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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 ‘05년 JC군 하수관거정비 임대형민자사업 등 시설 준공 후 운영 성과평가가 진행 중인 연구대상 사업 15개(2005년 8개소, 2006년 7개소) 사업에 대하여 사업시행에 따른 사업효과를 검토하였으며, 유량계 설치·운영 실태를 분석하여 개선방안을 제시함으로써 신뢰성 있는 유량 Data를 확보하고자 하였다.
제안 방법
- 2012년 7월 기준 하수관거정비 임대형민자사업을 시행 또는 추진 중인 92개 지자체를 대상으로 설문조사를 실시하여 설문에 응답한 78개 사업에 대하여 고정식유량계의 형식 및 수량, 특성 등의 고정식유량계 설치현황을 조사하였으며, 연구대상 15개 사업에 대해서는 유량계 설치위치 및 지점의 특성, 유량계 형식 및 제조사, 관경, 평균유량 등의 현황을 조사하였다.
- 유량계 설치실태 조사결과 유량계 설치 개선이 필요한 지점에 대해서는 측정지점 및 유량계 형식 변경, 설치방법 개선, 유량계 추가설치 여부 등의 개선방안을 검토하였다. 개선방안 검토시에는 도상 및 현장조사를 통해 대체지점을 선정하고, 이동식 유량계(면속식 및 Flume식)를 7일 이상 설치하여 수집된 유량 Data의 신뢰성 등을 검토하여 대체 설치지점 및 개선방안의 적정성을 검토하였다.
- 또한, 연구대상 사업에 대해서는 유량계 설치지점별로 유량계 설치공사 시방서, 하수관거 유량계 설치 및 유지 관리 매뉴얼(환경부, 2008)’ 등에서 공통적으로 제시하고 있는 아래 Table 2 및 Table 3의 유량계 설치장소 선정 조건 및 유량계 종류별 설치조건에 따라 설치현황의 적정성을 검토 하였으며, 지점별 유량 Data의 패턴 등을 검토하여 수집된 Data의 적정성 등을 검토하였다.
- 또한, 하수관거의 유량계 설치지점별 공사 전·후및 운영기간 동안의 일최대오수량 대비 침입수 발생 현황을 검토하였으며, 대상구역 주변하천의 공사 전·중·후 수질측정 자료를 검토하여 하수관거정비 임대형민자사업 시행에 따른 사업효과를 분석하였다.
- 연구대상 15개 사업에 대하여 사업 전·후의 침입수 분석결과에 대한 검토와 운영단계의 침입수 분석결과를 비교 검토하였다. 사업 전의 분석결과는 기본 및 실시설계 자료를, 사업 후의 분석결과는 준공시의 사업효과 분석보고서 자료를 활용하였으며, 운영단계의 침입수 분석은 운영사로부터 수집한 유량측정 결과 등을 활용하였다.
- 연구대상 15개 사업 중 준공시 주변하천 수질분석 결과가 제시된 6개 사업 18개 지점에 대하여 사업 전·중·후 하천수질 개선효과를 분석하였다.
- 연구대상 15개 사업에 대하여 사업 전·후의 침입수 분석결과에 대한 검토와 운영단계의 침입수 분석결과를 비교 검토하였다.
- 연구대상 사업에 대한 기본 및 실시설계보고서, 성과 보증 결과보고서, 하수도 통계연보(환경부), 공공하수처리시설 운영현황(환경부), 운영단계의 유량 측정자료 등을 검토하여 하수관거정비 임대형민자사업 시행 전·후의 하수처리장 유입 유량 및 수질, 오염부하량 변동 현황 분석을 통해 하수처리장의 운영효율 개선효과를 분석하였다.
- 5%로 다소 증가된 것으로 분석되었다. 운영단계시의 침입수 분석은 운영중 유량측정 및 분석결과 제시된 11개 대상지역에 대한 자료를 활용하였으며 일최대오수량 대비 침입수 발생비율을 적용하였다.
- 유량계 설치실태 조사결과 유량계 설치 개선이 필요한 지점에 대해서는 측정지점 및 유량계 형식 변경, 설치방법 개선, 유량계 추가설치 여부 등의 개선방안을 검토하였다. 개선방안 검토시에는 도상 및 현장조사를 통해 대체지점을 선정하고, 이동식 유량계(면속식 및 Flume식)를 7일 이상 설치하여 수집된 유량 Data의 신뢰성 등을 검토하여 대체 설치지점 및 개선방안의 적정성을 검토하였다.
- 하수처리시설 운영 개선효과에 대한 분석은 15개 연구대상 하수관거정비 임대형민자사업(BTL)과 연계된 22개 하수처리시설을 대상으로 사업 전·후 효과를 분석하였다.
대상 데이터
- 전국에서 추진 중인 하수관거정비 임대형민자사업 중 시설물 준공 후 운영 성과평가가 진행되고 있는 2005년~ 2006년 사업 중 15개 사업을 연구 대상지역으로 선정하였으며, 대상지역에 대한 사업효과분석, 유량계 위치별 설치현황 및 측정 Data의 분석, 주요 문제점별 개선방안을 검토하였으며, 연구 대상지역 현황은 Table 1과 같다.
성능/효과
- JJ지역을 제외한 21개 하수처리장에서 유입수질이 증가하였으며, 불명수량의 감소 및 정화조 폐쇄에 따른 분뇨 직투입 등이 수질증가의 원인으로 판단되었다.
- 고정식유량계 설치·운영 현황 조사결과 주요문제점은 펌프장 및 시설물 운전영향(32%), 사업 외 지역 하수 유입(29%), 저수위 지점의 유효 Data 확보율 저하(22%), 차집관거 및 하수처리장 영향(13%) 등의 순으로 나타났으며, 주요문제점에 대한 개선방안은 1)펌프장 등 시설물 영향 비간섭 지점으로의 이동, 2)사업 외 지역 하수량이 발생되지 않는 지점으로 이동 또는 유량계 추가설치를 통한 사업 외 지역 유량 차감, 3)유량계 최소 측정 가능 수위 확보지점으로 이동 또는 유량계 형식변경, 4)차집관거 및 하수처리장 운영 비간섭 지점으로의 이동, 5)유량계 센스 설치개선 및 조건에 부합하는 지점으로 이동 등으로 검토되었다.
- 고정식유량계 설치실태 조사결과 설치·운영 개선이 필요할 것으로 검토된 51개 지점에 대한 주요 문제점별 현황은 Fig. 8과 같이 펌프장 및 기타시설물 운전영향(32%), 사업 외 지역 하수 유입(29%), 저수위 지점의 유효 Data 확보율 저하(22%), 차집관거 및 하수처리장 영향(13%) 등의 문제점이 있는 것으로 조사되었다.
- 6%로 나타났으며, 사업별로 개선효과는 상이하지만 사업 전에 비해 침입수 비율의 저감이 큰 것으로 검토되었다. 공사 전에 비해 공사 후 침입수 발생비율 감소 요인은 기존관로 개보수및 배수설비 정비에 따른 불명수 저감이 요인으로 예측되었다.
- 따라서, 연구대상 지역과 연계된 하수처리시설은 하수관거정비 사업진행 후 계획수질 대비 유입수질의 증가, 오염부하량 증가 등의 결과를 볼 때 하수처리장 운영효율이 개선된 것으로 판단되었다.
- 따라서, 하수관거정비사업 시행 후 하수처리장의 계획 수질 대비 유입수질 증가 등으로 인한 운영효율 개선, 성과보증지점의 하수관거 침입수 발생비율의 저하, 사업 구역 주변 하천의 수질개선 등의 효과를 볼 때 하수관거 정비사업에 따라 가시적인 효과가 발생한 것으로 검토되었다.
- 또한 연구대상 사업의 하수관거 성과보증 지점별 공사 전·후 침입수 발생비율을 검토한 결과 평균 57.1%에서 15.6%로 크게 개선된 것으로 나타났으며, 사업구역 주변 소하천의 공사 전·중·후 수질변동 현황을 검토한 결과 평균 BOD 농도는 공사 전 9.7mg/L, 공사 중 5.8mg/L, 공사 후 4.1mg/L로 점차적으로 개선된 것으로 분석되었다.
- 1mg/L로 나타났으며, 하수관거 사업후 평균 135%의 하천수질 개선효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 18개 하천수질 조사 지점 중 Fig. 6과같이 16개 지점에서 BOD 농도가 저감된 것으로 나타나 하수관거정비 임대형민자사업 시행에 따라 공공수역 수질개선 효과가 나타난 것으로 판단되었으며, R3 지점 등 2개 지점의 경우 하천수질 측정시기의 상이로 인해 계절적 영향 등으로 인해 농도가 다소 증가된 것으로 판단되었다.
- 또한, 사업 준공시(공사 후)의 침입수 비율과 운영단계시의 침입수 비율을 검토한 결과 Fig. 5와 같이 준공시 평균 17.1%에서 운영단계 평균 20.5%로 다소 증가된 것으로 분석되었다. 운영단계시의 침입수 분석은 운영중 유량측정 및 분석결과 제시된 11개 대상지역에 대한 자료를 활용하였으며 일최대오수량 대비 침입수 발생비율을 적용하였다.
- 또한, 연구대상 시설 총 22개 시설 중 10개의 하수처리장에서 평균 유입유량이 감소되었으며, 12개 하수처리장은 평균 유입유량이 증가된 것으로 조사되었다.
- 또한, 연구대상 지역의 고정식유량계 설치·운영 현황을 조사한 결과 고정식유량계 총 88개소 중 54개소 (61.4%) 지점은 측정된 유량 Data가 양호 또는 성과보증이 가능할 것으로 판단되었으나 34개소(38.6%) 지점은 유효 Data확보율 등의 문제가 조사되었다.
- 또한, 유량 측정지점 상류의 단차부 등으로 인해 와류가 형성되는 지점에 유량계가 설치된 경우 와류가 발생되지 않는 지점으로 이동한 경우 정상 Data 획득률이 높아질 것으로 검토되었으며, 사업 외 지역의 하수 유입으로 인해 I/I 분석 및 성과보증이 어려운 지점의 경우에는 사업 외 지역 하수유입이 없는 지점으로의 이동 또는 사업 외 지역 유입유량을 측정할 수 있는 유량계를 추가 설치하여 차감할 경우에는 성과보증 및 I/I 분석이 가능할 것으로 판단되었다.
- 연구대상 15개 사업 중 준공시 주변하천 수질분석 결과가 제시된 6개 사업 18개 지점에 대하여 사업 전·중·후 하천수질 개선효과를 분석하였다. 분석결과 18개 지점의 평균 BOD 농도는 공사 전 9.7mg/L, 공사 중 5.8mg/L, 공사 후 4.1mg/L로 나타났으며, 하수관거 사업후 평균 135%의 하천수질 개선효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 18개 하천수질 조사 지점 중 Fig.
- 8), 관거 여유율(100% 이상)을 고려하여 국내 하수관거 BTL 사업에 주로 적용된 관경에 대해 관거여유율별 야간 최소유량 발생시 최저수위를 산정한 결과는 Table 6과 같다. 산정결과를 검토한 결과 D300mm 이하의 관경에서 야간 최소유량을 일최대하수량의 10~20%로 가정할 시면속식 유량계의 최저 측정수위(현장경험치 약 30mm) 이하가 발생되는 것으로 나타났다. 따라서, 면속식 유량계의 신뢰성 있는 유량 Data 수집을 위해서는 설치지점의 평균하수량 대비 야간 최소하수량의 발생현황, 유속, 인버터 상태 등의 설치조건을 보다 면밀히 검토하여 면속식 유량계 적용 적정성 여부를 유량계 설치 전에 검토하여야 할 것으로 판단되었다.
- 아울러, 대상시설의 오염부하량 개선효과는 Fig. 3과같이 공사 전 평균 3,809kg에서 공사 후 평균 5,565kg으로 증가되어 공사 전에 비해 약 146% 증가된 것으로 분석되었으며, YS시 등 2개 하수처리장을 제외하고 사업 후 오염부하량이 증가된 것으로 나타났다.
- 연구대상 15개 사업 중 공사 전·후 유량 및 수질조사를 수행한 14개 지역에 대하여 침입수비율(일최대오수량 대비 침입수량)을 분석한 결과 Fig. 4와 같이 공사 전 평균 57.1%, 공사 후(준공시) 평균 15.6%로 나타났으며, 사업별로 개선효과는 상이하지만 사업 전에 비해 침입수 비율의 저감이 큰 것으로 검토되었다.
- 연구대상 15개 사업에 대한 유량계 설치실태 조사결과 면속식(초음파식) 유량계가 가장 많이 적용된 것으로 나타났으나 면속식 유량계의 경우 수중 침적형 센서의 특징으로 인해 일정 수위(센스부 두께 이상)를 확보하지 않을 경우 유량 측정시 오류가 발생되는 것으로 검토되었다.
- 연구대상 사업과 연계된 하수처리시설의 수질측정 자료를 검토한 결과 Fig. 2와 같이 평균 계획수질(BOD)은 151.4mg/L로 조사되었으며, 하수관거정비 사업 전 평균 유입수질은 86.9mg/L에서 사업 후 143.9 mg/L로 약 166% 개선된 것으로 분석되었다.
- 연구대상 사업과 연계된 하수처리장의 운영현황을 검토한 결과 평균 유입유량은 35,853㎥/일에서 32,502㎥/일로 감소, 평균 유입수질(BOD)은 86.9mg/l에서 143.9mg/l 로 증가, 평균 오염부하량은 3,809kg에서 5,565kg으로 증가된 것으로 나타났다. 또한 연구대상 사업의 하수관거 성과보증 지점별 공사 전·후 침입수 발생비율을 검토한 결과 평균 57.
- 연구대상 사업에 설치된 88개소의 고정식유량계 설치·운영 현황을 조사한 결과 Fig. 7과 같이 총 88개소의 고정식유량계 중 54개소(약 61.4%)의 유량측정 지점은 양호 또는 성과보증이 가능할 것으로 판단되었으나 34개소(약 38.6%) 지점은 유효 Data 확보율 저하 등으로 불량한 것으로 검토되었다.
- 조사결과 Table 4와 같이 국내 하수관거 BTL사업에 적용된 고정식 유량계는 초음파식, 전자식, 만관식, 레이더식, 벤츄리플륨식 총 5개 타입이 432개 설치된 것으로 나타났다. 이중 초음파식 유량계가 전체 설치 유량계 중 약 77%(332개소)로 가장 많이 설치된 것으로 조사되었고, 전자식, 만관식, 레이더식, 벤츄리플륨방식 순으로 설치된 것으로 나타났다.
- 하수관거정비 BTL사업의 진행 단계별 하수관거의 침입수 분석결과 운영단계에서 준공시 보다 다소 높게 나타났으나, 공사 전에 비해 공사 후(준공시) 침입수 발생 비율이 평균 72.7% 저감된 것으로 볼 때 사업시행에 따른 효과가 발생한 것으로 판단되었다.
- 하수처리시설의 유입유량 변동현황에 대한 분석결과는 Fig. 1과 같이 공사 전 유입유량은 평균 35,852㎥/일에서 공사 후 32,502㎥/일로 감소한 것으로 나타났으며, 평균 계획 시설용량은 49,700㎥/일 인 것으로 나타났다.
후속연구
- 산정결과를 검토한 결과 D300mm 이하의 관경에서 야간 최소유량을 일최대하수량의 10~20%로 가정할 시면속식 유량계의 최저 측정수위(현장경험치 약 30mm) 이하가 발생되는 것으로 나타났다. 따라서, 면속식 유량계의 신뢰성 있는 유량 Data 수집을 위해서는 설치지점의 평균하수량 대비 야간 최소하수량의 발생현황, 유속, 인버터 상태 등의 설치조건을 보다 면밀히 검토하여 면속식 유량계 적용 적정성 여부를 유량계 설치 전에 검토하여야 할 것으로 판단되었다.
- 아울러, 면속식(초음파식) 유량계의 경우 야간 및 새벽시간대 등에 최소수위 미확보시 신뢰성 있는 유량 Data 확보가 어려움에 따라 현장적용 및 설계 반영시에는 설치지점의 평균하수량 대비 야간 최소하수량의 발생현황, 유속, 맨홀 인버터 상태 등의 설치조건을 보다 면밀히 검토하여 면속식 유량계 적용 적정성 여부를 검토하여야 할 것으로 판단되었다.
- 이에 따라 향후 면속식 유량계의 현장적용 및 설계반영을 위해서는 야간 최소하수량 발생 시간대의 유량계 설치지점의 최소수위를 검토하여 면속식유량계 적용가능 여부를 검토하여야 할 것으로 예상되었다.
- 6%) 지점은 유효 Data 확보율 저하 등으로 불량한 것으로 검토되었다. 하지만, 88개소 지점 중 유효 Data 확보율이 낮은 34개소 지점 및 사업 외 지역 유입하수 등의 영향을 받는 17개 지점의 경우 I/I 성과보증을 위해서는 유량계 설치위치 개선 또는 I/I 분석결과 활용시 보완이 필요할 것으로 검토 되었다. 고정식유량계 설치실태 조사결과 설치·운영 개선이 필요할 것으로 검토된 51개 지점에 대한 주요 문제점별 현황은 Fig.
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