1. 작성 목적

동일본 대지진은 일본 동북지방 태평양 연안을 중심으로 인명, 재산, 공공 시설 등에 큰 피해를 가져왔지만, 특히 지진해일에 의한 피해가 심각하였다.

지진 재해 발생으로부터 1년이 지난 현재, 하수도 시설 중에서 재해를 입은 120개의 처리장, 112개의 펌프장이 복구되었지만, 이번 지진 재해에서는 종전의 내진 대책 중심의 하수도 시설 대책에 대한 과제를 도출시켰다.

<동일본 대지진으로 기능이 정지한 센다이시의 하수처리장>

본 보고서에서는 하수도의 전체 기능을 지진해일 재해시에도 “반드시 확보해야 할 기능”(기본 기능), 일시적인 기능 정지는 허용하지만 “신속히 복구해야 할 기능”, “조기에 복구해야 할 기능”으로 분류해, 각 기능에 요구되는 지진해일 대책 성능을 충족시키기 위해 강구해야 할 대응책 및 그 기본적인 방안을 정리하였다.

2. 관로 시설, 펌프장 및 처리장에서의 기능 확보

가. 하수도 시설의 각 기능에 요구되는 지진해일 대책 성능

하수도 시설은 해안 보전 시설 등과 같이 지진해일 높이에 일률적으로 시설의 지진해일 대책이 결정되는 것이 아니라, 관로 시설, 펌프장 및 처리장이 가지는 각 기능의 중요도에 따라 요구되는 지진해일 대책이 달라, 기능 구분별로 방호？복구의 방향을 검토하는 것이 불가결하다. 따라서 하수도의 전체 기능을 재해시에도 “반드시 확보해야 할 기능”(기본 기능)과 “그 외 기능”으로 나누어 지진해일로의 대응책을 결정하는 것이 중요하다. 또, “그 외 기능”에서는 “최대 규모급 지진해일”에 대해 일시적인 기능 정지는 허용하지만 “신속히 복구해야 할 기능”과 “조기에 복구해야 할 기능”으로 나누어 정리하였다. 한편, 조기 복구를 위해서는 시설 대장을 데이터베이스화해 두는 것도 중요하다.

나. 기본 기능의 확보

하수도 시설에서의 하수처리 기능은 침사(沈砂, 토사, 자갈, 석탄재 등 하수 속에 포함되어 있는 무거운 무기질), 양수, 침전, 생물처리, 소독, 슬러지 농축, 슬러지 탈수, 슬러지 소각, 방류 등의 기능으로 나눌 수 있다. 이들 기능 가운데, 가장 우선적으로 확보해야 할 기능(기본 기능)은 하수(오수, 빗물)를 배제하기 위한 양수 기능과 소독 기능이다. 이는 재해 발생 직후에도 분뇨가 계속해서 발생하고 또 수도의 복구나 지하수의 침수에 의해 하수량이 증가하기 때문에, 발생한 하수(오수, 빗물)를 배제하지 못하면 생활 공간에 하수가 체류하게 된다. 이로 인해, 도로 침수나 수인성 전염병 등의 리스크가 확대하게 되어, 이재민 등에 환경위생상의 위기나 재해 복구 활동의 지연을 야기하게 된다. 따라서, 재해 직후에는 이재민 등의 생활 공간으로부터 하수의 조속한 배제와 양수 기능의 확보가 필요하다. 또, 오수의 경우, 배제된 하수에 대해 소독 기능의 확보가 필요하다. 이와 같이, 양수 기능, 소독 기능은 반드시 확보되지 않으면 안 되는 가장 우선적인 기본 기능으로, “최대 규모급 지진해일”이 발생했을 때에도 기능을 확보할 수 있는 설계로 하는 것이 요구된다. 한편, 빗물 배출구 등에 대해서는 방조(防潮) 게이트 등으로부터의 역류를 방지하기 위한 역류 방지 기능이 확보되는 것이 필요하다. 이 경우, 게이트 조작원의 인명 확보의 관점에서 자동 폐쇄할 수 있는 구조로 하거나 광섬유를 활용하여 원격 조정할 수 있도록 하는 등의 조치를 강구하는 것도 검토한다. 아울러, 해안 제방이나 하천 제방 등으로 둘러싸인 낮은 평지의 시가지에서는 지진해일로 쓸려온 대량의 해수가 배수하지 못하고 체류하기 때문에, 이러한 지역에서는 양수 기능의 확보가 무엇보다도 우선되어야 한다. 또, 인명 확보의 관점에서, 처리장 및 펌프장에서는 처리장 관계자 및 주변 주민의 일시적인 피난 시설이나 피난 루트의 확보 등도 중요하다.

다. 전체 기능의 조기 복구를 위해 필요한 기능

(1) 신속히 복구해야 할 기능

“신속히 복구해야 할 기능”은 최대 규모급 지진해일에 대해 일시적인 기능 정지는 허용하지만 기본 기능의 다음으로 우선 복구해야 할 기능이다(처리장의 규모 등에 따라 다르지만, 대체로 1주간으로의 기능 복구를 상정).

신속히 복구해야 할 기능으로는, 하수를 수집하고 양수한 후에 간단한 처리로서 실시하는 “침전 처리” 기능이다. 또, 침전 처리에 수반해 발생한 슬러지는 처리수의 수질 수준의 저하 방지나 악취 발생 등에 의한 환경 악화 방지를 위해 정기적으로 제거할 필요가 있어, 제거 후의 슬러지 처분 작업을 경감하기 위한 슬러지 탈수 기능도 아울러 확보할 필요가 있다.

(2) 조기에 복구해야 할 기능

“조기에 복구해야 할 기능”은 최대 규모급 지진해일에 대해 일시적인 기능 정지는 허용하지만 가능한 한 조기 복구를 목표로 해야 할 기능으로, 처리수의 수질 수준을 재해 이전의 통상 수준으로까지 복구하기 위해 필요한 기능이다.

처리장 규모가 큰 경우에는, 전체의 복구에 연간 단위를 필요로 하는 것이 상정되기 때문에, 생물처리에 의한 응급 복구나 처리 계열별 단계적인 복구 등으로 대응한다.

라. “빈도가 높은 지진해일”에 대한 지진해일 대책 성능

“빈도가 높은 지진해일”에 대해서는, 원칙적으로 하수도 시설은 해안 보전 시설 등에 의해 방호하게 되어 있지만, 하수도 관리자는 필요시 방조 게이트 등으로부터의 역류 방지 대책을 강구할 필요가 있다. 또, 해안 보전 시설 등의 정비 진척 등에 따라, 하수도 시설이 빈도가 높은 지진해일에 의한 피해를 입을 가능성이 높은 경우에는, “최대 규모급 지진해일”의 대책을 상한으로 하여 가능한 대책부터 순차적으로 실시해 나간다. 이 때, “최대 규모급 지진해일”로의 대책과 마찬가지로, 역류 방지 기능, 양수 기능, 소독 기능의 확보를 우선시 한다.

3. 시설 설계 방안

가. 대상이 되는 하수도 시설

재해지에서의 부흥뿐만 아니라 향후 여러 지역에서 대규모 지진 발생이 상정되는 가운데, 해당 지역에서의 하수도 시설의 방재 대책으로서의 설계 방안을 정리할 필요성이 제기되고 있다. 이에, 재해지역을 포함해 향후 지진해일 피해가 상정되는 지역에 있는 관로 시설, 펌프장 및 처리장을 대상으로 시설 설계 방향을 정리하였다.

나. 하수도 시설로의 대책

최대 규모급 지진해일 높이에 대해 “반드시 확보해야 할 기본 기능”을 확보하기 위한 설비 등은 리스크 회피(침수되지 않는 구조)로 하는 것이 가장 바람직하고, 그 대응이 현실적이지 않은 경우에는 리스크 저감(견고한 방수 구조)에 의해 기본 기능을 확보한다. “신속히 복구해야 할 기능”을 확보하기 위한 설비 등은 리스크 저감을 도모한다(견고한 방수 구조로 한다). “조기에 복구해야 할 기능”을 확보하기 위한 설비 등은 리스크 보유(침수를 허용)하는 것으로 하고, 주로 소프트 대책에 의하는 것으로 한다.

한편, 하수도 시설의 입지 조건이나 시설 구조 등에 따라 어려운 경우, 예를 들면, 하수의 배제 기능에 불가결한 펌프 설비임에도 불구하고, 침수 높이 이상으로 설치할 수 없는 경우에는 사전 대응책으로서 리스크 저감을 선택한다. 또 소독 기능과 같이 간단하게 약액(藥液) 탱크를 이용해 하이포염소산(Hypochlorous acid) 정량 첨가 등에 의한 기능 확보가 가능한 것이나, 탈수 기능과 같이 인근 처리장 등으로의 슬러지 유입 등에 의한 기능 확보가 가능한 것에 대해서는, BCP(Business Continuity Planning) 등에 자리매김하여 리스크 회피 또는 리스크 저감을 도모하는 것이 유효하다.

다. 구조체, 개구부, 기계 및 전기 설비별 대책

단위 시설(하수처리 등의 한 공정을 담당하는 시설)은 크게 구조체, 개구부(開口部), 기계？전기 설비의 3개로 구분된다.

구조체는 토목 구조물, 건축 구조물 또는 이러한 복합 구조물이며, 관리동 등의 건물, 수조, 수로 등이 해당한다. 특히 유입지, 방류지, 펌프 시설이나 수변전 시설의 건물 등 “반드시 확보해야 할 기본 기능”과 관련되는 것이나, 침전 시설의 수조, 슬러지 탈수 시설의 건물이라고 하는 “신속히 복구해야 할 기능”과 관련한 것에 대해서는 지진력은 물론 최대 규모급 지진해일의 파압(波壓), 소류력(掃流力, tractive force), 표류물에 의한 충격력 등에도 견딜 수 있는 구조(붕괴되지 않는 구조)로 한다.

개구부는 구조체에 설치된 창이나 문, 덕트 등이며, 지진해일 재해시에는 해수 등의 침수구가 되기 때문에, 특히 “반드시 확보해야 할 기본 기능”을 위해 필요한 지점에 대해서는, 침수 높이 이상으로 설치하거나 방수 구조(방수문)로 하거나 개구부를 방호벽으로 방호하는 등의 대책이 요구된다.

기계 및 전기 설비는 옥외에 설치하는 것과 옥내에 설치하는 것이 있지만, 물에 대해 매우 취약하기 때문에, 특히 옥외에 설치하거나 배수 기능의 확보가 필요한 것에 대해서는 침수 높이 이상으로 설치하는 것이 요구된다. 이러한 대응이 현실적으로 어려울 경우에는 구조체나 개구부의 대응책을 강구하거나 예비기기를 확보하는 등의 대책이 요구된다.

상기 외에, 방류지나 빗물 배출구 등에서의 지진해일의 역류에 의한 맨홀 뚜껑의 비산(飛散)이나 개구부로부터 해수 분출 등이 발생하지 않도록, 역류 방지를 위한 플랩 게이트(Flap gate)의 설치 등에 대해서도 검토한다. 또, 침전 시설 등 “신속히 복구해야 할 기능”과 관련해서는, 수조로의 표류물의 유입 등을 억제하기 위한 덮개의 설치 등도 검토한다.

라. 기존 시설의 부분적인 개축 등에 의한 지진해일 대책

기존 시설에서는 하수의 배제？처리를 하면서 지진해일 대책을 실시하는 것, 구조상의 제약이 있는 것 등뿐만 아니라 특히 규모가 큰 지자체에서는 대응해야 할 시설이 다수 존재하기 때문에 일시에 모든 시설의 지진해일 대책을 도모 하는 것이 곤란하다.

따라서 한정된 재원 속에서, 우선순위를 두고 효율적으로 지진해일 대책을 실시할 필요가 있다. 이 때, “반드시 확보해야 할 기능”인 역류 방지 기능, 양수 기능 및 소독 기능 가운데, 기본적으로는 역류 방지 기능과 양수 기능을 우선시 한다. 또, 지진해일 대책을 실시해야 할 하수도 시설이 다수 있는 경우에는, 지진해일 재해시에 각각의 하수도 시설이 기능 정지했을 경우의 피해 규모를 고려해, 우선순위를 결정한다. 아울러 중장기적으로는 대규모 개축의 기회를 파악해, 보다 높은 수준으로의 지진해일 대책 성능을 갖추어 가도록 한다.

▣ 원문제목 : 耐津波？策を考慮した下水道施設設計の考え方

▣ 원문의 주요목차*******************************************************************

1. 서론

2. 설계 시 상정하는 지진 지진해일

3. 관로 시설, 펌프장 및 처리장에서의 기능 확보

4. 시설 설계 방향

5. 맺음말