하수관거 유지관리 모니터링 도입 시급
국내 실정에 맞는 침입수/유입수량 산정방안 개발 절실
현장 여건에 따라 공사비 선택·적용 방안도 강구 필요

▲ 이 종 탁 / (주)한도엔지니어링 상하수도부장, 상하수도기술사

■ 하수도 역사

외국의 하수도 발전과정을 살펴보면 제1세대 하수도인 침수방지를 위한 우수배제형 하수도에서 제2세대인 오수배제 및 분뇨의 직투입 등 위생환경 개선을 위한 공중위생형 하수도, 제3세대인 수자원의 오염방지 등 공공수역의 수질보전을 위한 수질보전형 하수도를 거쳐 제4세대, 즉 하수처리수 재이용 및 하수도 시설의 다목적 이용을 위한 자원개발형 하수도로 발전되어 온 것을 알 수 있다.

그러나 우리나라 하수도의 경우 제1세대인 우수배제형 하수도에서 급속한 경제발전에 의해 수질오염이 심각해지자, 오수배제기능의 하수도(제2세대)를 거치지 않고 제3세대인 하수종말처리시설 건설을 통한 수질보전형 하수관거체계를 구축해왔다. 이에 따라 하수관거 보급률이 낮고, 관거에 대한 중요성이 상대적으로 경시되어 왔다고 할 수 있다.

■ 하수관거 정비 배경

따라서 국내 하수관거는 하수관거에 대한 중요성 경시, 과거 분뇨의 퇴비화, 관거의 노후화 및 관리 소홀로 인해 하수관거 시공불량 및 발생된 하수가 하수처리시설로 원활히 이송이 안되고 있는 실정이다.

특히 국내 하수관거의 가장 큰 문제점은 하수관거에 대한 침입수/유입수(I/I) 및 누수에 의해 하수량의 변동부하가 크고 설계수질 이하의 하수유입으로 하수처리장 운영 효율이 상당히 저조하다는 것이다.

따라서 하수처리장의 운영효율 개선 및 방류수역의 수질 개선을 위해 하수관거 정비가 반드시 선행돼야 한다는 취지에서 관거 정비사업을 국가적으로 시행해 오고 있다.

■ 관거정비시 문제정개선방안

① 침입수/유입수(I/I) 산정 방법

침입수(Infiltration)는 관 파손, 관 이음부 접합불량, 연결관 접속불량 등 하수관거의 불량 부위를 통하여 관내로 지하수가 침입하는 현상이며, 유입수(Inflow) 우·오수 분리시설 미흡, 우·오수관의 오접 등으로 하수관거 내로 우수가 유입되는 현상이다.

이러한 침입수/유입수(I/I)의 산정 결과는 관거 정비지역 선정, 하수처리장 증설과 관거 정비사업의 대안 평가, 수질관리 및 내수침수 대응 자료, I/I 감소율에 따른 관거정비 성과 평가에 활용될 수 있다. 특히 국내의 경우 BTL 하수관거 정비사업의 성과보증 및 유지관리 측면에서 활용되고 있다.

▲ [그림 1] I/I 개념도

현재 국내에서 사용되고 있는 I/I 산정방법은 크게 3가지 방법으로 실시되는데 각 방법별 개요는 [표 1]과 같다.
 

▲ [표 1] 침입수/유입수(I/I) 산정방법별 개요

그러나 상기 방법별로 산정된 I/I값이 [표 2]와 값이 너무나 상이하게 나타나며, 가장 큰 문제는 설계자 또는 조사자가 이렇게 상이한 결과치를 이용하여 주관적으로 평가를 하고 있다는 것이다. 따라서 국내실정에 맞는 I/I 산정방안이 절실히 필요한 실정이다.

▲ [표 2] I/I 조사 사례(D시)

다행이 환경부에서 ‘국내실정에 맞는 하수관거 침입수/유입수(I/I) 산정방법 및 적용방안 연구 용역(환경부)’이 시행 중에 있어 곧 좋은 결과가 있을 것으로 판단된다.

② 관거조사 방법

현재 기존 하수관거 조사시에 관의 크기에 따라 CCTV 조사와 육안조사로 대별하여 시행하고 있으며, 관거에 대한 불량구간의 사전 검토(선정) 없이 사업대상지역 관로 전체를 대상으로 조사를 시행하여 공기와 비용이 많이 소요되고 있는 실정이다.

또한 CCTV 조사의 경우 준설을 시행하지 않고 조사를 시행하여 대부분의 사업에서 주행율이 50% 미만으로 나타내고 있다. 따라서 이러한 부분적인 조사 결과를 확대 적용하거나 조사부분만 설계에 반영하고 있어 미조사 구간이 사업대상에서 제외되거나 확대 적용한 경우 시공시 설계변경이 많이 발생하고 있다.

따라서 비용과 공기 절감을 위해 내부조사 시행 전에 I/I 조사를 선행하여 조사결과를 바탕으로 문제구간 선정 후 CCTV 조사 또는 육안조사를 시행하는 것이 필요하다. 특히 CCTV 조사의 경우 사전에 준설을 시행하여 조사구간에 대하여 100% 주행하여 결과를 도출 후 적용해야 완벽한 관거 정비가 가능할 것으로 판단된다.

또한 CCTV 조사를 이용하여 오접조사를 시행할 경우 오수관거는 우천 시에, 우수관거는 오수발생 시간대에 조사해야 하나 현실적으로 불가능하므로 오접조사에는 한계가 있다. 따라서 CCTV조사 및 육안조사 외에 연막시험(Smoke Test), 염료시험(Dying Test), 음향시험(Sound Test) 등의 다양한 방법을 병행하여 적용하는 것이 필요할 것을 판단된다.

▲ [그림 2] 연막시험(Smoke Test) 개념도

▲ [표 3] 각 조사방법별 조사 가능 항목

▲ [표 4] 개.보수 방법 선정 기준

하지만, 상기 판단기준이 10년 이전에 설정된 기준으로 현재 시점에서 그 적정성에 대한 검토가 필요할 것으로 판단된다. 즉, 비굴착 보수비용이 저렴화 되고 있고, 각 사업별로 공사 현장여건이 상이하고 사업시점에 따라 물가가 변동되기 때문에 상기 기준을 일률적으로 적용하는 것은 불합리하며, 이러한 개·보수 판단기준의 현실화가 필요하다.

④ 오수관거 최소 유속 기준

오수관거의 최소 유속기준을 「하수도 시설기준(2005년, 환경부)」에서 0.6m/초 이상을 제시하고 있다. 사실상 과거에는 관거에 대한 만관 유량 및 만관 유속을 기준으로 계획하여 실제 최소유속 미확보 구간이 많이 발생했으며 그에 따라 관거 내 고형물 퇴적, 악취발생 및 관거 시설물 부식 등의 문제가 발생했다.

▲ 최소유속 미확보에 따른 고형물 퇴적 사례

▲ [그림 3] 최소유속 미확보에 따른 고형물 퇴적 사례

다행이 최근에는 실제 하수량 및 실제유속 기준으로 설계를 하여 최소유속을 준수하고 있는 추세이다. 그러나 초기관거 및 지선관거, 농·어촌지역의 하수량이 적은 지역에서 하수도 시설기준상의 최소유속(0.6m/초)을 준수하는 것은 사실상 불가능하다. 특히 읍·면 지역 하수관거의 경우 대상 관거의 70∼80%가 유속 0.6m/초 이하로 계획되고 있는 실정이다.

사실상 이러한 지역에 현행 하수도 시설기준상의 최소유속기준을 적용하여 계획 할 경우  관거 매설심도가 터무니없이 깊어져 펌프장 및 가시설 설치로 비경제적이며, 기존 관로에 연결이 불가능한 구간이 발생하기도 한다. 또한, 관로의 심도가 깊어 장래 유지관리의 어려움 등 많은 문제점들이 발생된다.

그래서 대다수의 사업에서 이러한 문제로 인해 서울시의 『최소유속 기준설정에 대한 검토 보고서 (1999년)』및 외국 문헌을 참조, 최소유속 기준을 하향 조정하여 0.3m/초 정도를 사업에 반영하고 있다.

그러나 전문가 자문회의 및 건설기술심의 등에서 환경부「하수도 시설기준」상의 최소유속기준을 준수하라는 지적이 많이 있는 것이 사실이다. 따라서 국가적 차원에서 최소유속기준에 대한 검증, 즉 0.6m/초 이상으로 설계해야 되는 것인지, 아니면 0.3m/초 이상만 되면 고형물 퇴적이 발생되지 않는 것인지에 대한 검증이 필요할 것으로 판단된다.

⑤ 최소 토피기준

하수관거의 최소 토피에 대해 「하수도시설기준(2005년, 환경부)」에서 1.0m 이상(지선관로 차도부 0.6m, 보도부 0.5m)을 제시하고 있다. 기존 간선관거가 존치된 상태에서 우수관거를 계획하다 보면 기존 관거의 토피로 인해 계획관거의 토피가 최소 토피기준을 준수 할 수 없는 경우가 많이 발생된다.

하지만 최근에 내충격성 및 동파에 강한 관종 생산으로 최소 토피 이하로 관거를 매설해도 구조적인 문제는 발생되지 않는다는 반론이 제기되고 있으며, 사실상 현재 매설되어 있는 우수관거의 대부분이 최소 토피 이하로 매설돼 있다.

따라서, 최소유속기준과 마찬가지로 공학적인 측면에서 최소 토피에 대한 기준을 재검증할 필요가 있을 것으로 판단된다.

⑥ 하수배제 방식

하수배제방식에 대해 「하수도 시설기준(2005년, 환경부)」을 비롯한 관련 지침 등에서  공공수역의 수질오염 방지를 위해 원칙적으로 분류식으로 하는 것이 바람직하며, 분류식화가 어려운 경우 공공수역의 수질보전 및 방류수역의 제반여건에 대하여 적절한 대책을 수립 후 배제방식을 선정할 것을 제시하고 있다.

따라서, 최근에 「하수도정비기본계획」 수립 시나 하수관거 정비사업 시행 시에 대부분의 지역에서 분류식화로 계획하고 있는 추세이다. 그러나 관거 정비사업을 시행하다 보면 기존 시가지나 도시계획도로 미정비 지역 등 실제 여건이 불량한 지역이 많이 있으며 이러한 지역에서 분류식화 전환은 불필요한 노력과 비용이 많이 소요되는 것이 사실이다.

또한 농·어촌지역 등에서 기존 소로에 분류식 관거를 많은 비용을 투자하여 매설한 후 짧은 시간 내 도시계획도로를 개설하면서 관거를 매설하여 이중으로 비용을 투자한 지역도 다수 발생되고 있다.

따라서, 분류식화 지역 내에서도 국지적으로 합류식 지역의 존치가 필요한 지역이 있으며, 이러한 지역은 소규모의 월류수 처리시설 등을 설치하여 관거 정비 효과를 제고 할 수 있다. 관거 정비사업에 있어 전면적인 분류화보다 기술적·경제적 및 관련사업계획 검토를 통하여 합리적으로 하수배제방식을 선정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

실제 기존시가지 지역에 대한 분류화 대신 합류식 지역을 존치 후 기존관거를 밀폐형으로 정비할 경우 공사로 인한 민원발생 사전 차단, 적은 비용으로 경제적인 사업시행, 밀폐형 시설로 악취 차단 효과가 있어 주민들의 좋은 호응을 받을 수 있을 것이다.

⑦ 하수 수집방식

현재 관거정비 시 자연유하방식으로 사업을 많이 추진하고 있으나, 지역여건에 따라 관거 매설심도가 깊어져 펌프장 및 가시설 등의 추가 비용으로 사업비가 과다한 지역이 많이 발생되고 있으며, 관거의 심도가 깊을 경우 유지관리가 어렵고 지하수위의 영향으로 불명수의 유입 우려가 높은 문제점이 있다.

이러한 지역에서는 자연유하방식보다 압력식 또는 진공식 등의 대체 하수도시스템의 적용을 검토할 필요가 있다. 특히, 진공식 하수수집방식의 경우 지형에 상관없이 관거를 얕게 매설 할 수 있어 지반여건이 불량하고 지하수위가 높으며 지반이 연약할 경우 상당한 장점을 지닌 것으로 알려지고 있다.

▲ [그림 4] 자연유하식과 진공식 하수관거의 매설심도 비교

▲ [그림 5] 진공식 하수관거의 종단면도

▲ [표 5] 하수수집방식별 특징

⑧ 하수관거 유지관리 모니터링 시설 도입

하수관거의 경우 공사 후 관거파손 등으로 불명수 등이 유입 될 경우 파손, 즉 불명수 유입 위치를 조사하기 위해 전면적인 조사가 필요한 경우가 발생한다. 이러한 경우를 대비하여 관거 시설의 주기적인 감시와 관거 정비사업 전후의 사업효과 검증을 위해 유지관리 모니터링 시스템의 구축이 필요하다.

하수관거의 일정 지점에 유량계, 수위계, 수질계측기 및 통신시설 등을 설치하여 유지관리 모니터링 시스템을 구축할 경우 관거 내 유량, 수질 등의 변동 감지를 통해 관거시설의 이상 유무를 확인 할 수 있다.

환경부 『공공하수도시설 설치사업 업무지침(2007)』상에는 유지관리 모니터링 설비 설치를 권고하고 있으나 대부분의 지자체에서 BTL 사업과 같은 대규모 사업외에는 예산상의 이유로 설치를 하고 있지 않은 실정이다.

따라서, 장래 유지관리의 효율성을 도모할 수 있도록 관거정비사업 시 도입을 적극적으로 검토 할 필요가 있을 것으로 판단된다.

⑨ 기타 행정적인 부분

▲ 국내 하수관거는 관거에 대한 중요성 경시, 과거 분뇨의 퇴비화, 관거의 노후화 및 관리 소홀로 인해 하수관거 시공불량 및 발생된 하수가 하수처리시설로 원활히 이송이 안되고 있다. 따라서 하수관거 정비시 침입수/유입수(I/I) 산정방법, 관거 조사방법, 재·보수 판단기준, 오수관거 최소유속기준, 최소토피기준, 하수배제방식, 하수수집방식 등을 고려해야 한다.

■ 제 언

지금까지 관거 정비사업을 수행하면서 느낀 여러 가지 문제점과 이에 대한 개선방안을 간단히 정리했다. 이러한 문제점들은 사실상 관거 정비사업에 참여한 실무자라면 누구나 한번쯤은 고민한 경험이 있을 것으로 생각된다.

이렇게 현장에서 실무자들이 고민하는 작은 문제점들이 하나하나 해소 될 때 우리나라의 하수관거가 좀 더 완벽하고 효율적으로 정비될 수 있을 것이라고 기대한다.
[문의= (053)650-9885]