▲ 상수관망 진단·운영관리 시범사업 준공 기념촬영 장면. 왼쪽에서 세 번째부터 최홍규 K-water 수도사업본부장, 남궁은 수처리선진화사업단장, 김한수 K-water 수도관리처장.

상수관망 최적관리 토털솔루션 탄생
K-water(한국수자원공사)는 지난 2004년부터 수처리선진화사업단의 ‘Eco-STAR Project’ 연구사업 관망 분야 주관기관으로 참여해 ‘상수관망 최적관리 기술 개발’과제를 수행했다. 이를 통해 관망 시스템의 성능을 과학적으로 진단하고, 지리정보 시스템(GIS) 및 실시간 감시를 기반으로 안정적이고 효율적인 운영관리가 가능한 상수관망 진단·운영관리 시스템인 ‘water-NET’을 개발·출시했다.

‘water-NET’은 크게 상수관망 진단 프로그램인 Dr.Pipe와 상수관망 운영관리 프로그램인 Net.Operation으로 구성되어 있으며, K-water는 지난 10월31일 대전 컨벤션센터에서 개최된 ‘2011 Water Korea’에서 그간의 사업성과를 전시했다.

관망 시스템 체계적 관리 미흡

▲ K-water(한국수자원공사)는 ‘water-NET’을 개발, 지난 10월31일 대전 컨벤션센터에서 개최된 ‘2011 Water Korea’에서 그간의 사업성과를 전시했다. 김세환 관망개선팀장이 관람객들에게 ‘water-NET’에 대해 설명을 하고 있다.

산업화 및 도시화에 따른 상수도 보급률 증가, 수질관리 기준 강화 등 양적, 질적 성장을 거듭하고 있는 수도시설의 상황과 달리, 관망 시스템의 경우 과학적이고 체계적인 관리가 미흡한 실정이다.

 

지난 2009년 한해 전국의 누수량은 약 6억6천만㎥ 이었으며, 이는 매년 서울 상암월드컵경기장 330개를 가득 채울 수 있는 양이다. 1㎥당 약 600∼700원씩 하는 수도요금을 적용할 경우 노후 수도관으로 인해 연간 5천억 원 안팎의 막대한 경제적 손실이 발생하고 있는 것이다.

 

K-water는 ‘Eco-STAR Project’ 4단계(2009년 6월∼2011년 5월) 시범사업을 통해 ‘상수관망 최적관리 기술’의 현장 적용성과 그 성과를 검증했으며, 이 기술이 상수관망에 대한 ‘과학적인 진단, 합리적인 정비, IT 기반의 운영’을 실현함으로써 수질의 안전성, 수량의 안정성, 최적 에너지관리라는 3가지 핵심요소를 모두 갖춘 상수관망 관리 토털솔루션이 될 수 있을 것이라 기대하고 있다.

 

▲ [그림 1] 상수관망 진단·운영관리 시스템 ‘water-NET’ 구성

Dr.Pipe와 Net.Operation으로 구성
이번에 K-water에서 개발한 상수관망 최적관리 기술은 ‘water-NET’이라는 상수관망 진단·운영관리 시스템으로 출시됐으며, ‘water-NET’은 크게 Dr.Pipe와 Net.Operation으로 구성되어 있다.

먼저 상수관망 진단 프로그램인 Dr.Pipe는 상수관망의 정비 및 개량사업을 보다 효율적이고 합리적으로 수행하기 위해 제시된 ‘선(先)진단-후(後)개량’ 정책의 기술적 실현을 목표로 개발된 상수도 관망 성능평가 및 진단 소프트웨어이다.

 

Dr.Pipe는 관로 정보화와 수리, 수질 및 시설 분야별 진단과 평가를 바탕으로 최적의 관망개선계획 수립을 지원하는 관망진단 전문 프로그램이며, 이를 통해 체계적인 관리가 미흡한 국내 상수관망 관리에 새로운 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ [그림 2] 상수관망 성능평가 및 진단프로그램(Dr.Pipe)의 주요기능

관로 유량·수압 등 실시간 감시
상수관망 운영관리 프로그램인 Net.Operation은 GIS와 실시간 데이터를 기반으로 실시간 관망해석, 수량, 수질, 위기, 에너지관리 등의 모듈로 구성된 관망 운영관리 프로그램이다. 실시간 관망 해석을 통해 각 관로의 유량 및 수압 등 관망 수리 거동을 파악할 수 있으며, 실시간 누수 감시 및 누수량 추정 등이 가능하다.

또한 수송에너지 저감을 위한 펌프 성능의 실시간 분석, 안전한 수돗물 공급을 위한 수질 감시 및 예측 기능, 비상 시 신속 대처 및 피해 확산 방지를 위한 위기관리 기능 및 수요  예측을 관리해 줌으로써 관망 정보와 관망의 운영 상태를 실시간으로 파악할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.

 

‘water-NET’ 시스템은 각종 선진 요소 기술들을 단순히 조합한 시스템이 아닌, 우리나라 실정에서 취득 가능한 데이터들을 중심으로 기본적으로 수행하고 있는 유수율 제고, 노후관 개량 및 운영관리 등의 업무 프로세스를 체계화·표준화하여 현장에서 작업자가 쉽게 활용할 수 있도록 개발된 시스템이다.

실용성 강화를 최우선하는 개발 방향을 실현하기 위해, 개발 시작 단계에서부터 ‘현장 → Product → Process → Program → System → 현장’의 개발 전략에 따라 기술 개발이 이뤄졌으며, 시범사업을 통해 상용화 기술로서 현장 적용성과 효과를 검증했다.

▲ [그림 3] 상수관망 운영관리 프로그램(Net.Operation)의 주요 기능

▲ [그림 4] 시스템 개발 전략

거제시·정읍시에 프로그램 적용
상수관망 진단 프로그램인 Dr.Pipe의 검증은 경남 거제시 총면적 401.6㎢ 중 44.2㎢(11%)를 차지하고 있는 신현 계통에서 시행됐다. 관망시설 기초조사, DB 구축, 블록 구축 계획, 관망 정비계획 수립 등 유수율 제고 및 관망 개선을 위한 일련의 사업 과정에서 분야별 진단기법을 적용 및 검증했으며, 시범사업 지역의 유량, 수압, 수질 조사 및 유수율 분석 등을 통해 사업 전·후의 효과 분석을 시행했다.

 

[표 1]에서와 같이 수량의 안정성 측면에서 유수율은 지난 2009년 말 대비 약 6.5%가 향상됐으며, 이에 따른 무수 수량 저감은 약 4억 원의 절감 효과를 나타냈다. 또한, 불안정하고 높은 수압 편차(약 3.3kgf/㎠)가 크게 감소되어 누수파손 건수도 현저히 감소됐다.

 

시설적 측면에서는 기존 진단방식을 적용했을 때 약 37.5㎞를 일괄 교체하는 것으로 계획됐으나, Dr.Pipe를 적용할 경우 약 15㎞로 교체물량이 60% 감소되는 등 시설 투자의 대폭적인 절감 효과도 가져다주었다. 상수관망 운영관리 프로그램인 Net.Operation은 블록 시스템 구축 및 관망 정비가 완료된 전북 정읍시 지방상수도를 대상으로 시범 구축했으며, 운영상태를 검증·보완했다.

     

시설개량·운영개선…비용대비 효과 극대화
K-water는 약 2년여 동안의 진단과 운영관리 기술의 검증을 통해 다음과 같은 성과를 얻었다. 우선 시스템간 데이터 공유를 통한 신뢰성을 확보했다. GIS, SCADA, 수용가 정보 등 기존 시스템간의 DB를 체계화해 진단과 운영관리에서 필요로 하는 시설 및 운영개선 의사결정을 효과적으로 지원할 수 있으며, 분석 결과의 신뢰성이 대폭 증가됐다.

 

두 번째로 진단성과 품질이 강화됐다. 그간 진단 수행자의 경험 위주로 수행되던 업무를 표준화, 전문화해 수리, 수질, 시설별로 정밀 진단을 수행함으로써 진단결과의 품질이 향상됐으며, 진단수행 소요시간도 10배 이상 신속, 정확하게 개선됐다.

 

세 번째로 IT기반 운영자료의 실시간 분석·감시가 가능해졌다. IT기반의 실시간 관망 수리분석, 누수 감시 및 분석, 수질민원 원인 분석 등 수송 과정에서 발생하는 현상을 GIS와 SCADA로부터 입수되는 다양한 정보를 손쉽게 감시·분석·정리·보고·의사 결정 등에 활용할 수 있게 됐다.

 

네 번째로 이를 통해 수도사업 재정 개선에 기여했다. 매설년수 중심의 교체물량 산정방식에서 종합적 성능평가를 통한 교체물량과 갱생물량을 합리적으로 도출하고, 유수율 관리, 수질감시 등 운영상태를 실시간으로 감시·분석해 문제구역·구간을 파악할 수 있게 됨에 따라, 시설개량과 운영 개선에 소요되는 비용 대비 효과를 극대화했다.

 

끝으로 신속한 관로 사고 위기 대응 시스템을 확립했다. GIS기반으로 관로 사고에 대한 단수지역, 단수 수용가, 비상 연계 관로 등을 분석할 수 있어 신속한 위기 대응 및 피해 확산방지를 도모할 수 있게 됐다.

해외기술 대비 가격경쟁력 확보
현재 국내에서 추진중인 관망정비 사업 규모는 약 5조 원(2009∼2013년)에 이르고 있으나, 정비가 필요한 상수관의 선정은 대부분 매설년수에 의존해 산정하고 있으며, 노후관, 불량관 등을 과학적으로 진단하고 평가해 교체, 갱생, 잔존 등을 합리적으로 판단할 수 있는 Tool이 부재한 현실이다.

또한, 최근 국제적으로 IT를 기반으로한 실시간 감시, 양방향 정보교환 등 고도화된 분석과 의사결정기법을 통해 관망관리의 수준을 높이기 위한 관련 기술개발 경쟁이 심화되고 있다.

 

이러한 가운데 K-water에서 출시한 water-NET은 관망시설·운영DB를 국내 실정에 맞게 체계화해 다양한 정보를 분석·감시·의사결정에 쉽게 활용될 수 있도록 개발되어 기존 외국 시스템이 안고 있는 DB의 연계성과 활용성 미흡, 확장성 제한 등의 문제점을 대폭 해소했다고 평가할 수 있다.

 

K-water는 국내 기술보급뿐만 아니라, 해외 시장 진출을 위하여 유사 국외 상용프로그램 대비 50∼70% 수준의 가격경쟁력을 확보했으며, 외국의 유수한 물 전문기업의 운영관리 기술과의 경쟁에서도 뒤지지 않는 IT 기반의 진단·운영관리 기술로 해외 시장에 진출하는 새로운 모델을 제시하고 있다.

 

이번 ‘2011 Water-Korea’에서 출시한 ‘water-NET’은 세계 최고의 상수관망의 토털솔루션을 실현할 수 있는 순수 국내기술 Brand로 자리매김 할 수 있을 것으로 판단되며, 향후 차세대 지능형 상수도관리(Smart Water Grid)를 실현시킬 수 있는 핵심기술이 될 것으로 기대된다.