▲ 박규홍 교수(중앙대 토목공학과)

하수의 배제방식은 크게 합류식과 분류식, 그리고 합병식으로 구분한다. 분류식에는 우수관, 오수관을 완전히 별도의 계통으로 매설하는 ‘완전분류식’과 오수는 암거화한 오수관 계통으로 배제하되, 우수는 도로 측구 및 기존(재래) 수로를 활용하여 주로 배제하는 ‘오수 분류식’(또는 ‘불완전 분류식’으로도 부름)의 두 가지 종류가 있다.

 

오수 분류식은 완전 분류식에 비하여 유지관리 면에서 다소 불리하지만, 건설비가 훨씬 적게 들어가면서도 공공수역의 수질보전 목적도 조기에 달성할 수 있는 배제방식으로써 우리나라 농어촌을 포함한 지방도시의 하수도정비 모델로 이 오수 분류식의 채택을 적극 검토할 가치가 있다.

오수 분류식을 택하는 경우 현재 하수구로 사용 중인 도로 측구(U자구 등)는 우수거로 전용할 수 있어 대단히 경제적으로 하수도 정비가 가능하나, 우수배제 계통 오수관을 잘못 연결시키는 소위 ‘오접’을 적극 방지해야 하며 정기적으로 청소를 해야 하는 등 유지관리에 세심한 주의가 필요하다.

우리나라의 기존 대도시에서 대부분 채택하고 있는 합류식 하수도의 경우도 그 개선을 전제로 새로운 시각으로 합류식을 평가하고 있는 점도 유의할 필요가 있다. 합류식 하수도의 개선책은 구체적으로 차집관거(Intercepting Sewer)의 정비로 청천 시 오수를 하수처리장으로 전량 차집하여 처리한 후 방류토록 하며, 초기우수도 저류시설을 설치하여 강우초기 노면세정 등으로 인한 오탁부하량이 매우 큰 초기 우수는 일시 저류 후 처리하여 방류하며, 우천 시를 대비한 차집유량의 처리를 포함한 하수처리 공정의 개선 등이 주요 내용이며, 이러한 개선을 하면 분류식에 뒤지지 않는 공공수역의 수질보전 기능을 발휘할 수 있는 것으로 알려져 있다.

하나의 도시(처리구역) 내에서도 지역 형편에 의하여 합류식과 분류식을 부분적으로 병용하는 경우도 있으며, 이 경우를 합병식(合倂式)으로 부르기도 한다. 자연배수 시스템(NDS)은 기존의 우수관거 중심의 우수관리 방법과는 기본적으로 다른 혁신적인 대안이다.

기존의 우수관거(pipes and ditches)를 이용한 배수 시스템의 경우 유분, 페인트, 비료 성분, 중금속 등 우수 중의 미량 유해성분 물질이 곧바로 하천이나 호소 등으로 유출되어 버려 방류수역의 수질을 저하시키고, 하천 및 해양 먹이사슬을 교란시키는 등 수생 생태계의 보전에 많은 문제를 야기하였던 것이 사실이다.

자연배수 시스템(NDS)은 신도시나 신규 단지의 조성 시 분류식 하수도로 정비하면서, 지금까지 해 온 별도의 우수관거의 매설 방법 대신에 빗물을 가운데가 낮게 설계된 화단 등의 자연배수로를 이용하여 될 수 있는 대로 자연 지표면(나무, 풀 등의 식물, 인공낙차공, 소형 습지 등을 이용)과 많이 접촉한 후 배수한다.

이 과정에서 자연배수 시스템(Natural Drainage System, NDS)은 물이 침투가 되고, 유속을 느리게 하여 여러 가지 오염물질을 여과하는 친환경적인 기능을 하나 치수관리(홍수재해 방지)기능도 중요하므로 적용 시 충분한 여유율에 대한 검토가 필요하다. 미국 시애틀시에서는 주거지역의 생활환경 개선사업으로 2001년 이후 Natural Drainage Projects를 여러 곳에 추진하여 주민은 물론 방류수역의 수질보전에 큰 성과를 거두고 있다.

하수도 계획의 목표 년도는 시설의 내용연수 건설기간 특히 관거의 경우 수량의 증가에 따라 단계적으로 관거를 증설시킨다는 것은 곤란하며, 바이패스(by-pass)를 설치하든가, 또는 대구경으로 이설하지 않으면 안돼 원칙적으로 20년 후를 목표로 하여 계획을 수립하여야 한다.

분류식 하수관거의 계획구역을 결정할 때에는 도시계획 상 시가화 구역뿐 아니라 장래에 시가화 구역으로 될 가능성이 있는 구역은 도시계획 구역이 아니더라도 계획 구역에 포함해야 한다. 그리고 공공수역의 수질보전 및 자연환경 보전을 위하여 하수도 정비를 필요로 하는 지역과 장래 신시가지화 예정 지역도 포함한다.

관할 전체 행정구역 및 실질 하수처리 구역 단위로 설정하되, 필요한 경우 행정상의 경계에 구애됨이 없이 광역적·종합적으로 정해야 한다. 유역별 하수도정비종합계획이 정해져 있는 유역의 하수도계획 구역은 이에 준하도록 한다.

우수배수구역을 결정할 때에는 그 지역의 지형을 기초로 하여 지세, 빗물의 흐름 방향, 도로, 철도, 하천, 해역, 총량관리 단위유역 및 소유역 등 현황 및 장래 도시개발계획 등을 면밀히 검토 후 설정한다. 그리고 기본계획의 시행단계에 따라 단계별로 구분하고 필요한 경우 배수분구로 세분한다. 분류식 하수관거의 계획구역과 우수배수 구역을 정할 때에는 하수처리구역을 함께 고려해야 한다.

분류식 하수관거의 계획을 수립할 때에는 반드시 우수배제 계획을 오수배제 계획보다 우선하여 수립한다. 완전 분류식의 경우 우수관을 매설하는 등의 별도의 우수배제 시설을 갖추도록 계획해야 하며, 오수 분류식의 경우 기존 배수로 시설을 최대한 활용하여 계획할 필요가 있다.

우수관거 시설의 계획은 다음 사항을 고려해야 한다. 관거의 능력을 결정하는 경우에는 우수관거에 합류하는 계획우수량을 기초로 한다. 즉, 합류식 관거에 있어서는 계획우수량과 계획시간최대 오수량을 더한 값으로 한다. 관거는 자연유하를 원칙으로 하기 때문에 일반적으로 지형에 따라 배치계획을 하여야 한다.

지형, 지질, 도로폭 및 지하매설물 등의 상황을 충분히 고려하여 수두손실을 최소로 하도록 배치를 해야 한다. 암거(暗渠)의 경우는 개거(開渠)와는 달리 처음부터 매설 깊이만큼 수두가 손실되는 단점이 있으므로 더욱 그러하다. 따라서 우수를 수직으로 떨어뜨리는 계통이나 구조는 가능한 해야 한다. 그리고 관거 배치에 대한 제약이 많고 바람직한 계통이나 구조를 선택할 수 없는 경우라도 동수경사선이 지표면 위에 오지 않도록 해야 한다.

따라서 지표면 위에 오는 경우에는 관거의 단면을 크게 하는 등 필요한 방법을 강구해야 한다. 이와 같은 방법으로 처리할 수 없는 경우에는 방류점이나 접합점의 위치 변경 및 계통의 변경 등을 한다. 이상의 검토로도 불충분한 경우에는 압력관으로 함과 아울러 우수가 분출하지 않도록 필요한 대책을 강구해야 한다.

관거는 우수가 항상 적정한 유속으로 지장 없이 흐를 수 있도록 단면적, 단면형상 및 경사 등을 정해야 하며, 특히 관거 내에 침전물이 퇴적하지 않도록 고려할 필요가 있다. 특히, 관거를 유수 저류관으로서 계획하는 경우에는 침전물이 퇴적하지 않도록 고려할 필요가 있다. 또한, 관거의 분·합류점, 굴곡부 및 맨홀 등에서의 에너지 손실을 가능한 작게 하도록 배려한다. 우수배제 계획구역 내에 기존의 배수로가 있는 경우에는 그 이용을 고려할 필요가 있다. 그 때에는 배수로의 계통, 능력, 구조 및 장래계획에 대하여 충분히 고려해야 한다.

특히 오수관거는 계획시간 최대오수량을 기준으로 계획해야 한다. 오수량 중에서 생활오수의 유출량은 계획 구역의 크기, 계절 및 기후 등에 의해 큰 차이가 있으며, 하루 중에도 시간에 따라 크게 변동한다. 또한 공장폐수에 대해서는 24시간 평균적으로 배출하는 경우, 주간에만 배출하는 경우 및 특정시간에 배출하는 경우 등 여러 가지로 일정하지가 않다. 따라서, 오수관거의 용량을 결정하는 경우에는 오수유입량의 변동에 대해 충분한 유하능력을 갖도록 하기 위하여 계획오수량 중 가장 큰 계획시간 최대오수량을 사용한다.

합류식에서는 우수토실이나 펌프장을 통과한 후, 하수의 차집관거의 용량은 방류수역의 허용오염부하량을 고려한 희석배율에 의해서 정하는 우천 시 계획오수량으로 한다. 또한 합류식에서 하수의 차집관거를 합류관거로 사용하는 것은 절대로 피해야 하며, 하수의 차집관거는 항상 우수토실이나 펌프장에서 방류수를 분리한 후 여러 가지 우천시 계획오수량만을 받아들이도록 계획해야 한다.

계획구역 내에 분류식 지역과 합류식 지역이 공존하는 경우에 분류식 지역의 오수를 합류관거에 유입시키는 것은 수질보전 상 분류식의 효과가 없어지는 결과가 되므로, 양 지역의 관거는 원칙적으로 처리장에 도달할 때까지 분리하는 것으로 하며, 부득이 합류시킬 경우에는 경제적, 기술적 검토를 하여 분류지역의 오수관거는 합류식의 우수토실이나 펌프장에서 우천시의 방류수를 분리한 후 하수의 차집관거에 접속시키는 방안을 강구할 필요가 있다.

 

“오수 분류식은 완전 분류식에 비해 유지관리 면에서 다소 불리하지만, 건설비가 훨씬 적게 들어가면서도 공공수역의 수질보전 목적도 조기에 달성할 수 있는 배제방식으로써 농어촌을 포함한 지방도시 하수도정비 모델로 채택 적극 검토할 가치 있어”

관거는 악취발생 등 환경위생상의 관점 및 주로 도로 밑에 매설되는 점등을 고려하여 우수관거 및 방류관거를 제외하고는 원칙적으로 암거로 해야 한다. 필요에 따라서 수밀성 시험을 하는 것이 바람직하다. 그리고 자연유하를 원칙으로 하므로 일반적으로 지형에 맞게 배치되도록 계획해야 한다.

특히, 간선 등의 대구경 관거에 대하여는 시공상의 문제가 있으므로 지형, 지질, 도로폭 및 지하매설물 등의 상황을 충분히 고려하여 그 배치를 결정한다. 오수가 항상 적당한 유속으로 유하하는데 지장이 없도록 단면적, 단면형상 및 경사 등을 결정하며, 특히 관거 내에 침전물이 퇴적하지 않도록 고려할 필요가 있다. 또한, 과거의 분·합류점, 굴곡부 및 맨홀 등에서는 에너지 손실을 가능한 작게 하도록 고려해야 한다.

관거의 역(逆) 사이펀은 침전물의 퇴적에 의한 관거의 폐쇄나 부패에 의한 가스 및 악취가 발생되기 때문에 유지관리상 좋지 않으므로 가능한 피하도록 계획하며, 부득이 역 사이펀을 설치해야 할 경우에는 충분한 유속이 확보되도록 함과 동시에 복수관으로 하는 등 유지관리가 쉽도록 구조 및 기능을 충분히 고려할 필요가 있다.

분류식의 구역에서 오수관거 우수관거가 교차하여 역 사이펀을 피할 수 없는 경우에는 일반적으로 오수관거를 역사이펀으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 우수관거는 시가지의 침수방지시설로서의 중요한 역할을 하는 것이므로 유수의 유하 상황을 고려하여 우수배제를 우선적으로 다루는 것을 기본으로 하기 때문이다. 그러나 지형상 문제, 침수가 발생하는 경우는 피해상황, 매설관거의 시공 및 유지관리상의 문제를 충분히 고려하여 우수관거를 역 사이펀으로 하는 경우도 있다.

 

계획인구는 하수도계획에서 시설규모와 계획유입수질 산정에 기포가 되는 것으로써 계획구역에 관한 도시계획 및 기타 장기계획을 참고로 하여 계획구역 내의 계획총인구 및 그 분포상황으로 추정한다. 또한 과거 및 장래의 인구동향을 정확하게 파악하여 인구가 과대하게 산정되지 않도록 유의해야 한다.

하수도계획의 대상이 되는 오수는 계획구역 내의 일반가정, 사무소, 공장 및 사업장 등에서의 생활, 영업 및 생산활동에 의해 발생하는 오수, 폐수, 지하수 및 기타 배수량으로 분류되므로 계획오수량을 정확히 결정한다는 것은 매우 어려운 문제이나 신중을 기하는 것이 필요하다.

또한, 오수는 시간 및 계절에 따라 변동하므로 이러한 변동은 시설 설계 시에 중요한 변수가 된다. 특히, 온천·해수욕장 및 행락지 등의 관광지에서는 변동이 현저하기 때문에 매우 신중해야 한다. 계획오수량은 생활오수량(가정오수량 및 영업오수량), 공장폐수량 및 지하수량으로 구분해 정한다. 또한, 농어촌의 소규모하수도 계획시는 필요한 경우 가축폐수량을 고려할 수 있다.

계획오염부하량은 계획수질, 계획오수량과 함께 하수도계획의 기본이 되는 값이므로 처리구역의 실태를 근거로 하여 가능한 한 실측한 값을 기본으로 구한다. 계획오염부하량은 생활오수, 영업오수, 관광오수 및 기타오수의 오염 부하량으로 구분하여 결정한다.

수리시설 설계에 쓰이는 계획설계수질은 계획유입수질에 슬러지 처리단계부터의 반송수 등을 고려한 수치이다. 계획수질은 계획오염부하량, 계획오수량과 함께 하수도계획의 기본이 되는 값이므로 처리구역의 실태를 근거로 하여 가능한 실측한 값을 기본으로 구한다. 계획유입수질은 계획오염부하량과 계획 하루평균 오수량을 기초로 정한다. 계획유입수질 처리장에 유입하는 하수의 수질로 계획오염부하량을 계획 하루평균 오수량으로 나눈 값이다.

 

최대계획 우수유출량의 산정은 합리식에 의하는 것으로 하며, 유출계수는 토지이용도별 기초유충계수로부터 총괄유출계수를 구하는 것을 원칙으로 한다. 확률 연수는 5∼10년을 원칙으로 하되, 지역의 중요도 또는 방재상 필요성이 있는 경우는 이보다 크게 정할 수 있다.

우수관거는 계획우수량을 기초로 계획하며, 우수관거의 배치는 수두손실을 최소화하도록 고려하며 지형, 지질, 도로폭원 및 지하매설 등을 충분히 고려한다. 우수관거의 단면형상 및 경사는 관거 내에 침전물이 퇴적하지 않도록 적정한 유속이 확보될 수 있게 정하도록 하며, 기존 배수로의 이용을 고려해야 한다.

 

첫째, 분류식 하수관거로 전환 시 하수처리장에 미치는 영향을 검토해야 한다. 합류식 하수관거 체계에서 분류식 하수관거 체계로 전환할 경우, 청천 시의 하수처리장의 유입수량은 동일하다. 우천 시에는 합류식 하수관거 체계의 차집관거 용량 이상의 우수는 하수종말처리장에 도달하기 훨씬 전에 우수토실을 통해 방류수역으로 방류되고, 차집관거 용량에 해당되는 우수만이 하수처리장에 유입된다.

이러한 하수 이송체계와 처리체계에서 분류식 하수관거로 전환될 경우 우수는 우수관거를 통해 흐르다가 방류수역으로 그대로 방류되는 우수관거 방류수가 되고, 오수는 오수관거를 따라 흘러 모두 하수종말처리장에 도달하게 되는 것이 원칙이다.

하수관거 정비사업 중 시공이 잘못되어 우수관거가 오수관거로 오접되는 경우 다량의 우수가 오수관거로 유입되어 하수처리 시설의 유입수량이 합류식을 분류식으로 전환한 경우에도 큰 차이가 없을 수 있으니 유의해야 한다.