일본의 수돗물 보급률은 96.6% (2002년 기준)로 전 국민 수돗물 보급을 위해 양적, 질적 향상을 도모해 왔다. 한편, 수돗물을 사용하는 소비자의 요구는 국제화, 고령화, 고도정보화 사회의 진전 등으로 말미암아 복잡, 다양화 경향을 나타내고 있으며 보다 안전하고 안정된 수돗물 공급체제의 확립이 요구되고 있는 현실에서 수도정비의 주체도 양적 확대에서 질적 향상으로 전환이 적극적으로 진행되고 있다.
수도시설 중에서도 그 대부분을 차지하는 배수시설에 대해서는 관망의 확대화에 따라 육안에 의한 감시가 불가능하므로 각종 관리면에서의 어려움이 많아지고 있는데, 노후화된 관로의 갱신과 더불어 어떻게 유지관리를 손쉽게 할 수 있는 시스템을 재구축하는가가 중요한 과제가 되고 있다.
요코스카시의 수돗물 안정공급의 추진은 1979년부터 실시한 지진대책을 계기로부터이며 이후, 각종 관리의 강화와 업무의 고도화를 목표로 1:500의 관망도 작성, 내진(耐震)진단의 실시, 각종 업무기준의 개선 등을 착수하여 현재는 매핑 시스템까지로 전개되고 있다.
본고의 주체인 배수시설의 블록화에 대해서는 1983년도에 요코스카시 수도국내 프로젝트로 기본방침(소 블록화)을 정하여 1984년도에 컨설팅 위탁사업, 1985년도부터 본격적으로 시설정비에 반영시켰다. 본고는 블록화 추진시 검토한 주된 내용에 대해서 논한다.
블록시스템의 개념
니카타 대학 小出교수는 이 블록시스템을 니카타 지진의 복구에 적용함에 있어 발상의 근본을 다음 3가지 요점으로 집약하였다.
첫째, 배수컨트롤을 위한 배수구역의 분할, 둘째, 유지관리, 특히 누수수리측면에서의 복식 배수관망조직의 채용, 셋째, 내진, 재해복구를 고려한 배수관망의 조직화와 연락의 강화의 발상을 토대로 배수관망을 다음 순서에 의해 조직화하는 것을 권하고 있다.
우선 전체 급수구역을 배수공급원을 토대로 한, 배수계통 블록으로 나눈다. 다음으로 이 배수계통 블록을 몇 개의 대블록으로 나누어서 배수본관망을 조직한다. 대블록을 보다 작은 소블록으로 나누고, 배수지관망을 조직한다. 마지막으로 이 소블록을 몇 개의 단수블록으로 분할한다.
즉, 전 급수구역을 세포조직과 같은 형태로 조직화하는 것을 블록시스템이라 한다.
일반적으로 배수블록은 경험적으로 추진해온 막연한 개념이 있는데, 일본 후생성의 수돗물 안정공급시스템의 조사에 의하면 "배수 블록화란" 모든 절점에 대해서 그 절점에 배수하는 어떤 한 지점의 배수지와의 대응을 명확히 하기 위해서 배수구역을 고립하는 것이라고 정의하고 있다. 또 "수도시설설계지침·해설" 개정 전에는 "손상을 입은 경우, 단수구역을 가능한 최소범위로 한정하고 또 복구도 단시간에 가능하도록 블록 시스템으로 하는 것도 생각할 수 있다." 고 간단히 해석하고 있을 뿐이다.
이와 같이 배수블록화에 대해서는 여러 가지 방법이 제창되고 있으나, 이것을 그 기능면에서 생각하면, 첫째, 정상적인 경우는 각 블록내의 수요변동의 파악을 용이하게 하고 그 수요변동에 대응한 급수를 가능 하게 할 것. 둘째, 비정상적인 경우는 갈수, 사고 등의 외적변동에 대해서 블록내에서의 대책, 급수구역 전체에서의 대책을 각각 명확하게 하고 배수의 안정공급에 기여하는 것이 필요하다.
즉, 정상적인 경우는 수량, 수압, 수질 등 정보의 신속한 처리를 포함한 수집기능과 이것의 변동값에 대응해서 물 운용이 가능한 시설제어기능이 요구되며, 비정상적인 경우는 정상적인 경우의 기능이외에도 블록내 시설의 사고에 대해 그 피해를 최소화하기 위한 정보수집 및 시설제어, 또 블록외의 사고, 재해에 대해 다른 블록과 연동해서 단수조치가 가능한 정보수집, 시설제어의 기능이라 말할 수 있다.
현황의 문제점
요코스카시는 지금까지 시 전역을 행정구역별로 5개의 대블록(복수의 배수지 수계를 1단위로 함)으로 분할하여 물 운용을 실시함과 동시에 대·소 30여개의 배수지(고·저 지역)의 블록관리를 실시해 왔으나, 다음과 같은 문제점이 대두되었다.
첫째, 관로의 유지관리가 복잡하다. 따라서 유향, 유량, 수압이 명확하게 파악할 수 없고, 단수작업이 경험에 의존하는 경우가 많으며, 감압밸브, 제수밸브 등이 많고 그것의 유지관리가 복잡하다.
둘째, 계획과 현황의 적합성이 충분하지 않은 관계로 시설용량의 허용치의 파악이 곤란한 것을 비롯하여 적합한 노후관 정비계획과 배수관 정비계획의 추진이 곤란하고, 물 수요변동의 지역별 파악이 곤란하다.
셋째, 비정상적인 경우의 대응이 충분하지 않아 지진 등 자연재해의 영향 파악이 어렵고, 갈수, 수원사고, 단수시의 시설의 대응정도가 열악하며, 지형, 지질상의 이유로 지진의 영향이 큰 지역을 급수구역에 포함하므로, 그 지역의 한정과 영향의 최소화가 어렵다.
이상이 주된 문제점인데, 해결방법 중의 하나는 배수지 단위의 블록을 더욱 더 소단위로 세분화하는 소 블록화 계획을 도입하는 것이 필요하다.
소 블록화의 목적
요코스카시의 소 블록화의 목적은 다음과 같다.
첫째, 수량배분 및 시설 등의 계획수립시 유효한 정보를 얻을 수 있을 것. 둘째, 정상적인 경우의 유지관리를 용이하게 할 것. 셋째, 비정상적인 경우에 대한 적절한 대응을 가능하게 할 것을 들 수 있다.
첫째사항은 유효한 정보를 효과적으로 얻을 수 있는 것을 목적으로 한다. 이는 현상의 파악이 충분하게 이루어지고 그 정보를 근거로 계획수립을 용이하게 하는 것이며 이러한 목적을 달성하기 위해서는 우선 현장의 배관을 통폐합 정리하고 관로에 단일 기능을 갖게 한다. 즉, 관로를 송수관 배수간선, 배수본관, 배수지관, 배수소관 등으로 구분하고 또한 관로의 유효도(노후성, 내진성, 용량의 여유 등)를 판정하여 관로에 부여한다.
이 기능과 관로부여로부터 앞으로의 계획에 있어서 우선순위가 판정되고, 또 현황파악을 위해서는 감시기기를 설치하는 것도 중요하며 수리계산에 의해 수량, 수압, 유향, 수질 등의 실태추정을 파악하는 소프트화도 또한 중요하고 이것도 블록화 목적중의 하나이기도 하다. 이상의 대책을 추진함으로서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
관로의 기능이 명확함과 더불어 배수정보(수량, 수압, 유량, 감압, 적수 등)의 파악이 용이하며, 관로의 매설계획이 합리적인 방법으로 이루어질 수 있고, 관로의 구경선택이 적절하게 이루어 질 수 있다.
둘째사항은 첫째사항에서 논한 현장파악의 용이성과 정상적인 경우의 배수관리와 유지관리의 향상을 도모하며 이 목적을 달성하기 위해서는 배수상황의 변동요인을 정리하고 그 원인을 명확히 분석해야 한다.
결국 정상적인 경우의 유지관리대상을 한정해서 특성을 파악할 수 있는데, 이것은 블록분할에 의해 지역화(용도별 지역, 지형 등에 의한 분할) 혹은 세분화한 지역을 관리대상 지역으로 한다. 이상의 대책을 통해서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
감압구역의 설정이 용이하고, 특정지역의 물 수요변동 및 단기 수요예측이 가능하며, 배수작업시 밸브조작과 그 영향범위를 용이하게 파악할 수 있다. 그리고 누수조사가 효율적으로 이루어 질 수 있다.
셋째사항은 비정상적인 경우, 사고, 갈수 등에 대한 배수시설의 탄력성과 수도관리측면의 대응성으로 영향을 최소화하는 것을 목적으로 한다. 시설의 탄력성에 대해서는 강도, 용량 등의 여유 이외에 수량에 대해서는 상호융통성을 들 수 있다. 이것은 블록 상호의 연락화에 의해 달성할 수 있으며, 또 블록화 함으로써 상기 영향의 최소화와 그 파악이 용이하게 된다.
또한 수도관리측면의 대응성은 블록화함으로써 사고와 그 영향범위의 예측이 가능하여 준비를 할 수 있으므로 대응성은 향상될 수 있다. 이상의 대책에 따라 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
사고, 자연재해의 영향을 최소화와 함께 상기 영향을 추정할 수 있으므로 준비가 가능하고, 사고, 자연재해의 조기복구가 가능하다.
이상과 같은 내용을 종합하면 (표-1)과 같다.
블록분할
블록분할은 (그림-1)과 같은 flow chart에 의한 순서와 기준에 의해 분할한다.
▶블록분할의 순서
첫째, 지반고에 의해 고지대, 저지대로 분할하고, 둘째, 지형물(하천, 도로 등)에 의해 분할하며, 셋째, 용도지 별로 분할한다.
▶블록화에 있어서 배관조직방법
첫째, 현장의 배관을 활용해서 신설관로 매설 계획을 가능한 최소화하고, 둘째, 루-프(loop)화는 최단거리의 관로를 선정한다. 셋째, 관로의 기능별 분류로는 ▷간선(幹線): 분기관 없음. 내진화함. ▷본관(本管): 분기관 없음. 내진화함. ▷지관(支管): 급수관 등 분기관 있음. 내진화함. ▷소관(小管): 급수관 등 분기관 있음. 특수한 내진화 하지 않음.
여기에서 간선은 주로 각 대블록의 대용량 관로를 나타내며, 본관은 배수지와 각 소블록을 연결하며 지관으로 분기하는 관로, 지관은 소블록 관망을 구성하는 주요관로이며 급수분기가 가능한 관로, 소관은 지관으로부터 분기한 관로로 급수분기가 가능한 관로를 의미한다.
▶블록으로의 주입점
소블록의 주입점은 관로의 단순화에 의한 유지관리 향상의 도모와 분기관로 수를 줄여서 본관의 안정성을 강화하는 측면에서 생각하면 최소한으로 하는 것이 바람직하다.
그러나, 주입점을 1지점으로 하면 수요예측의 오차에 대한 대응에 열악하고 사고, 재해 등의 응급조치에도 문제가 있다. 따라서 블록의 주입점은 원칙적으로 2지점으로 하고 이 두 지점은 가능한 이격거리를 최대로 하는 편이 균등한 수압유지에도 유리하다(그림-2).
▶블록의 규모
블록화에 있어서 최소블록규모의 검토는 다음과 같은 항목을 검토하며 추진한다.
첫째, 블록규모 설정을 위한 평가항목의 정성적 분석-서비스 수준을 평가할 때에 고려해야 할 항목 중, 블록규모와 깊은 관계가 있는 것에 대해서는 블록규모가 큰 편이 좋은지, 아니면 작은 편이 좋은지를 각각 정성적으로 분석한다.
둘째, 배수량과 안정성-배수량은 매년 증가하고 있는데, 몇몇 배수지에 대한 배수량의 추이를 살펴보면 일정하지 않고 변동이 매우 심하다. 따라서 몇몇 배수지의 데이터를 활용하여 배수량의 규모와 배수시간별 안정성을 분석한다.
셋째, 배수량과 부하율-배수량의 규모와 부하율의 관계를 몇몇 배수지 수량의 데이터를 적용하여 분석한다. 전체 배수지의 배수량 데이터를 사용해서 배수량과 그 부하율의 관계를 구한다.
넷째, 추계(推計)이론으로부터 살펴본 샘플수와 블록 규모-추계이론에 의한 모집단의 크기와 샘플수의 관계로부터 효율적인 모집단의 크기(블록규모)와 샘플수의 분석을 실시한다.
수요량 예측, 물 사용 실태조사 등을 블록 규모별로 실시할 경우, 신뢰도가 높고 추출율도 낮아서 경제적으로 블록 규모를 설정할 수 있다. 결과는 블록규모가 커질수록 급속하게 조사 지점수와 추출율이 감소하지만, 대략 3,100~3,200세대정도의 블록규모가 있다면 그 이상으로 규모를 크게 하더라도 총 샘플수는 감소하지 않는다.
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