상수도 공급계통

왜 배우는가: 상수도 공급계통은 수원에서 수요자까지 물이 이동하는 전체 구조를 이해하는 출발점이다. 각 시설의 역할과 연결 순서를 알아야 계획·설계·운영 문제를 풀 수 있다. 시험에서는 계통도나 흐름도를 그리고 단계별로 설명하는 형태로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제125회 2교시 1번, 제116회 2교시 1번, 제111회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 상수도 공급계통은 수원에서 취수·도수·정수·송수·배수·급수를 순서대로 거쳐 수요자에게 음용수를 공급하는 연계 시설 체계이다.

핵심 키워드

• 취수: 하천·호소·지하수에서 원수를 확보하는 단계
• 도수: 취수한 원수를 정수장까지 이송하는 단계
• 정수: 응집·침전·여과·소독으로 용도에 맞는 수질을 만드는 단계
• 송수: 정수를 배수지까지 보내는 단계
• 배수: 배수지와 배수관을 거쳐 급수 구역에 물을 나누어 보내는 단계
• 급수: 급수관을 통해 수요자의 급수전까지 물을 공급하는 단계
• 자연유하식: 높은 곳에서 낮은 곳으로 중력만으로 흘려보내는 방식
• 가압식: 펌프로 수압을 더해 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 올리는 방식

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 강이나 댐의 물을 가정에서 마실 수 있도록 깨끗하게 만들어 집까지 보내는 전체 과정이다. 이 과정을 시설 단위로 나누어 순서대로 잇은 것이 상수도 계통이다. 물은 한 방향으로 흐르며, 앞 단계의 결과가 다음 단계의 설계 조건이 된다.

정식 정의는 다음과 같다. 상수도 계통은 수원으로부터 수요자까지 원수의 취득, 이송, 정수, 송수, 배수, 급수를 단계별로 연결한 공급 체계이다. 상수도 시설은 취수, 저수, 도수, 정수, 송수, 배수, 급수 시설로 구분된다.

원수는 정수처리를 거치기 전의 물이다. 정수처리에는 한계가 있으므로 원수 자체가 일정 이상의 수질과 수량을 갖추어야 한다. 이 점이 취수 단계의 수원 선정 기준이 된다.

계통은 시설들이 서로 연결된 흐름 구조를 뜻한다. 한 단계가 멈추면 뒤 단계 전체에 영향이 미치므로, 단계 사이의 연결 방식과 예비 설비를 함께 고려한다.

정수장은 착수정, 응집지, 침전지, 여과지, 소독시설 순으로 구성된다. 착수정은 유입 흐름을 안정시키고, 응집지는 미세한 현탁물질을 크게 만든다. 침전지는 중력으로 침강시키고, 여과지는 체거름으로 현탁물질을 제거한다. 소독시설은 병원성 미생물을 처리한다. 정수장은 하루 필요량을 24시간 꾸준히 만들어 낼 수 있는 규모로 짓고, 만든 정수는 정수지에 저류한다.

정수장 가동률은 가동률 75% 정도로 보고, 계획정수량의 약 25%를 예비용량으로 확보한다. 가동률을 낮게 잡는 이유는 설비 점검, 고장, 수질 변화에 대응하기 위해서다.

지형 조건에 따라 송수 방식이 달라진다. 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 구간은 자연유하식으로 비용을 줄인다. 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 올려야 하는 구간에는 펌프 설치가 필요하다. 계통도에서 펌프 위치와 자연유하 구간을 구분해 표시하는 것이 중요하다.

3. 등장 배경과 필요성

인구와 산업이 도시에 모이면서 물 수요가 늘었다. 수원은 도시 밖에 있는 경우가 많아 장거리 이송이 필요해졌다. 개별 우물이나 하천을 직접 이용하는 방식으로는 수량 부족과 오염 문제를 해결하기 어려웠다. 그래서 수원 확보, 이송, 정수, 배수를 분리된 시설로 묶는 계통 방식이 등장했다.

수질 측면의 배경도 중요하다. 수원이 오염되면 정수처리만으로 모든 오염을 제거하기 어렵다. 따라서 취수 단계에서 원수 수질을 확보해야 한다. 취수원은 지표수와 지하수로 나뉜다. 지표수에는 하천수, 호소수(저수지수, 댐물)가 있고, 지하수에는 복류수, 우물물이 있다. 수원의 종류가 취수시설과 정수처리 방식을 결정하므로 수원 선정이 계통 설계의 출발점이 된다.

정수 생산을 한곳에 집중하면 관리와 수질 감시가 효율적이다. 소독과 수질 검사를 한 곳에서 수행할 수 있고, 규모의 경제도 얻는다. 이때 배수지는 수요 변동을 완충하고 급수 압력을 유지하는 역할을 맡는다. 정수장과 배수지를 관로로 잇는 구조가 이렇게 자리 잡았다.

상수도 계획은 계획목표 설정, 기초조사, 기본사항 결정, 정비내용 순으로 수립한다. 계획 단계에서는 수도정비기본계획과 계획급수량을 먼저 정한다. 계획년도와 급수구역이 정해져야 각 시설의 용량과 위치를 결정할 수 있다.

결국 계통 설계는 인구 증가, 수원 여건, 지형 조건을 함께 반영해야 한다. 특정 단계만 키우면 다른 단계가 병목이 되므로 전체 흐름의 균형을 맞추는 것이 필요하다. 이 균형을 판단하는 능력이 공급계통 문제에서 가장 많이 요구된다.

4. 구성요소·원리·절차

상수도 공급계통은 수원에서 수요자까지 물이 흐르는 경로를 기능 단위로 나눈 것이다. 각 시설은 앞 단계의 물을 받아 다음 단계로 넘기므로, 흐름의 연결과 수두(水頭) 관리가 설계의 핵심이다. 취수, 도수, 정수, 송수, 배수, 급수의 여섯 단계가 기본 계통이다.

표의 비고 칸은 설계 시 우선 검토할 항목이다. 도수와 송수는 구조상 같지만 기점과 종점이 다르므로 계획 문서에서 구분해 쓴다.

원리는 두 가지로 요약된다. 첫째, 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 구간은 자연유하식으로 설계해 동력비를 줄인다. 둘째, 낮은 곳에서 높은 곳으로 올려야 하는 구간은 펌프를 설치한다. 유량 연속 조건은 다음과 같다.

$Q = A \cdot V$

여기서 Q는 유량(㎥/s), A는 관의 단면적(㎡), V는 평균 유속(m/s)이다. 관로 내부 마찰과 높이차에 따른 수두 손실은 베르누이 방정식과 관수로 마찰손실 식으로 계산한다.

계통의 절차는 다음 순서로 진행된다.

• 수원 선정과 취수 방식 결정. 수질과 수량을 함께 확인한다.
• 원수를 도수관로로 정수장까지 이송. 지형에 따라 자연유하 또는 펌프식으로 한다.
• 정수장에서 착수정, 응집, 침전, 여과, 소독 순으로 처리하고 정수지에 저류한다.
• 정수를 송수관로로 배수지까지 보낸다.
• 배수지에서 수압과 수량을 조절해 배수관으로 배분한다.
• 급수관과 급수전을 거쳐 수요자에게 공급한다.

계통은 취수에서 급수까지 수두를 끊기지 않게 연결하는 흐름이다

계통도 도식은 아래와 같다.

5. 관련 법령·기준·표준

상수도 계통의 계획과 설계는 수도법, 「수도법 시행규칙」, 그리고 환경부의 수도시설 기준을 따른다. 시설별 세부 기준은 상수도 설계기준에 정해져 있다. 이 절에서는 계통 설계에서 자주 쓰는 값을 표로 정리한다.

표 아래 해설: 예비용량 값은 정수장 가동률을 기준으로 역산한 값이다. 가동률이 달라지면 예비용량도 달라지므로 계획 단계에서 가동률을 먼저 정한다. 취수시설 선정은 수원과 수위 변동에 따라 달라진다. 시설 선택은 수량 안정성과 유지관리 편의를 함께 고려한다.