하수도시설기준 1장 기본계획 1.5 우수배제계획

우수배제계획입니다. 우수배제계획은 계획우수량 산정, 우수관거 계획, 빗물 펌프장 계획, 우수 유출량 저감, 우수 조정지 계획을 통해서 우수배제계획을 수립할 수 있습니다. 우수배제계획은 기술사 문제에서도 자주 출제되는 내용이니, 관련 내용을 숙지하시면 좋겠습니다. 

 

 

 

계획우수량

계획우수량은 다음 사항을 고려하여 정한다.

 

(1) 우수유출량의 산정식

최대계획우수유출량의 산정은 합리식에 의하는 것을 원칙으로 하되, 필요에 의해서 다양한 우수유출산정 방법들이 사용 가능하다.

 

합리식은 우수유출량 산정에 있어 가장 기본이 되는 공식

합리식 공식

강우강도 공식은 Talbot 형, Sherman 형, Hisano(久野)․Ishiguro(石黑)형, Cleveland형이 있다.

Talbot형은 곡선의 굽은 정도가 적은 성질을 가지고 있으며, Sherman형 및 Hisano․Ishiguro형은 굽은 정도가 심하다. Talbot형은 지속시간 5～120분 사이에서 Sherman형 및 Hisano․Ishiguro형보다 약간 안전한 값을 얻을 수 있다. 여기 서 유달시간이 짧은 관거 등의 유하시설을 계획할 경우에는 원칙적으로 Talbot형을 채용하는 것이 좋 다. 또, 24시간 우량 등의 장시간 강우강도에 대해서는 Cleveland형이 가깝다. 저류시설 등을 계획하 는 경우에도 Cleveland형을 채용하는 것이 좋다.

 

계획우수량 산정과정

 

(2) 유출계수

유출계수는 토지이용도별 기초유출계수로부터 총괄유출계수를 구하는 것을 원칙으로 한다.

총괄유출계수의 산정식은 아래와 같다. 

총괄유출계수 산정식

여기서, C : 총괄유출계수 Ci : i번째 토지이용도별 기초유출계수 Ai : i번째 토지이용도별 총면적 m : 토지이용도의 수

 

토지이용도를 크게 나누면 침투역 및 불침투역의 두 가지가 있으며, 전자는 토질이나 식생 등에 의 해 후자는 관거와의 접촉정도에 의해서 유출계수가 달라진다. 따라서 토지이용형태는 다시 세분화되며 세분화된 기초표면형태의 유출계수를 기초유출계수라 부르며, 여러 가지 사실을 실태적으로 고려한 토 지이용도별 기초유출계수의 표준값은 아래 표와 같다. 

 

토지 이용도별 유출계수

 

(3) 확률년수

측정된, 강우자료 분석을 통해 하수도 시설물별 최소 설계빈도는 지선관로 10년, 간선관로 30 년, 빗물펌프장 30년으로 하며, 기후변화로 인한 강우특성의 변화추세, 방재상 필요성, 지역의 특성을 반영하여 설계빈도를 지선관로 30년, 간선관로 50년, 빗물펌프장 50년으로 하거나 이보다 크게 정할 수 있다.
20년 이상의 강우자료가 있는 지역에서 설계빈도에 따른 강우강도는 강우강도-지속시간-발생빈도곡선(IDF)을 이용하여 산정합니다. 강우자료가 부족한 유역 또는 미계측 지역에서는 확률강우량도(http://www.k-idf.re.kr)를 이용하여 강우강도를 결정할 수 있습니다. 

하수관거의 계획우수량 결정을 위한 확률년수는 10～30년, 빗물펌프장의 계획우수량 결정을 위한 확 률년수는 30～50년을 적용한다. 그러나 반드시 전지역이 일정할 필요는 없고, 지역의 중요도나 배수구역의 크기 등 여러 가지 여건을 고려하여 확률년수를 다르게 하거나 근간적인 시설에 대해 확률년수를 크게 취하는 것은 방재상 필요하며 가능한 경제적인 면과 방재적인 면을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.

시설의 설치 및 운영의 소요비용에 따르는 경제적 효과와 침수피해에 대응하는 방재적 편 익을 편익-비용 분석(BCA) 또는 비용-편익 분석(CBA)을 통하여 편익-비용비(B/C), 순현가(NPV), 내부수익율(IRR)과 같은 경제성 평가지표로 환산하여 대상지역의 적정 확률년수를 산정함이 가능하 다.

특히 확률년수 적용에 대해 최근의 국지성 집중호우에 대처가 어렵고 침수피해를 입는 지역이 증 가하고 있으므로 신규개발지역은 합리적인 규모내에서 확률년수를 상향조정하고 기존의 시설물에 대한 상향조정이 어려운 지역에 대해서는 하천계획을 고려하여 하수도시설만이 아니라 우수유출저감시설을 포함한 도시시설과 일체로 된 우수배제계획이 될 수 있도록 하여야 한다. 방재상 중요도가 낮은 지역 등에 대해서는 과도한 확률년수를 적용하지 않도록 주의하여야 한다.

 

(4) 유달시간

유달시간은 유입시간과 유하시간을 합한 것으로서 전자는 최소단위배수구의 지표면특성을 고려하여 구하며, 후자는 최상류관거의 끝으로부터 하류관거의 어떤 지점까지의 거리를 계획유량에 대응한 유속으로 나누어 구하는 것을 원칙으로 한다.

✔️유입시간 : 유입시간의 표준값으로 <표 1.5.5>의 값이 사용되는 것이 보통이나, 유입시간은 최소단위배수구의 지표면거리, 경사 및 조도계수 등에 의해서 변화한다.

표 1.5.5 유입시간 표준값

한편, 유입시간을 산출하는 산정식으로서 Kerby식이라고 부르는 식이 비교적 많이 쓰 이고 있다. 

 

Kerby식

 

여기서, t1 : 유입시간(min) L : 지표면거리(m) S : 지표면의 평균경사 n : 조도계수와 유사한 지체계수

 

✔️유하시간 : 유하시간은 관거구간마다의 거리와 계획유량에 대한 유속으로부터 구한 구간당 유하시간을 합계하여 구한다. 이를 위해서는 가상적인 관거의 배치와 크기가 필요하다. 이 배치와 크기는 평균유속이 0.8～ 3.0m/s가 되도록 하며, 하류로 갈수록 경사는 완만하고 유속은 빠르며, 소류력(掃流力)을 크게 할 수 있도록 배려하여 결정하되 몇 번이고 계산을 반복하여 계획관거를 결정한다. 그리고 관거내의 유수를 등류(等流, uniform flow)로서 계획유량에 대응한 유속에 의해 산정하는 것을 원칙으로 하나, 관거내의 유량 및 수위 등은 시간에 따라 변동하므로 계획유량에 대응한 유속보 다 첨두유량의 이동속도를 사용하는 경우도 있다.

 

(5) 배수면적 배수면적은 지형도를 기초로 도로, 철도 및 기존하천의 배치 등을 답사에 의해 충분히 조사하고 장래의 개발계획도 고려하여 정확히 구한다.

 

배수면적은 비교적 경사가 있는 지역은 정확하게 지형도에 의해 구한다. 그러나 평탄한 지역에서는 배수경계를 지형도만으로는 구하기 곤란하며, 이 경우 도로 배치나 경사, 기존도로나 하천의 위치 및 흐름방향 등을 답사에 의해 충분히 조사하여 배수경계를 확정할 필요가 있다. 배수경계에 걸쳐 있는 특정용도의 토지이용, 즉 공장이나 공원 등에 대해서는 그 부지내의 배수로계통 등에 의해 배수구역에 유입할 필요가 있는 경우와 없는 경우가 있으므로 충분히 조사해 둘 필요가 있다. 또 장래의 개발계획 에 의해 유역변경이 생기는 경우가 있으므로 이에 대해서도 검토해 두어야 한다.

 

 

우수관거계획

 

 

 

관거시설의 계획은 다음사항을 고려한다.

(1) 관거는 계획우수량을 기초로 계획한다.

(2) 관거의 배치는 수두손실을 최소화하도록 고려하며 지형, 지질, 도로폭원 및 지하매설 등을 충분히 고려 한다.

(3) 관거의 단면형상 및 경사는 관거내에 침전물이 퇴적하지 않도록 적정한 유속이 확보될 수 있게 정하도록 한다.

(4) 우수관거의 수리계산시 방류수역의 계획외수위를 고려한다.

(5) 기존 배수로의 이용을 고려한다.

 

빗물펌프장 계획

펌프장시설의 계획은 다음 각항을 고려하여 결정한다.

(1) 펌프장 위치의 선정 및 시설계획에 대해서는 입지조건 및 환경조건을 충분히 고려하여 계획한다.

(2) 우수펌프는 계획우수량을 기초로 계획한다.

(3) 펌프장은 우천시에 침수로 인해 기능이 정지하지 않도록 계획한다.

(4) 펌프장의 위치는 배수구역내로 부터 우수를 합리적으로 집수가능한 지점 및 방류수역을 확보할 수 있는 곳으로 한다.

 

우수유출량의 저감계획

우수배제계획시에는 우수유출저감대책에 대해 검토하고 필요에 맞게 시설계획에 반영한다.

 

(1) 우수유출저감계획

 

우수배제계획은 우수유출첨두량에 대응하는 것을 원칙으로 하고 지역실태 등을 반영하여 수립한다. 우수유출첨두량에 대응하는 것이 어려운 지역은 우수유출저감을 포함한 계획을 수립한다. 방류지점 수위의 영향을 받는 경우나 국지적인 기복이 있는 지역은 필요에 따라 등류 또는 부등류계 산에 의하여 관거의 단면․종단계획을 수립한다.

기존 설치 관거가 있는 경우는 통수능력을 평가하고 부족한 경우에는 ① 배수구역의 변경, ② 관거 증설, ③ 조절지 등에 의한 첨두량의 저감, ④ 단면의 확장과 같은 대체안을 수립한다. 이들 대체안은 첨두량을 관거에 의하여 순간에 유하시키는 것으로 관 거 증설이나 조정지는 보완적 역할을 하는 것으로 하며, 이 경우의 배수량이나 조정지에 의한 첨두량 의 저감효과는 합리식 등을 이용하여 산정한다.

그러나 밀집된 시가지는 계획한 단면으로 관거를 시공할 수 없거나 큰 관경으로 관거연장을 길게 하 는 것보다 상류에 유출저감시설을 설치한 경우가 경제적이고 방류지점의 하천하류의 통수능에 제약이 있는 경우에는 필요에 따라서 우수유출저감시설을 도입하여 우수배제를 계획한다. 또한 우수배제시설 은 관거, 펌프, 저류시설, 토구가 일체가 되어 기능하는 것이므로 기존 시설과의 연계 및 소요비용과 효과의 검토를 통한 배수계통 전체에 대한 종합적인 판단을 근거로 하여 계획해야 한다.

 

(2) 우수유출저감방법

 

우수유출 저감방법

 

1) 우수저류형

우수저류형은 우수유출총량은 변하지 않으나 유출량을 평균화시켜 첨두유출량을 감소시키는 효과를 발휘한다. 이 저류형에는 강우장소에서 우수를 저류하는 on-site저류(공원내 저류, 학교운동장내 저류, 광장내 저류, 주차장내 저류, 건물사이내의 저류, 집사이내의 저류 등)와 유출한 우수를 집수하여 별도 의 장소에서 저류하는 off-site저류(우수조정지, 다목적유수지, 우수저류관 등)가 있다. 우수배제계획에 있어서 기존시설을 증강하는 경우에는 주변의 토지이용상황 등에 따라 우수조정지, 우수저류관 등의 저류시설을 계획하는 것이 많다.

2) 우수침투형

우수침투형은 우수를 지중에 침투시키므로 우수유출총량을 감소시키는 효과를 발휘한다. 이 침투형 에는 침투받이, 침투트렌치, 침투측구, 투수성포장 등이 있다. 이러한 우수유출저감책은 합류식하수도의 우천시 월류수대책으로서도 유효하다. 또한, 침투시설은 도시의 경우 지하수 함양대책으로도 이용할 수 있다. 한편, 우수유출량의 저감은 시설의 대응뿐만 아 니라 유출수가 관거에 유입하기 이전에 우수량을 감소시키는 대책을 포함한 토지관리가 필요하고, 개 발행위에 대한 유출저감을 위해서 행정의 적절한 지도 및 계도외에 하천, 도로 및 공원시설 등에 대한 대응 등, 행정간의 연대를 빈틈없이 하고 종합적인 치수행정체로 검토하는 것이 중요하다.

 

(3) 계획우수량 산정방법

 

우수유출저감을 계획할 때에는 우수유출첨두량을 어느 정도까지 저감시킬 것인가를 설정하고 유출량 의 시간적 변화를 나타내는 유출수문곡선을 산출하며 유출저감시설의 저류량과 침투량을 산정한다. 우 수유출저감방법을 검토할 때는 중앙집중형 등의 단기강우뿐만 아니라 장기강우 및 침수피해가 발생한 대표적인 기왕 실강우도 고려하여 계획강우를 설정하는 것이 바람직하다.

유출수문곡선의 산출방법은 우수유출첨두량을 산출하는 합리식과 도시지역의 유출현상을 잘 나타내 는 것으로 알려진 ILLUDAS, SWMM 모델 등이 있으며, 이들 모형 중에서 지역특성에 맞는 유출모 형으로 한다. 저류시설은 유출수문곡선과 허용방류량 및 방류방법에서 소요저류량을 산정하고, 침투시 설은 유출수문곡선에서 지역에 설치하는 침투시설의 침투량을 제외하여 산정하는 방법이 있다.

위의 방법에 의하여 유출저감시설의 위치와 규모를 결정하고 우수유출첨두량의 저감상태를 파악하여 하수관거의 통수능과 조합이 잘 이루어지고 있는지 재확인하여야 한다. 또한 기존시설의 계통이 복잡 하게 분합류되어 있는 경우에는 시시각각 변하는 유량과 수위를 동시에 산정할 수 있는 부정류 해석을 실시하여 기존 관거의 통수능을 평가하고 저류시설용량을 산정할 수 있다.

 

우수조정지 계획

도시화에 의해 우수유출량이 증대하고, 하류시설의 유하능력이 부족한 경우에는 필요에 따라 우수조정지의 설치를 계획한다.

 

도시화에 의해 우수유출량이 증대하여 하류의 시설 및 수로 등의 능력을 높이기 곤란한 경우에는 우수 조정지를 계획하는 경우가 있다. 특히, 대규모 신시가지 개발에 의한 우수유출량의 제어나 지형이 경사가 급한 지역에서 평탄한 지역으로 변하는 지점에서의 침수대책으로 우수조정지가 유효한 방법이 될 수 있다. 우수조정지의 구조에 대해서는 공원, 건물 및 기타시설의 지하에 설치하거나, 기존의 연못을 이용하는 것 외 에 댐이나 웅덩이 및 관내저류 등에 의한 방법도 생각할 수 있으므로 지역실정을 고려하여 결정한다.

 

① 대규모 택지나 신시가지를 개발하는 경우에는 우수조정지를 설치하는 경우가 많다. 우수조정지는 항구적인 시설이므로 하수도관리자가 관리하게 되는 경우에는 하수도계획에 포함하여 시설계획을 세우고 시설의 유지관리도 하수도관리자가 담당할 필요가 있다. 한편 우수조정지가 공원, 운동장 등의 다른 시설과 겸하게 될 경우에는 다른 시설의 관리자와 협의하여 서로 관리구역을 정하여야 하며, 공원 등의 다른 시설에 대해서도 도시계획을 설정하여 원래 계획한 조정능력이 장래에 손 상되지 않도록 해둘 필요가 있다. 

 

② 하류 우수간선의 유하능력이나 빗물펌프장의 우수배제능력으로 상류구역의 우수를 신속하게 배제 하기 어려운 경우에는 우수조정지를 계획할 필요가 있다. 또한, 합류식하수도에서 우수조정지를 설치하는 경우에는 악취대책 또는 침전슬러지 대책 및 배수방 법에 대해서도 고려하여야 하며, 질적 제어를 목적으로 우수체수지로서의 복합이용 가능성에 대해서도 검토할 필요가 있다.

 

출처 : 하수도 시설기준(2011)

 

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