RDII

왜 배우는가: RDII는 강우 시 하수관거로 지하수와 우수가 들어오는 현상을 가리키며, 하수처리장 유입 부하 변동과 관거 월류·맨홀 역류를 설명하는 기본 개념이다. 설계 유량 산정과 노후관 정비 우선순위 결정의 출발점이 되어 기술사 시험에서 반복해서 다뤄진다.

출제 이력: 제125회 1교시 12번, 제115회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의:

RDII는 강우로 인해 하수관거에 지하수·우수가 침입(Infiltration)·유입(Inflow)되어 증가하는 유량을 말한다.

핵심 키워드

• 강우유도 침입·유입(RDII, Rainfall Derived Infiltration and Inflow)
• 침입수(Infiltration)
• 유입수(Inflow)
• 강우 침입수(Rainfall Induced Infiltration)
• I/I(Infiltration and Inflow)
• 관거 부실(Pipe Defect)
• 우천시 과부하·월류(Surcharge, SSO)
• 하수누수(Exfiltration)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 쓰면, 비가 올 때 하수관으로 빗물과 땅속 물이 새어 들어와 하수 양이 갑자기 늘어나는 현상이다. 맑은 날에는 거의 없던 물이 비만 오면 관로로 들어온다고 생각하면 된다.

정식 정의는 다음과 같다. 강우 사상 동안 또는 직후에, 강우유출수가 토양을 거쳐 지하수면 근처나 아래에 있는 맨홀·관거·지관의 부실을 통해 하수관거로 침투하는 유량을 강우 침입수라 한다. 여기에 지표 우수가 맨홀 뚜껑·환기구 등 열린 부분으로 직접 들어오는 유입수를 더한 것이 RDII이다.

• 침입수(Infiltration): 지하수가 관거 접합부·균열·맨홀 부실을 통해 들어오는 물이다. 지하수위가 관거보다 높을 때 생긴다.
• 유입수(Inflow): 맨홀 뚜껑, 환기구, 건물 우수 배관 오접 등 열린 경로로 직접 들어오는 물이다. 강우에 민감하게 반응하며 유량 변동이 침입수보다 크다.
• 하수누수(Exfiltration): 반대로 관거 내 고농도 하수가 부실을 통해 지하로 빠져나가는 현상이다. RDII와 함께 나타나 지하수 오염의 원인이 된다.

RDII의 핵심 특성은 강우와 함께 급격히 증가했다가 강우가 그치면 감소한다는 점이다. 그래서 설계 시 건기 유량에 더해 강우 시 첨두유량을 따로 본다. 강우 침입수는 일반적으로 강우 사상 동안이나 후에 일시적으로 발생하며, 강한 강우에서는 유량을 빠르게 증가시킨다.

3. 등장 배경과 필요성

하수도는 원래 우수배제를 주목적으로 한 합류식 관거에서 출발했다. 이후 하수처리장과 함께 오수관거를 분리하여 설치하면서, 오수관거에 우수와 지하수가 섞이는 문제가 드러났다. 오수관은 우수를 수용하도록 설계되지 않았으므로, 강우 시 유입이 늘면 관로 용량이 부족해진다.

국내에서는 관거 시공 불량과 노후화로 부실이 많았다. 관거 불량률이 높은 지역에서는 건기에도 설계 하수량보다 적은 양이 흐르고, 우기에는 설계 하수량보다 많은 양이 흐르는 현상이 나타난다. 이때 하수처리장 유입수의 유기물 농도가 낮아져 처리 효율이 떨어진다. 즉 RDII는 관로 용량 부족, 월류, 처리장 효율 저하를 동시에 일으키는 원인이다.

따라서 RDII를 정확히 산정하고 저감하는 일은 하수도 계획과 정비의 핵심 과제가 된다. 설계 유량을 정하고, 노후관을 정비 대상으로 고르며, 우천시 방류부하를 줄이는 대책을 세우는 데 모두 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

RDII는 강우에 의해 하수관거로 유입되는 지하수 침입수(Infiltration)와 우수 유입수(Inflow)의 합이다. 두 성분은 발생 경로가 달라서 구분해서 파악해야 한다. 침입수는 관거 부실, 접합부, 맨홀 틈으로 지하수나 토양 침투수가 들어오는 것이고, 유입수는 맨홀 뚜껑, 환기구, 불법 연결된 빗물받이·지하실 배수 등 개구부를 통해 우수가 직접 들어오는 것이다.

원리는 다음과 같다. 강우가 토양에 침투하여 지하수위를 올리면 관거 주변 수위가 관내 수위보다 높아진다. 이때 부실부를 통해 외부수가 관내로 들어온다. 강우 침입수는 강우 특성과 유사하게 급격히 증가했다가 강우 종료 후 감소한다. 따라서 RDII는 유량 첨두를 키우고 관거의 과부하와 월류를 일으킨다.

원리 요약: RDII 는 강우가 유발하는 침입수와 유입수의 합으로, 강우 종료 후 수 시간 내에 유량이 감소한다.

절차는 다음과 같다.

• 강우자료와 하수유량 자료를 같은 시간 간격으로 수집한다.
• 건기 유량 곡선으로 기저 유량(건기 오수 + 지하수 침입수)을 구한다.
• 전체 유량에서 기저 유량을 뺀 값을 강우 기인 유량으로 얻는다.
• 강우 기인 유량을 강우 사상별로 정리하여 RDII 용량을 산정한다.
• 맨홀 조사, 연기 시험, 영상 조사로 유입 개소를 확인하고 보수 우선순위를 정한다.

계산 원리는 다음과 같다. 강우 사상 동안의 RDII 체적은 강우 기인 유량 곡선 아래 면적으로 구하며 다음 식을 쓴다.

$V_{RDII}=\int_{t_1}^{t_2}\left(Q_{obs}(t)-Q_{base}(t)\right)dt$

여기서 V_{RDII}는 RDII 체적(㎥), Q_{obs}(t)는 관측 유량(㎥/s), Q_{base}(t)는 건기 기저 유량(㎥/s), t_1, t_2는 사상 시작·종료 시각(s)이다.

도식: 아래 흐름도는 RDII 산정 절차를 보인다.

5. 관련 법령·기준·표준

RDII 자체를 직접 규정한 법령 기준값은 확인된 것이 없다. 하수관거 설계와 정비에서 RDII를 다루는 근거는 다음과 같다. 계획오수량 산정에서는 지하수 유입량과 우수 유입 허용분을 더해 계획 침입수량을 정한다. 노후 하수관로 정비에서는 침입수 유입 개소를 조사 대상으로 삼는다. 기준의 세부 수치는 하수도 계획·설계 기준의 해당 조항을 따른다.

표 해설: 계획 침입수량은 설계 단계에서 상한을 두어 과대 설계를 막는다. 조사·정비 항목은 운영 단계에서 RDII를 줄이는 수단이다.

구분 기준: 합류식 관거는 우수관거와 같은 크기로 설계되므로 RDII 증가가 월류 위험에 직접 영향을 준다. 분리식 오수관거는 RDII가 곧바로 처리장 유입 수질 희석과 용량 초과를 일으킨다.

6. 유형과 비교

RDII 는 유입원과 발생 기작에 따라 세 가지로 나눠 본다. 지하수 침입수(Groundwater Infiltration)는 건기에도 지하수위가 관거보다 높으면 발생하는 상시 유량이다. 강우 침입수(Rainfall Induced Infiltration)는 강우로 지하수위가 상승하거나 강우유출수가 토양에 침투해 발생하며, 강우와 함께 급격히 늘었다가 강우가 그치면 줄어든다. 강우 유입수(Inflow)는 맨홀 뚜껑, 빗물받이 연결, 옥상·지하실 배수 등 관로에 직접 들어오는 빗물이다.