[특집] 30초마다 수돗물 피해, 고장 난 수도관은 두꺼운 ‘시한폭탄’

대처방안 준비 골든타임은 바로 “지금”
김명화 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2019-07-01 11:05:51
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[환경미디어= 문광주 편집위원] 2년 전 독일신문에 게재된 기사 제목이다. 시스템 관리와 기술면에서 앞선 선진국의 사례가 이렇다면 우리나라의 관망관리는 어떠할까? 최근 인천지역 상수도 적수현상뿐 아니라 문래동 수돗물 사태가 말해준다. 도수, 송수 및 공업용수 등 대규모로 용수를 공급하는 관로의 구조적인 상태를 정밀하게 진단하고, 사고를 예방해 적시 대응할 수 있는 기술이 개발되고 있다. K-water를 주관기관으로 환경부 물관리연구사업 ‘대규모 용수공급 관로의 정밀 탐상 장비 및 구조적 상태감시 시스템 개발’ 연구과제가 추진되고 있다. 환경부 물관리연구사업을 수행중인 김정현 단장(용수공급관로 정밀진단·감시기술연구단)로부터 국내 현황과 수행 중인 과제를 통해 향후 개발되는 첨단관로탐사장비 효과를 짚어봤다.

적시 개량과 선제적인 사고 예방하려면
우리나라의 상수도 관로 총 길이는 209,034km이다. 지구 둘레(약 4만 ㎞)의 약 5배에 달한다. 이 중 설치 후 21년 이상 경과된 관은 6만7676㎞로, 전체의 32.4%를 차지한다. 앞으로 10년이 지나면 약 60% 이상을 차지하게 돼 노후로 인한 사고 확률도 그만큼 높아지게 된다.(환경부 2017년 상수도 통계)


물 부족과 가뭄 걱정에도 상수도관 노후 등으로 인해 연간 수돗물 총생산량의 10.5%인 약 6만8200만㎥의 수돗물이 누수로 손실되고, 생산원가로 환산하면 손실액은 6130억 원으로 추산된다. 도수, 송수 및 공업용수 등 대규모로 용수를 공급하는 관로의 경우, 사고가 발생하게 되면 용수공급 중단으로 인하여 도시 전체의 단수는 물론 침수 피해, 산업생산 차질 등으로 인한 막대한 재산 피해 등 사회·경제활동에 장애를 주게 된다.


특히, 2030년에는 경과년수 30년을 초과한 대규모 용수공급 관로의 비중이 전체 관로의 50% 이상을 차지하게 되어, 노후화 및 사고 위험 문제가 심각해질 것으로 예상되므로 진단과 감시를 통한 적시 개량과 선제적인 사고 예방 관리의 필요성이 대두되고, 현시점이 대처방안 준비의 골든타임이라 할 수 있다.

용수공급 관로 정밀진단·유지관리 필수
수도관의 경제년수는 30년, 통상 기대수명은 40~50년이 되는 것으로 알려져 있다. 매설한 지 20~30년이 경과하면 노후화로 개량 시기가 도래하지만 지하매설관은 눈에 잘 띄지 않아 제대로 된 노후상태 파악이 어렵고 관리기술 또한 낙후되어 있다.


수도관은 현대 사회의 생명선이자 인체의 혈관과 같은 기관이다. 혈액이 막히거나 끊어지면 건강에 큰 문제가 생기듯이, 수도관도 물이 필요한 장소에 풍부한 수량과 고품질의 수돗물을 제대로 공급하지 못하게 되면 문제가 발생한다. 수도관도 사람 수명과 마찬가지로 잘 관리해야 오래 쓸 수 있다. 체계적이고 과학적인 진단을 통하여 이상 유무를 판단하고 적절한 처방이 필요하다.


그동안의 관리는 누수나 수질 사고가 발생한 다음에 발생 위치 확인, 조기 복구를 위한 감시 등 사후 보수, 복구 위주였으나, 앞으로는 현재 상태를 과학적으로 정확하게 진단하고 장래의 기능 변화 및 잔여 수명까지 예측하여, 문제가 발생하거나 커지기 전에 미리 최적의 관리를 통하여 막대한 피해 예방과 비용 절감을 할 수 있도록 해야 한다. 따라서 도수, 송수 및 공업용수 등 대규모로 용수를 공급하는 관로의 구조적인 상태를 정밀하게 진단하고, 사고를 예방해 적시에 대응할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

 

▲ 김정현 단장(용수공급관로 정밀진단·감시기술연구단)

K-water를 주관기관으로 환경부 물관리연구사업 ‘대규모 용수공급 관로의 정밀탐상 장비 및 구조적 상태감시 시스템 개발’연구과제가 추진되고 있다.

 

연구단에서는 관로의 내외면 상태를 면적으로 스케닝하여 정밀하게 진단하고 문제점을 파악할 수 있는 진단(센서)로봇과, 최적의 진단평가 분석을 통한 과학적, 경제적인 개량과 처방이 가능한 관로 안전성평가 및 개량의사결정 시스템을 비롯해 관의 처짐과 연결부 이탈 등 변위 감지, 외부충격 감지와 누수 등 다양한 구조적인 상태를 실시간으로 모니터링하는 센서시스템 개발 연구를 수행하고 있다.

부족한 데이터로 신뢰성에 한계
일반적으로 대규모 용수공급관로는 긴 연장의 시설물로 대상 지역이 넓으며 사고 시 피해 범위가 크게 발생할 수 있는 시설물로 정확한 조사와 진단이 필요하나, 지하에 매설되어 있고, 도로, 수중 횡단, 부속시설 등 설치 위치와 특성으로 인해 조사 지점 선정과 조사에 어려움이 많은 실정이다.


직접조사를 하는 경우에는 압력관으로 운영되는 특성에 따라 관 내부의 녹이나 도장재 탈리, 이물질, 침전물 등으로 운영 중의 조사가 쉽지 않고, 정밀한 조사를 위해서는 단수, 굴착 등이 수반되어야 한다. 간접조사의 경우에도 차량 통행, 시설물 및 기기 등의 간섭, 장비 및 인력 접근 등의 어려움이 존재하며, 기존의 현황 자료 분석을 위한 관망도 자료와 사고, 개보수, 진단결과 이력 등의 주기적, 체계적 데이터 수집, 관리도 제대로 이뤄지지 않고 있다.


현재의 조사방법으로, 경과년수, 매설환경 등 관 상태 영향인자 및 수리·수질, 민원 등 운영상태를 고려하거나 예측모델을 활용한 간접상태평가 방법과 굴착·샘플 조사에 의한 직접평가로 이루어지고 있다. 하지만 단수, 고비용, 소요시간, 점(point)적인 샘플 조사의 대표성 문제 등 실질적인 관 상태 파악에 한계가 있음을 인지하게 되었다. 관의 상태를 예측하고 개량을 판단할 수 있는 여러 가지 모델, 소프트웨어(S/W)들이 개발되었으나 데이터가 부족하고 낮은 신뢰성으로 한계가 있다. 또 직접조사를 하더라도 동일계통의 인접한 관로조차도 상태가 서로 다르다는 현황을 발견하고서는 정확한 처방이 어렵다는 사실을 파악하게 되었다.

탐사·장비 개발 시 관로 특성 고려해야
미국, 유럽 등 기술 선도국에서는 장거리 구간에 대하여 비파괴 기술, 로봇, IT기술을 융합하여 면적인 탐상을 하고, 데이터를 3차원 영상화해 관 상태를 정량적으로 평가한다. 평가결과에 따라 개량사업을 추진하고 있다.


관련 기술 동향이나 수준을 보면, 용수공급 관로 분야보다 가스관, 송유관, 원자력배관 등의 타 배관 분야에서 비파괴 기술을 접목한 정밀 탐상이 이루어지고 있다. 또 이를 통한 매설 및 노출 배관에 대한 진단평가감시 기술에 대한 확보가 더 선도적으로 추진되고 있는 실정이다. 따라서 각 배관의 특성과 적용 기술의 한계와 차별성을 면밀히 검토하여 용수공급 관로 특성에 맞는 새로운 형태와 방식의 장비 개발이 필요하다.


우리나라의 경우, 직접평가 대안으로 활용되는 비파괴 장비, 기법은 기술력이 낮고 해외 의존도가 높아 유지관리가 어렵고, 탐상절차, 자료해석 등에 대한 표준화가 이루어지지 않아 결과의 신뢰도가 부족한 실정으로 국내 현실에 적합한 기술 개발이 필요하다.


관 내부 상태 조사를 위해 사람이 내부로 직접 들어가서 조사할 수 있는 소구경 관은 CCTV로 내부 상태를 확인하고 있으며, 주로 관체의 일부를 절단한 샘플 시편을 채취해 내외면 부식 깊이, 결함 크기위치 등 관체의 두께 변화 등의 측정 및 안전계수 산정 등의 방법으로 수행되고 있다.


사람이 관 내부로 진입이 가능한 중대구경 관로의 경우, 밸브실을 활용하거나 일부 굴착을 통해 관 내부로 들어가서 육안으로 결함 부위를 확인한 후 휴대용 측정기로 두께 측정과 내부 용접부의 결함 등을 찾아낸다. 또 관 외면 상태의 조사는 굴착 후 외부 도장재를 제거하고, 초음파 두께 측정을 통해 관의 상태를 평가하고 있다.


그러나, 일부 지점 및 몇 개의 샘플 조사로 인해 관로 전체 구간에 대한 진단결과의 대표성 문제 등 데이터의 신뢰도가 낮아서, 전반적인 관의 상태평가가 미흡하여 전 구간의 관로 상태를 정확하게 파악할 수 있는 면적인 정밀 진단의 필요성이 강조되고 있다.


또한, 강관이나 주철관 종 등 금속관의 경우 경과년수에 따른 도장재 손상과 부식 깊이 등의 변동이 크고 경향성이 낮아 과대 또는 과소평가하여 처방할 우려가 있으므로 정밀진단 장비를 활용한 면적의 스캐닝과 안전성평가, 수명예측 등 종합적인 성능평가 기법 등이 필요하다.

감시·예측, 사고 방지 시스템 개발
연구단에서는 비파괴, 센서, 로봇, ICT 기술을 활용하고 있다. 땅속 관로의 내외부 상태를 정밀하게 스캔하여 결함과 노후상태 등 안전성을 한눈에 파악할 수 있는 국내 최초의 수도관 정밀진단 센서 로봇, 진단결과를 해석하고 맞춤형 처방이 가능한 의사결정 시스템, 구조적 상태에 따른 합리적인 개량 계획 수립을 위한 종합적 성능평가 기술을 개발했다. 이를 통해 실시간으로 구조적인 상태를 감시·예측, 사고를 미연에 방지할 수 있는 요소기술과 시스템 개발을 수행한다.


1세부 연구그룹에서는 복합센서(MFL, 자기누설)를 장착한 진단 장비가 관로 내부를 자율주행한다. 부식에 의한 관두께 변화, 결함의 크기와 위치를 파악하고, 관 내부를 CCTV로 촬영한다. 이를 통해 관체 변형 등의 관 내부의 상태를 진단하는데, 세계적 수준의 지능형 장비(로봇)를 비롯해 장비의 투입·회수 장치, 이동형 관제시스템, 결함 분석 프로그램, 비파괴 센서가 탑재된 관외면 자동화탐상장비 등을 개발했다.


2세부 연구그룹에서는 탐상 결과를 활용한 3차원 영상 기반의 구조해석 안전성평가 시스템, 수명평가, 파손 예측 등을 통한 보수, 보강, 교체 등 경제적이고 과학적인 개량 결정과 예산 투자 계획 수립이 가능한 종합적 개량의사결정 tool 등 종합적 성능평가 패키지 프로그램, 비파괴 정밀탐상 지침, GIS와 연계한 정밀탐상 정보 DB와 및 실시간 구조 감시정보를 통합관리 할 수 있는 정밀진단·감시 정보 통합관리 시스템 등을 개발하고 있다.


3세부 연구그룹에서는 사고 발생 위험성이 높은 취약구간 등에 대한 외부충격과 변위, 누수 등 구조적인 상태를 실시간으로 감시하여 사고 위험성을 사전에 감지, 예측하여 대응할 수 있도록 탄성파 및 광섬유 기반의 실시간 구조적 상태감시 시스템과 파손예측기술을 개발하고 있다.


기술개발은 2020년에 실제 관로 현장의 테스트베드에서 종합적으로 시연, 검증하여 신뢰성을 확보하고, 국외 선진기관과 협력하여 관련 학회나 협회를 통해 기술의 우수성을 입증할 계획이다.


향후 기술개발이 완료되면 상수도 관로의 정밀진단평가 및 구조적 상태감시 등 예방적 유지관리 기술력 확보가 세계적인 수준으로 예상된다. 따라서 기존의 인력 조사에 대비하여 신뢰성을 향상시키고 진단시간 단축, 기술수준 향상, 기술 국산화를 통한 외화 및 국내 시설 정보유출 방지와 더불어 감시체계 강화로 안정적인 용수공급이 예측된다.


또한 국내 대규모 용수공급 관로의 정밀진단(시특법), 상수도관망 기술진단(수도법)에 따른 진단, 용수공급 관로 노후상태에 따른 개량전략을 수립하는 데 활용은 물론, 국내 기술력 확보(종합적 total solution 패키지 제공)로 해외시장 진출을 기대해볼 수 있다. <이 특집기사는 환경부 물관리연구사업을 수행중인 김정현 단장의 글을 정리, 요약하였음을 밝힙니다.> 

 

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