일본·한국·미국·유럽 등 전세계가 불명수 대책에 고민
침입수 저감이 경제적·합리적인 대책
지금부터라도 신설관·갱생관의 수밀성 검사 철저히 해야



‘하수도공사 품질향상을 위한 다짐대회 및 기술발표회’가  지난 1∼2일 서울 잠실 롯데호텔에서 개최했다.  댐 상류 하수도시설 확충공사(유역별 통합하수처리체계 구축)에 참여하고 있는 현대건설, 고려개발, 대우건설, 대림산업, GS건설, 쌍용건설, 성지건설 등 6개 시공사 연합회가 주최하고 환경부, 환경관리공단이 후원한 이날 기술발표에서는 일본 관로품질평가시스템협회 고또우 기요시 기술이사가 특별강사로 초빙돼 △일본 하수관거정비 역사와 전망 △일본 하수관거 정비방법 △일본 하수관거 조사 및 검사실무(QA/QC) 등에 대해 강의를 했다.  이날 강의 내용 중 ‘일본 하수관거정비 역사와 전망’을 소개한다.  <편집자 주>

일본에서는 관로가 건설된 후 10년 정도가 지나면 10㎞당 10개소의 도로함몰이 일어나고, 25년이 지나면 2배 이상, 30년 후에는 약 5배 정도가 증가되고 50년 후에는 약 10배까지 증가

▲ 고또우 기요시 박사

일, 1977년부터 불명수대책 추진

일본에서의 다년간 불명수대책 실패 사례를 중심으로 설명을 하겠다. 현재 일본에는 하수관거 약 38만㎞, 하수처리장 약 2천 개소가 가동 중으로 하수관거 38만㎞중에서 가장 최근에 건설된 관거를 제외하고는 모두가 불명수대책에 고민하고 있다. 

일본은 예로부터 관거에 불명수가 있다는 것 자체를 수치라고 여겨, 실제 불명수를 발견하더라도 이것을 적극적으로 해결하려 하기보다는 숨기려는 경향이 있었다. 이 때문에 일본은 실제 불명수대책에 필요한 기관이 상당히 늦어졌다고 생각한다.

우선 여러 가지 형태의 불명수로 인해 발생되는 문제점을 살펴보면, 먼저 만성적으로 하수처리장에 유입되는 유입유하량이 많아져 유입수 처리에 운영경비가 증대되는 문제와 집중호우 및 홍수 시 처리장에 순간적으로 과부화가 발생하여 방류수질이 악화되는 현상이 발생되고 있다.

또한 주택개발단지에서는 맨홀 및 처리장 자체가 침수되는 현상이 발생하며, 침입수에 따른 지반공동화현상에 의해 도로가 함몰되는 사건들도 많이 일어나고 있다. 특히 불명수로 인해 계획유량과 실유량의 차이가 생겨 하수처리장이나 관로를 계획할 때 계획과 실제의 차이가 발생하는 문제와 이런 불명수 문제를 차단하기 위해 여러 가지 공법 및 공사를 도입함에 있어 관로시설 유지관리비에 침입수 문제 대책이 차지하는 비율이 점점 증가하는 것도 하나의 문제로 대두되고 있다.

일본에서 조사한 바에 의하면 관로가 건설되고 난 후 약 10년 정도가 지나면 10㎞당 약 10개소의 도로함몰이 일어난다고 한다. 그리고 이것이 25년이 지나면 2배 이상, 30년 후에는 약 5배 정도가 증가되고 50년 후에는 약 10배까지 증가하는 경향을 보이고 있다.

이러한 사정으로 인해 일본은 1977년부터 불명수대책을 추진해 왔다. 그러나 1977년도에는 불명수 및 침입수 등에 대한 정의나 무엇을 의미하는지에 대한 명확한 정의가 내려져 있지 않은 상황이었다.

이후 1978년 (사)일본하수도협회에 의해 불명수대책 추진 시의 흐름이나 지침 등을 정한 ‘하수도 관로 시설에 있어서 침입수 방지대책 지침’이 설정되었다. 이 지침은 불명수 대책에 있어 불명수 유량조사에 쓰여졌지만 실제 현장에서 관측 및 조사에 꼭 알아야 하는 항목들을 정확하게 정리되어 있지 않은 문제점을 가지고 있다.

일본은 과거 불명수의 대부분은 침입수라고 생각해 왔으나 실제로 조사한 결과 그렇지 않다라는 결론에 도달했다. 결론 중에 하나로 ‘불명수= 침입수+유수 외 오수+누수+기타’ 등으로 도식화했는데, 그 중 불명수에 가장 큰 부분을 차지하는 것이 유수 외 오수라고 판단했습니다.

하수관 누수 오수, 지하수·토양오염

불명수 조사를 할 때 가장 중요한 것은 대책을 세울 대상이 무엇인가라는 것을 분명히 하고 그것에 대한 조사가 이루어져야 하는데, 실제 일본에서도 조사 자체에만 의미를 두고 조사를 위한 조사를 해온 경험들이 많이 있다.

▲ 일본에서 조사한 바에 의하면 관로가 건설되고 난 후 약 10년 정도가 지나면 10㎞당 약 10개소의 도로함몰이 일어난다고 한다.

우수 및 지하수 외의 불명수로는 논이나 하수에 물을 댔을 때만 관로에 침입수가 발생되는 현상과 일본은 섬이다 보니 해양주변에 많은 도시들이 발달되어 있는데, 그러한 해양도시는 반드시 조석간만차에 의해 폐수의 수위가 오르락내리락 하게 된다. 따라서 폐수의 수위가 올라갔을 때 관로 속에 들어오는 침입수의 양이 증가되는 현상도 많이 발견되고 있다.

또한 지역적인 특성에 의한 침입수 증가 현상도 발생되는데 동북지역이나 후카이도지역 등 눈이 많이 내리는 지역에 눈이 내렸다가 녹는 봄 시기에 급작스럽게 침입수가 증가되는 즉 융설에 의한 침입수가 많이 보고되곤 한다.

특히 융설에 의한 침입수는 자연스럽게 눈이 녹아 관로로 유입되는 것이 아니고 사람에 의해서 인위적으로 유입되는 경우가 많다. 예를 들면, 맨홀뚜껑을 열고 그 안에 치운 눈을 쓸어 담는 현상 등이 있고 이것을 조사해본 결과 약 50%에 달한다고 한다.

그리고 또 한 가지는 유수에 대한 내용이다. 결과적으로 침입이 아니고 하수관로에서 흘러간 물이 바깥으로 나간 유수에 의해서 지하수나 토양이 오염되는 문제들이 동시에 일어나고 있다.
초기 일본의 불명수에 대한 인식에 대해서 설명하면, 하수도가 단기간에 보급된 지역의 대부분은 합류식 하수도로 보급되었고 합류식 하수도에 있어서 어느 정도의 불명수는 크게 문제가 되지 않는다는 인식을 가지고 있었다.

그 당시 일본에서는 계획지하수량비가 약 15%정도를 차지하면 된다고 판단했으며(참고로 지금 한국에서는 10%이하로 된 것을 알고 있습니다) 이것은 시대마다 다른 관로의 상태 즉 수밀성에 따라서 결정되어 왔다.

부가적인 얘기로 처리장을 짓고, 관로가 개통되기 이전에는 하수가 많이 유입되지 않았기 때문에 도리어 “불명수가 조금이라도 유입되는 것이 처리장을 운영하는데 있어 도움이 된다”라는 인식도 가지고 있었다.

사실 발주처 자체도 이런 생각을 가지고 있었기 때문에 시공사 측에서도 그렇게 불명수대책에 대해서 심각하게 고려하지 않았던 시대적 상황이었다. 따라서 그 당시에는 침입수가 발생하더라도 이것은 단순오접이 원인이라고만 했던 시대적인 배경이 있었다.


30년 전까지만 해도 일본은 하수처리장이나 하수관거를 건설할 때 “어느 정도의 불명수는  유입되어도 괜찮지 않느냐”하는 생각으로 계획을 하고 건설을 했으나, 하수관거가 건설되고 가동을 시작했을 때는 예상보다 훨씬 많은 불명수가 유입이 되어 당황하게 된다. 이에 따라 일본은 30년 전부터 불명수에 대한 본격적인 대책수립을 강구하게 되었다.

그러나 그 당시 대책은 수립되었지만 원인이 무엇이고 해결할 수 있는 기술개발이 이루어져있지 않았기 때문에 시공회사들은 관로공사를 할 때 일단 검사만 통과하면 된다는 단순한 생각으로 관로관을 마른 수건으로 닦고 드라이로 건조시켜 검사만 통과하는 방법이 확대되었던 시대였다. 그렇지만 관로공사가 끝나고 24시간 정도가 지나면 다시 그 부분에서 침입수가 다시 유입되는 현상들이 나타났다.

또한 주택개발 단지를 이전한다든지 하는 경우에는 약 100정도 밖에 들어오지 않아야 할 불명수량이 3배, 4배씩 증가되는 이관과 동시에 급격하게 불명수가 증가하는 현상들도 발견  되었다.

일본은 1977년도에 처음으로 관로 내에 CCTV를 도입해 관로 내의 상황이나 침입수 상황을 모니터링을 하기 시작했다. 그리고 1978년도에 침입수 방지대책 간담회를 설립했고, 간담회에서 나온 결과를 정리하여 1979년도에 침입수 방지대책 메뉴얼을 작성했다.

1978년에서 1981년 사이에는 침입수 방지기술조사를 도입해 사용했으며, 1981년 침입수 방지대책 지침을 새롭게 수립했고, 1985년도에는 하수도관리 대책지침의 별도의 지침을 수립하였다. 그리고 1987년도에는 하수도관리 대책지침에 의거해 하수도관리유지협회가 창립되었다.

일본에서 가장 최초로 불명수 대책기술로 사용되었던 것이 그라우트 지수에 의한 침입수 대책이었다. 이 방법은 과거 상당히 많은 곳에서 적용되어 왔고 초기에는 이것을 시공하는 회사에서는 이 내부관이 약 20년은 지속된다고 보장해왔다. 그러나 시공 후 약 1년이 지난 후에는 거의 대책을 세우기 전과 다름없는 원상태로 되돌아가거나 아니면 2∼3년이 지나면서 서서히 침입수량이 증가하는 형태를 보였다.

현재는 건조와 습윤이 반복되면 그라우트에 있던 실링이 빠져버리는 현상들이 자주 나타나고 있으며, 또한 이러한 원인으로 인해 지하수위의 변화가 심한 곳에서는 그라우트 효과가 오래 지속되지 못함을 알 수 있었다.

그라우트 지수에 대해 기업 및 대학에서 실험을 했을 때는 성능에 대해 저하가 되리라고는 생각을 못했지만 실제로 현장에서는 조건들이 각양각색이었기 때문에 실험실에서 나오던 결과치와는 달리 오랫동안 유지되지 못했던 단점이 있었다.

초기 일본에서 그라우트 지수에 대한 방법으로서는 카메라를 찍어 금이 갔거나 침수가 많이 발생되는 부분만 부분적으로 그라우트 지수를 재오던 방법을 채택하였다. 지금 여기서 말씀드리는 것은 공간에 대한 그라우트 지수에 대해서 말씀드리는 것이기 때문에 대부분의 그 원인이 지하수에 있다.

관로 유하능력 확보 중요

다음은 우수침입에 대해서 설명하겠다. 과거 일본은 우수침입수의 대부분의 원인을 오접에 의한 것이라고 생각했다. 그 이유는 강우 시 유량증가폭이 급속하게 증가되었기 때문에 강우 시 급격한 유량증가가 오접 때문이라고 착각했다.

▲ 우수침입수에 따른 침수문제를 해결하기 위해서는 우수침입수를 줄이려고 하는 노력보다는 관로의 유하 능력을 확보하는 것이 효율적이다.

오접 다음으로는 본관과 연결관 소켓부의 수밀성 불량으로 인해 우수칩입수 유입이 많은 것으로 나타났다. 이런 현상은 주로 민간이 개발한 단지의 소켓부분 시공불량으로 나타났으며, 지금도 일본은 소켓부에 대한 정상적인 부품을 사용해 해결하는 것이 아니고 단지 본관의 일정부분을 깨워 부수고 거기에 관로를 임의로 삽입하는 시공법을 택했고 있다. 이에 결과적으로 오접 자체를 해결한다 하더라도 실제 우수침입수의 수량을 줄이기에는 한계가 있다는 것을 알 수 있다.

또한 우수침입수가 증가하게 되면 부수적으로 일어나는 문제가 침수의 위험도가 증가한다는 부분이다. 이에 따라 일본의 컨설턴트회사에서는 오접을 개선하는 자체만으로는 불명수 및 침수에 대한 근본적인 대책이 될 수 없다라고 이야기하고 있다. 따라서 우수침입수에 따른 침수문제를 해결하기 위해서는 우수침입수를 줄이려고 하는 노력보다는 관로의 유하 능력을 확보하는 것이 효율적이라고 판단됩니다.

관 전체 보수하는 ‘스팬보수’ 유행

다음은 침입수에 대해 일본이 어떤 대책을 강구했는지 설명하겠다. 일본은 침입수 대책으로 가장 먼저 그라우트 지수 방법을 선택했는데 최근에는 부분보수 방법으로 이전하고 있는 상황이다. 그 이유는 그라우트 지수방법은 지속적인 개선효과를 담보할 수 없으며, 실제의 시공품질 확인이 어렵기 때문으로 파악된다.

또한 가장 최근에는 부분보수에서 ‘스팬보수’라 하여 하나의 관 전체에 대해 보수, 맨홀과 맨홀사이 전체를 보수하는 전체보수의 경향들이 나타나고 있다. 그 이유는 부분보수 완료 후에 저감될 것으로 예측된 침입수가 다시 증가하는 것을 들 수 있다.

이는 최초 조사 시 침입수가 발생되는 부분은 여러 가지 방법으로 보수를 하더라도 보수 후 일정기간에는 침입수가 발생하지 않으나 다른 개소에서 새롭게 침입수가 발생되는 현상들이 나타났기 때문이다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 침입수가 유입되던 부분이 보수를 통해 차단이 되면 지하수위가 빠질 부분이 없어져 수위자체가 증가하게 된다.

이에 따라 예전에는 침입이 되지 않았던 부분들도 지하수위가 증가되면서 새로운 칩입수가 발생되는 것이다. 따라서 부분적으로 보수를 하기보다는 맨홀과 맨홀사이의 전체 관로에 대해 보수를 하는 것이 보다 효과적이지 않겠느냐 생각들이 일본에서는 지배적이다.

또한 부분보수에서 전체보수로 이전하는 결정적인 원인이 된 것은 1999년에서 2000년에 일본정부 주도 하에 이루어진 ‘관거보수공법 연구’ 등과 같은 기술개발 사업이 제기 되었기 때문이다.

특히 기존 전체보수방법에 있어 문제가 되었던 열로 수지를 경화시켜 고착시키는 방법으로 인해 침입수가 유입되면 침입수의 수온이 낮기 때문에 경화가 되지 않던 것을 빛을 이용한 경화 방법으로 보완한 점도 부분보수에서 전체보수로 바뀌는 원인으로 작용했다.

다음은 유량조사의 역사에 대해서 설명 드리겠다. 일본의 유량조사의 역사는 약 35년 전부터 시작된다. 건설성에서 유량조사에 필요한 유량에 대한 실증실험을 통해 하수에 있어서는 플륨식이나 수위유수식(초음파식)으로 사용하게 되었다. 이러한 유량조사는 초기에는 해석 목적의 1∼6개월 간의 장기간 연속유량조사 중심이었는데 최근에는 단기간에 조사를 하는 유량조사의 방법들이 많이 도입되고 있다.

현재 일본에서 실질적으로 행해지는 관로검사에는 육안·CCTV 검사로 시작된 ‘불명수 검사’, 우수침입수 대책으로 시작된 ‘배수설비 접속검사(음향, 살수법)’, 본관접속 검사로서의 ‘송연조사’, 침수대책으로 시작된 ‘유하능력 검사’, 기존 관의 수밀성 검사로서의 ‘주수(수밀성)검사’, 신설관·갱생관 검사로 등장한 ‘압기·진공관 검사’ 등이 있다.

일본 50년 이상 노후관로 1만㎞

지금까지는 주로 관거보수에 대해서 설명을 드렸다. 이제부터는 개축에 대한 필요성에 대해서 설명 드리겠다. 일본의 하수관도 30년이 지나게 되면 관로 자체가 함몰되거나 침입수가 증대되는 문제가 발생된다. 일본에서는 관로의 수명을 50년 전후로 보고 있으며, 2006년 기준 50년 이상 초과된 관로가 약 1만㎞ 정도로 파악되고 있다. 이런 수명이 다 된 하수관은 보수보다는 개축의 방법을 선택해야 한다.

최근 일본의 컨설턴트회사의 제안 경향은 기존 관로 자체에 대해 유량조사나 CCTV조사 등을 통한 유수유입수 및 침입수에 대한 해석에서 벗어나 위상기하학모델에 대한 우수침입지역의 추정 및 유출해석모델을 사용한 유수침입지역 추정의 방법들이 새롭게 제시되고 있다.
최근 ‘관로품질평가시스템협회’에서도 위와 같은 모델링을 이용하여 종합적인 하수관로에 대한 진단과 대책을 수립하는데 전념하고 있다.

협회는 보수에서 개축으로 이행하는 과정에 있어 적은 기간과 비용으로 노후관로 전체에 대해 “어디서, 어떤 부분부터, 어떻게 개축을 해야되는갚라는 부분들에 대한 종합적인 진단을 하기 위한 방법으로 물리진단, 기능진단, 경제진단 등으로 나누어 ‘정량적 관로진단의 개념도’를 마련했다.

물리진단은 파손·크랙·관 두께의 감소를 정량 진단하는 노화진단과 내경·변형·갱생관의 두께를 정량 진단하는 성형진단으로 구분했으며, 기능진단은 유하능력 수밀성 접속검사 및 종합검사로 한 일수 불량수 조사로 구성했다. 마지막으로 경제진단은 에셋 매니지먼트와 라이프싸이클 코스트에 입각한 컨설팅이다.

일본도 35년간 불명수대책 실패

또한 최근 협회에서는 신설관 및 갱생관의 수밀성 검사 기술에 주목하고 있다. 그 이유는 기설관에 있어 이미 발생되고 있는 침입수를 차단하는 것은 여러 가지 원인과 대책방법들이 상당히 복잡하게 얽혀있기 때문에 어떤 방법으로 반드시 해결할 수 있다고 장담할 수 없는 어려운 부분들이 있다.

▲ 신설하는 관이나 갱생관에 대한 수밀성검사를 명확하게 하는 것이 불명수 문제의 근본적인 해결책이다.

이상 발표를 마치면서 개인적인 생각으로 일본은 과거 35년 동안 불명수 대책에 있어 여러 가지 대책을 수립했지만 많은 부분에서 실패를 해왔다고 인정한다. 하지만 실패 속에서 새로운 길을 모색할 수 있었기 때문에 나름대로 가치 있는 경험이었다고 생각한다.

지금 일본에서 관로정비기술에 있어 가장 중점을 두고 있는 부분은 합류개선, 즉 CSO 대책이다. 첫 번째 합류개선, 두 번째 침수개선, 세 번째 갱생관의 품질확보가 CSO 대책의 핵심이라고 생각한다.