누수

출처 : 지방상수도 경제적 누수관리 목표 설정 연구 (1차년도) - 2018.12

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지방상수도 운영관리 수준을 평가하고, 관리목표를 설정할 수 있는 지표 도입이 필요

 

유수율 대체지표(ILI, CARL, UARL 등)의 도입보 다는 정책일관성을 고려한 차등 목표유수율 설정 및 관리를 제안하고자 한다. 차등 목표 유수율은 계량실증분석을 통한 유수율 영향요인 추출결과를 동적모델링을 통한 한계투자 효과모형에 반영하여 경제적 최적 수준으로 설정하여 목표 대비 달성도를 기준으로 누수 관리 성가평가에 활용하고자 한다. 국내외 누수관리 지표 비교 연구를 살펴보면 우리나라는 유수율을 상수도 운영의 대표 성과지표로 활용하고 있으나, 미국·호주 등 해외에서는 인프라 누수지수(ILI) 등 물손실 관리지표를 활용하고 있다. 유수율은 실제 누수저감을 위한 관리 성과뿐 아니라 지역 여 건 등 다른 요인들에 의해 영향을 받는 단점이 존재하며, 해외국가들은 지역 및 인프라 특성을 반영하는 누수저감 지표를 사용하고 있다. 이로 인해, 유수율 지표를 보완하여 누 수관리 성과를 측정할 수 있는 보조지표의 활용이 필요하다. 우리나라는 수압 등 데이터 및 계측장비 기반이 구축되어 있지 않아 인프라 누수지수(ILI) 등을 사용하기 곤란하며, 누수저감의 성과를 나타내는 수량지표의 보완적 사용이 필요하다.

 

K-water를 중심으로 시행되고 있는 「지방 상수도 운영효율화사업」과 환경부에서 역점사업으로 추진 중인 「지방상수도 현대화사업」에서 유수율이 중요한 성과지표로 사용되고 있다.

 

물 손실관리(water loss management) : 해외 수도사업체의 상수도 경영이슈

물 손실관리 방법

 1. 물 손실량을 계량화하는데 초점을 맞춘 물 손실량 평가방법

 2. 물 손실이 주 로 발생하는 영역을 찾아내는 방법

 3.  효율적이고 효과적인 물 손실제어 방법

 

평가하는데 주로 사용되는 성능지표(performance indicator) : 성과목표 달성여부와 운영관리 효율성과 효과성, 그리고 서비스 품질을 객관 적으로 측정

1. 연도별 성능 추적

2. 다른 시스템과의 기술성능 비교

 

조세현 외(2011)는 지방상수도 서비스의 평균 요금과 생산 비용의 차이를 분석 : 지방공기업 형태의 상수도 사업이 비공기업 형태 의 상수도 사업에 비해 비용이 높아지며, 요금현실화율이 높을수록 지방상수도 사업의 서비스 비용은 감소한다는 결과를 제시

 

누수관리 목표설정 : 경제적 누수수준(ELL: Economic level of Leakage) - 경제적 누수수준이란 수돗물의 한계비용, 즉 물손실비용과 누수저감 활동에 소요되는 비용이 최소가 되는 지점에서의 물손실량으로 추가적인 누수저감이 이루어질 경우 오히려 경제적인 측면에서 이득보다는 손해가 발생 하게 되는 시점의 누수 정도

 

IWA(International Water Association) : 상하수도 분야에서 130개국을 대표하는 세계 최대의 조직

상하수도 서비스에 관한 시스템 발표 - 이 성과지표시스템은 특정지역 발 전의 수준, 기후, 인구, 문화적 특성 등과는 독립적으로 상하수도서비스 사업을 매우 효 과적이고 적절하게 관리할 수 있는 도구

『Performance Indicators for Water Supply Services』(Alegre et al., 2000)를 발간 : IWA의 실무 매뉴얼

성과 지표 의 평가는 주로 시설자료를 토대로 한다. 이 자료들은 조직 내의 다양한 자료원으 로부터 다양한 방법(회계시스템, 측정장비, 정보시스템 등)을 통해 확보된다.

 

 

 

유수율 : 정수장에 서 공급되는 유량에 대해 요금으로 징수되는 유수수량의 비율

누수관리 4가지 방법 : 적극적인 누수 탐지활동, 수압관리, 신속하고 정확한 누수복구, 적절한 관망정비

 

누수의 원인

내적요인

 : 관의 재질, 노후도, 설계 및 시공방법의 적합성, 관내 수리학적, 수질적 인자

외적요인

 : 외부응력과 토양조건 등 매설환경 요인과 관외부의 손상, 지진 등 자연재해에 의한 파손 등 타공사 및 재해요인

 

누수종류

   (저감방안  : 수압안정화, 감압, 배급수관 교체, 접합부 및 부속저감)

  : 파열누수 

   1) 미신고파열 : 아직 발견되지 않았거나 적극적인 누수탐지 활동에 의해서만 감지되는 누수

    - 적극적인 누수탐사 복구 필요

   2) 신고파열 : 지상누수, 일반 또는 수도사업자에 의해 신고된 누수

  : 배경누수 - 보고되지 않고 누수탐지 활동에 의해서도 감지할 수 없는 미량의 누수

 

 

유수율 제고를 위한 방안

 1) 유효수량 관리

  : 수도미터의 교체, 부정사용 방지, 유량계의 정기적 진단 및 교체 등을 통한 명목손실량 저감과 공급량 관리

 2) 무효수량 관리

  : 블록시스템의 구축을 통한 실시간 누수감시체계 구축, 수압관리를 통한 피로도 누적에 따른 파손확률 저감 및 누수량 저감, 효과적 누수탐사 및 신속한 복구 등을 통한 누수량 자체의 저감

 

* 누수탐지활동

 : 수동적인 누수탐지 - 누수된 물이 지표상으로 유출되는 경우나 사용자가 수압 저하에 따른 민원이 발생한 경우

 : 적극적인 누수탐지 - 누수감시와 함께 정기적인 탐사과정

  전체 관리구역 중 누수율이 높은 지역이나 누수에 의한 과거 민원이력이 많고, 관의 매설년도가 오래된 지역에 우선순위를 두고 면의접근, 선의접근, 점의접근 방법에 따라 순차지적으로 누수지점을 찾는 것을 의미

    1) 면의접근 : 야간최소유량 분석과 배수지 하강시험

    2) 선의접근 : 누수가 인지된 지역 내에서 문제가 발생한 관로를 탐색. 단계시험, 밸브 청음 및 상관식 조사, 음압레벨 및 파 형조사, 수압측정, 하수도조사 및 염소반응시험 등 활용

    3) 점의접근 : 문제관로에서 최종 누수지점을 탐색하는 방법으로 급수전 청음, 노면 청음, 전자식 누수탐지기 청음, 노면 천공을 통한 누수지점 확인, 가스탐지 활용 등이 활용된다.

   

* 수압관리

  1) 구역분할

    : 큰 배수구역을 지역의 지형적 특성, 표고, 수압적 특성에 따라 작은 구역으로 분할

    : 구역은 제수밸브 설치에 따라 인위적으로 분할될 수도 - 구역분할은 간단하며 비용적으로 효 율적이지만 구역 내 수압을 완전히 관리할 수 없다.

   2) 펌프 운영 : 수압이 낮은 지역에 대해 가압을 통해 안정적으로 유량을 공급할 수 있도록 적합한 설계, 설치 필수임.

   3) 감압밸브 운영

 

* 신속하고 정확한 누수복구

누수발생 시 이를 복구하기 위해서 경우에 따라 문제발생 구역을 일시적으로 차폐시켜야할 수 있으며, 차폐되는 구 역은 제수밸브의 위치에 따라 결정된다. 누수복구를 위한 차폐에 따른 단수인구를 최소화하기 위해서 차폐구역 및 비의도적 고립구역을 고려한 적절한 제수밸브의 위치를 선정해야 하며, 제수밸브의 오작동이 발생하지 않도록 평상시 유지관리를 수행해야

   

* 적절한 관망정비 : 교체, 갱생

  배수구역 중 잦은 빈도의 관파손 이력이 존재하거나 배경누수의 양이 큰 경우, 해당구 역의 관로를 교체하는 것이 누수를 저감할 수 있는 효과적인 대안임.

  관로교체를 통한 관망정비의 경우 수확 체감의 법칙을 따르므로 정확한 진단을 통해 배수구역 내 관로들의 교체 우선순위를 적절히 선정해야 하며 이를 통해 불필요한 관로 교체에 따른 손실을 최소화할 수 있다.

 - 관로의 교체 여부 평가

  : 상수관망의 생애주기 고려 교체 계획(우선순위에 따라)

  : 내부 및 외부 요인에 따른 관로 노후도 평가

  : 관로 진단기법

 

 

3.2.4 운영 성과지표

유수율의 함정 : 관리자의 노력과 무관하게 단순히 사용수량이 증가하는 경우 유수율이 향상될 수 있다. 경제적 수준 향상, 신규 대규모 주택지역 보급 등에 의한 사용수량 증가, WASCO 사업 등에 의 한 절수와 지역 인구감소 및 급수 인구감소에 따른 사용수의 감소에 따라 유수율이 증가 또는 감소할 수 있다. 유수율의 변동은 특히 현재 유수 율이 낮은 지역일수록 변동의 폭이 크며, 유수율을 성과지표로 한 상수도 관망의 운영 및 관리의 평가는 논쟁의 소지가 있을 수 있다

 

1) IWA 권고지표

(i) 무수율 무수수량과 공급수량의 비율을 의미하며, 지방상수도의 재무지표로 활용이 용이하며 물관리의 효율을 평가하는 가장 기초적인 지표의 하나이다. 국내 상수도통계를 통해서도 산정 가능하며 현재 사용하고 있는 유수율과 연계 가능하다.

(ii) 비용대비 무수수량 무수수량과 운영비용의 비율을 의미하며, 지방상수도의 재무지표로 활용이 용이하다. 가장 세부적인 지표로 최고 수준의 운영관리 수준을 달성하기 위해 적용되며, 운영비용의 범위에 대한 사전 정의가 필요하다.

(iii) 물손실량 시스템 유입량과 합법사용량의 차이를 의미하며 명목손실량과 실손실량을 포함한다. 물관리 효율성 평가를 위한 가장 기초적 지표이나 다른 시스템 간 성능 비교에 제한적이다.

(iv) 명목손실량 수도계량기 불감수량과 부정사용량에 의한 물손실을 의미하며, 물관리 효율성 평가의 가장 기초적 지표이나 수도계량기 불감수량이 지역마다 다르게 산정되고 있으며 부정사 용량의 정확한 산정이 어려우므로 단점이 존재한다.

(v) 손실량 가압시스템에서 수요가의 수도계량기까지 발생하는 물리적인 손실을 의미하며, 손실시 점의 유량과 발생빈도, 지속시간에 의하여 결정된다. 물관리 효율을 평가하기 위한 심화 된 지표이며 다른 시스템 간의 성능 비교에 활용할 수 있다. 하지만 현재 국내의 경우 누수량은 추정된 값에 가까우며 따라서 일부 한계성을 포함한다.

(vi) 누수평가지표 연간 실손실량과 허용가능한 실손실량의 비율을 의미하며 현재 상태에서 물손실을 얼 마나 효율적으로 관리하는지를 평가하는 지표로 활용된다. 가장 상세한 지표로 평가되며 고도화된 수준의 운영관리를 달성하기 위해 사용된다. 또한 지역별 규모와 운영특성을 반영할 수 있다는 장점이 있으나, 지표산정을 위한 지역특수성 계수의 경우 국내 실정에 적합하다고 볼 수 없으며 많은 가정이 포함된다는 단점이 있다.

 

2) 기타지표

(i) 누수율 누수량과 총급수량의 비율을 의미하며 객관적으로 누수관리 효과를 평가할 수 있으나 국내의 경우 누수량은 불확실성이 크므로 한계가 있다.

(ii) 시설상태계수(ICF, infrastructure Condition Factor) 배경누수량과 허용 배경누수량의 비율을 의미하며 시설의 개선 없이는 변화할 수 없는 값, 누수저감 상태를 평가하는 지표로 활용될 수는 있으나 파열누수가 발생하지 않은 대상 시스템에만 적용이 가능하다.

(iii) 적극적 누수관리 연간 단위 관로연장에 대해 탐지 누수건수와 수리건수의 합을 의미한다. 관리자로 하여금 적극적인 누수관리를 유도할 수 있으나 국내 통계자료를 활용하여 산정이 어렵고 누수량, 누수발생 건수가 작은 지역에는 불리하게 작용될 수 있다.

(iv) 경제적 누수지표(ELI, Economical Infrastructure Leakage Index) 상수도 시설이 현재의 상태에서 경제적 물손실 관리를 얼마나 잘 수행하고 있는지를 평가하기 위한 지표로 경제적으로 감소시킬 수 있는 누수량의 범위를 산정할 수 있다는 장점이 있으나 국내 통계자료를 활용하여 산정하기에 어려움이 있다.

(v) 단기 경제적 누수관리 지표(SERI, Short-Economical Infrastructure Leakage Index) 연간실손실량과 단기 경제적인 연간실손실량의 비율을 의미하며, 유수율 제고사업화를 추진하고 있는 대상지역이 유수율 제고 사업화 단계의 목표유수율을 달성했는지, 달성하지 못했다면 상대적으로 얼마나 달성하지 못했는지를 판단할 수 있는 지표이다.

(vi) 장기 경제적 누수관리 지표(LERI, Long-Economical Infrastructure Leakage Index) 연간실손실량과 장기 경제적인 연간실손실량의 비율을 의미하며, 유수율 제고 사업화 단계에서의 목표유수율을 달성한 이후 관망 운영단계에서 경제적으로 누수관리가 진행되 고 있는지 평가하기 위해 활용된다.

(vii) 경제적 누수수준(ELL) 경제적인 측면에서 특정 수준 이상의 누수저감 활동을 할 경우 경제적으로 손해가 발생하는 시점의 누수수준을 의미하며, 다양한 누수관리 방법에 대한 비용평가를 통해 산정할 수 있다.

 

3.2.5 물손실 관련 성과지표 평가

유수율이 상수도 사업자의 성과를 평가할 수 있는 지표로 받아들여져왔다. 하지만 상수도 사업 성과와 누수관리 성과는 구분이 필요하다. 특히, 누수관리 성과를 유수율로 측정하는 것에 대한 한계점이 지적되어 왔다 (김성한, 2018).

유수율은 공급 및 관망 관리뿐 아니라 소비량에 영향을 받게 되도록 구성된 지표이기 때문에 수도사업자의 관리 능력과 무관하게 측정될 소지가 크다. 절수운동을 통해 소비량의 감소효과가 나타 나면 유수율은 오히려 떨어지는 부정적인 효과를 초래할 수 있다는 것이 유수율의 근본 적인 한계점으로 지적되고 있다.

유수율의 또 다른 한계점은 소비량이 일정하게 유지될 때 유수율 수준에 따라 달성해야 할 저감량이 달라진다는 것이다. [그림 5]는 유수수량이 5,000㎥인 구역에 대하여 유수율 50%부터 95%까지의 유수수량과 무수수량을 나타낸 것이다. 이 경우 60%에서 65%까지 유수율을 향상시키기 위해서는 무수수량(손실량)을 661㎥ 저감해야하는데 반해, 80%에서 85%까지 향상시키기 위해서는 358㎥을 저감시키면 된다.

 

누수량에 변동이 작은 것에 비해 유수율은 상대적으로 높은 개선 효괄를 보여주는 이러한 결과는 유수율 지표가 누수저감 및 관리활동 이외의 요인에 영향을 받고 있다는 사실을 알려주는 것으로 해석된다.

 

4.4.1 누수관리 활동 비용 분석

누수수준을 측정한 뒤, 향후 개선된 누수수준에 도달하기 위한 비용을 산정하여 의사 결정에 활용하여야 한다

누수수준의 경우 직접 측정할 수 없으며 배수시스템의 유입량, 소비량, 야간최소유량 을 이용하여 간접적으로 계산해야 한다.

야간최소유량접근법 : 야간최소유량에서 합법적 야간사용량을 제외한 후 압력적용계수를 곱하여 계산이 가능하다.

이를 위 해 DMA로 구분된 측정지역의 지속적 모니터링을 수행해야 하며 이를 통해 얻은 자료를 보정한 뒤 압력적용계수를 곱하여 누수량을 산정한다. 이러한 방식은 월별 또는 연간 누수량 산정에도 적용이 가능하다.

통합유량 접근법 : 측정된 유입량에서 소비량을 제외하여 연간 누수량을 산정. 부과계측사용량, 부과비계측사용량, 운영적사용 및 비부과량을 고려한다.

 

두 가지 방법을 통해 산정된 누수량이 일치되어야 정확한 누수량 예측으로 평 가할 수 있으며, 이러한 결과를 통해 분석에 사용될 연간누수량과 누수의 동향을 파악할 수 있다. 현실적으로 누수수준을 정확히 측정하는 것은 현재 인프라 및 측정시스템에서 매우 어려운 작업이다. 이로 인해 유수율 지표를 통한 경제적 누수관리 목표 설정이 여러 한계점에도 불구하고 적용의 용이성이나 수용성 측면에서 이용되고 있다.

 

* 유수율제고사업의 절차 

 1) 유수율제고사업화 단계 : 누수저감활동에 들어간 비용대비 누수저감 효과가 크게 증가

 2) 관망운영 단계 : 누수저감 효과가 크게 증가하지 않음.

 

유수율제고사업화 단계

수도시설물 조사에서는 시설물조사비용, 관로조사비용, 급수전 및 수용가 조사비용, 밸브류 조사비용, 기타 시설물 조사비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 현장비 용, 기타비용을 포함한다. 인건비의 경우 각 항목을 수행하기 위한 투입인원, 조사기간을 통해 산정 가능하며, 현장비용은 교통비, 투입인원, 조사기간을 통해 산정 가능하다.

관망도전산화 및 관리시스템 구축에서는 윈도작성비용, DB구축비용, 관망도검증비용, 관망 도이력관리비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 장비비, 시스템구축비, 기타비용을 포함한 - 77 - 다. 인건비의 경우 각 항목을 수행하기 위한 투입인원, 투입기간을 통해 산정 가능하며, 장 비비 및 시스템구축비의 경우 전산화 및 시스템 구축에 필요한 장비 및 시스템의 필요대수 와 가격을 통해 산정 가능하다.

블록시스템 구축 및 운영에서는 블록분할비용, 수도미터기 설치 및 관리비용, 유량계 수압계 설치비용, 모니터링 구축비용, 모니터링 운영비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 장비 비, 재료비, 장치비, 시스템구입비, 기타비용을 포함한다. 인건비의 경우 각 항목을 수행하 기 위한 투입인원, 구축 및 운영기간을 통해 산정 가능하며 장비비, 재료비, 장치비, 시스템 구입비의 경우 시스템의 구축 및 운영에 필요한 장비, 재료, 장치 및 시스템의 대수와 가격 을 통해 산정 가능하다.

누수탐사 및 복구에서는 누수탐사비용, 탐지된 누수복구비용, 보고된 누수복구비용이 필요 하며 상세비용은 인건비, 장비비, 재료비, 기타비용을 포함한다. 인건비의 경우 각 항목을 수행하기 위한 투입인원, 탐사 및 복구기간을 통해 산정 가능하며 장비비, 재료비의 경우 누수탐사 및 복구에 필요한 장비와 재료의 필요대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

관망정비에서는 관망진단 및 평가비용, 관로교체비용, 밸브교체비용, 계량기 교체비용, 기타 시설물교체비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 진단비, 재료비, 장비비, 기타비용을 포함한 다. 인건비의 경우 관망정비를 위한 투입인원, 정비기간을 통해 산정 가능하며, 진단비는 관로진단비, 밸브진단비, 계량기진단비 등을 포함한다. 재료비와 장비비의 경우 관망정비를 위해 필요한 재료와 장비의 필요대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

거시적 수압관리에서는 수압관리 효과분석비용, 감앱밸브 설치비용, 감압밸브 유지관리비 용이 필요하며 상세비용은 인건비, 장비비, 재료비, 장치비, 기타비용으로 구성된다. 인건비 는 수압관리에 투입되는 인원과 관리기간을 통해 산정 가능하며 장비비, 재료비, 장치비의 경우 수압관리에 필요한 장비, 재료 및 장치의 필요대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

 

관망운영 단계

누수탐사 및 복구 에서는 누수탐사비용, 탐지된 누수복구비용, 보고된 누수복구비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 장비비, 재료비, 기타비용을 포함한다. 인건비의 경우 각 항목을 수행하기 위한 투 입인원, 탐사 및 복구기간을 통해 산정 가능하며 장비비, 재료비의 경우 누수탐사 및 복구 에 필요한 장비와 재료의 필요대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

<= 누수탐사 및 복구

잔존노후시설교체에서는 관 교체비용, 계량기 교체비용, 밸브 교체비용, 기타시설물 교체 비용이 필요하며 상세비용은 인건비, 재료비, 장비비, 기타비용을 포함한다. 인건비의 경우 각 노후시설을 교체하기 위한 투입인원, 교체기간을 통해 산정 가능하며 재료비, 장비비의 경우 노후시설교체에 필요한 재료와 장비의 대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

<= 관망정비

관망도전산화 고도화에서는 관망도전산화 고도화비용이 필요하며 세부비용은 인건비, 장 비비, 장치비, 기타비용으로 구성된다. 인건비는 관망도전산화 고도화를 위한 투입인원과 작성기간을 통해 산정 가능하며 장비비와 장치비의 경우 필요대수와 가격을 통해 산정 가 능하다.

<= 관망도전산화 및 관리시스템 구축

블록시스템 구축의 고도화에서는 블록시스템 구축의 고도화비용이 필요하며 세부비용은 인건비, 장치비, 기타비용이 포함된다. 인건비는 시스템 구축의 고도화에 투입되는 인원과 작성기간을 통해 산정 가능하며, 장치비의 경우 필요한 장치의 대수와 가격을 통해 산정 가능하다.

<= 블록시스템 구축 및 운영

 

4.4.2 누수관리 투자 한계비용효과 연구

앞서 살펴본 바와 같이 누수관리에 대한 투자는 단기적 운영관리와 장기적 유수율제고 사업관리로 구분가능하며, 이론적인 투자비용 대비 누수저감효과는 시간에 따라 체감 (decresaing)하는 형태이다.