하수관로 불명수

왜 배우는가: 하수관로 불명수는 하수처리장 유입수의 희석과 관거 용량 초과, 처리 효율 저하를 일으켜 실무에서 가장 먼저 점검하는 문제다. 3교시와 4교시에 반복해서 출제되므로 발생 원인, 저감 대책, 조사 방법을 한 묶음으로 익혀야 한다.

출제 이력: 제133회 3교시 4번, 제95회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 하수관로 불명수(不明水)는 우수·지하수 등 하수가 아닌 물이 하수관로에 침입하거나 유입되어 하수량과 오염 농도를 변화시키는 물을 말한다.

핵심 키워드

• 불명수(Infiltration and Inflow, I/I)
• 침입수(Infiltration): 지하수가 관거 부실을 통해 들어오는 물
• 유입수(Inflow): 맨홀 뚜껑, 환기구 등 개구부를 통해 직접 들어오는 물
• 강우 침입수: 강우 시 지표수가 토양을 거쳐 관거로 들어오는 물
• 희석 효과: 불명수로 하수 농도가 낮아지는 현상
• 월류(Overflow): 관거 용량 초과로 하수가 넘치는 현상
• 관거 부실: 이음부 파손, 균열, 맨홀 연결부 틈
• CCTV 조사: 관거 내부 상태를 확인하는 조사 수단

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 하수관에 원래 들어와야 할 하수 외의 물이 섞여 들어오는 현상이다. 비가 올 때 빗물이 들어오고, 땅속 지하수가 깨진 이음부로 스며드는 것이다.

정식으로는 하수 이외의 물이 하수관로에 유입되는 현상을 불명수라고 한다. 불명수는 침입수와 유입수를 합한 개념이며, 미국환경보호청(EPA)도 두 가지를 합쳐 본다. 침입수는 지하수가 관, 이음부, 맨홀 벽 틈으로 스며드는 것이고, 유입수는 맨홀 뚜껑이나 우수 연결관처럼 열린 개구부로 직접 들어오는 것이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

• 불명수(I/I): 침입수와 유입수를 합친 말이다. 하수 이외의 모든 유입수를 가리킨다.
• 침입수: 지하수위가 관거보다 높을 때 관거 부실을 통해 들어오는 물이다. 지하수가 주된 수원이다.
• 유입수: 강우 시 맨홀 뚜껑이나 우수 연결 부위로 빠르게 들어오는 물이다. 유량이 급격히 변한다.

불명수의 가장 큰 문제는 하수를 희석하여 처리 효율을 떨어뜨리는 것이다. 하수 농도가 낮아지면 처리장의 생물학적 처리 공정이 설계대로 작동하지 않는다. 동시에 유량이 설계 용량을 넘으면 관거 월류와 하수 역류가 발생한다.

3. 등장 배경과 필요성

우수 배제를 주목적으로 설치된 하수관거는 처리장 건설과 병행하여 정비되어야 했다. 그러나 막대한 시설비와 지하 매설물 때문에 체계적인 정비가 어려웠다. 그 결과 관망 체계가 미비하여 관거 내 하수가 지하로 침투하거나 지하수가 관내로 역류하는 현상이 생겼다.

그 결과 건기에는 설계 하수량보다 적은 양이 흐르고, 우기에는 설계 하수량보다 많은 양이 흐른다. 지하수 유입으로 처리장 유입 하수의 유기물 농도가 낮아져 처리 효율이 떨어진다. 이것이 불명수 문제가 본격적으로 다뤄지게 된 배경이다.

관거 노후화도 원인을 키운다. 관거는 시간이 지날수록 이음부 손상이 늘어 불명수가 증가한다. 또한 차량 하중, 인접 굴착 공사, 지반 부등 침하가 관 파손을 일으킨다. 따라서 불명수 저감은 단순한 처리 효율 문제를 넘어 관거 유지관리 체계의 문제이다.

불명수 관리가 필요한 이유는 다음과 같다. 첫째, 처리장 유입수의 농도를 유지해야 한다. 둘째, 관거 용량을 확보하여 월류를 막아야 한다. 셋째, 지하수 오염을 막아야 한다. 하수가 지하수로 빠져나가는 누수는 지하수 오염의 원인이 되기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

하수관로 불명수는 하수관로에 설계 목적과 무관하게 들어오는 물을 말한다. 크게 침입수(Infiltration)와 유입수(Inflow)로 나뉘며, 두 경로가 합쳐져 Infiltration and Inflow(I/I) 로 불린다. 구성요소를 표로 정리하면 다음과 같다.

표 설명: 침입수는 지하수 경로이므로 건기 유량에도 영향을 준다. 유입수는 빗물이 직접 들어오므로 첨두유량을 크게 올린다. 두 항목을 구분해야 저감대책의 우선순위가 정해진다.

불명수는 관거의 노후화, 관종류, 매설깊이, 지하수위, 기후 조건에 따라 달라진다. 노후 관거는 이음부 누수가 늘고 시간이 갈수록 침입량이 증가한다. 관거 주변 자갈 기초 부설재는 배수 통로 역할을 하여 지하수를 파손부까지 끌어들인다.

발생 원리는 수위차다. 주변 지하수위가 관내 수위보다 높으면 지하수가 관으로 들어온다. 반대로 관내 수위가 높으면 하수가 지하로 새는 누수(Exfiltration)가 생긴다. 이 때문에 지하수위와 관거 높이의 관계가 침입의 방향을 결정한다. 설계 기준으로 불명수는 계획 하수량의 일정 비율 이하로 관리한다.

불명수 영향 평가 절차는 다음과 같다.

• 대상 유역의 관거 연장, 관종, 설치 연도를 조사한다.
• 건기 야간 최소유량을 측정하여 지하수 침입수 규모를 추정한다.
• 강우 시 유량 변화를 측정하여 강우 침입수와 유입수 규모를 분리한다.
• 관로 CCTV 조사와 연기·염료 시험으로 침입 경로를 찾는다.
• 파손 위치별로 보수·갱생 우선순위를 정하고 효과를 재측정한다.

유량 분리 계산 예시: 야간 최소유량을 Q_{min}(㎥/d), 하수 발생 원단위 기반 생활하수량을 Q_{san}(㎥/d)이라 하면 지하수 침입수는 Q_{inf} \approx Q_{min} - Q_{san} 로 근사한다. 결과가 전체 유량의 몇 퍼센트인지로 상식 범위를 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

불명수 관리는 하수도법과 하수도 설계 지침의 계획 원칙을 따른다. 국내에서는 하수관거 정비 사업과 합류식·분류식 관거 설계에서 불명수 허용량을 계획 하수량에 반영한다. 아래 표는 본 절에서 다루는 기준값과 적용 조건을 정리한 것이다. 기준 이름은 현행 명칭으로 쓴다.

표 설명: 계획 불명수량의 정확한 비율은 지역 지침과 조례마다 다르므로 설계 전에 해당 지자체 지침을 적용한다. 본 표는 판단 방법과 적용 조건을 중심으로 정리했다.

개정 연혁: 하수도 관련 기준은 정비 사업 확대에 맞춰 보완되어 왔다. 최근에는 관거 CCTV 조사 단가와 수수료 산정이 지자체 조례로 정해지는 사례가 있다. 수원시 하수도 사용 조례는 CCTV조사 단가를 표준품셈에 따라 산정하도록 규정한다.

불명수 저감의 출발점은 침입 경로를 실측으로 찾는 것이다. 이 절의 기준값은 설계 단계와 운영 단계에서 함께 확인한다.

6. 유형과 비교

하수관로 불명수는 유입 경로와 발생 특성에 따라 침입수(Infiltration)와 유입수(Inflow)로 나뉘고, 강우와의 관계에 따라 다시 세분한다. 답안에는 발생 경로와 시간적 특성을 함께 적어야 점수가 난다.