빗물의 저장

키워드 : 굴착공, 자연재해대책법, 수도법, 도시홍수, 빗물유출저감시설, 빗물이용시설, 투수계수, 지하수위, 양수량, 주입량, 초기우수, 막힘현상, 지하수함양

최근 기후변화가 날로 심해지고 있는 가운데, 가뭄과 풍수해로 인한 자연재해가 빈번하게 발생하고 있다. 가까이 보면 지난 2008년에는 유례없는 가을가뭄으로 피해를 보았고 2011년에는 연강수량이 2,000㎜에 가까운 집중호우로 산사태 등 수도권이 침수되는 자연재해를 격었다. 최근에는 이러한 가뭄과 수해를 극복하기위한 방법들 중 하나로 빗물관리에 관심이 모아지고 있다.

 

그리하여 국가에서는 자연재해대책법을 개정하여 도시개발, 관광단지, 택지개발, 온천개발 등 11개 사업을 시행하는 관계부서장은 ‘빗물유출저감시설’을 의무적으로 설치하도록 하였으며, 수도법에서는 규모이상의 건축물의 증축․개축시 빗물이용시설을 설치하도록 규정하였으며, 이러한 빗물이용시설을 설치한 개인이나 단체에는 수도요금을 경감할 수 있도록 하였다. 또한 서울시에서는 도시홍수를 예방하고자 2005년 빗물관리 조례를 제정하여 빗물관리시설을 설치하는 예산을 지원하여 2007년 총 132개소 14,792톤의 빗물저장 시설을 설치하였다.

 

현재 이러한 빗물집수시설들로는 대략 2종류가 있는데, 물탱크 등 빗물을 모으는 ‘물통형구조물’과 침투측구-침투맨홀-투수포장재 등 빗물의 지하수 함양을 촉진시키기 위한 시설들이다. 그러나 이미 도시화가 완료된 지역에서 기존 건물에 빗물저장 탱크를 설치하기란 공간문제와 저장량에 한계가 있어 장마나 집중호우시에는 홍수저감에 큰 도움을 주지 못하는 형편이다. 또한 투수성포장재 등의 지하수함양을 촉진시키기 위한 시설들은 시간이 지나면서 표면에 먼지, 타이어가루 등 미세입자들이 막아버림으로서 침투능력이 현저히 떨어지며, 아스팔트나 콘크리트로 포장된 도시에서 투수포장재로 교체하기란 쉬운일이 아니다.

 

이러한 기존 빗물집수시설의 1)설치공간, 2)저장능력, 3)공사비 문제를 해결할 방법으로서 금회 제기하는 기법은 지하수관정과 같은 굴착공으로 빗물을 모아 땅속공극과 대수층에 저장시킨는 ‘지하수함양법’이다. 도시지역의 경우 지표부는 불투수층으로 포장되어 있고, 각종 개발사업과 지하수이용으로 지하수위가 지표면 하부 20～30m까지 낮게 형성되어 있다. 즉 집중호우시 지표부는 홍수이지만 땅속은 비어 있으므로 이미 엄청난 빗물저장공간을 확보하고 있는 셈이다. 그런데 조그마한(직경 75～150㎜) 굴착공으로 많은 양의 물을 집어 넣을 수 있는가에 대한 것인데, 이것은 소구경의 우물공에서 많은 양의 지하수를 뽑을 수 있는 것을 보면 그 반대 방향인 주입과정 역시 동일한 개념으로 적용될 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 즉 어떤 굴착공(우물공)의 고유 투수계수가 있으면 양수량은 고유투수계수와 양수수두차(-)의 곱으로 정해질 것이며, 주입량 역시 고유투수계수와 주입수두차(+)의 곱으로 정해질 것이다. 따라서 어떤 지역에서 1개의 굴착공으로 빗물을 주입할 수 있는 양은 그 지역 지층이 투수계수와 지하수위만으로 결정되는 것이다. 실제 굴착공의 주입능력은 여러 곳의 굴착공에서 현장시험으로 검증되었다.

 

굴착공으로 빗물을 저장할 경우에는 물탱크와 같이 구조물의 크기에 비례하여 저장량이 정해지는 것이 아니라, 주입가능량은 지층의 투수계수와 수위로 결정되므로 우선 설치공간의 문제가 해결된다. 그리고 굴착공은 외부와 밀폐되어 있으므로 주입되는 물만 관리되면 막힘현상에 의한 투수성의 감소는 생기지 않으며 물이 필요할 때 동일한 굴착공에서 양수가 되므로 막힘입자들의 제거가 손쉽게 가능하다.

 

굴착공주입법에서 가장 우려되는 것이 지하수 수질이다. 빗물자체는 증류수에 가까운 것으로서 자연계에서 가장 깨끗한 물로 볼 수 있다. 그러나 빗물이 지붕이나 지표면에 떨어지는 순간 먼지 등의 오염물과 섞이게 된다. 이것을 ‘초기우수’라고 하는데 보통 비가내리기 시작한 처음 2～3㎜에 해당한다. 따라서 굴착공으로 빗물을 주입할 경우 침전조, 유량조절밸브 등을 사용하여 초기우수를 확실하게 배제시켜야 한다. 그 다음으로 굴착공의 유지관리 방법인데 이것은 기존 물탱크 저장법과 유사하게 1년(년간 몇회)에 한번정도 굴착공의 지하수를 뽑아서 수질검사를 실시하고 이와 병행하여 양수하면 막힘입자들이 제거 될(그렇게 쉽게) 것이다. 그리고 빗물주입 굴착공의 주입효과는 지중 대수층에 미치게 되므로 만일의 사고에 대비하여 공공에 의한 엄격한 관리가 필요하다.(어떻게)

 

굴착공을 이용한 빗물저장 | 땅속에 빗물을 주입하여 홍수예방과 물 저장 |

⧫배경과 목적 | 최근 홍수저감과 수자원확보의 신개념 = 빗물 모으기 | 관련근거 : 자연재해대책법, 수도법, 물 재이용 촉진에 관한법률, 서울시 빗물관리 조례(몇조) · 해당조직의 장은 ‘빗물유출 저감시설’과 ‘빗물이용시설’을 설치토록 규정하고 있음 | 기존 빗물 모으기 방식들과 한계점 · 물탱크 등 빗물집수 구조물 : 설치공간의 한계, 높은 시공비, 저장용량의 한계 · 침투측구_투수포장 등 지표 침투시설 : 표토층의 낮은 침투성, 높은 시공비, 부지협소 ➡ 빗물 ‘저장량’의 한계성으로 효과가 낮음 | 문제점 해결의 핵심과제(시공비는 누가 주나?) · 우기 시 많은 양의 빗물을 저장할 수 있어야 함 · 집수시설의 설치가 용이하고, 공사비가 현실적이어야 함 · 도시지역 어디서나 광범위한 지역에서 빗물을 저장할 수 있어야 함 · 다시 꺼내 쓰기 쉽고 장기간 저장에 따른 수질의 안정성이 확보되어야 함 | 굴착공을 이용하여 빗물을 땅속에 주입할 경우 ➡ 집수시설의 [공간문제, 저장용량, 공사비, 수질문제] 해결가능

⧫사업내용 | 기본개념 : 빗물을 굴착공 속으로 유도하여 광범위한 땅속 공극과 대수층에 저장 | 집수시설 · 굴 착 공 : 구경 75~150mm, 심도 10~30m 충적 미고결층 · 보조시설 : 초기빗물 유입 방지장치, 수위관측계, 유량계 · 이용시설 : 동일한 주입공에서 양수 | 빗물 집수원 : 지붕, 공원, 저수지, 산림지 ➡ 깨끗한 빗물만 집수(사실상 불가함) | 굴착공 1공당 주입량 추산 · 예) 굴착공 1공의 주입률(양수량)이 70㎥/day (3㎥/hr) 이면, 시우량 30㎜×면적 100㎡에 떨어지는 빗물을 지속적으로 땅속에 저장 가능함 | 효과 검증 방법 · 주입정에 유량계를 설치하여 주입되는 빗물의 양을 측정 · 지하수 수위를 관측하여 지하수위 변동을 파악 · 주입 전-후 주입정의 지하수 수질을 분석하여 수질변화를 파악

⧫기대효과 1) 홍수저감 : 광범위한 지역을 대상으로 굴착공 설치가 가능하므로 효과적인 홍수예방 2) 물 확보 : [빗물 땅속저장] ➡ [지하수위 상승] ➡ [지하수 부존량 증대] 3) 하천수위 복원 : [지하수위 상승] ➡ [하천기저유출량 증가] ➡ [하천수량 유지] 4) 활 용 : 건기에 주입정에서 양수하여 조경용수, 청소용수 등으로 활용
⧫문제점과 해결방안 | 문제점 : 빗물집수 및 주입 과정에서 오염물 혼입 | 해결방안 · 초기빗물 배제장치, 주입 전-후 수질변화 관측, 년 1회 주입정 수질검사 · 빗물 주입정 관리주체 : 공공기관, 지하수전문 공공기관 ※ 혹 오염되면 돌이킬수 없는 일이된다
⧫사업개발 방안 | 먼저 시범사업 시행 · 목 적 : 〈빗물 지하수함양〉 실증확인, 기술개발 · 대상지 : 공공건물 지붕, 공원, 산림지역 계곡하부 · 비 용 : 5백만원/개소 (75㎜×30m×1공, 보조시설, 관측기, 수질분석) · 예 산 : 재해대책비, 빗물관리시설비 · 주 체 : 소방방제청, 서울시 등 지방자치단체 | 한국농어촌공사 · 공사시설물 : 사옥지붕, 운동장 · 시설농업단지 : 비닐하우스, 축사지붕 등
⧫굴착공을 통한 주입사례(브리딩수를 이용할 경우는 가능함) | 경기 여주군 흥천면 다대리, 2011, 지열 함양공, 100㎜×30m×1공, 화강암질 풍화층 · 결 과 : 2011년 11월~2012년 4월까지 1일 30㎥ 총 5,400㎥ 주입 | 경남 진주시 대곡면 단목리, 2010, 강변여과수 인공함양정, 75㎜×12m×4공, 모래자갈 충적층 · 결 과 : 2010년 11월 ~ 현재까지 1공당 1일 100㎥ 총 137,000㎥ 주입 중
※ 키워드 | 빗물 : 약산성의 증류수, 자연계에서 (용존물질이 거의 없는) 가장 깨끗한 물(산성비) | 초기강우 : 집수표면의 이물질을 포함하는 초기 2~3㎜의 빗물 | 자연재해대책법 : 홍수저감을 위한 빗물유출저감 대책을 수립토록 규정 | 수도법 : 규모이상 건물은 빗물이용시설을 설치 운영토록 규정
첨 부	· 굴착공을 이용한 빗물 저장과 홍수저감 설명서 (ppt 1부)
참고도서	· 빗물관리시설 설치 및 관리메뉴얼, 2007, 서울시정개발연구원 · 빗물모으기와 빗물이용, 2002, 한무영譯

참 고

1) 홍수에도 땅속은 비어있다 ? → 굴착공을 이용한 빗물주입 착안 !!

 

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