현재 지구촌의 육지 면적 약 1억 4천만 ㎢에는 약 60억 인류가 살고 있다. 한정되어 있는 땅덩어리에 살아가는 인구는 매년 약 9천만 여 명씩 늘어나고 있다. 1945년의 세계 인구는 20억에 지나지 않았지만 2000년에는 60억을 넘어섰고, 21세기 중반에 이르면 100억에 도달할 것으로 추정하고 있다. 이러한 급격한 인구의 증가는 인류가 경제활동을 영위하는데 필요한 자연자원의 채취를 급증시켰고, 이로 인한 생태계의 파괴와 환경오염을 가져왔다. 인류의 생존과 번영에 있어서 가장 중요한 자원의 하나인 물 역시 그 수요가 급증하였고, 이로 인해 세계 곳곳에서 물 부족 문제가 대두되고 있다.

지구에 있는 물의 총량 13.6억 ㎦중에서 담수는 6 %에 지나지 않는다. 게다가 담수의 72 %는 지하수, 27 %는 빙하와 만년설로 존재하기 때문에 사람이 이용할 수 있는 수량은 고작 1 %인 9,000 ㎦ 정도이다. 전 세계적으로 1년에 약 4,000 ㎦의 물이 사용되고 있으며 그 중 69 %는 농업용수로, 23 %는 공업용수로, 8 %는 생활용수로 각각 쓰이고 있다.

우리나라의 경우, 2011년 인구는 약 5천 1백만 명, 평균수명은 76.7 세, 도시화율은 90 %로 예상되며, 도시화 진전과 산업 활동 증가로 1일 하·폐수 발생예상량은 2006년 28.92만 m3로, 2001년에 비해 약 1.1배의 증가가 예측된다.일반적으로 환경오염에는 수질, 토양, 대기, 소음/진동, 유해물질, 악취, 폐기물 등에 관련된 인간 활동이나 자연에 안 좋은 영향을 미치는 다양한 영역이 해당된다.

이 중 물 환경은 수질, 토양, 악취 등에 해당되는 분야다. 이 글에서 다루는‘지하 매설 배관에 대한 누수 문제’역시 환경오염에 지대한 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 한 예로 상수원에 유입되는 수질오염 물질은 증가했으나 이에 대한 대응기술이 부족하여 과학화, 정보화 및 효율적인 정수처리를 위해 정수기술 선진화의 필요성이 제시되고 있다. 또한 정수된 수돗물이 상수관망을 통해 분배되는 과정에서 급 배수관의 노후로 인한 2차 오염의 문제도 대두되고 있다.

따라서 누수방지 및 배수시스템의 효율적 운영을 위해 수질개선을 위한 수돗물 공급의 전 과정에 걸친 기술 개발의 시급성이 판단되어 관련 정부부처에서 이 분야의 핵심기술영역을 설정하여 사업을 추진하고 있다. 환경부 주관의 차세대 핵심환경기술개발사업에서는 수년전부터 사업 분야 이름을 ‘만족도 높은 먹는 물’,‘맑고 안전한 공기’ 등의 예쁜 이름으로 정하여 시행하고 있다. 이 중 '만족도 높은 먹는 물' 분야 중 '상수도관망시스템 유지관리 선진화'란 중점영역 아래에서'누수 및 노후도 탐지/측정 기술' 개발을 통해 상수관망 종합관리시스템 운영 개발을 최종 목표로 하며 장기적으로는 깨끗한 수돗물 공급의 세계수준 달성 (유수율 90 % 이상)을 목표로 하고 있다.

본 사업과 관련하여 KRISS 연구진은 '탄성파 기술을 이용한 상수도 누수탐지 감시시스템 개발(연구책임자: 윤동진)'프로젝트를 성공리에 수행해 현재 기술이전업체를 물색 중이다. 국내 상수도 관망은 수도 시설의 중요한 구성요소이지만 대부분이 지하에 매설되어 있어 배관의 노후상태 파악이 어려워 적절한 시기에 효과적인 유지관리를 받지 못하고 있다. 환경부는 최근 상수도 현황 등을 집계 분석한「2003 상수도통계」를 작성 발간하였다.

통계 자료에 따르면, 2003년 12월말 기준으로 총 연장 120,405 km중 11년 이상 경과된 노후관이 거의 52 %에 이르며, 연간 수돗물 총생산량 572,273만 톤 중 누수량은 78,106만 톤으로 총 생산량의 13.6 % 를 차지함으로써 적지 않은 사회적, 환경적 및 경제적 손실이 발생되고 있다. 환경적인 관점에서도 이러한 누수로 인하여 토양 변동은 물론 토양 내 오염물질과 합류하여 토양과 지하수 오염을 유발시키고 지반 침하, 지류 변화 등의 원인을 제공하게 된다.

무엇보다 이러한 누수로 인하여 파생되는 여러 가지 환경문제 등은 지표 이하에서 발생하게 되므로 쉽게 파악할 수 없기 때문에 그 중요성을 인식하지 못한다는 심각성이 있다. 이러한 지하매설 상수도 배관에 대한 누수 탐지는 육안으로 식별이 곤란하기 때문에 누수로 인한 신호음으로부터 누수위치를 식별하는 기술이 주로 응용되고 있다.

선진국의 경우 이미 상용화된 제품이 개발되어 있으며, 국내에서는 전량 수입해서 사용하고 있는 실정이다. 비파괴시험 관점에서 보면 음향방출(acoustic emission)의 일종인 이 누수 현상은 광대역 주파수 특성을 가진 음파/초음파 발생원으로서 여러 형태의 전달 경로를 통해 신호를 측정하게 된다. 지하에 매설된 배관에서 파손이나 균열 등으로 인해 누수가 발생하면 광대역의 주파수에 걸친 누수 신호(leak signal)를 발생시키게 된다. 이는 압력이 높은 배관내부에서 압력이 낮은 배관 외부로 압력강하와 더불어 물이 뿜어져 나가면서 발생하는 신호로서 배관의 누수를 감지하는데 결정적으로 이용된다.

즉 누수위치를 탐지하는 데는 누수로 인해 배관 내의 유체를 타고 전파해 가는 압력파(pressure wave)를 효과적으로 측정하는 것이 중요하다. 이 누수음은 배관의 누수지점을 기준으로 배관 종 방향의 양끝으로 전파해 가며, 관내 유체는 배관 및 배관을 둘러싼 흙 등의 주변 매질과 연성되어 음파의 전파현상을 지배하게 된다.

상수도 누수 검출을 위해 현재 실시하고 있는 청음식 탐지방식은 휴대용 청음 장비를 소지하고 지하 관로를 따라 일일이 탐지해야 하며 청음 방법을 사용하기 때문에 고도의 주의를 기울여 누수를 판별해야 하는 숙련된 기술이 필요한 재래식 방법이라 할 수 있다.

따라서 이러한 방법에서 탈피하여 차세대에 적합한 연속적인 감시가 가능한 효율적인 누수탐지 측정 기술의 개발 및 네트워크 구축이 절실히 요구되며, 상수도 누수 감시망 시스템 구축은 우리나라와 같이 상수도관이 지하 매설방식인 환경에선 시급히 필요한 시설이라 할 수 있다. <글 / 스마트계측그룹 윤동진>

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