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문제 정의
- 따라서 본 연구는 위와 같은 점에 착안하여 기존의 합류식 하수관거 내 우오수분리벽 설치 유무에 따른 CSOs의 제어효과와 우오수분리벽의 설치로 인하여 CSOs에 큰 영향을 미치는 퇴적물의 영향을 분석하여, 우오수분리벽이 합류식 하수관거 내부에서 CSOs제어에 효과적인 방안임을 제시하고자 한다.
가설 설정
- 대사천 지점과 과례천 지점은 청천시 3시간 간격으로, 우기시 5-10분 간격으로 유량을 각각 측정하였다. 이때 시간최대유량을 구하기 어려운 여건이므로 청천시에는 3시간 간격으로 측정한 유량을 비교하여 하루 중 최대유량을 시간최대유량으로 가정하였다.
제안 방법
- 강우량은 기상청 관측자료 중 지역별상세 관측자료(AWS)를 이용하였다. 강우시 하수관거 토구에서 월류시점과 월류되지 않고 다시 차집관거로 유입되는 종점을 관찰하여 월류수를 산정하였다. 월류시점의 유량과 월류되었다가 다시 월류가 끝나는 종점까지의 유량에 월류시간을 곱하여 총 월류량(m3)를 산정하였다.
- 과례천 관거의 경우 차집관거 부근부터 서대전역 부근까지 구배불량으로 인하여 다량의 퇴적물이 쌓여 있으며, 퇴적물 구간의 길이가 너무 길어 정확한 측정을 하기에 어려움이 있어 차집관거에서 400 m 정도 안쪽에 있는 일부구간(길이 : 200 m, 폭 3.4 m)을 기준으로 하여 퇴적물을 조사하였다. 청천시 과례천 합류식하수관거 내 퇴적물 구간의 평균 유속은 2회 측정시 평균 유속은 각각 0.
- 대사천 지점과 과례천 지점은 청천시 3시간 간격으로, 우기시 5-10분 간격으로 유량을 각각 측정하였다. 이때 시간최대유량을 구하기 어려운 여건이므로 청천시에는 3시간 간격으로 측정한 유량을 비교하여 하루 중 최대유량을 시간최대유량으로 가정하였다.
- 월류수의 조사 일정은 청천시 2회, 강우시 3회로 하였으며, 장마기간을 기준으로 전후로 나누어 조사일정을 결정하였다. Fig.
- 월류시점과 종점사이의 유량, 측정농도, 시간을 곱하여 모두 합한 값에 총 월류량으로 나누어 유량가중평균농도(EMC : event mean concentration)를 구하여 월류구간 사이의 평균농도(mg/L)를 산정하였으며 이때의 유량가중평균 농도에 월류량을 곱하여 월류시 발생하는 월류오염부하량(kg)을 산정하였다. 이 두 가지 계산식은 아래와 같다.
대상 데이터
- 토구지점에서의 유량측정은 유속-단면적 측정방법을 사용하였으며 수질분석항목은 수질오염공정시험법(환경부, 2009)에 의하여 수행하였다. 강우량은 기상청 관측자료 중 지역별상세 관측자료(AWS)를 이용하였다. 강우시 하수관거 토구에서 월류시점과 월류되지 않고 다시 차집관거로 유입되는 종점을 관찰하여 월류수를 산정하였다.
- 우오수분리벽 설치지역과 미설치된 지역의 CSOs 제어효과를 분석하기 위해 하수관거 토구 지점으로 각각 1지점을 선정하였다. 우오수분리벽이 설치된 합류식 하수관거 지점인 대사천 유역은 대전시의 3대 하천 중 대전천의 지류로 유역면적은 1 km2이며, 토구는 이련 사각형 함거로 되어 있으며, 양쪽에 우오수분리벽이 설치되어 있어 중앙으로 계곡수가 흐르고 양측 가장자리로 오수가 흐르게 되어있다.
- 청천시 2011년 5월 5일, 8월 30일 2회에 걸쳐 대사천지점의 오수량 및 계곡수량을 측정하였다. 전체 평균 오수량은 3,794 m3/d 이며, 계곡수량은 620 m3/d로 오수량이 약 6배 정도 많이 발생하는 것으로 조사되었다.
이론/모형
- 토구지점에서의 유량측정은 유속-단면적 측정방법을 사용하였으며 수질분석항목은 수질오염공정시험법(환경부, 2009)에 의하여 수행하였다. 강우량은 기상청 관측자료 중 지역별상세 관측자료(AWS)를 이용하였다.
성능/효과
- 1) 강우시 관내 유속과 유출되는 SS 부하량의 관계에서 우오수분리벽이 설치되어 퇴적물이 적은 지점(대사천)에 비해 우오수분리벽이 미설치된 지점(과례천)이 높은 상관관계를 나타냈다. 이는 관거내 퇴적물의 재부유에 의한 유출이 CSOs에 영향을 높게 준 것으로 보여진다.
- 2) 우오수분리벽이 설치된 지역에서 청천시에 비해 강우시 평균 유량이 약 3.1배 정도 증가하며, 오염부하량은 BOD 기준 약 4.7배, SS는 약 38배 증가하는 것으로 나타나 SS/BOD는 약 3배 높은 부하량을 보였다. 미설치지역의 경우 평균 유량은 약 19배 정도 증가하며, 오염부하량은 BOD 기준 약 27배, SS는 342배 증가하는 것으로 나타나 SS/BOD는 약 5배 높은 오염부하량을 보였다.
- 3) 우오수분리벽이 설치된 경우 우오수분리벽에 의한 BOD 제어효과는 38 %를 보였으며 미설치된 지역은 24 %로 나타났지만, 미설치지역에 우오수분리벽 설치시 24 % 보다 훨씬 높을 것으로 판단된다.
- SS의 경우 오염부하량은 청천시에 비해 강우 시 342배 증가하는 경향을 보였으며, SS/BOD 오염부하량 비율에 비하여 약 5배 높은 오염부하량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 우오수 분리벽이 설치된 대사천의 비율인 3배에 비하여 더 높은 증가율을 보였다.
- 10은 오염부하 제어효과를 쉽게 이해하기 위해 그림으로 나타낸 것이다. 강우시 유출오염부하 1,308 kg BOD 중에 312 kg BOD가 차집되고, 996 kg BOD가 하천으로 유출되므로 우오수분리벽에 의해 24 %의 오염물질이 차집되는 제어효과를 보였다. 과례천 지점에 우오수분리벽을 설치할 경우 청천시에는 오수는 전량차집되고 계곡수는 수계로 유출되며, 강우시에는 우수의 일부분이 계곡수와 수계로 유출되어 차집관거로 유입되는 양은 훨씬 줄어들게 될 것이다.
- 92 mg/L로 나타났다. 계곡수의 경우 평균 BOD는 3.3 mg/L로 나타나 청천시 우오수분리벽 설치지역에서 계곡수 관거내로 오수가 유입되지 않음을 간접적으로 확인할 수 있었다.
- 청천시와 강우시를 비교해보면 강우시에는 청천시보다 평균 유량이 약 19배정도 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 27배 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 강우시 최대오수량은 1,282,010 m3/d로 청천시 평균오수량에 비해 약 43배 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 71배 증가하는 것으로 나타났다.
- 7배 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 강우시 최대오수량은 18,073 m3/d로 청천시 평균오수량에 비해 약 4.8배 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 12.3배 증가하는 것으로 나타났다. 반면에 강우시 SS는 약 38.
- 4배 정도 유속이 증가되는 효과를 볼 수 있을 것으로 나타났다. 따라서, 합류식 하수관거내에 우오수분리벽 설치시 오우관거 내 유속 증가로 퇴적물이 쌓이는 것을 방지하여 CSOs에 의한 유출 SS 부하량을 제어하는데 큰 효과가 있을 것으로 본다.
- 7배, SS는 약 38배 증가하는 것으로 나타나 SS/BOD는 약 3배 높은 부하량을 보였다. 미설치지역의 경우 평균 유량은 약 19배 정도 증가하며, 오염부하량은 BOD 기준 약 27배, SS는 342배 증가하는 것으로 나타나 SS/BOD는 약 5배 높은 오염부하량을 보였다. 이 경우 강우시 우오수분리벽이 설치된 지역이 미설치 지역의 오염부하량 보다 낮게 나타났으며, 특히 SS/BOD 비율이 설치지역에서 낮게 나타나 우오수분리벽의 설치로 인하여 합류식 하수관거내 퇴적물의 제어에 큰 효과가 있음을 알 수 있다.
- 8 m/s의 유지는 관내 퇴적물과 관련되어 있으며, 이 지점에 우오수분리벽 설치시 유속증가를 개략적으로 산출하였다. 수심의 변화가 크지 않다는 가정에 유속-단면적 공식을 적용하여 우오수분리벽의 설치시 퇴적물 구간의 유속을 산출하면 0.97 m/s, 1.05 m/s으로 현재 유속에서 약 3.4배 정도 유속이 증가되는 효과를 볼 수 있을 것으로 나타났다. 따라서, 합류식 하수관거내에 우오수분리벽 설치시 오우관거 내 유속 증가로 퇴적물이 쌓이는 것을 방지하여 CSOs에 의한 유출 SS 부하량을 제어하는데 큰 효과가 있을 것으로 본다.
- 청천시 오수의 평균 유량은 3,264 m3/d로 전량 차집되며, 오수의 경우 사람들의 사회 활동이 활발한 낮에 발생량이 많은 것으로 나타났으며 계곡수량은 시간에 관계없이 비슷한 발생량을 보였다. 오수의 수질은 평균적으로 BOD 50 mg/L, CODmn 64 mg/L, SS 37 mg/L, TN 4.73 mg/L, TP 2.92 mg/L로 나타났다. 계곡수의 경우 평균 BOD는 3.
- 우오수분리벽이 설치된 과례천 지점의 총월류량 24,565 m3에 대하여 SS 기준으로 유량가중 평균농도는 156 mg/L, 월류오염부하량은 762 kg, 강우량당 월류오염부하량은 54 kg/mm로 나타났다.
- 우오수분리벽이 설치된 대사천 지점의 총월류량 401 m3에 대하여 SS 기준으로 유량가중평균농도는 144 mg/L, 월류오염부하량은 58 kg, 강우량당 월류오염부하량은 4.1 kg/mm로 나타났다.
- 4는 강우시 시간에 대한 강우량, 유량 그리고 수질에 대한 변화를 나타낸 것이다. 월류시작 후 35분 이후에 월류량이 최고로 나타났으며, 월류 초반에 20분내에 SS가 가장 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 한편, 하수도법 시행규칙(환경부, 2007)의 강우시 월류수 BOD 농도기준(40 mg/L이하 유지)을 감안하였을 경우 월류시점에서 20분 이내에서 월류수의 농도기준 이하로 나타났다.
- 청천시 2011년 5월 5일, 8월 30일 2회에 걸쳐 대사천지점의 오수량 및 계곡수량을 측정하였다. 전체 평균 오수량은 3,794 m3/d 이며, 계곡수량은 620 m3/d로 오수량이 약 6배 정도 많이 발생하는 것으로 조사되었다.
- 청천시 과례천 지점의 수질측정결과 평균적으로 BOD 76 mg/L, CODmn 100 mg/L, SS 66mg/L, TN 16.5 mg/L, TP 6.58 mg/L로 측정되었다. 같은 대전지역의 합류식하수 관거인 천석교 지점의 수질은 BOD 71 mg/L, CODcr 282 mg/L, SS 39 mg/L, TN 21 mg/L, TP 2.
- 4 m)을 기준으로 하여 퇴적물을 조사하였다. 청천시 과례천 합류식하수관거 내 퇴적물 구간의 평균 유속은 2회 측정시 평균 유속은 각각 0.28 m/s, 0.31 m/s로 하수도 시설기준에서 합류식 하수관거의 유속 0.8 m/s에 못 미치는 것으로 나타났다. 합류식하수관거 내 유속 0.
- 9는 오염부하 제어효과를 쉽게 이해하기 위해 그림으로 나타낸 것이다. 청천시 오수는 전량 차집관거로 차집되며 계곡수는 수계로 유출되지만, 강우시 계곡수와 일부분의 우수는 수계로 유출되고 오수의 실측결과 유출오염부하 9.8 kg BOD 중에 3.7 kg BOD가 차집되고, 6.1 kg BOD가 하천으로 유출되므로 우오수분리벽에 의해 38 %의 오염물질이 차집되는 제어효과를 보였다. 하지만 우오수분리벽이 미설치된 경우 오수와 우수 혼합되어 30 %의 낮은 차집효과를 나타낼 것으로 판단된다.
- 3은 2011년 8월 30일에 청천시 대사천 지점 토구에서 하루 중 3시간 간격으로 오수량과 계곡수량의 변화를 나타낸 것이다. 청천시 오수의 평균 유량은 3,264 m3/d로 전량 차집되며, 오수의 경우 사람들의 사회 활동이 활발한 낮에 발생량이 많은 것으로 나타났으며 계곡수량은 시간에 관계없이 비슷한 발생량을 보였다. 오수의 수질은 평균적으로 BOD 50 mg/L, CODmn 64 mg/L, SS 37 mg/L, TN 4.
- 청천시와 강우시를 비교해보면 강우시에는 청천시보다 평균 유량이 약 19배정도 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 27배 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 강우시 최대오수량은 1,282,010 m3/d로 청천시 평균오수량에 비해 약 43배 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 71배 증가하는 것으로 나타났다.
- 청천시와 강우시를 비교해보면 강우시에는 청천시보다 평균 유량이 약 3.1배정도 증가하며, 오염부하량은 BOD기준 약 4.7배 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 강우시 최대오수량은 18,073 m3/d로 청천시 평균오수량에 비해 약 4.
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