계획정수량 및 시설용량

왜 배우는가: 계획정수량은 정수장 규모와 공사비, 약품비, 전력비를 모두 좌우하는 기준값이어서 상수도 계획의 출발점이다. 기술사 시험에서도 용어 정의와 시설용량 결정 절차를 묻는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제131회 1교시 8번, 제127회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

계획정수량은 계획 1일 최대급수량에 손실수량과 여유량을 더한 정수장의 1일 처리량이다.

• 계획정수량
• 시설용량
• 계획 1일 최대급수량
• 계획 시간 최대급수량
• 여유율
• 예비용량
• 계획 목표연도

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 정수장이 하루에 만들어 내야 하는 물의 양을 정하는 일이다. 정수장은 한번 지으면 수십 년 쓰는 항구적인 시설이므로 이 양을 잘못 정하면 용량 부족이나 과잉 투자가 생긴다.

정식 정의로는 계획정수량이 계획 목표연도에 정수장이 하루 처리해야 하는 물의 양이다. 시설용량은 계획정수량을 처리하기 위해 취수·도수·침전·여과·정수지 등 각 단위시설에 부여하는 규모다.

계획정수량을 구하는 기본 흐름은 다음과 같다. 먼저 계획 1일 최대급수량을 구한다. 이는 연중 물 사용량이 가장 많은 날의 급수량이다. 여기에 관로에서 새는 물 등 손실수량을 더하고, 정수장 자체 사용수와 여유율을 반영해 계획정수량을 정한다.

계획 시간 최대급수량은 하루 중 가장 많이 쓰는 시간대의 수량이다. 배수지 용량과 송수 펌프 용량을 정할 때 쓰며, 정수장 계획정수량을 정하는 데는 직접 쓰지 않는다. 이 구분을 답안에서 분명히 해야 한다.

정수장은 원수 수질 변화, 설비 고장, 점검에 대비해 여유를 둔다. 정수장 가동률을 관련 기준이 정한 수준으로 보고, 계획정수량의 일정 비율을 예비용량으로 확보하도록 하고 있다. 예비용량은 평상시 여유이면서 재해나 사고 때 급수 안정성을 지키는 완충 역할을 한다.

3. 등장 배경과 필요성

상수도 계획은 사업 기간이 길어 계획 시점과 실제 수요가 어긋날 수 있다. 그래서 상위 계획과 맞추고, 인구 동향과 경제성장률을 반영한 정확한 수요 예측을 바탕으로 장래 계획을 세워야 한다. 계획정수량은 이 수요 예측 결과를 정수 능력으로 바꾼 값이다.

수요 예측이 과소하면 정수장 용량이 부족해져 제한급수나 단수가 생길 수 있다. 반대로 과대하면 건설비와 유지관리비가 불필요하게 늘고, 가동률이 낮아져 운영 효율이 떨어진다. 따라서 계획정수량은 안정성과 경제성을 함께 만족하는 수준으로 정해야 한다.

계획 목표연도는 시설 규모와 직결된다. 목표연도를 길게 잡으면 시설이 커지고 초기 건설비가 증가한다. 목표연도를 짧게 잡으면 재차 확장해야 해서 비경제적이다. 이 때문에 계획 목표연도는 15~20년을 표준으로 한다.

상수도는 상수원에서 수도꼭지까지 하나의 시스템으로 본다. 정수장 단위에서 계획정수량을 정할 때도 취수·도수·배수 시설과의 균형을 고려해야 한다. 한 시설만 크게 잡으면 다른 시설이 병목이 되어 전체 용량이 늘지 않는다.

지진, 가뭄, 홍수 같은 재해 시에도 급수를 유지하려면 정수장에 일정한 예비 능력이 있어야 한다. 이 때문에 계획정수량의 결정은 평상시 수요뿐 아니라 비상시 대응력까지 포함하는 과정이다. 노후 시설의 개량과 갱신을 쉽게 할 수 있도록 배치하는 것도 장기 계획에서 함께 고려한다.

4. 구성요소·원리·절차

계획정수량과 시설용량은 상수도 계획의 최종 산출값이다. 계획 1일 최대 급수량에 정수장 가동률과 예비율을 반영해 정수시설의 용량을 정한다. 정수장 구성요소는 취수·도수·정수·송수 시설로 나뉘며, 각 시설은 계획정수량을 기준으로 용량이 정해진다.

표의 각 시설은 같은 기준량에서 출발하므로 설계 흐름이 끊기지 않는다. 취수와 도수는 원수 수질과 수원 조건에 따라 정해지고, 정수 이후 시설은 처리수량 기준으로 정해진다. 정수시설은 상수도 시스템의 중심이므로 여유를 두어 계획한다.

계획정수량은 다음 절차로 정한다.

• 계획 기준년도와 계획 목표년도를 정한다.
• 계획 1일 평균 급수량을 인구와 1인 1일 급수량으로 산정한다.
• 계획 1일 최대 급수량을 1일 평균에 첨두계수를 곱해 구한다.
• 계획 1일 최대 급수량에 관로 누수율과 공급 여유를 반영해 계획정수량을 정한다.
• 정수장 가동률을 적용해 정수시설 용량을 정하고 예비용량을 확보한다.
• 각 단위시설과 정수지 용량을 계획정수량 기준으로 산정한다.

계획 1일 최대 급수량은 다음 식으로 구한다.

$Q_{d,max} = Q_{d,avg} \times k_1$

여기서 Q_{d,max}는 계획 1일 최대 급수량(㎥/day), Q_{d,avg}는 계획 1일 평균 급수량(㎥/day), k_1은 최대 일계수(무차원)이다.

정수시설 용량은 계획정수량을 가동률로 나누어 구한다.

$Q_{p} = \frac{Q_{d,max}}{\alpha}$

여기서 Q_{p}는 정수시설 설계용량(㎥/day), \alpha는 정수장 가동률(무차원)이다.

계산 예를 든다(가상의 값). 계획 1일 평균 급수량이 Q_{d,avg}=100{,}000㎥/day이고 최대 일계수가 k_1=1.25, 가동률이 \alpha=0.75라고 하자.

• 계획 1일 최대 급수량: Q_{d,max} = 100{,}000 \times 1.25 = 125{,}000㎥/day
• 정수시설 설계용량: Q_{p} = 125{,}000 \div 0.75 \approx 166{,}667㎥/day
• 예비용량: 166{,}667 - 125{,}000 = 41{,}667㎥/day, 설계용량의 약 25%

결과는 계획정수량의 약 1.33배이며, 가동률 75%에 맞는 상식 범위 값이다.

5. 관련 법령·기준·표준

계획정수량과 시설용량은 법령으로 정한 체계 안에서 정해진다. 상수도 기본계획은 「수도법」에 따라 수립하며, 계획 급수량과 계획정수량은 기본계획의 핵심 항목이다. 실제 설계는 환경부 상수도 설계기준과 지침을 따른다. 아래 표는 본 절에서 쓰는 기준값을 모은 것이다.

계획 급수량은 계획 1일 평균, 계획 1일 최대, 계획 시간 최대 급수량으로 나뉜다. 정수장은 계획 1일 최대 급수량을, 배수지와 배수관은 계획 시간 최대 급수량을 기준으로 한다. 기준의 세부 수치는 해당 기준서를 따른다.

관련 기준의 현행 명칭은 「수도법」과 환경부 상수도 설계기준이다. 시설 설계의 세부 기준은 각 기준서의 현행 판을 기준으로 한다.

정수시설 용량은 계획 1일 최대 급수량을 정수장 가동률로 나누어 정한다.

6. 유형과 비교

계획정수량과 시설용량을 다룰 때는 계획 급수량의 종류부터 구분해야 한다. 계획 1일 평균 급수량, 계획 1일 최대 급수량, 계획 시간 최대 급수량은 각각 설계 대상 시설과 역할이 다르다. 시설별로 어떤 기준을 적용하는지 아래 표로 정리한다.

위 표는 세 가지 급수량이 상위 값으로 갈수록 커지는 구조임을 보여 준다. 정수장 용량은 계획 1일 최대 급수량을 기준으로 하고, 배수 시설은 계획 시간 최대 급수량을 기준으로 한다.