강변여과수란 표류수를 장기간 강변의 대수층에 체류시킴으로 지층의 자체 정화능력에 의한 표류수의 오염을 저감시킨 후 취수하는 방식으로 최근 환경오염의 가속화로 인해 지표수 개발에 어려움을 격자 안정적인 수자원 확보의 대안으로 떠오르는 방식이다.

 

강변여과는 계절적 변화에 상관없이 일정한 온도를 유지하며, 지표수의 돌발상황으로 인한 오염에 대해 충적층이 완충작용을 하여 대비할 수 있으며, 대장균이나 일반적인 세균이 적고 부유물질이 자연적으로 제거되어 정수처리 공정이 줄어든다는 장점이 있다.

 

강변여과의 방식이 많은 장점이 있음에도 불구하고 이를 적용하는데 있어 대수층 특성, 하천수의 수문학적 특정 등 취수에 영향을 주는 많은 요소들이 있으며, 이들 요소들의 공학적 영향정도를 분석하여 강변여과 기법을 적용한 국내 사례를 통하여 강변여과 기법의 적용 타당성을 논의하고자 한다.

 

강변여과를 이용한 취수방식은 유럽및 미국 등 선진국에서는 오래 전부터 하상 퇴적층의 자정능력을 이용한 취수원 개발을 했으며, 독일에서는 19세기 후반부터 라인강을 따라 굴착된 취수정으로부터 강변지하수를 개발하여 독일 수자원의 80%이상을 지하수 및 강변여과를 사용하였다.

 

그 외에도 네덜란드, 프랑스, 오스트리아, 스웨덴, 미국 등 많은 나라에서 간접 또는 직접 인공함양에 의한 취수원 개발 방식을 채택하고 있다. 우리나라에서는 각종 오염의 증대로 인해서 먹는물의 원수인 지표수 수질이 갈수록 악화될 위험 속에 있으며, 특히 낙동강 하류 지역은 상류에서 내려오는 오염물질이 누적되어 수질 오염도가 높은 지역으로 양질의 먹는물 확보에 어려움을 겪고 있어 1996년에 환경부, 부산시, 경상남도에서 부산·경남지역의 복류수 및 강변여과개발 타당성 조사를 실시하였으며, 창원시와 함안군에서 강변여과수 타당성조사를 실시하였다.

 

▲ 스위스 쥬리히정수장의 강변여과수시설.

창원시는 2000년부터 801억 원을 들여 낙동강변에 수직형 취수정 36개를 뚫어 하루 6만 톤을 취수하는 시설을 최근 완공하였으며, 하루 6만 톤을 뽑아 올리는 2단계사업을 착공해 2010년 마무리할 예정이다.

 

함안군은 225억 원을 들여 칠서면 용성리 이룡지구에서 1만2천 톤의 강변여과수를 생산해 가야·법수·대산·군북면 지역에 공급하고 있다.

 

또한 김해시에서는 낙동강 변에 670억 원의 예산으로 하루 18만 톤 공급 규모의 강변여과수 개발공사를 예정 중이다. 이러한 강변여과 개발의 기본적인 검토 항목으로는 충적층의 분포면적이 넓은 지역에 존재하며 상류지역에 분포된 모암이 조립질의 결정질암으로 구성되며, 충적층의 구성물질이 조립질이고 투수성이 양호한 지역이어야 한다.

 

또한 충적 대수층으로 지표수의 함양유도가 양호한 지역으로 주변에 설치된 기존 관경의 비양수량이 크고 충적층의 두께가 두터운 지역이어야 한다. 이러한 조건에 대한 검토와 대비가 미비할 경우 개발 규모가 증가함에 따라 제내지 측의 과도한 지하수위 하강이 발생하며, 제내지의 농경지 토양이 건조도가 증가하며 이에 따라 신규우물의 재개발이 필요하게 된다.

 

강변여과수를 개발할 때에는 대수층의 지질학적 특성과 개발 필요 수량, 주위의 환경이 고려되어야 하며, 방식에 따라 하천 충적층 직접 취수 방식인 수직형 집수정, 방수형 집수정, 집수암거가 있으며 인공함양 방식이 있다.

 

여기서 방사형 집수정의 방식은 미고결 포화충적층에서 지하수를 생산하기 위해 고안되어 발전되어진 취수 방식 중에 하나이며, 얇은 두께의 대수층에서 많은 양의 물을 양수 할 때 적합한 방식으로 우물 표면적이 커서 대수층과 필터, 우물 스크린 사이의 경계유속이 낮으며, 한 집수정에서 많은 양의 취수가 가능하고 홍수와 손상에 대한 보호가 용이하며 에너지와 유지관리를 위한 운전효율 향상이라는 장점이 있다. 외국의 경우 초기의 수직형 집수정의 형태에서 방사형 집수정이나 혼합하여 사용하고 있다.

 

현재 운영 중인 창원시의 경우 과거에는 낙동강 표류수를 주 공급원으로 하는 마산시 공급분의 일부를 배분 받았으나 분배량의 한계와 낙동강 수질오염과 수질사고 시 취약성을 개선하기 위해 강변여과수를 이용하여 취수를 실시하고 있다. 타당성 조사 결과 개발 가능연장 11Km구간에서 충분한 원수 공급이 가능하다고 판단되었으며, 수질적으로 일반세균, 대장균, 철, 망간, 탁도 등이 수질기준을 초과하고 거의 모든 항목이 양호하게 나타났다.

 

취수한 원수를 정수처리에서 포기. 모래급속여과, 활성탄여과, 염소소독을 통해 정수처리를 실시하였다. 또한 김해시의 경우 낙동강과 밀양강이 만나는 지점의 하중도 내의 취수정을 설치하여 강변여과 개발을 하는 계획을 세우고 실시설계를 마친 상태이다.

 

강변여과수 개발에서 중요한 부분의 하나가 개발 가능량이다. 이를 판단하기 위해서는 타당성 조사시 개략적인 산출량을 산정하기 위해 Milojevic 경험식이 사용되며, 경험식에서 산출량 예측에 영향이 큰 인자는 대수층의 두께, 수평 집수관의 본 수, 설치위치 및 길이, 지하수위 강하 분포도 등으로 나타났으며, 수치 모델링은 MODFLOW에서 군 우물을 이용하여 방사형 집수정을 모의한다.

 

방사형 집수정 개발 시 가장 중요한 수질 결정 요인으로 하천표류수가 대수층을 통과하는 동안 각종 미생물이 흡착되어 정화하는데 필요한 체류시간 확보인데, 체류시간에 대한 국내의 기준은 아직 없으며 유럽의 경우 50일을 기준으로 하고 있다. 집수정에 의한 산출량 증가에 따른 수위 하강 폭이 커지면 체류시간이 급격히 감소하는데 체류시간 확보를 위해서는 수평정의 방향 및 길이조정, 설치 위치조정 등의 방법으로 체류시간을 확보하여야 한다.

 

최근 지방자치 단체에서는 빈번한 수질오염과 수질악화로 인해 고도 정수처리시설을 도입하여 수돗물을 공급하고 있으나 시민들의 원수에 대한 불안감은 아직도 남아있다. 따라서 지층의 자연 여과효과 및 자정효과를 이용한 간접 취수방식인 강변여과를 이용한 양질의 원수확보 계획을 수립하고 장래 용수 수요증가를 대비하고 있다.

 

이와 같이 강변여과를 통해 성공적인 수자원 확보를 하였지만 강변여과 개발 시 아직 해결되어야 할 문제들이 있으며, 이는 국내 실정에 맞는 경제적·환경적 착정 방식 선정 기술개발이며, 국내 실정에 맞는 체류시간 선정 및 확보기술과 집수정 설치 위치 지역인 제외지 지역의 홍수 방어대책 수립이다. 그리고 수직정과 방사형 집수정의 유지관리 기술 확보도 필요하다고 판단된다.