Ⅲ. 독일 도시지역 강우 유출수 및 비점오염원 관리 방안 / 헤가드 좀머 연구원 독일 Ingenieurgesellschaft
“독일, 관거정비·고도처리공정 우수 수처리는 여전히 많은 문제점 남아” 도시 비포장지역 토양, 강우 유출수 관리 위해 보존 필요 독일 도시 지역의 강우 유출수와 오염원 관리방안에 관하여 크게 3가지로 요약하면, 첫째는 도시 우수관리의 현상에 관한 일반적 견해, 책임과 임무의 범위 및 해결해야 할 문제점들이고, 둘째는 도시지역에서 발생하는 강우 유출수를 현장에서 처리하는 개념, 주로 BMP(Best Management Practices, 최적관리기술)에 의한 강우처리 및 저류시설에 대한 독일의 BMP기술들의 현황, 마지막으로 도시 지역과 자연 지역에서의 강우 관리와 예측용 모든 입력자료를 확보하기 위한 도구로서 GIS를 언급할 수 있다. 분류식 관거 비율 증가 추세 강우는 도시 지역의 유출수를 지하수와 수계로 배출하는 장기간의 시뮬레이션 프로그램이라 할 수 있다. 1995년을 기준으로, 독일 주민의 92.2%가 도시 하수처리 시스템과 연관되어 있었다. <표1>에 정리한 바와 같이 관거 총 연장은 40만km이나, 21만3천km는 하수와 우수처리용 합류식 관거이고, 11만km는 하수처리 전용관이고, 7만7천km는 강우처리용 분류식 관거로 구성되었다. 1991년의 통계치와 비교하여 분류식 관거의 비율은 증가하고 있다.
관거 연령은 상당히 다른데, 33%가 25년 이상, 36%가 25년과 50년 사이, 11%는 50년과 70년 사이 및 20%가 75년 이상이고, 4%는 100년 이상이다. 1998년에 110억 마르크 이상이 수처리용으로 투자되었는데, 이중 50% 이상이 하수관망에 투자되었다. 최근에는 하수처리용 일부와 우수배제용으로 분산하여 투자하는 것이 일반화되었으며, 점차 증가하고 있다.
우수배제용으로는 1997년도를 기준으로 ㎡당 160마르크에 해당한다. 분산 투자하는 한 가지 이유는 하수 배출율과 강우 유출수가 장소와 지역에 따라 상이하기 때문이다. 분산 투자의 다른 이유로는 발생원으로부터 강우 유출수를 감소시키는 것이 근래 도시 우수관거의 기본 개념이라는 인식 때문이다.
만약 주민들이 우수배제를 위해 얼마나 많은 세금을 지출해야하는지 안다면, 추가적인 유출수 방지뿐만 아니라, 현재의 강우 유출수 감소를 위해 노력할 것이다. 독일에서는 관거정비와 하수처리장에서의 영양소 제거를 위한 고도처리 공정이 월등한 수준에 도달하였으나, 수처리 면에서는 여전히 많은 문제점을 남겨두고 있다. 상당한 양의 하수관거, 특히 2차 세계대전 후에 건설된 것들은 부식문제로 인해 재정비되어야 한다. 게다가 도시주민들은 홍수범람으로 인한 피해로부터 안전해야 한다는 독일 대법원 판결도 한 몫하고 있다.
|  | | | | ▲ <그림1> 강우 유출수의 침투, 저류 및 처리에서의 물수지 산정 | |
또 다른 중요한 문제는 수계에서 합류식 관거로부터 배출되는 CSOs(Combined Sewer Overflows, 도시 하수 월류수)의 영향을 감소시킬 필요성에 있다. 월류수의 한계 기준은 독일내의 주마다 상이한데, 일부 지역에서는 연간 불투수성 지역 당 250kg COD미만이 배출되도록 규제하고 있다.
도시 지역에서의 강우 유출수는 대게 “주거지 내의 침수나 홍수 범람에 의한 피해를 감소시키거나 피하기 위해 가능한 신속히 빨리 처리되어야 한다”라는 원리에 충실하여 현재까지 관리되어져 왔다. 이러한 처리 원리는 합류식 혹은 분류식 하수관거에 의존한다. 비록 하수관거는 예전에는 보호 목적을 성공적으로 수행하여 왔지만, 최초에는 “개발 지역의 증가로 인한 하수관망의 과부하가 관거 유지 및 정비를 위한 과비용 투자 및 하수처리장 증설용으로 이어지고 있다”라는 약점을 노출시키고 있다.
도시 지역에서 비포장 지역의 토양은 강우 유출수 관리를 위해 보존되어야 한다. 이런 목적의 도시 지역의 비포장 부분은 대부분 상대적으로 작고, 강우 유출수 발생과 관련하여 불편한 위치에 놓여있다. 따라서 이런 문제점들을 해결하기 위한 대책으로서 현장 처리용의 설치가 급선무라 할 수 있다.
10년에서 15년쯤 합리적이고 타당한 강우관리 개념이 독일에서 도입되었고, 이것이 곧 일반적인 배수관리체제로 인식되었다. 오늘날에는 수많은 강우관리 공법이 연구되었고, 새로운 기술이 개발되거나 보완되고 있어서, 많은 기술적, 법적, 운전상 및 행정적 문제점들이 해결될 수 있다.
한 가지 더 중요한 목적은 독일 물 조항 1a(2)에서 찾아볼 수 있다. 모든 사람은 필요한 모든 것을 해야한다. 즉, 수계의 오염방지, 물수지를 고려한 물의 경제적 사용, 물수지 보호 및 유출수 증가의 감소 등 중점사항은 1993년과 95년 사이 라인강의 대홍수 사건의 결과로서 1996년에 도입되었다. 이런 환경적 개념 목적을 달성하기 위해서는 △홍수에 대한 안전 △수질(수질 목적) △물수지(수량 목적) △비용절감 등을 정의해야 한다.
강우 유출수 관리에 GIS기술 응용 홍수에 대한 안전, 즉 수리학적 설계의 전형적인 목표에 관해서는 몇몇 목적 값이 존재한다. 전형적으로 설계 강우를 복사하는 것이 전형 값이었으나, 최근에는 어떤 홍수 주기는 초과하지 않는다는 모사 모델을 사용하는 것이 일반적이다. 수량과 수질 분야에서는 몇몇 부족함이 인식될 수 있다. 예를 들면, 분류식 관거에서 강우 유출수의 처리에 관해서 일반적으로 목표 값이 없는데, 이는 독일에서 해결되어야 할 문제로 남는다.
따라서 실제로는 강우 유출수가 거의 처리되지 않고 있다. 만약 관계 당국이 처리방안을 묻는다면, 일반적으로 모래여과와 같은 특별대책을 제시한다. 이와 유사한 부족함이 CSOs 처리 분야에서도 발견될 수 있다. 물수지 목적에서조차도, 독일 물 조항의 일부, 비록 대응 목적 값을 실천에 옮기는 것이 간단할지도 어떤 확실한 목적 값이 없다.
오늘날 강우 유출수 처리를 위한 많은 상이한 최적관리기술이 알려져 있다. 침투기술, 강우 유출수 이용, 분류식 또는 합류식에서의 처리 기술 등이 다른 항목들의 일반 예라고 할 수 있다. 모든 다른 대책들은 물 순환과 물질 순환에 대한 상이한 영향을 가지고 있다. 도입과 유지관리 비용 또한 상당히 상이할 수 있다. 기술자들이 처한 문제는 특정 대책을 도입하지 않는 것이고, 특정 대책을 결정하는 것이 오히려 어려울 수 있다. 50개 이상의 대책에 관한 정보를 포함한 항목이 정리되었다.
모든 대책에서 △간략 기술 △상이한 목적에 관한 영향(물수지, 상이 강우강도에 대한 거동, 오염물제거) △주영향 인자(요구 면적, 토양인자 등) △비용(투자, 유지, 순환) △법적인 면 등의 항목들이 기술되었다.
<그림1>에서 물수지, 전형적인 설계 강우에서의 거동, 오염물 제거능 및 비용에 관한 상이한 강우관리 대책의 영향을 제시하고 있다. 실제로 상이한 영향과 비용은 많이 달라질 수 있다는 것을 명시해야한다. 강우관리를 위한 적절한 해결책을 찾는 것이 본 비교의 목적이 아니다. 수많은 상이한 인자들에 대한 의존과 목적의 다양성 등으로 인하여 최적의 해결책은 없다. 독일에서 강우 유출수 관리에 관한 일반적 견해가 발표되었고, 유용성과 강우관리 대책의 비교도 제시되었다.
수계에 영향을 미칠 수 있는 많은 오염물질이 도시지역 강우 유출수에서 발견되는데, 지붕과 거리에서 배출되는 차이점이 있다. 거리에서의 유출수는 대체로 오염물의 농도가 높은데, 특히 중금속 HC, AOX 및 COD의 농도가 높다.
다양한 강우관리 기술은 강우관리의 목적만큼이나 다양하다. 강우관리의 고전적 목적을 예로 들자면, CSOs의 감소나 하수 월류수의 감소에 있다. 대유역에서 지하수충전과 홍수 예방이 근년 동안의 목적이었고, BMP는 이런 모든 목적을 고려해야 한다.
현장 강우관리 시스템을 위한 공정을 설계할 때는 △현장 강우관리 대책들은 지역 특성에 적합한가 △특정 조건 하에서는 어떤 강우관리 기술들이 적합한가 △강우관리 대책을 위한 적합한 위치는 어디인가 △어떤 특정 조건 하에서 현재 연결지역 중의 얼마 정도의 미연결 지역이 해결될 수 있는가 등의 질문사항들을 고려해야 한다.
이런 질문들에 대한 답은 다양한 인자에 영향을 받는다. 즉 토양 경사도나 토양의 침투 능력과 같은 자연인자와 인근 불투수성 지역의 오염정도와 같은 질적인자 및 빌딩, 농업토지나 비주거 지역의 공간 등과 같은 토지이용 인자들이다. 이런 모든 인자들은 부분적 영역을 가지고 있어서 지도에 표시될 수 있다.
모든 인자들은 지리정보 시스템(GIS, Geographical Information System)으로 요약, 분석 및 변형되어 나타낼 수 있다.
실제로 도시 지역에서 현장 강우관리 시스템을 설치하기 위하여 GIS기술이 응용되었다. 즉 독일의 베를린 (800㎢), 캠니츠(127㎢)와 같은 몇몇 대도시 지역에서 그 예를 찾아볼 수 있다. 이후로 유사한 기술들이 몇몇 과제들을 위해 도시와 농촌 지역에서 실제 현장의 강우 유출수 관리용으로 도입되고 있다.
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