Water Focus   무단수 공급체계 구축 기준 마련 시급하다

“무단수 공급 위한 연계 운영 시스템 구축 필요”

20년 이상된 노후수도관 36% 차지…수돗물 단수 위험성 갈수록 높아져
일본·영국·캐나다·싱가포르, 원수조정지 구축 저수능력·저장수질 향상

지금까지의 수도시장은 시설물에 공급자·수도사업자 위주의 공급확대 방식으로 진행됐지만, 현재는 국민 생활수준이 향상되어 먹는물에 대한 욕구가 증대함에 따라 소비자 중심·서비스 수준 향상 체제로 전환되는 추세이다.

전력이나 가스분야는 여러 백업 시스템을 장기간 구축한 결과 대규모 정전사태 등의 사고가 최근 발생하지 않았지만, 상수도분야는 대규모 단수가 종종 발생해 문제가 되고 있다. 이는 물공급 체계가 재해 및 사고에 취약한 형태로 이뤄져 있기 때문으로 분석된다.

특히 도·송수관로는 대부분 단일관로로 구성되어 재해·관로사고 시 광범위한 공급지역에 단수가 나타나 주민생활 및 산업경제에 막대한 영향을 끼치게 된다. 무단수 공급체계의 정의·목적별 대응절차 및 방법 등 수도사업자의 이해와 연관되는 현장실무 매뉴얼이 없는 점도 문제이다.

또한 경제개발 시기 당시 만들어진 시설이 점차 노후화 되어 누수에 따른 경제적 손실이 발생하고 있으며, 최근 서울시를 중심으로 발생한 씽크홀 문제 등도 상수도 시설의 노후화와 관련된다.

한편 우리나라는 올해 강원도 지역을 중심으로 가뭄이 심각해 제한급수가 전국적으로 시행되어 단수나 제한급수의 발생이 반복되면서 국민들이 불편을 겪었으며, 수도시설 강화를 통해 불편을 해소해야 한다.

“무단수 공급 위한 다각도 연구 필요”

지금까지 발생한 사건들과 연관지어 무단수 공급체계에 대한 연구는 당위성을 획득했다고 판단되며, 비상 시 대처하는 물공급 체계의 구성 방법에 대한 올바른 방향을 설정하고 원수부터 배수 시스템까지 시설물 배치 위치에 따라 다양한 측면에서 연구가 진행되어야 한다.

이에 △먹는물 수질기준 강화와 시설물 노후화 대비 △기존 무단수 공급체계 문제점 분석 및 개선방안 마련 △무단수 용수공급 시스템 계획 및 운영 매뉴얼 작성 △무단수 용수공급 체계를 위한 정책방향 제시 등의 목표가 세워졌다.

또한, △원수조정지 확보 및 운영방안(안) △도·송수관로 무단수 체계 기준(안) △정수장 예비용량 기준(안) △용수공급 안정화를 위한 배수지 적정용량 산정방안(안) △배수지간, 배수블록간의 연계방안(안) △배수관망 수질확보 방안(안) △지방상수도와 광역상수도의 연계방안(안) △무단수 공급체계 구축 효과의 측정방안(안) 등의 마련 측면에서 살펴보고자 한다.

“원수조정지 확보시 탁수문제 등 해결”

원수조정지 확보의 필요성은 지난 2011년 7월 발생했던 영천 통합정수장 펌프 고장으로 인한 단수사고, 조류 과잉 번식으로 인한 취수염 오염사고, 한강 하류에 발생한 녹조로 인한 물고기 폐사 등 다양한 사고가 발생함에 따라 제기되었다.

또한, 정수처리 과정에서도 한강수계나 낙동강수계에 발생한 조류로 인해 이취미 문제 등이 발생했다. 이와 관련해 안전한 수돗물 공급을 위해서는 원수조정지와 관련된 내용들을 점검해야 한다.

외국의 경우 일본은 원수조정지를 상당수 확보했다. 특히, 노노지 저수지 및 카메이케 저수지는 저수능력의 향상과 저장수질의 안정화를 위해 시공되었다. 수원이 부족한 싱가포르는 고도하수처리수를 상수원수로 사용하기 위해 원수조정지를 활용하고 있다.

수자원이 풍부한 캐나다는 저장형 도수터널을 활용해 원수조정지를 확보한 밴쿠버 쌍둥이 터널 원수저류지가 존재한다. 영국의 경우 링 매인 배수 시스템을 운영해 장래 수량관리, 수질관리, 주요시설에 대한 안정성 확보를 목표로 배수 시스템을 구성하고 있다.

“관로 노후화 지역, 관로 복선화 시급”

우리나라는 도·송수관로 및 도·상수관로에 이중화나 네트워크 등을 도입해 많은 시설 개량이 있었음에도 2014년 7월 발생한 안양시 상수도관 폭발사고, 2014년 10월 발생한 동부간선도로 배관 파손, 올해 1월에 발생한 평택시 상수도관 파열 등 최근에도 상당수의 대형사고가 발생한 바 있다.

일본 고베시는 대용량 송수관로 복선화를 통해 대용량 송수터널 및 비상 연결관로를 활용한 무단수 공급체계를 구축하고자 했으며, 동경도는 원수상호 융통기능 강화 개념도를 통해 정수장의 도수관 복선화 및 송수관로를 이용한 배수구역 네트워크의 연계운영을 실시했다.

미국 뉴욕시 도시터널의 경우 뉴욕의 용수공급과 비상용수 확보를 위해 건설되어 운영 중이다. 서울시도 도수관로 복선화 계획을 바탕으로 연결관로 삼중화 등의 기획이 이뤄지고 있다. 비상연계 등을 통해 공급이 가능한 경우는 복선화 대상에서 제외한다.

이에 도·송수관로 복선화에 대한 고려사항으로 △관로 노후화 및 재해 발생률이 높은 지역 우선 검토 △사고 발생으로 인한 피해정도(CoF)가 큰 지역 우선 고려 △공급 측과 수요 측 모두 최소 필요 급수량 이상 공급 가능 △무단수 공급을 위한 평상시와 동일한 공급능력 구축 △비상연계관로 등의 적정 설치를 통해 예산낭비 및 불필요한 운영비 지출 방지 △연계운영 범위에 따른 도·송수관로의 복선화 및 네트워크화 정도 결정 등이 검토되어야 한다.

복선화 공급량 산정 기준(안)을 작성 시 도·송수관로의 경우 평상시 하루 최대급수량의 100%가 공급되도록 설계해야 하며, 복선관로의 경우 1일 최대급수량의 50%를 각 열에서 공급 가능하도록 설계해야 한다.

연결관(TIE관) 기준 마련 시에는 공급량을 비상 시 1일 최대급수량의 80% 이상이 되도록 공급량을 산정해야 하며, 수리해석을 통해 통수율과 최대유속을 만족하도록 연결관의 길이 및 관경 산정이 필요하다. 또한, 시스템의 안정성 및 경제성을 고려해 제수밸브는 1∼3㎞ 간격으로, 사고나 점검 시 연결관 내의 정체수에 의한 수질문제 발생에 대비해 가능한 연결관 및 본관의 설치 가능한 위치에 설치해야 한다.

“정수장 예비용량 기준 마련도 시급”

정수장의 예비용량 기준 마련 또한 시급하다. 현재 시설용량 사항의 문제로 정수장 운영이 중단되는 사고가 빈번히 발생해 각 지자체뿐만 아니라 외국 도시들도 이에 대한 예비 용량을 갖추도록 규정되어 있다. 우리나라의 경우 2011년 상수도 시설기준 개정 시 예비용량을 설계용량의 25% 반영하도록 제시되었으나 아직 계획 및 실시설계에서 반영되지 않는 실정이다.

서울시는 현재 정수시설 현황을 고려해 예비용량으로 1계열에 상당하는 용량을 전환했으며, 기존시설 여유량을 활용해 주력 정수장 중심의 예비용량을 도입하고 있다. 인천시의 경우 적정운전용량을 생산 가능시설 용량의 80%를 기준으로 산정해 예비용량으로 20%를 일괄 도입 중이다.

한편, 일본의 경우 정수시설의 예비능력으로 1계열에 상당하는 용량인 계획정수량의 25%를 표준으로 하고 있다. 삿포로시는 정수장 사이 연결 시스템을 구성해 중심 정수장의 20%를 예비용량으로 확보한 후 비상시에 대처하도록 했으며, 동경도 수도국은 기존 시설 능력을 재평가해 물수요에 대응할 수 있도록 여유시설 확보에 대한 시책을 제시하고 있다.

정수처리 개념은 과거와 달리 탁도 중심에서 미량유해물질 중심으로 변화됨에 따라 노후시설 개량 및 고도정수처리 도입이 요구된다. 그러나 80% 이상 규모의 가동률이 높은 정수시설의 경우 예비용량이 없어 체계적인 시설물 점검과 개량에 한계가 존재한다. 반면, 가동률이 낮은 정수시설은 과잉투자 시설로 지적받아 적정 가동률의 개념이 필요하다.

현재 예비용량 기준은 계획정수량의 25%로 산정되어 있으나 연구 결과 2.25%의 오차가 발견되었다. 이에 예비용량 기준을 시설용량의 25%로 개선해 산정하는 것이 적절하다고 판단되며, 이는 계획정수량의 33%에 해당하는 수치이다. 반면, 정수장의 계열화 정도에 따라 용량이 바뀔 가능성이 있으므로 시설용량의 25%를 표준으로 하되, 현장 여건에 따라 탄력적으로 적용해야 한다.

또한, 계열이 5개 이상 존재하는 대규모 시설은 탄력적 운영이 가능하지만, 3계열이나 2계열의 소규모 시설은 반대로 시설용량을 증가시켜야 하는 문제가 발생할 수 있어 적정가동률을 약 75% 내외로 설정해 정수장 시설용량의 25%를 예비용량으로 산정할 필요가 있다.

“배수지 체류시간 점차 증가시켜야”

복선화뿐만 아니라 실질적으로 도·송수관로의 사고 발생 가능성은 존재하며, 사고가 아니더라도 개인적 보수 및 관리를 위해 단수가 필요한 경우도 있다. 때문에 어떤 배수지의 용량은 상당히 중요시된다. 이에 따라 비상시 대응시설 용량과 시간변동 용량에 해당되는 부분을 반드시 고려해야 한다.

현재 시설 기준상으로는 시간변동 용량의 목표가 12시간 이상이지만 대규모 시설도 시설용량을 따르지 못하는 경우가 있어 여전히 단수와 관련된 문제가 발견된다. 한편, 국내 배수지 설계 체류시간을 측정한 결과 인천시, 대전시, 세종시, 전라북도, 경상북도, 제주도의 설계시간이 12시간 이하로 나타났다.

시간적 여유가 있으면 단수가 일어나는 비율이 적으나 여유가 없으면 절반 정도 비율로 단수가 나타난다. 이에 12시간 이하의 지역에 대한 지역적 특성 및 상수도 공급 시스템의 여유 용량 등을 고려해 배수지 시설의 수요 변동을 조정할 수 있도록 향후 배수지 설계 체류시간을 점차 증가시켜야 한다.

배수지 용량 및 단수시간을 분석한 결과 서울시는 설계시설용량이 다른 특·광역시에 비해 크게 나타났지만 설계 시설용량 당 공지단수시간을 비교하면 그 값이 약 3% 정도로 낮게 나타났다. 반면 제주도는 설계시설용량 당 공지단수시간을 비교했을 때 약 58%로 가장 높았으나 이는 설계용량이 작고, 공지단수시간이 상대적으로 길었기 때문으로 분석된다.

최근 대두되기 시작한 수돗물 불신 문제 등을 해소하기 위한 방법으로 직결급수 체계의 도입이 특·광역시 중심으로 이뤄지는 추세이다. 그러나 직결급수는 배수관로의 부하량을 감소시킬 우려가 있어 지하저수조나 고가수조를 없애는 결과를 초래할 수 있다. 비상시 대응능력이 다소 떨어지므로 직결급수 시 배수지의 최소 운영수위를 확보해야 한다.

그 결과 배수지용량 산정방안에 있어 △주간시간 최대 수요시의 용량조절 및 저류기능을 포함한 배수지 기능 강화 △정수장 생산 중단 및 도·송수관 파손 등 비상 시 급수능력 확보 △취수장, 정수장에 문제 발생 시 저장용량 확보 △직결급수 전환 시 추가적 현황분석 통한 배수지 용량증가 고려 △「건축법」의 저수조 설치 의무 삭제로 인한 소방용수·재난·전시 등에 대한 대응책 확보 △배수지간 연계 운영 여부 등을 고려해야 한다.

또한, 기존 배수지 확장, 신설부지 선정 등 문제점과 재정 여건 및 무단수를 고려해 용량조절에 필요한 최소 저류용량으로 설치해야 하며, 평상 시 배수지 최저운영수위를 시설용량의 약 6시간 용량으로 유지하는 방안을 운영기준에 포함하는 것을 검토해야 한다.

아울러, 유효용량은 시간변동 조정용량과 비상대처용량을 합해 급수구역의 계획 1일 최대급수량의 12시간 이상을 표준으로 하되, 비상시나 무단수 공급 등 상수도 서비스 향상을 고려해 용량을 확장할 수 있도록 지역특성과 상수도시설의 안정성, 경제성 등을 확인하면서 결정해야 한다.

“배수블록간 연계 성능목표 달성 평가”

이와 함께 배수지간, 배수블록간 연계를 통한 무단수 공급기준 마련에 있어 △배수지의 운영 중단에 따른 배수구역 단수 저감 대책 수립 △배수블록의 물공급 중단에 따른 블록단위 단수 사고 대책 수립 △배수블록 내 대규모 단수를 발생시킬 수 있는 상수관 파악 및 대책 수립 △비상시 물공급 가능량 산정 기법 △실무적용 알고리즘 소개 및 사례 제시 등을 검토해야 한다.

특·광역시 중심의 인구 50만 명 이상의 도시의 경우 블록 시스템이 구축되어 독립적인 운영이 어느 정도 가능하지만 블록간 연계, 비상시 상호 융통 등에 대한 개념이나 내용에 대한 명쾌한 시설기준은 아직 존재하지 않는다. 이에 연계를 위한 비상관로 설계를 통해 주변 배수지 공급 가능 수량 설정 및 수리학적 분석을 바탕으로 단수블록 성능목표 달성평가가 이뤄져야 한다.

또한, 배수지 운영중단 및 송수관 파괴 등 블록단위 또는 블록 내 대규모 단수발생 가능한 시나리오를 설정하고, 블록 내 대규모 단수를 유발하는 상수관을 파악해 분석하는 노력이 필요하다.

이를 위해 설계 시 배수블록간 연계를 고려해야 하며, 무단수 공급을 통해 여러 시나리오를 설정, 기존과 다른 방안을 도입해야 한다. 특히, 상호 물공급이 가능한 목표를 설정해 대규모 단수를 방지해야 하며, 목표 달성유무를 수리학적 분석을 통해 검증하는 것이 요구된다.

수돗물 홍보협의회의 ‘2013 수돗물 만족도 조사 결과’에 따르면 수돗물에 대한 인식은 매년 개선되고 있으나, 반대로 음용률은 감소하고 있다. 특히 직접 음용 및 끓여 먹는 것을 포함하더라도 우리나라의 총 음용율은 약 55%로 미국 82%, 영국 90%, 일본 78%보다 낮은 실정이다. 원인으로는 배수관망, 옥내배관, 상수원의 오염 등으로 인한 국민의 불신이 증가되었기 때문으로 분석된다.

이에 관로 수질을 개선하고 안정적인 물공급을 유지하기 위해 플러싱(flushing)을 도입할 수 있다. 플러싱 유속은 밀도, 입자크기, 관망상태 등 대상 오염물질의 물리적 성상에 따라 결정되며, 종료시점은 탁도 및 잔류염소가 기준이 된다. 또한, 플러싱 주기는 관로의 상태 등을 고려하면서 1년에 1∼2회 수행하는 것이 바람직하다.

플러싱 기간 중 단수를 최소화하기 위해서는 단수기간을 사전에 홍보해 계획단수 하에서 진행돼야 하며, 야간 시간대를 활용해 주민 피해를 줄여야 한다. 아울러, 소블록을 구축해 단수 면적을 작게 만들고 바이 패스(by pass) 파이프를 활용해 메인 관의 단수를 피해야 하며, 퇴수 밸브를 충분히 설치해 플러싱된 세척수가 잘 배출되도록 해야 한다.

한편, 배수시설에 대한 기준이 미비하게 구축되어 있음을 인식해 관세척 과정에 수질민원이 지속적으로 발생하는 구간에 대해 주기적 관세척이 가능한 점검구 등을 설치하거나 수질민원의 원인에 따라 적절한 방법을 채택하는 방안 등을 적용할 수 있다.

자동드레인 밸브의 경우 △추가 염소 주입 후에도 수질기준을 만족하지 못할 시 잔류염소 확보를 위한 자동드레인 밸브 설치 △탁수배제가 필요한 지점에 자동드레인 밸브 설치 △잔류염소계, 탁도계 등 자동수질측정장치 및 타이머 설치를 통한 자동드레인 밸브의 자동 작동 △드레인수에 의한 결빙 등 피해를 막기 위한 배수로 확보 등을 고려해야 한다.

“무단수 급수 위한 비상연계시설 구축”

수도시설 비상연계시설은 수도시설사고, 가뭄, 수질사고 등에 대비해 안정적인 용수공급이 가능하게 하는 시설이다. 관로에 의한 절점을 서로 이어주는 역할을 하며, 광역-광역간 비상연계, 광역-지방간 비상연계, 지방-지방간 비상연계 방법으로 구분된다.

우리나라는 수도사업체가 다양하게 분절되어 문제가 발생하므로 수도시설 안정화 및 무단수 급수를 위한 비상연계시설 구축이 필요한 실정이며, 연계 시스템 활용 시 국가 전체에 효율적으로 작용할 것으로 예상된다.

한편, 비상연계시설의 설계항목으로 △비상연계시설 설치계획 수립 △비상연계 활용가능량 산정 △신규 비상연계시설 도입 기준 △비상연계시설 설치기준 수립 △연계시행 우선순위 결정 △비상연계시설에 대한 협력체계 구축방안 등을 고려해야 한다.

비상시 연계 가능한 용량을 사전에 구상해 확보하면 보다 편리하게 비상상황에 대처할 수 있을 것으로 판단되므로 비상시 인근 지역에 공급이 가능한 용량을 파악·검토해야 하며, 실질적 경제성을 고려하는 동시에 수리학적 측면에서 접근하는 것이 필요하다.

비상연계 활용가능량(여유량)은 공급측 1일 최대급수량에서 공급측 1일 평균급수량의 70%를 빼서 산정한다. 이는 공급층의 활용 가능량 산정을 통한 비상연계시설에 대한 설계용량을 결정하는 것이다. 실제 비상연계시설 운영 시에는 비상상황 등을 고려하여 연계물량이 결정되어야 하며, 설계용량은 최대연계가능물량을 의미한다.

또한, 신규 비상연계시설 도입 여부 검토 시 경제성 분석을 활용해 비상연계거리와 비상연계량에 따라 시설 신설 여부 및 급수차 활용 여부를 판단해야 한다. 비상연계시설 도입 시에는 양방향 비상급수 가능 여부를 분석하기 위해 수리검토가 선행돼야 한다.

아울러, 피해강도 평가, 도입규모 평가, 시설효율성 평가를 거쳐 비상연계시설 설치 우선순위를 결정하는 것이 적절하며, 비상연계시설의 관리 주체 선정, 재원조달 방안 수립, 비상연계공급 시 수도사업자간 운영권 설정방안 결정, 연계물량에 대한 공급단가 책정 기준 등에 대한 사항 결정도 필요하다.

한편, 무단수 공급체계의 기준을 마련하기 위한 방안으로 구축효과의 측정방안 마련에 대한 필요성이 제기되고 있다. 목표치를 설정해 달성 여부를 판단하면 보다 기준 마련에 도움이 될 것으로 보인다. 무단수 공급체계의 효과 측정 방법은 평가지표로 설명이 가능하며, 설계 시 사용평가지표와 운영 시 사용평가지표로 구분된다.

지금까지 수도정비 기본계획의 목표값은 유수율과 관련한 정량적 지표로만 제시되었으나 이를 구체화해 무단수 공급체계에 수정·보완해서 적용시켜야 한다고 사료된다.

외국의 경우 일본, 영국, 미국, 호주 등이 평가지표를 도입해 수도기준이나 상수도 기본정비의 기본 계획에 목표값들로 제시하고 있다.

우리나라도 현재 한국상하수도협회의 ‘국제경쟁력강화를 위한 상하수도 서비스 평가기준 개발연구’, 환경부의 ‘상하수도서비스 평가체계 구축방안 연구’등이 진행중이며, 실정에 맞는 매뉴얼이 요구된다.

개발된 무단수 평가지표의 구축을 위해서는 수도정비기본계획을 활용하는 것이 적절하며, 설계 시 사용평가지표는 각 수도사업자가 수도정비 기본계획 수립 시 설계목표치로 제시할 내용 중 무단수 공급에 해당되는 내용이다. 운영 시 사용평가지표는 수도정비 기본계획 또는 수도비전 등의 목표값으로 설정돼야 한다.

또한, 무단수 상수도를 구현하기 위해 필요한 사항이 ‘수도정비기본계획’에 일부분 반영되고 있으나, 기존에 작성되고 있는 ‘수도정비기본계획’의 내용에서는 무단수 상수도를 실현하기 위한 기본적인 개념과 가이드라인이 적절히 제시되고 있지 않은 것으로 사료된다. 

아울러, 이를 위해 기존 ‘수도정비기본계획’의 내용에 별도로 가칭 ‘무단수 상수도 실현 계획’이라는 항목을 추가해 무단수 상수도 실현을 위한 실천방안을 제시하고 무단수 상수도 실현을 평가하기 위한 도구로 본 연구에서 개발된 ‘무단수 평가지표’를 수록해야 할 것으로 판단된다.

“부단수 공법 적용시 단수시간 최소화”

현재 많은 부분에서 도시화가 진행되었고, 도시화 과정에서 굴착에 의한 기존 공사방법이 이용되었으나 비굴착 공법도 상당히 많이 개발된 상태이다. 이러한 부분을 조금 더 조사해서 제시한다면 무단수의 여러 공법 도입이 가능해짐에 따라 시민들의 불편을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 무단수 또는 단수시간 최소화를 위한 부단수 관리 공법별 특징으로 △부단수 관로 내시 진단 △부단수 밸브 그랜드 패킹 교체 △부단수 밸브 스케일 제거 △부단수 밸브 교체 등의 측면에서 살펴볼 수 있다.

부단수 관로 내시 진단의 경우 육안 관찰을 통한 적합한 유지보수 방법 선정 및 노후도 평가의 직접진단 데이터 제공이 가능하며, 기존 방식에 비해 4∼5시간으로 작업시간이 단축되면서 작업 필요 인원은 기존 6명에서 3명으로 줄었다.  또한, 각종 밸브 상태의 확인이 가능하며, 정기적인 관 상태 진단으로 유지관리 효율성이 증대되어 공법 적용 시 실시간 모니터링 또한 가능하다.

부단수 밸브 그랜드 패킹 교체 과정을 통해서는 차수에 따른 유수율이 향상되며, 단수시 10시간이 소요되었던 기존 작업시간이 3시간으로 감소되었다. 아울러, 외부부식 및 계획단수를 최소화시키면서 밸브 점검·정비의 효율성이 향상되어 무단수에 적용이 가능하다.

부단수 밸브 스케일 제거 또한 무단수에 적용이 가능하며, 관압에 의해 제거된 슬라임 및 스케일을 자동 배출해 다단연결 주축으로 작업공간을 최소화하고, 단수 후 통수 시 통수능을 향상 시켰다. 부단수 밸브 교체의 경우는 주축과 추진축이 분리되어 밸브의 공간적 제한을 극복하며 무단수에 적용 가능해 유수율을 향상시킬 수 있다.

[『워터저널』 2015년 8월호에 게재]