물 비상사태 관리 시스템
상수도관망에 독극물 테러 발생하면?
안전한 물을 공급하고 식수의 질을 높이고자 하는 것은 물 공급자의 일차적인 과제다. 국민 건강과 직결되는 가장 중요한 관리대상이기 때문이다. 생활수준이 상승하면서 수질에 대한 국민들의 요구사항도 함께 높아지고 있다. 최근 국제적인 테러위험이 커져가는 분위기에서 물 공급자는 수질뿐 아니라 물의 안전까지 지켜야하는 상황이다. 비단 테러가 아니더라도‘ 묻지마 폭행’이 다반사로 발생하는 사회현상에서 물에 대한 테러 역시 예측이 불가능하다. 누군가에 의해서 식수관망에 발병을 일으키는 물질이나 독소가 유입되면 수많은 사람들이 동시다발적으로 감염되고 건강에 해를 입을 수 있는 것은 불을 보듯 하다. 그래서 이런 위험은 항상 최소화해야 한다. 지난 1월 초 독일-프랑스 전문가들이 지하 상수도 관망에서 발생하는 물비상사태 발생 시 전체 시 스템을 한눈에 보고 초기대응부터 위기관리까지 하는 시스템을 개발하는 방안을 보고 했다. 독일 프라운호퍼 연구소의 토마스 카스퍼와의 전화미팅과 연구소의 허락을 받 아 독일-프랑스 식수 비상관리시스템을 소개한다. 

식수는 모든 인간에게 필수적이다. 물을 지키는 것은 생명을 지키는 것이다. 물 공급자는 정수되기 전 취수장에서 뿐 아니라, 가정 급수관에 이르기까지 허가되지 않은 어떠한 외부 조작을 방지해야 한다. 

그들은 매일 샘플을 취수해서 식수의 질을 조사한다. 그러나 실험·분석 하는데 시간이 걸린다. 흐르고 있는 물을 감독할 수 있고, 신속하게 오염을 감지하고 예상치 못한 독성물질을 탐지하여 지속적으로 모니터링할 수 있는 방법과 도구가 필요하다. 

단 몇 방울만이라도 독극물이 식수에 유입되면, 이 물은 몇 시간 내에 수백만 명의 소비자들에게 도달한다.
“시민을 보호하고 유해물질을 가능한 빨리 발견하고 어떻게 확산되는지 알아야 한다”고 토마스 베른하르트 박사(칼스루에 IOSB/광학, 시스템 테크닉, 이미지분석 프라운호퍼 연구소)는 설명한다. 

베른하르트와 그의팀은 ‘SMaRT-OnlineWDN’(Online Security Management and Reliability Toolkit for Water Distribution/물분배 네트워크를 위한 온라인 보안관리 및 신뢰성 툴킷)라고 명명된 독일-프랑스 연구프로젝트를 수행했다. 이 프로젝트는 독일연방 교육과학부와 프랑스 국가연구기관ANR(L’Agence National de la Recherche ANR)의 지원으로 이루어졌고, 코디네이터는 베를린 물회사였다.

물의 경로 계산하는 온라인-시뮬레이션 

급수관망의 유압 시뮬레이션과 파이프라인 시스템에서 품질 매개변수의 확산을 동시에 취급하기 위한 수학적 모델은 많은 과제를 안고 있다. 오염원을 조기에 발견할 수 있도록 최적의 자리에 센서가 위치하고 있는지, 무수한 시뮬레이션을 토대로 알려준다. 

 

 

△ Aquabiotox <사진제공=프라운호퍼 연구소>

온라인 시뮬레이션 모델은 경보가 울렸을 때 오염원을 차단하는 것을 돕는다. 이를 위해 연구진은 오염원을 파악해 알리고, 오염이 앞으로 몇 시간 후에 어디로 확산하는지 위치를 식별하는 알고리즘을 개발했다. 

 

프라운호퍼 연구소의 전문가 베르나르트 박사는 “물 공급 망에서, 흐름은 어디에서든 똑같지 않다. 이 흐름은 파이프 내의 압력, 직경, 소비자의 수에 따른 관의 기하학적 구조에 의해 좌우된다. 관 시스템이 갈라지는 곳에서는 종종 격렬한 소용돌이와 무질서한 유동이 형성된다”고 했다.

플렉시 글라스로 만들어진 복잡한 공급망이 있는 드레스덴 TZW(물 기술센터)에서 베른하르드와 그의 프랑스 파트너들은 도움을 받았다. 

설치된 센서들이 드레스덴市의 중심에서 물의 이동을 등록한다. 물리학자들은 측정된 데이터를 사용해 그들의 컴퓨터 시뮬레이션을 최적화 할 수 있었다. 목표는 도시 전체의 배관 시스템에서 물의 이동을 실시간으로 계산하는 것이다. 

비상시 긴급 경보
작동되는 것을 보면, 정보 처리능력이 좋은 소프트웨어가 실시간으로 온도, 압력, 염소와 산소함유량, pH 및 물의 세균 부하 등의 측정치를 참조한다. 임계 값에 도달하면, 시스템은 즉시 경보를 울리지 않고, 최우선적으로 가능한 원인들을 먼저 찾는다. 다른 수원에도 흘러 들어가는지? 펌프가 열려 있거나 닫혀 있는지?

“비정상적인 현상의 90% 이상은 제어를 통해 원래대로 복귀되고 동요를 일으킨 원인이 없어진다”고 베르나르드는 설명한다. 

이 새로운 시스템은 프랑스 스트라스브룩에 이미 설치됐고 현재 실시간으로 관망의 수질을 모니터링 하고 있다. 관망에 있는 수질센서와 공급 유압 등, 수집된 데이터는 제어 시스템으로 전송된다. 응급 상황 시, 오염물을 세척하거나 또는 공급 네트워크의 부분적으로 차단하는 등의 대응 조치가 이루어진다. 

모니터링 플랫폼에 의한 제어
미래의 모델은 더 많은 것이 가능하다. 독일-프랑스 프로젝트 ‘ResiWater’에서는 IOSB의 연구자들이 더욱 개선된 식수의 IT-보안과 더 좋은 경보생성-모듈작업(사진)을 하고 있다. 

머지않아 스트라스부르크 옆에서 파리의 수도관을 제어 할 수 있다. 연구의 초점은 무수한 센서데이터를 한 눈에 볼 수 있도록 가시화하고, 저장하고 자동적으로 리포트를 생성하도록 만드는 것이다. 

그래서 예를 들면 수질의 변화가 주기적으로 요약 되도록 한다. 프로젝트 ResiWater의 파트너들은 센서개발에도 우선을 두고 있다. 스투트가르트 프라운호퍼 IGB 연구소는 그들의 노하우를 여기에 제공하고 있다. 스투트가르트 연구소는 수 년 동안 형광을 발하는 살아있는 세포로 된 바이오센서 AquaBioTox에 대해 연구해 왔다. 독성 물질과 접촉을 하면 박테리아가 형광의 세기를 감소시킨다. 프로젝트 ResiWater에서 AquaBioTox 프로토타입이 완전히 자동화 될 것이다. 

저수지, 하천, 담수호, 상수도 처리장, 다목적댐 등에 센서와 감시카메라를 설치해 물관리 관련 정보를 감시하고 시설을 제어하는 원격 감시제어는 우리나라에서도 실시하고 있다. 이것은 홍수 혹은 가뭄의 상황을 일기예보와 연결하여 중계방송 하는 정도의 수준이다. 그리고 데이터 집중 장치와 원격 감시제어, 화상감시 단말장치가 수신한 감시 및 영상 정보를 전송받아 제어명령을 전송하여, 비상사태 발생시 비상사태임을 알리는 PLC원격 제어시스템이 개발된 적은 있다. 

파리협약이후 기후변화에 따른 물 관리 방안으로 각종 세미나와 토론회가 개최되고 있다. 1973년 이후 지난해는 최소 강수량을 기록했다. 전국의 댐 저수량도 68%에 불과했다. 국지적 홍수와 가뭄대책 그리고 물 부족을 위한 해수담수화 등은 세미나의 단골테마다. 발표자도 발표내용도 중복되어 새로울 것이 없다. 

눈에 보이는 것을 제어하는 것은 상대적으로 쉽다. 암을 무서워하는 것은 보이지 않기 때문이다. 보이지 않는 것을 예측하고 예방하고 제어할 수 있는 것이 과학이고 기술이고 우리정부가 서둘러 지향해야 할 정책이다. 

 

보이지 않는 상수관망에 독극물이 유입되면 누가 어떻게 제어할 것인가? 물을 지키는 것은 국경을 지키는 것 이상이다. 곧바로 안방으로 침투하는 암으로부터 생명을 지키는 것과 같기 때문이다. 조금 더 어려운 것을 해결하려는 국가적 의지가 필요할 때다.

[환경미디어 문광주] 

 

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