1. 서론

- 미국의 하수관거시스템 기반시설이 불량한 상태에 있으며 이에 대한 현황평가 및 보수에 대한 긴급한 필요성이 있는 것으로 판단되고 있다. 노후화 되는 기반시설을 평가 하려는 노력은 미 환경청이 산하 수국(Office of Water, 水局)의 지속가능한 기반시설 계획의 일환인 노후화 물관련 기반시설 프로그램에 따른 연구로서 시작되었다.

- 본 연구는 3년에 걸쳐 수행되었으며, 하수관거 상태 평가를 수행하는데 필요한 현존하는 최신 혁신기술들에 정보를 공공기관에 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 이러한 정보에는 성능 자료와 가능한 비용 자료가 포함되며, 시스템의 특징, 이력 및 상태 평가를 위한 최적의 기술을 선정하는 기준으로 활용되고 있다.

- CCTV에 의한 평가는 관거의 내부 표면에 대한 상세한 영상을 제공하여 체계적인 데이터 처리를 통하여 관거 결함을 특성 짓는 과정을 거치게 된다. 이러한 방법은 관거 상태 평가를 위한 주요한 방법으로 활용되어져 왔으며, 향후에도 본 방법은 주요한 방법으로 지속 활용될 것이다.

- 이외에 다수의 기타 기술들이 활용이 가능하며, 관거 본체의 보전상태 및 토피 상태 뿐만 아니라 서로 다양한 관거 결함을 규정하는데 활용되고 있다. 이러한 기술로부터의 자료들은 CCTV 자료를 보충할 수 있고, CCTV 조사를 집중할 수 있는 지역을 선정하는데 필요한 정보를 제공하게 된다.

2. 기술 선정시 고려사항

- 공공기관은 실 적용을 위한 다양한 기술을 고려 시, 관종, 관재질, 관결함 형태, 기능 목표 등을 고려하여 적용기술을 선정하여야 한다. 또한 타 산업분야에서 개발된 수 많은 기술이 관거 상태평가를 위한 평가기술로 활용이 가능하므로 이들 기술개발에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다.

- 관 조사기술의 선정에 영향을 미치는 주요한 인자와 정보에는

⦁ 관에 대한 기본적인 데이터(예를들면, 관재질, 관경, 관부설 조건)

⦁ 조사목적(예, 전 지역의 신속한 조사, 관 청소 및 관보수 우선순위 선정 등)

⦁ 비용(직접조사 비용 : 장비렌탈, 인건비, 관 청소 비용 등, 간접비용 : 서비스 중단에 따른 비용, 실험실 운영비용 등)

⦁ 실행단계 고려사항 (직접장비 구입 및 외부 용역비교, 조사 및 측정 속도, 조사장비 및 운영의 난이도, 장비 내구성 등)

을 들 수 있다.

3. 기술 선정

- 공공기관이 자체 시설 평가 프로그램 구축에 점차적으로 관심을 기울이고 있으며, 이에따라 기술을 선정하는 프로그램의 중요성은 점차 증가될 것이다.

- 맨홀에 정치하거나 관 하부를 확대하여 볼 수 있는 줌 카메라의 이용으로 신속하고 비용⦁효과적인 시각 평가가 가능해 졌다. 이러한 기술은 CCTV로 찾아낸 결함의 대부분을 검출하는 데 유용하게 활용 될 수 있다.

- 청음 감시기술로 프리스트레스 콘크리트 관의 철근 절단부를 찾아낼 수 있고, 관을 계속 사용하면서 전체적인 간선 관거의 상태를 점검할 수 있다. 부가적으로 유량의 분산그래프(scatter graph)를 이용하여 장애물, 보틀넥, 배수위, 분류식하수도월류수(SSOs) 또는 합류식하수도월류수(CSOs) 등의 관거 상황을 파악할 수 있다. 또한 이러한 분석들은 좀 더 세밀한 평가를 위한 지역선정에도 활용된다.

4. 관거 내부표면의 세부 평가 기술

- 상세한 양질의 관 내부표면을 평가하기 위해서는 여전히 CCTV가 유효하지만 유럽에서 활용되고, 이제는 미국에서도 활용되기 시작한 디지털 스캐닝 방식이 신중히 고려되고 있다.

- 디지털 스캐닝은 고화질의 영상과 관거의 펼쳐진 단면을 생산하고, 필드작업 후 사무실에서 불량부위를 전산화 할 수있는 기능을 갖고 있다. 디지털 스캐닝의 효율은 해상도, 관경, 조명과 관계가 깊다.

- 디지털 스캐닝조사 결과에 대한 반응이 매우 긍정적으로 평가되고 있으며, 관련기술이 발전되고 가격면에서 유리해지면 관거 평가기술 중에서도 매우 경쟁력있는 기술로 자리매김 할 것으로 판단된다.

5. 관벽체 건전성 평가 기술

- 관 벽체 건전성의 평가는 원형관거에서의 두께, 원형의 편차 및 누수 통로와 같은 특징을 측정하는 것을 포함한다.

- 음파 탐지 및 레이저 조사는 관벽의 형상을 측정하게 하며, 관벽 두께(부식과 관련된), 관내 퇴적 및 관 변형에 대한 정보를 제공하게 된다. 이러한 조사기술은 CCTV에서 발견된 관거의 잠재적인 결함들을 확인시켜 주거나 제외시켜 주는 기능을 담당하게 된다.

- 이러한 전자 스캐닝 기술은 관거 침입수(infiltration) 및 관거 유입수(inflow)의 발생위치나 관 이음부 및 배수설비의 결함부를 결정하는데 결정적인 도움을 주게 된다. 이러한 결함부는 관내로 물이 흐르지 않는 한 카메라로는 발견하기가 쉽지가 않다. 또한 본 기술은 부식에 의한 미세 균열을 포함하여 종단방향이나 원주 방향의 균열을 찾는데 유용하게 활용된다. 이러한 전자 스캐닝 기술은 이음부 압력시험과 비교해 보면 많은 부분에서 정확하게 일치하는 것을 볼 수 있다.

- 관벽체 건전성 평가를 위한 연구단계의 최신 조사기술에는 충격반향기법(impact echo), 표면파 분광분석법(spectral analysis of surface waves(SASW)), 초음파 펄스 속도 분석법(ultrasonic pulse velocity(UPV)), 유도 초음파 시험(guided wave ultrasonic testing(GWUT)), 미세변형 측정법(micro-deflection)과 광섬유(fiber optics) 측정법이 있다. 댐이나 도로 등 구조물 분야에서 널게 활용되고 있는 Impact echo, SASW 및 UPV 방법은 제한적이긴 하나 관벽체의 건전성 측정에 유용하게 활용될 수 있다.

- GWUT 측정방법은 최우선적으로 활용되어 왔는데, 최근의 연구결과에 의하면 주요 크랙이나 관 원주상의 크랙의 위치를 파악하도록 개량 될 수 있는 것으로 보고 되고 있다. GWUT는 공장시설의 노출 관을 조사하는데 활용되어 왔으며 또한 지중의 관이라도 굴착으로 접근이 가능한 부위나 지상노출 관을 조사하는 데 활용되고 있다.

- micro-deflection 방법은 적조식(벽돌구조) 오수관거의 일반적인 상태를 평가하는데 활용되고 있을지라도 그 효용성을 보이기 위해서는 좀 더 많은 연구가 필요하다. 광섬유 시스템은 댐이나, 교량 및 관을 포함하는 많은 구조물에서의 변형과 온도변화를 감시하는데 활용되어 왔다. 이러한 시스템들은 관거 벽체의 변형이나 두께를 측정할 수 있는 잠재성을 갖고는 있다. 수도본관의 조사에는 적용한계가 있으며 하수관거 시스템에는 적용한 예가 없다.

6. 관기초 및 지중 공동 상태 평가 기술 평가

- 관기초 및 공동(空洞)부분의 평가시에는 지중투과 레이다(ground-penetrating radar, GPR)가 가장 적합한 방식이다. 전통적으로 지상에서 운영되어진 GPR 기법은 지중 매설 관거 및 토양 공동부를 포함하는 지중특성을 파악하는 기능을 갖고 있다. 다만 점토 및 포화토양에서는 신호가 약해지거나 측정깊이가 제한되는 특징이 있다. 또한 일부 연구에서는 관내에서 GPR의 적용성을 수행한 사례가 있다. 감마-감마선 검출(Gamma-gamma logging)기법 및 적외선 화상처리기법 (infrared thermography) 등 2 종류의 기법이 여전히 여타 공학적 분야로부터 관기초의 평가를 적용을 위한 연구단계에서 진행되고 있다. 연구가 진행됨에 따라 이들 기법의 효율성이 증명될 것으로 기대되고 있다.

7. 실행 및 비용에 대한 고려사항

- 공공기관에서 관거상태 평가 프로그램 목적에 부합하는 조사기술에 대한 리스트를 개발한 이후 각각의 기술이 여전히 실현가능한 선택인지의 여부를 실행단계에서 확인할 필요가 있다.

- 기술의 선택에 있어서 비용측면의 검토가 매우 주요한 선정인자가 된다. 더우기 비용편익 분석(cost-benefit analysis), 즉 상태평가를 수행하는데 소요되는 비용 예를들면, 직접 조사비용, 기술교육 훈련비용, 기획 및 자료분석 비용 등이 사업효과로 얻을 수 있는 예를 들면 관 파손 회피 효과비용 등을 넘지 않아야 한다. 공공기관에서는

- 신 기술의 적용을 고려할 때, 장비구입을 할지 외부 용역으로 할지를 결정해야 할 필요가 있다. 적용 신기술 뿐만 아니라 장비 운영 및 자료분석에 필요한 기술교육의 복잡성을 이해하는 것이 중요하다. 또 다른 실제적인 상황으로서 장비의 배치방법 즉, 관거시스템에 접근하기 위한 필요사항들, 예를 들면 각 맨홀에서의 작업배치와 최소유속과 관거 청소상태 등의 관거 현황에 대한 이해가 필요하다.

8. 결론 및 향후 필요 연구 방향

- 그간 수십년간 공공기관에서는 대상지역의 관거시스템의 상태에 대한 불량도 파악이나 관련자료의 획득을 재래식의 CCTV 방법을 활용하여 왔다. 그러나 현재는 최신의 수많은 기술들이 상업적으로나 연구단계 중에서나 하수관거 상태평가를 위해 적용되고 있다. 이들 신기술중의 일부는 CCTV 기법과 같이 줌 카메라나 디지털 스케닝과 같이 카메라를 기본으로 하는 기술군이 있으며, 다른 원리를 이용하여 CCTV에서 얻어지는 것에 보완적인 정보를 제공하는 기술군으로 분류된다.

- 본 연구를 통해서 향후 추가적으로 수행되어야 할부분이 기술성능에 대한 평가 부분이다. 대부분의 관거상태 평가에 대한 유효한 정보가 기법제공 회사나 운영자로부터 수집된 것이기 때문에 기법의 성공적인 사례만을 강조하기 때문이다. 따라서 기법의 성능과 비용을 포함한 관거조사 기술에 대한 공공기관의 경험을 정리하고 분석할수 있는 종합적인 제3자적 입장의 조사가 필요하다.

▣ 원문제목 : Report on Condition Assessment of Wastewater Collection Systems