계획하수량

왜 배우는가: 계획하수량은 하수관로, 펌프장, 하수처리장의 규모를 정하는 출발값이라 설계의 모든 수리 계산이 여기서 시작된다. 하수도 기술사 시험에서는 오수량과 우수량 산정, 합리식 계산이 반복해서 출제되므로 정의와 산정 순서를 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제138회 3교시 3번, 제124회 4교시 5번, 제116회 3교시 1번, 제109회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 계획하수량은 계획구역의 오수량·우수량·지하수량을 계획목표년도 기준으로 합산해 하수관로와 처리시설 규모를 정하는 설계 유량이다.

핵심 키워드: 계획1일최대오수량, 계획시간최대오수량, 계획우수량, 합리식, 유달시간, 지하수량, 분류식·합류식

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 계획하수량은 하수관을 얼마나 크게 만들고 처리장을 얼마나 키울지 정하는 설계 유량이다. 비가 오지 않는 날의 생활하수와 공장폐수만 보면 부족하고, 비가 올 때 들어오는 빗물과 지하로 스며드는 지하수까지 더해야 실제 관로에 흐르는 양을 계산할 수 있다.

정식 정의는 다음과 같다. 계획하수량은 계획목표년도의 계획인구, 계획구역, 배제방식을 바탕으로 오수량, 우수량, 지하수량을 산정해 설계에 쓰는 하수 유량이다. 하수량은 오수량(가정하수 + 공장폐수), 우수량, 지하수량의 합으로 본다.

계획1일최대오수량은 하루 중 가장 많이 흐르는 날의 오수량이다. 처리장 설계 규모의 기준이 되며, 1인 1일 최대 오수량에 계획 인구를 곱하고 공장 폐수량, 지하수량, 기타 배수량을 더해 구한다. 식으로 쓰면 Q_{d} = q \times P + Q_{i} + Q_{g} + Q_{o} 이다. 여기서 Q_{d}는 계획1일최대오수량(m³/day), q는 1인 1일 최대 오수량(L/인·day), P는 계획 인구(인), Q_{i}는 공장 폐수량, Q_{g}는 지하수량, Q_{o}는 기타 배수량이다.

계획시간최대오수량은 하루 중 가장 많이 흐르는 1시간의 오수량이다. 배수관이나 펌프의 순간 능력을 정할 때 쓴다. 계획1일최대오수량을 24시간으로 나눈 평균에 시간 첨두계수를 곱해 구한다.

계획우수량은 강우 시 유역에 떨어진 빗물 중 관로로 빠지는 양이다. 가장 널리 쓰는 산정법은 합리식이다. 유출계수 C, 강우강도 I, 배수면적 A를 곱해 우수 유출량을 구한다. 합리식은 합리식 Q = CIA/360 (A는 ha) 형태로 쓰며, Q의 단위는 m³/s, I의 단위는 mm/h이다.

합리식의 강우 지속시간은 유달시간으로 본다. 유달시간은 유입시간 t1과 유하시간 t2를 더한 값이다. 유입시간 t1은 가장 먼 곳의 빗물이 하수관거 입구에 닿기까지 걸리는 시간이고, 유하시간 t2는 관거 안을 흘러 계획 지점까지 가는 시간이다. 유하시간은 관 길이 L을 관내 평균 유속 v로 나눠 구한다.

여러 토지이용이 섞인 유역은 면적별 유출계수를 면적으로 가중 평균한 총괄 유출계수를 쓴다. 지하수량은 관거 주변 지하수가 관로에 스며들어 생기는 양으로, 계획 오수량에 더해 하수량을 키우는 요소다.

3. 등장 배경과 필요성

하수도 계획은 우수 배제, 오수 배제와 처리, 슬러지 처리와 처분의 세 기능을 함께 갖추는 것을 기본 요건으로 한다. 세 기능의 규모를 정하는 기준이 계획하수량이다. 기준이 없으면 관로가 작아 침수가 생기거나, 관로가 너무 커서 낮은 유속으로 고형물이 쌓이는 문제가 생긴다.

침수 피해 방지는 하수도의 핵심 목적이다. 강우 시 우수를 빠르게 배제하지 못하면 도심 침수가 일어난다. 따라서 계획우수량은 침수 피해를 막을 만큼 충분해야 하고, 그 값은 강우강도와 유역면적, 유출계수에 따라 달라진다. 도시화가 진행되어 불투수면이 늘면 유출계수가 커지므로 계획우수량도 커진다.

합류식 하수도는 오수관과 우수관이 한 관으로 된 방식이다. 공사비가 적고 강우 시 수세 효과가 있지만, 우천 시 계획 하수량을 넘으면 하수가 월류한다. 이 월류가 공공수역 오염의 원인이 된다. 그래서 합류식 계획에서는 우천 시 계획 하수량을 어떻게 정할지가 중요한 설계 조건이 된다.