하천표류수 취수시설

왜 배우는가: 하천표류수 취수시설은 하천의 수위·유량 변화에 맞춰 취수 위치와 구조를 고르는 문제라서, 수원 선정과 취수 계획의 기본이다. 취수문·취수탑·취수관 등 종류별 적용 조건을 비교하는 문항이 여러 회차에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제131회 4교시 3번, 제125회 4교시 1번, 제119회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

하천표류수 취수시설은 하천의 흐르는 물을 수원으로 하여 원수를 끌어들이는 구조물과 설비의 총칭이다.

• 하천표류수
• 취수관
• 취수문
• 취수탑
• 취수보(취입보)
• 집수매거
• 수위변화
• 대량취수

2. 개념 풀이

하천의 물을 정수장으로 보내려면 물을 먼저 끌어와야 한다. 이때 물을 끌어오는 설비를 취수시설이라 한다. 하천표류수는 하천 표면을 흐르는 물이므로, 하천의 유량과 수위가 그대로 취수 조건이 된다.

상수도 시설은 취수, 도수, 정수, 송수, 배수, 급수 순서로 이루어진다. 취수는 원수의 양과 질을 확보하는 첫 단계다. 정수처리에는 한계가 있으므로 원수 자체가 일정 수질 이상이어야 한다는 점이 취수 계획의 출발점이다.

하천표류수 취수시설은 취수 위치, 수위 변화, 필요 취수량에 따라 종류를 고른다. 하천 유량이 안정된 곳에는 취수문을 쓴다. 대량 취수가 필요하거나 연간 수위 변화가 큰 곳에는 취수탑을 쓴다. 하천 바닥 아래의 물을 쓰려면 집수매거를 쓴다. 하천을 가로질러 수위를 높이는 경우에는 취수보(취입보)가 쓰인다.

하천수 취수에는 취수관, 취수문, 취수탑이 주로 이용된다. 보는 물을 취수할 목적으로 하천을 횡단하여 만드는 구조물이며, 수로에 물을 끌어들이는 취수문, 수위를 높이는 취입보, 토사 퇴적을 막는 토사토, 호안공으로 구성된다. 보마루의 표고는 계획취수위보다 일정한 여유를 두는 것이 일반적인 설명이다.

3. 등장 배경과 필요성

하천은 강수량에 따라 유량과 수위가 크게 변한다. 갈수기에는 유량이 줄고 홍수기에는 탁도와 부유물이 늘어난다. 따라서 한 가지 방식만으로는 연중 안정적인 취수가 어렵다. 취수 위치와 구조를 수위·유량 조건에 맞게 고르는 기술이 필요해졌다.

과거에는 하천에 말목을 박고 통나무와 돌, 흙을 쌓아 보를 만들었다. 이런 보는 홍수 때마다 유실되어 매년 다시 쌓아야 했다. 현대에는 상류에 저수지가 축조되고 보가 대형화·현대화되면서 이런 문제가 많이 해결되었다. 그럼에도 하천 취수는 수위 변화와 토사 유입이라는 근본 조건이 남아 있어, 시설 종류별 특징을 이해하는 것이 여전히 중요하다.

하천수 취수에서 가장 많이 쓰는 방식은 취수관, 취수문, 취수탑이다. 여기에 복류수를 취수하는 집수매거가 더해진다. 이 네 가지가 하천표류수 취수시설 문항의 기본 틀이다.

4. 구성요소·원리·절차

하천표류수 취수시설은 하천 표면을 흐르는 물을 직접 끌어들이는 시설이다. 취수구·취수관로·취수문(또는 취수탑)·침사지·취수펌프 등으로 구성되며, 하천의 유량 변화와 수위 변화에 따라 시설 형식이 달라진다. 취수구의 위치와 높이가 취수 가능량과 수질을 결정한다.

표의 구성요소는 취수 방식에 따라 조합이 달라진다. 취수구의 위치와 높이는 평수위·갈수위 기준으로 정해야 취수 불능을 막을 수 있다.

원리는 수위차에 의한 자연 유입과 펌프 양수로 나뉜다. 자연 유입은 취수구 수위가 정수장 도수 수위보다 높을 때 중력으로 물을 보내는 방식이다. 펌프 양수는 취수구 수위가 낮을 때 펌프로 물을 끌어올리는 방식이다. 이때 펌프의 흡입 높이는 흡입 손실과 공동현상을 고려해 제한된다.

취수구 높이는 갈수위 이상에서 취수가 가능하도록 정한다

취수 절차는 다음과 같다.

• 수원 하천의 풍수량·평수량·갈수량을 조사하여 계획취수량을 정한다.
• 하천 형상과 수위 변화를 조사하여 취수 형식을 선정한다.
• 취수구 위치와 취수 높이를 정하고 침사지와 취수관로를 배치한다.
• 취수펌프와 도수관로를 설계하고 흡입 조건을 검토한다.
• 운전 중 수위와 유량을 감시하고 토사 퇴적을 점검한다.

유량 계산에는 다음 식을 쓴다.

$Q = C \cdot A \cdot \sqrt{2gh}$

여기서 Q는 취수량(㎥/s), C는 유량계수(무차원), A는 취수구 단면적(㎡), g는 중력가속도(9.8m/s²), h는 취수구 상류 수위와 하류 수위의 차(m)다. 예를 들어 A=2\text{㎡}, C=0.6, h=1\text{m}이면 Q=0.6 \times 2 \times \sqrt{19.6} \approx 5.3\text{㎥/s}다. 소규모 취수에서 이 값이 상식 범위 안에 있는지 확인한다.

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5. 관련 법령·기준·표준

하천표류수 취수는 「수도법」과 상수도 설계기준의 적용을 받는다. 취수시설의 계획은 수원 보호와 수질 보전을 함께 고려해야 한다. 상수원보호구역 지정 기준도 취수 지점 계획과 연결된다.

위 기준 가운데 상수원보호구역 4km와 10km는 「수도법」 지정 기준이다. 정수장 가동율과 예비용량은 상수도 계획 기준에서 정하는 값이다. 보마루 여유고는 보 설계의 관례값이다.