지하수 취수 및 수질조사

왜 배우는가: 지하수는 상수도 수원 중 수질이 비교적 안정적이어서 소규모 상수도와 간이급수, 비상급수에 널리 쓰인다. 취수정 설계와 수질 조사 항목을 잘못 잡으면 고갈·침하·오염 문제가 생기므로 실무 설계의 기본이다. 기술사 시험에서는 취수 고려사항과 수질조사 항목을 함께 묻는 문항이 반복해서 나온다.

출제 이력: 제135회 3교시 4번, 제127회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지하수 취수는 지하 대수층의 지속 가능한 양수량을 산정하고, 수질 기준에 맞는 원수를 확보하도록 취수정 위치·구조·수질 조사를 계획하는 일이다.

핵심 키워드

• 지하수 적정양수량
• 대수층
• 수위강하(Drawdown)
• 우물간섭
• 지하수 수질조사
• 해수침입
• 지하수영향조사
• 지하수 수질기준

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 땅속 물을 펌프로 뽑을 때 얼마나 뽑아도 되는지와 뽑은 물이 마셔도 안전한지를 미리 따지는 일이다. 지하수는 지층 사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말한다(지하수법 제2조).

정식 정의는 다음과 같다. 지하수 취수는 대수층(aquifer)에 저장된 물을 취수정으로 양수하여 이용하기 전에, 대수층의 수리 특성과 주변 이용 현황을 고려해 취수량과 취수 위치를 정하는 계획 행위다. 이때 지하수 수질조사는 원수가 음용·생활·공업 용도의 기준에 맞는지를 확인하는 절차다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 대수층: 물을 저장하고 전달할 수 있는 투수성 지층이다. 취수정은 대수층에 설치한다.
• 수위강하(Drawdown): 양수로 인해 취수정 주변 지하수위가 낮아지는 현상이다. 낮아진 범위는 원뿔 모양(cone of depression)으로 퍼진다.
• 우물간섭: 이웃한 취수정의 양수로 한 우물의 수위가 크게 낮아져 펌프 흡입부 아래로 떨어지는 현상이다.
• 지하수 수질조사: 취수 전 원수의 물리·화학·미생물 항목을 시험하여 적합 여부를 판정하는 조사다.

3. 등장 배경과 필요성

지하수는 표류수에 비해 탁도·부유물질·미생물 오염이 적고 수온이 안정적이다. 그래서 하천 수질이 나쁜 지역, 도서 지역, 소규모 급수 지역에서 수원으로 많이 쓴다. 반면 광물질 함량이 높고 경도·철·망간이 문제가 되기 쉽다.

지하수를 무분별하게 뽑으면 다음 문제가 생긴다. 첫째, 대수층 고갈과 지반침하가 발생한다. 둘째, 인근 하천·습지로 가는 기저유출(baseflow)이 줄어 수질과 생태계가 나빠진다. 셋째, 연안 지역에서는 해수침입으로 염분이 올라간다. 따라서 국가는 개발을 허가제·신고제로 관리하고, 허가 전에 지하수영향조사를 받도록 한다. 지하수법 제7조 제3항은 고갈·지반침하·오염 우려가 있으면 허가를 하지 않거나 취수량을 제한할 수 있다고 정한다.

또한 지하수 수질은 지역 지질과 오염원에 따라 편차가 커서 수질검사 결과를 기준과 비교해야 한다. 지하수법 시행규칙 제38조는 생활용수·공업용수·농어업용수 규모별로 수질검사 의무를 정하고, 수질검사 주기와 시료채취 절차를 규정한다.

지하수법 제7조 제3항에 따라 취수량 제한이 가능함

1일 양수능力 30톤 이상의 생활용수는 수질검사 대상임(다만 청소용·조경용·공사용·소방용 등 보건위생과 생태계 보전에 지장이 없는 용도는 제외한다)

4. 구성요소·원리·절차

지하수 취수시설은 대수층에서 물을 모아 지상으로 끌어올리는 설비의 묶음이다. 케이싱, 스크린, 자갈채움층, 밀봉층, 펌프와 토출관이 한 몸으로 작동한다. 각 구성요소의 역할이 분명해야 설계와 유지관리 기준을 설명할 수 있다.

표의 내용은 설치도와 시공 기준으로 이어진다. 상부보호시설과 지표하부보호벽은 시행령의 설치기준에 따라 견고하고 배수가 되도록 설치해야 한다.

지하수 취수의 원리는 대수층의 투수성과 저류성에 기대는 것이다. 양수를 시작하면 우물 주변의 수위가 내려가고, 이를 강하(drawdown)라고 한다. 강하 곡선은 우물을 중심으로 한 원뿔(깔때기) 모양으로 퍼지며, 양수량과 대수층의 특성이 원뿔의 깊이와 범위를 정한다. 우물 간 간섭은 이 원뿔이 인접 우물까지 닿을 때 생긴다.

취수량은 대수층의 개발 가능량과 주변 수원의 영향을 함께 보고 정한다. 취수량이 함양량을 넘으면 지하수 과잉개발(overdrafting)이 되어 주변 하천과 습지로 가는 기저유출이 줄고, 수질 악화와 지반침하로 이어질 수 있다.

취수 절차는 다음과 같다.

• 수문지질 조사와 개발 가능량 산정
• 지하수영향조사서 작성과 허가 신청(지하수법 제7조 제2항)
• 시추, 케이싱·스크린·자갈채움층 설계와 시공
• 양수시험으로 양수량과 수위 강하 측정
• 수질검사 후 준공확인과 사용 개시
• 정기 수질검사, 수위 모니터링, 양수량 관리

양수시험 결과는 허용 취수량을 정하는 근거다. 단계양수시험으로 우물 손실과 대수층 손실을 구분하고, 정상 양수시험으로 대수층 정수를 구한다.

5. 관련 법령·기준·표준

지하수 취수와 수질 관리의 기준은 「지하수법」과 시행령·시행규칙, 「먹는물관리법」, 「수도법」에 나뉘어 있다.

수질검사 시료는 수질검사전문기관이 신청인 앞에서 채취하고 봉인한다. 채취 3일 전까지 신청인과 시장·군수·구청장에게 통보해야 한다(시행규칙 제38조 제5항, 제6항). 도서·산간 지역은 공무원이 채취할 수 있다(제8항).

지하수이용부담금은 시·군·구의 조례로 정하며, 먹는샘물 등은 시·도지사가 부과한다. 원수 수질 관리와 취수 허가는 별개의 제도다.

개정 연혁으로는 지하수법 제8조 제3항에 신고 수리 의무가 2021-01-05 신설됐고, 제30조의3 지하수이용부담금 조항은 2024-12-31 신설됐다.

6. 유형과 비교

지하수 취수시설은 취수정의 구조와 취수 방식에 따라 나뉜다. 가장 널리 쓰는 것은 심정호(深井戶)와 천정(淺井)이며, 취수 방식은 수중모터펌프 방식과 축류펌프 방식으로 구분한다. 유형별 특성을 비교하면 설계 방향이 정해진다.