우리나라 하수도는 1976년 하수처리장 사업을 시작으로 그 첫발을 내딛으며 현재까지 많은 발전을 이룩해왔다.

하수처리장의 경우 양적·질적 발전으로 고도처리 시설과 총인(T-P) 처리 시설까지 완비된 상태인 반면 하수관로 분야는 1982년부터 도입되어 40년 간 약 10배의 양적 팽창을 이뤘지만 질적인 발전은 아직 미미한 상태다. 하수관로 현황을 보면 우리나라 전체 하수관로의 설치연장은 약 16만㎞로 그 중 절반 가량은 20년 이상 된 노후관로에 속하며 이에 따른 문제점이 발생돼 지속적인 정비가 필요한 상황이다.

더불어 강우 시 도시 하수관로의 문제점 또한 지적되고 있다. 도시의 하수관로는 합류식인 경우가 대부분인데 합류식의 경우 강우 시 우수 토실에서 월류되고 합류식 하수관거의 월류수(CSOs)가 발생되어 오염물질이 수계로 방류되는 문제점을 안고 있다.

또한 하수관로는 지하매설물로 이에 대한 데이터 수집이 어렵다는 특징이 있다. 데이터가 부족하여 자산관리가 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생하고 있다. 특히, 관로 현황을 완벽히 파악하기 어려운 상황이다. 이러한 국내 하수관로의 문제점을 해결하기 위해 스마트 시스템 도입의 필요성이 대두되고 있다.

환경부, ‘국가 스마트 하수도 사업’ 추진

환경부는 하수도시설 스마트화에 대한 요구에 부응하기 위해 지난해 7월 스마트 하수도 정책 및 공공하수관리청 국고 지원 계획을 수립하여 ‘국가 스마트 하수도 사업’을 추진하고 있다. 기존 ICT기술을 활용해 정보통신 기반기술을 하수도에 도입하여 최첨단 스마트 관리체계 구축을 목표로 한다는 내용이다. 이 사업은 △스마트 하수처리장의 지능화 △스마트 하수관로 도시침수대응 △스마트 하수관로 하수악취관리 △하수도 자산관리 4가지 분야로 진행하고 있다. 이러한 사업을 기반으로 앞으로 하수관로 구축 및 유지관리 시스템에 스마트기술을 적용하여 스마트 관리체계를 수립하여야 한다.

먼저 하수관로 측량 부분을 보면 기존 육안 측량에서 라이다(LiDar) 기술을 적용한 3D 기반 디지털 측량을 도입해야 한다. 라이다를 활용하면 관거 및 맨홀 내부 측량이 가능한 데다 대상체면에 투사한 레이저의 반사를 이용하여 3차원 위치정보를 취득하고 대상에 대한 점형 데이터(point data) 형태의 점군 데이터(point cloud)를 형성하여 3차원 지형공간 좌표를 구축하므로 고화질 사진 데이터와 병합할 수 있다.

또한, 관로 실태 조사 시 현장에 인력을 투입하고 CCTV를 통해 직접 조사하는 대신 복합진단로봇을 활용해 관로의 정밀진단을 해야 한다. 복합진단로봇은 로봇의 관내 레이더(PPR)를 원격으로 작동하여 로봇이 CCTV 데이터를 PPR 측정 장치와 함께 통합하여 관로 벽 두께, 구성, 결합, 피복두께 등을 정확하게 파악할 수 있다.

예측분야를 보면 향후 침수예측 맞춤형 재난관리를 도입 해야 하는데 기존 SWMM(빗물관리 모델) 시뮬레이션을 통한 침수 분석 대신 평상시와 강우 시 실시간 시뮬레이션 분석을 통해 침수 예상범위 데이터 생성을 해야한다. 더불어 스마트 하수관로 모니터링 및 제어시스템 구축도 적용되면 주요구간 및 지점에 IoT 기반 계측·제어기기를 설치해 상시 모니터링 및 제어시스템을 구축하여 비용을 절감할 수 있다.

또한, 선제적 재해 예방 시스템 구축으로 분리된 단계로 인한 사고 후속대처를 개선할 수 있다. 선제적 재난 대응을 위한 통합관리시스템 구축은 통합관제센터에서 수집한 침수 흔적도 및 침수예측도, 홍수위험지도정보시스템, 재난시스템 등의 다양한 정보를 가상사설망(VPN)을 통해 현장으로 전달하여 제어기기들을 제어할 수 있게 한다.

마지막으로 저영향개발(LID) 기술을 적용하면 도시 내 물의 저류량과 침투량을 확보하여 물순환 건전성을 회복하며, 강우 유출수 저감을 통해 도시침수 및 홍수 방재와 오염된 초기 빗물 처리에서 비점오염물질 유출 저감 효과를 볼 수 있다.

미국, 53억달러 투자로 하수 40% 줄인다

하수관로의 스마트화에 대한 해외 사례를 보면 미국의 뉴욕시는 지속가능한 우수관리계획 TF(NYC PlaNYC, 2010)를 구성하고 녹색 주차장, 옥상녹화 등을 추진하는 블루벨트와 녹색거리 조성 계획과 강우 시 발생하는 합류식 하수관거를 통한 미처리 하수의 항만 유입을 줄이기 위한 GI(Green Infra-structure)프로그램을 추진했다.

GI프로그램은 합류식 하수관거 지구의 불투수면의 약 10% 면적에서 발생하는 강우의 초기 1인치를 GI를 통해 줄이는 개념으로, 2030년까지 53억 달러를 투자하여 수체로 유입하는 하수를 40% 줄인다는 목표를 설정했다.

영국은 지속가능한 배수체계(SuDS, Sustainable Drainage System)를 2003년에 적용했다. SuDS는 자연상태의 빗물 침투 및 저류를 모방하여 홍수 위험을 줄이고 오염물질을 저감하며, 도시환경을 개선하는 우수 배제 개념이다.

대구시, 북부하수처리장으로 통합 지하화 추진

국내의 하수관로 스마트화 사례는 대구시에서 추진 중인 스마트 하수관로 시스템 구축사례가 있다. 대구시는 서대구 KTX역사가 개통함에 따라 서대구역세권 개발로 스마트 하수관로 정비 계획을 수립했다. 이에 기존 달서천과 염색 하수처리장을 북부하수처리장으로 통합 지하화하고 일부 염색공단을 상부 부지로 옮기며 상부개발을 추진했다. 이렇게 하수처리장이 재구축 되면 달서천·북부·염색 하수처리장 평균 유입량이 약 47만5천㎥/일에서 평상시 약 32만2천㎥/일로 기존 보다 약 14만㎥/일이 감소시킬 수 있다. 하지만 강우 시 유출량을 줄이기 위해 하수도 정비가 필요하다.

또한, 대구시는 강우 시 하수관리를 위한 스마트 하수관리체계 구축 방안도 마련했다. 현재 하수처리는 분류식과 합류식이 혼재돼 있어 전체적인 관리가 어려운 상황이다. 이에 대구시는 우수토실 평가를 통해 중점·비중점관리 우수토실을 선정, 고농도 하수가 배출되는 중점 우수토실을 중심으로 실시간 모니터링, 원격 제어설비 및 지능화 관리시스템을 구축할 계획이다. 아울러 감시제어설비, 유지관리시스템 구성, 시스템보호·백업을 통한 지속적, 효율적 유지관리 시스템 체계도 구축할 계획이다. 추진방향은 단계별로 진행되며 각 단계는 현항 파악 및 문제점 도출, 장래 개발계획 검토, 스마트 하수관로정비 기본 및 실시설계, 원가검증 및 각종 인허가 순으로 진행된다. 이를 통해 달서천·북부 하수처리구역과 서대구역세권을 포함하여 안정적이고 효율적인 스마트 하수관로 시스템을 구축하고자 한다. 이 사업을 통해 지역개발사업의 활성화 및 연계와 안정적이고 효율적인 수량·수질관리, 악취민원의 감소, 비용 절감을 기대된다.

[『워터저널』 2022년 6월호에 게재]