| 연구개발개요 |
○ 기후 변화와 이상 기온으로 인한 가뭄 및 하천 고갈이 빈번하게 예상되는 시기에 취수원 부족이 사회적 이슈로 대두되고 있다. 국내의 경우 90%이상의 상수원을 지표수에 의존하고 있으며, 약 40%가 호소를 수원으로 이용하고 있는 등 지표수의 의존도가 높은 실정이다. 지표수는 가뭄 등 이상기후 발생 시 수량과 수질에 문제가 발생할 수 있으며, 사실상 대부분의 호소는 부영양화에 따른 조류발생 문제를 잠재적으로 갖고 있어 정도의 차이는 있으나 호소를 수원으로 하는 모든 정수시설이 맛과 냄새, 조류독성에 대한 위험을 내포하고 있다고 할 수 있다. ○ 지표수의 의존도가 높은 국내 실정에서 직접취수에 대한 문제점을 해결하고 취수원의 다변화 정책에 부응하기 위해 2000년대 초에 간접취수 방안이 도입되었으며, 4대강 살리기 사업' 으로 인해 향상된 수변지역의 간접 취수여건은 대한민국 수자원 안보에 새로운 기회로 기대되고 있다.○ 수변지역의 간접취수 방식인 강변여과수는 하천수가 강변에 분포하고 있는 충적층을 통과하면서 불순물과 미생물이 자연여과된 물로서 대용량의 깨끗한 물을 안정적으로 취수할 수 있는 친환경적 대체수원이다. 또한 이러한 취수 과정을 통해 강변여과수는 수질이 양호하여 정수공정이 단순하고 경제적이고 환경친화적인 시설유지가 가능하다. ○ 이러한 장점으로 유럽과 미국 등의 선진국에서는 오래전부터 강변여과수와 같은 간접취수 개발을 통해 상수원수를 공급하고 있다. 국내에서도 낙동강 창원, 갑천, 탄천 등에 간접취수원이 개발되었으며 김해시, 의령군, 창녕군 등의 취수원개발사업과 지자체의 생태하천조성사업에 강변여과수 개발을 도입하여 공사 중에 있다.○ 대용량 간접취수의 방식의 대표적인 형태는 방사형 집수정으로, 국내에서도 강변여과수는 물론 대용량 취수방식에 가장 많이 적용되고 있는 취수방식이다. 이와 같은 대용량 취수시설을 장기 운영할 때 발생하는 가장 빈번하고 큰 문제는 배후지의 지하수위 하강에 따른 지반침하나 지하수량 감소 영향 등으로 인한 민원이 계속 발생된다는 점으로, 특히 가뭄으로 인한 취수원 부족시에는 계속적인 사회적으로 이슈가 될 것으로 예상된다.○ 현재 국내에서는 지하수법에 의해 지하수를 생활용수 목적으로 100톤/일 이상 개발하고자 할 때 실시설계시 지하수 취수에 따른 주변 영향을 평가하도록 고시되어 있고, 또한 하천법에 의해 하천 인근에서 지하수를 취수할 경우 그에 따른 하천수의 영향을 평가하도록 고시되어 있다. 그러나 강변여과수 취수시 배후지 지하수위에 대한 영향평가는 법적으로 명시되지 않았으며, 다만 취수시설 설계시 목표취수량으로 취수시설을 운영할 경우 배후지의 영향에 대해 이론·경험식이나 수치모델링을 통해 평가하고 있는 실정으로 개발 후 취수시에 실질적인 영향 및 민원을 고려하여 효율적으로 운용하고 대처할 수 있는 기술적 기반은 마련되지 못한 실정이다. 이러한 이유로 대용량의 취수시설 구축이 계획되면 배후지 영향을 우려한 인근 주민들의 민원이 계속 발생하고 있다.○ 이와 같은 사회적 이슈에 대한 문제해결을 위해서는 현재의 취수시스템으로는 취수량을 감소시켜 배후지 영향을 줄이는 방법이외는 없다. 그러나 취수량을 감소하는 방안은 실제 취수량에 비해 부적절하게 개발된 시설투자비로 인한 손실과 취수량 규모에 비해 과다한 취수시설을 운영해야 하는 비효율적 운영으로 인한 경제적인 손실을 초래할 수밖에 없다. 또한 부족한 취수량을 메우기 위해 새로운 수원 개발을 위한 비용을 추가로 소비해야 하므로 현실적인 해결책이 되지는 않는다. 그러므로, 근본적인 해결책 마련을 위해서는 개발된 전체 시설물을 활용하면서 취수량의 감소 및 배후지의 지하수위 저하량을 최소화하여 배후지에 미치는 악영향을 방지할 수 있는 운영시스템과 이를 뒷받침할 수 있는 요소기술 개발이 필요하다.○ 대용량 취수시설 운영에 따른 배후지 영향이 최소화되는 최적 운영방안을 도출하기 위해서는 배후지에 관측공을 설치하고 관측자료와 취수자료 등을 연계 평가하는 것이 필요하며, 이와 같은 통합 시스템을 정밀하고 효율적으로 운영하여 배후지 영향을 최소화하기 위해서는 IT 기반의 취수시설 운영시스템이 개발되어야 한다. 또한 집수정의 최적 운영방안을 도출하기 위해서는 수평집수관별 유량 측정에 필요한 대형 고압 조건의 유량계 개발이 필요하며, IT 기반의 수평집수관별 유량 제어를 통한 취수시설의 자동 운영 시스템이 구축되어야 한다.
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| 최종목표 |
(1)최종목표 및 최종성과물○ 본 연구개발과제의 최종목표는 강변여과수 개발시 취수량 감소를 억제하면서(90% 이상 유지) 배후지 영향을 최소화할 수 있도록 계측과 연계한 IT 기술을 활용한 수평집수관별 취수 운영·제어 시스템을 개발하는 것이다.○ 최종 성과물 ？ 배후영향 최소화를 위한 집수정의 운영관리 지침 ？ 계측 및 IT 연계 집수정 통합 운영·제어 시스템 ？ 수평집수관별 효과 평가 프로그램 및 매뉴얼(2)설정근거○ 현 기술 수준 및 연구 범위 ？ 점차 이상기온 및 가뭄에 따른 조류발생 및 강우량 감소 등으로 지표수 직접취수 방식에 의한 수자원 공급의 한계가 대두되어, 가까운 미래에 발생할 기상재해에 대처할 수 있는 다양한 대체 수자원의 개발이 절실하게 되었다. ？ 21세기 프론티어연구개발사업에서는 강변여과, 지하댐, 인공함양, 간이상수도 등 대체수자원과 관련된 분야별 기술들이 개발되었으나, 지하수 유역 개념의 통합 이용 관리 기술은 다루지 못하였다. 또한, 현재 국내에서 운전되고 있는 강변여과 시설의 경우 운영관리에 대한 기준과 원칙이 마련되어 있지 않아 장기 운영에 따른 취수량 감소나 수중 장치 및 부속물의 손상 등이 발생되고 있다. ？ 최근에는 4대강 살리기 사업이후 강변여과수의 부존량이 대폭 증가됨에 따라 간접취수방식에 의한 대용량의 취수가 가능해져, 수변지하수활용 고도화 연구단에서 대용량의 간접 취수를 위해 지반 조사와 취수시설의 설계 및 시공 등에 대한 현장 기술을 개발하여 선진국 수준의 취수량 확보 기술을 개발하여 취수량확보에 대한 우려는 어느 정도 극복하였다. 그러나 대용량 취수에 따른 배후지의 지하수위 저하로 인해 발생하는 부수적인 영향에 대해서는 수치모델링을 활용한 예측 수준의 분석이 수행되었을 뿐 장기간 운영을 통한 영향 평가 및 운영관리 기술 확보는 수행되지 못하였다. ？ 최근 대규모 강변여과 시설 개발시 배후지의 지하수위 강하 등에 대한 민원이 제기되는 등 국책사업의 추진에 지장을 받고 있어 배후지 영향을 최소화할 수 있는 운영관리 기술의 확보가 시급하다. ？ 따라서 본 과제에서는 대용량 간접취수시 취수가능량의 90% 이내로 취수량이 유지되면서 배후지 영향을 최소화할 수 있는 대용량 간접취수시설 운영시스템의 최적 운영 방안 마련을 위해 IT를 기반으로 하는 양수조절 시스템을 도입하고, 장기적인 취수시설 운영에 따른 배후지 영향을 평가하여 최적의 운영기술을 개발 및 검증함으로써 향후 기술을 확보하고자 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
(1) 계측 및 IT 연계 집수정 통합 운영·제어 시스템 ○ 배후지 관측망을 포함한 IT 기반 취수시설의 운영시스템 개발 ○ 취수시설의 운영 결과와 배후지 영향의 상관성을 분석하고, 배후지 지하수위가 목표치 이내로 유지되는 최적 운영방안 도출 ○ 최적 운영방안을 IT와 접목하여 저영향 양수 조절 시스템 개발 ○ 장기 운영을 통해 시스템을 검증하고 운영매뉴얼을 작성 1) 1차년도 ？ 주요 연구 활동 : Test Bed 특성 조사/분석, 배후지 관측망 설계/구축, Test Bed 인허가, 운영 체계 Design ？ 세부 연구 내용 : Test Bed 부지특성 자료 분석, 배후지 관측망 설계를 위한 추가 정밀조사, 기존 정밀 수치모델링 결과 분석 및 영향 범위 예측, 후지 관측망설계 배후지 관측정 구축, 기존 인허가 사항 검토, 배후지 관측망 고려 Test Bed 인허가 변경, 기존 IT 기반 운영시스템 분석 및 보완, 배후지 관측망을 포함한 IT 기반 취수시설 Case별 운영 계획 수립 2) 2차년도 ？ 주요 연구 활동 : 취수시설 운영 및 배후지 영향 예측, 최적 운영방안 도출, IT 기반 자동운영기술 개발 ？ 세부 연구 내용 : 운영 계획에 따라 취수시설 장기 운영, Case별 취수시설 운영 결과에 따른 배후지 영향 평가, 취수시설의 Case별 운영 결과와 배후지 영향의 상관성 분석, 배후지 지하수위 강하량이 목표치 이내로 유지되는 최적 운영방안 도출, 개발된 최적 운영방안을 취수시설 자동 운영시스템에 적용, IT를 기반으로 배후지 지하수위 강하량에 따라 취수시설을 자동으로 조절하는 시스템 개발 3) 3차년도 ？ 주요 연구 활동 : 운영시스템 장기 운영, 운영시스템 검증, 운영매뉴얼 작성 ？ 세부 연구 내용 : IT 기반 자동운영시스템으로 취수시설 장기 운영, 취수시설의 목표취수량과 배후지 지하수위 강하량 모니터링, 배후지 지하수위를 목표치 이내로 유지하며, 취수시설이 목표한 취수량을 확보되는지 검증, 취수시설 Case별 운영 방안 제시, Case별 취수시설 운영 결과에 따른 배후지 영향 평가 방안 제시, IT 접목 자동 운영시스템 개발 기술 제시, 자동 운영시스템 운영 지침 제시(2) 수평집수관별 취수량 효과 평가 프로그램 ○ 수평집수관의 취수량 평가 알고리즘 개발 ○ 수평집수관의 On-off에 따른 취수량 예측 프로그램 개발 1) 1차년도 ？ 주요 연구 활동 : 수평집수관 취수량 평가 이론 정립, 취수량 평가 알고리즘 개발 ？ 세부 연구 내용 : 기존이론식 조사 및 분석 2) 2차년도 ？ 주요 연구 활동 : 취수량 평가 프로그램 초안 개발 및 현장 확인 ？ 세부 연구 내용 : 수평집수관 취수량 산정 알고리즘 개발, 현장 실제 취수량과의 비교 분석을 통한 알고리즘 보완 3) 3차년도 ？ 주요 연구 활동 : 취수량 평가 프로그램 개발 ？ 세부 연구 내용 : 프로그램 개발 및 등록, 집수정 통합운영 제어시스템과 연계
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