계획배수량

왜 배우는가: 계획배수량은 배수지 용량, 배수관망, 펌프 용량 등 배수시설 전반의 규모를 결정하는 기준이다. 실무에서 시설 설계와 재정 계획의 출발점이 되며, 기술사 시험에서는 계획 1일 평균·최대·시간 최대 배수량의 개념과 활용을 묻는 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제135회 3교시 3번, 제111회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

계획배수량은 배수시설의 목표연도에 정수장에서 배수지로 보내야 하는 물의 양으로, 계획 1일 평균·계획 1일 최대·계획 시간 최대 배수량으로 나누어 산정한다.

계획배수량은 목표연도의 계획 급수량을 기초로 배수시설의 규모를 결정하는 설계 수량이다.

키워드

• 계획배수량
• 계획 1일 평균 배수량
• 계획 1일 최대 배수량
• 계획 시간 최대 배수량
• 목표연도
• 첨두율
• 배수지 용량
• 유수율

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 배수시설이 감당해야 할 물의 양을 미리 정하는 것이다. 배수지나 배수관이 너무 작으면 수압이 떨어지고, 너무 크면 건설비와 유지관리비가 낭비된다. 그래서 계획배수량은 시설 규모를 정하는 기준값이 된다.

정식 정의는 다음과 같다. 계획배수량은 목표연도에 배수구역 내 급수 인구와 계획 1인 1일 급수량, 유수율, 급수 보급률 등을 고려하여 산정한 배수시설의 설계 수량이다.

핵심 용어를 나누어 보면 다음과 같다.

• 계획 1일 평균 배수량: 1년 중 1일 평균 사용량이다. 정수 약품 사용량, 전력 사용량, 유지관리비, 수도 요금 산정에 쓰인다. 계획 1일 최대 배수량의 70~85%를 표준으로 한다.
• 계획 1일 최대 배수량: 1년 중 가장 많이 사용하는 날의 사용량이다. 정수장과 취수·도수 시설의 규모 결정 기준이 된다. 계획 1인 1일 최대 급수량에 첨두율을 곱하여 구한다.
• 계획 시간 최대 배수량: 1일 중 사용량이 가장 많은 시간의 1시간당 배수량이다. 배수본관과 배수지의 설계에 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

산업 발전과 도시 집중, 생활 수준 향상으로 물 수요가 늘었다. 과거의 소규모 용수로는 이 수요를 감당할 수 없게 되었다. 상수도 시설은 한번 건설하면 수십 년간 사용하는 구조물이므로, 장래 수요를 근거로 규모를 미리 정해야 한다.

계획 기간은 일반적으로 15~20년을 표준으로 한다. 계획 기간을 짧게 잡으면 준공 직후 확장 공사가 필요해져 비경제적이다. 반대로 지나치게 길게 잡으면 건설비 추정이 어렵고 시설이 노후화되어 계획상 결함이 생길 수 있다. 큰 댐이나 대규모 도수·송수 시설은 확장이 어려우므로 25~50년을 고려하기도 한다.

계획배수량이 필요한 이유는 다음과 같다.

• 배수지 용량과 배수관 관경을 정하기 위해서다.
• 정수장 시설용량과 약품·전력 소요량을 산정하기 위해서다.
• 수도 요금과 재정 계획을 세우기 위해서다.

계획년도 15~20년 표준이며, 대규모 시설은 25~50년을 적용한다.

4. 구성요소·원리·절차

계획배수량은 배수시설(배수지·배수관망·가압장)의 규모와 배수관 관경을 정하는 기준 유량이다. 정수장 계통에서 배수지까지는 계획 1일 최대급수량을, 배수 본관과 배수지 용량 산정에는 계획 시간 최대급수량을 적용하는 것이 일반적이다. 아래 구성도는 배수 계통에서 어느 유량을 어느 시설에 쓰는지 보인다.

계획배수량을 결정하는 절차는 다음과 같다.

• 계획급수구역의 장래 계획급수인구를 목표연도 기준으로 추정한다.
• 계획 1인 1일 평균급수량에 계획급수인구를 곱해 계획 1일 평균급수량을 구한다.
• 계획 1일 평균급수량에 첨두율을 곱해 계획 1일 최대급수량을 구한다.
• 계획 1일 최대급수량에 시간계수를 곱해 계획 시간 최대급수량을 구한다.
• 배수시설별로 해당 유량을 배분해 관경과 용량을 결정한다.

계획 1일 최대급수량 = 계획 1일 평균급수량 × 첨두율을 기본 관계로 쓴다. 공식은 다음과 같다.

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

$Q_{h,max} = Q_{d,max} \times f_h$

여기서 Q_{d,max}는 계획 1일 최대급수량(㎥/day), Q_{d,avg}는 계획 1일 평균급수량(㎥/day), f_d는 첨두율(일 최대 계수), Q_{h,max}는 계획 시간 최대급수량(㎥/h), f_h는 시간계수다.

배수시설 규모는 계획 시간 최대급수량으로, 취수·정수 설비는 계획 1일 최대급수량으로 정한다.

계획 1일 평균급수량은 계획 1일 최대급수량의 70~85% 범위를 표준으로 한다. 배수본관은 시간 최대 사용량을 흘려야 하므로 가장 큰 유량을 쓴다. 배수지 용량은 시간 변동을 흡수하는 양으로 정하므로 시간계수와 함께 검토한다.

5. 관련 법령·기준·표준

상수도 계획배수량은 「수도법」 및 하위 기준인 상수도 설계기준(KDS 57 00 00, 기후에너지환경부)을 따른다. 계획급수량의 산정 체계, 계획년도, 첨두율과 시간계수의 적용은 이 설계기준에 규정되어 있다. 법령 본문에는 계획배수량 수치가 직접 명시되지 않으므로 수치는 설계기준과 수험서 표준값을 기준으로 쓴다.

위 표의 기준 수치는 계획년도 결정 원칙과 급수량 비율을 함께 정리한 것이다. 계획년도는 채용 구조물의 내용년수, 시설 확장 난이도, 도시의 발전 정도와 인구 증가 전망, 재정 상태, 수도 수입 전망을 함께 고려해 정한다. 단기계획은 완공 후 5년, 장기계획은 완공 후 15~20년 정도로 나누어 취수·도수설비는 장기, 정수·송배수설비는 단기로 두는 방식이 바람직하다.

계획배수량 산정은 물 수요 예측 결과를 근거로 한다. 예측 방법은 외삽법, 회귀분석, 요인분석, 사용목적별 분석, 계량경제모델이 있다. 이 방법으로 장래 원단위와 유수율, 급수보급률을 추정해 계획급수량을 얻는다.

개정 연혁: 상수도 설계기준은 과거 '상수도 시설기준'의 체계를 이어받았으며, 명칭과 소관 부처는 행정기구 변경에 따라 바뀌었다. 현행 기준 이름인 KDS 57 00 00 상수도 설계기준으로 쓴다.

6. 유형과 비교

계획배수량은 기준이 되는 시간 단위와 적용 시설에 따라 여러 값으로 나뉜다. 이 세 가지 양을 한 표에서 구분해 두면 설계 단계별로 어떤 값을 쓰는지 바로 답할 수 있다.

위 표는 세 양이 서로 배수 관계에 있음을 보여 준다. 평균량은 최대량보다 작고, 시간 최대량은 일 최대량을 시간 계수로 키운 값이다.