도), 관로 경사, 맨홀 밀집도·연결 복잡도·과부하 발생 빈도, 인구 및 재산 밀집도 등으로 위험지역 평가지표를 구성하고, 서울 시민 300명과 도시침수 분야 전문가 39명을 대상으로 한 설문조사(2025.10.23~11.3)로 지표별 가중치를 산정하였다. 그 결과 침수 피해가 반복된 도림천 유역의 대림 배수분구와 강남역 인근의 반포 배수분구를 테스트베드로 선정하였다(그림 11). 연구단은 서울시 및 관련 자치구와 협력하여 두 지역에서 리빙랩(Living Lab)을 운영하면서 맨홀 내 수위 감지 센서와 경보 시스템의 시범 운영, 개선 맨홀 구조의 현장 설치를 단계적으로 추진한다. 2차년도에는 기후변화에 따른 설계빈도 상향을 고려한 배수시설 설계 기법과 방재성능목표 강우량 할증률을 분석하고, 테스트베드의 침수해석 정확도 검증과 개선 맨홀 설치·유지관리 가이드라인(안) 개발을 함께 수행한다.

기존 맨홀 모니터링 장비는 맨홀뚜껑 교체 방식으로 설치가 쉬운 반면, 수위만을 계측하기 때문에 수위가 센서에 근접하면 계측이 중단되고, 압력 상승을 감지하지 못해 역류가 발생한 뒤에야 이를 인지할 수 있다는 한계가 있었다. ㈜코지스는 맨홀 입구부에 레이더 수위계와 감지식 수위센서를, 유입·유출관에 압력식 수위계를 설치하여 맨홀 전후의 수두를 동시에 계측하는 과부하 관거–맨홀 모니터링 시스템을 개발하였다(그림 12). 맨홀 전후의 수두차로 손실수두의 상승을 감지함으로써 역류가 발생하기 전에 위험 징후를 파악할 수 있으며, 맨홀 제작 단계에서 센서 설치부와 신호·전원선을 사전 매립하여 설치성과 내구성을 높였다. 계측값은 연산·전송 보드에서 수두값으로 변환·처리된 후 NB-IoT 통신망을 통해 원격으로 송출된다.

성능평가 실험 결과(표 1), 정적 정확도 검증에서 최대오차 1.4 cm(평균 0.4 cm), 반복성 시험에서 최대오차 2.0 cm(평균 0.5 cm)를 보였고, 24시간 장기 드리프트, 슬립모드 전원 on/off, 모래와 화장지를 섞은 오염수 조건에서도 최대오차 2.0 cm 이내로 안정적인 계측이 가능하였다. 2차년도에는 서울연구원의 현장 실증 계획에 따라 실증지역 2개소 이상에 시스템을 설치·운영하고, 실규모 수리실험을 통해 다양한 유량과 맨홀 형상에 대한 성능을 추가로 검증한다.

동신대학교는 중간맨홀, 접합맨홀(20°~165°), 3방향·4방향 합류맨홀, 낙차맨홀과 노면유입 맨홀 등에 관한 국내외 약 30편의 수리실험·수치모의 연구를 수집하여 맨홀 구조와 인버트 유형별 손실계수를 정리하였다(표 2). 인버트가 없는 경우 중간맨홀의 평균 손실계수는 0.407~0.614였으나 인버트를 설치하면 0.131~0.250으로 낮아졌고, 90° 접합맨홀도 1.429~1.573에서 0.790~1.383으로 감소하였다. 반면 4방향 합류맨홀은 인버트를 설치한 경우의 손실계수(0.696~0.750)가 설치하지 않은 경우(0.570~0.582)보다 오히려 크게 나타나, 합류 형상에 맞는 인버트 설계가 필요함을 보여주었다. 이를 바탕으로 2차년도에는 국내외 손실계수 설계기준의 경향성을 분석하여 정량적 범위를 산정하고 중간·90° 접합·합류맨홀 기준의 적정성을 평가하며, 3차년도에는 한국형 과부하 맨홀 손실계수의 설계 범위와 이를 반영한 하수관로 설계 방법 개선(안)을 제시할 예정이다.

1차년도(2025.4~12)에 연구단은 9개 세세부 과제의 연차 목표를 모두 달성하였다(달성도 100%). 성능지표 측면에서 연결관/맨홀 직경비 변화에 따른 중간맨홀과 합류맨홀의 손실계수를 목표(누적 2개 이상)대로 도출하였고, 맨홀 이탈 실험의 반복 오차는 목표(10% 이내)를 크게 밑도는 1% 이내로 확보하였다. 정량적 성과로는 SCI(E)급 논문 1편과 KCI 등재지 논문 3편, 특허 출원 2건, 소프트웨어 등록 4건, 인력양성(채용) 3명을 기록하였으며, 한–중·한–미·한–일 전문가 Joint 세미나 등 국제행사 5회 개최와 학술대회 발표 6건의 성과를 거두었다(그림 13).
2차년도(2026)에는 1차년도에 구축한 실험·해석 기반 위에서 핵심기술을 고도화하는 데 집중하고 있다. 1세부는 3차원 CFD로 인버트 형상 개선(안)을 도출하고(그림 5), 원형 및 인버트 개선 합류맨홀의 흐름특성과 설계인자를 규명하며, 실규모 실험장의 2단계 구축과 원형 중간맨홀 손실계수 산정을 수행한다. 2세부는 손실계수를 반영한 실증지역 배수능력 평가와 2차원 침수해석을 수행하고 월류 예측 시스템의 성능시험을 진행하며, 3세부는 모니터링 시스템의 현장 적용과 설계기준 적정성 평가를 추진한다. 3차년도(2027)에는 개선 맨홀의 실규모 검증과 지자체 실증지역 적용, 맨홀 손실을 반영한 도시침수지도 개선 방안, 월류 예측·모니터링 시스템의 현장 적용과 가이드라인, 한국형 손실계수를 반영한 하수도 설계기준(안)과 관련 법·제도 개선안을 제시하여 기술성숙도를 TRL 7까지 끌어올릴 계획이다.

연구단은 RFP에서 제시한 핵심 성능지표를 상향하여 설정하였다. 손실계수를 적용한 배수능력 평가 정확도와 맨홀 월류 예상 지점 예측 정확도는 각각 80%에서 90%로, 개선 맨홀 구조의 에너지 손실 저감률은 15%에서 20%로, 지자체 활용 매뉴얼은 1식에서 2식으로, 지자체 현장 운영·실증은 2개소에서 3개소로, 사용 만족도는 80점에서 85점으로 높였다. 또한 서울특별시, 부천시, 광주광역시 등 지자체와 협력 체계를 구축하여, 서울에서 검증한 기술을 다른 도시로 확산하는 기반을 마련하고 있다.

본 연구단은 기후변화로 반복되는 도시침수 피해를 줄이기 위해, 그동안 하수관거 설계와 침수해석에서 간과되어 온 과부하 맨홀의 에너지 손실을 정량화하고 이를 설계·예측·관리의 전 과정에 반영하는 기술을 개발하고 있다.
첫째, 실험 분야에서는 3차원 흐름해석, 다방향 합류맨홀 수리모형실험, 맨홀뚜껑 이탈 실규모실험을 결합하여 맨홀 유형별 손실계수와 산정식을 도출하고, 에너지 손실을 20% 이상 저감하는 맨홀 구조 개선 기준을 제시하고자 한다.
둘째, 해석·예측 분야에서는 손실계수를 반영한 1차원 도시유출–2차원 침수해석 모형과 과부하 관거–맨홀 월류 예측 시스템을 개발하여 배수능력 평가와 도심지 침수지도의 정확도를 높이고자 한다.
셋째, 실증·제도 분야에서는 서울시 테스트베드에서 모니터링 시스템과 개선 맨홀을 실증하고, 한국형 손실계수를 반영한 하수도 설계기준(안)과 법·제도 개선안을 마련하고자 한다.
본 연구는 관거 마찰손실 중심의 기존 설계 관행에서 벗어나 실험–해석–실증을 하나의 체계로 연결하고, 맨홀 손실을 정책과 현장에 반영한다는 점에서 의의가 크다. 연구 성과는 하수도설계기준 개정 제안, 도시침수지도 작성 기준의 고도화, 월류 예측 및 모니터링 시스템의 운영 제도화, 국산 2차원 침수해석 소프트웨어와 손실 저감 맨홀 인버트의 보급 등으로 이어져, 도시침수에 대한 선제적 대응과 국민 안전 확보에 기여할 것으로 기대된다.

본 연구는 행정안전부 「도시침수 방어능력 강화를 위한 피해 저감 실용화기술 개발사업(RS-2025-02317734)」의 지원으로 수행되었습니다.