KR101655358B1

KR101655358B1 - 수질정화시스템을 가진 하천

Info

Publication number: KR101655358B1
Application number: KR1020150001464A
Authority: KR
Inventors: 이상활
Original assignee: (주) 청명토목이엔지
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-09-09
Also published as: KR20150095178A

Abstract

본 발명은 하천의 수위를 올려주는 보에 수질정화시스템을 구비함으로써 하천의 수질을 전반적으로 향상시키도록 한 수질정화시스템을 가진 하천에 관한 것으로, 본 발명의 보에는 상단이 오목하여 상기 하천수가 흐르는 보 수로가 일정 간격을 두고서 복수개가 형성되고, 상기 보 수로는 상기 하천수가 흐르는 방향으로 수직단면상 측면이 깎여서 오목하여 하부에 지지턱이 형성되면서 제 1 내지 제 3 필터영역이 정의되며, 상기 제 1 필터영역과 제 2 필터영역, 상기 제 2 필터영역과 제 3 필터영역 사이에는 상기 하천수가 위에서 아래로 흐를 수 있도록 연통된 연통홀이 형성되며, 상기 보 수로를 거쳐 흐르는 상기 하천수를 수용하고, 수용된 하천수를 정화하도록 상기 제 1 필터영역에는 그 하부가 상기 연통홀과 연결되고 상기 지지턱에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기가 설치되고, 상기 제 2 필터영역에는 그 하부가 상기 연통홀과 연결되고 상기 지지턱에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기가 설치되며, 상기 제 3 필터영역에는 그 하부가 상기 연통홀과 연결되고 상기 지지턱에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기가 설치되며, 상기 제 1 필터영역 내지 제 3 필터영역에는 상기 보 수로를 거쳐 흐르는 하천수를 수용하고, 수용된 하천수를 정화하는 제 1 내지 제 3 필터기가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

수질정화시스템을 가진 하천{river having water quality purification system}

본 발명은 수질정화시스템을 가진 하천에 관한 것으로, 더 상세하게는 하천의 수위를 올려주는 보에 수질정화시스템을 구비함으로써 하천의 수질을 전반적으로 향상시키도록 한 수질정화시스템을 가진 하천에 관한 것이다.

대한민국 등록특허 제10-0948551호(하천의 수질 정화 시스템)에 따르면, "하천의 수위를 상승시키기 위해 하천을 가로지르도록 설치되는 보(洑), 하천 주변의 지하수를 유입하기 위한 복수의 집수공을 갖는 복수의 유공관, 복수의 유공관으로 유입되는 지하수를 하천으로 공급하기 위해 복수의 유공관과 연결되는 공급관을 포함한다. 복수의 유공관은, 하천의 수변(Shore-line)으로부터 이격되어 하천의 하천수 흐름 방향을 따라 차례로 연결되고, 보가 설치되기 전의 자연 지하수위면 이하의 깊이에 매립되며, 보가 설치되기 전의 하천의 자연 하천수면의 구배를 따라 배치된다. 본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 하천의 주변에서 유공관을 통해 집수한 지하수를 하천으로 방류함으로써 보의 설치로 인한 하천의 수질 악화 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다."라고 개시된 바가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0948551호(하천의 수질 정화 시스템)

그러나, 상술한 종래의 하천수질정화시스템은 식수를 얻기 위한 기술이므로 갈수록 환경이 오염되고, 이를 극복하기 위한 환경기준이 더욱더 엄격하게 시행되므로 이를 위해서 하천수질을 근본적으로 개선할 필요성이 매우 긴급하게 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 하천의 수위를 올려주는 보에 수질정화시스템을 구비함으로써 하천의 수질을 전반적으로 향상시키도록 한 수질정화시스템을 가진 하천을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하천의 수위를 상승시키기 위해 상기 하천을 가로지르도록 설치되는 보(洑; 13)를 포함하는 하천의 수질 정화 시스템으로서, 상기 보(13)의 상단에는 하천수가 흐르도록 오목하게 형성된 1개 또는 복수 개의 보수로(136)가 배치되고; 상기 보(13)에는 상기 보수로(136)로 월류되는 상기 하천수가 낙하하는 방향을 따라 수직단면상 측면이 오목하게 함몰되도록 제 1 내지 제 3 필터영역(T1 내지 T3)이 차례로 형성되며; 상기 필터영역(T1 내지 T3) 각각의 하부에는 지지턱(134)이 형성되고, 상기 하천수가 상기 필터영역을 관통하여 위에서 아래로 흐를 수 있도록 연통된 연통홀(135)이 형성되며; 상기 보 수로(136)를 거쳐 흐르는 상기 하천수를 수용하고, 수용된 하천수를정화하도록 상기 제 1 필터영역(T1)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되고, 상기 제 2 필터영역(T2)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되며, 상기 제 3 필터영역(T3)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되며, 상기 제 1 필터기(131)는 스테인리스로 된 복수개의 격자 거름판을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 1차적으로 걸러서 수질을 정화시키고, 상기 제 2 필터기(132)는 복수개의 모래를 이용하여 하천수의 이물질을 2차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행하며, 상기 제 3 필터기(133)는 천연원단을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 3차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행하는 것이다.

삭제

본 발명의 바람직한 효과에 따르면, 하천수로부터 식수를 취수하는데 그치지 않고 하천수의 수질을 전체적으로 정화시킬 수 있도록 한 구성을 통해서 환경오염을 미연에 예방하고, 오염된 환경오염을 종래보다 청정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 하천의 수질 정화 시스템을 나타낸 정면도이다.
도 2는 종래의 하천의 수질 정화 시스템을 나타낸 평면도이다.
도 3은 종래의 하천의 수질 정화 시스템을 나타낸 측면도이다.
도 4는 통상적인 하천에 설치된 보를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 보에 제 1 내지 제 3 필터기가 설치된 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 보에 설치된 제 1 필터기의 상세한 구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 보의 제 1 내지 제 3 필터영역을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 보의 일부 외관을 나타낸 일부사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 하천의 수위를 상승시키기 위해 상기 하천을 가로지르도록 설치되는 보(洑); 상기 하천 주변의 지하수를 유입하기 위한 복수의 집수공을 갖는 복수의 유공관; 및 상기 복수의 유공관으로 유입되는 지하수를 상기 하천으로 공급하기 위해 상기 복수의 유공관과 연결되는 공급관을 포함하고, 상기 복수의 유공관은, 상기 하천의 수변(Shore-line)로부터 이격되어 상기 하천의 하천수 흐름 방향을 따라 차례로 연결되고, 상기 보가 설치되기 전의 자연 지하수위면 이하의 깊이에 매립되며, 상기 보가 설치되기 전의 상기 하천의 자연 하천 수면의 구배를 따라 배치되는 하천의 수질 정화 시스템에 적용되므로 종래의 구조를 자세히 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 하천의 수질 정화 시스템을 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하천의 수질 정화 시스템을 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 하천의 수질 정화시스템을 나타낸 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 하천 수질 정화 시스템은, 하천(10)을 가로지르도록 설치되는 복수의 보(洑, 20), 하천(10) 주변의 지하수를 유입하기 위한 복수의 유공관(30), 유공관(30)으로 유입되는 지하수를 집수하기 위한 집수정(40), 집수정(40)에 모인 지하수를 배출하기 위한 공급관(42) 및 인출관(46)을 포함한다. 복수의 보(20)는 하천(10)을 따라 흐르는 하천수를 막음으로써 하천(10)의 수위를 상승시키는 역할을 한다.

하천(10)의 수변(Shore-line)에는 하천(10)의 수위보다 높게 위치하는 홍수터(13)가 마련된다. 홍수터(13)에는 하천수의 유량이 증가하여 홍수터(13)가 잠길 때 하천수의 범람을 막기 위한 제방(14)이 배치된다. 또한, 하천(10)의 주변의 지하에는 지하수의 흐름에 의한 자연 지하수위면(15)이 존재한다.

자연 지하수위면(15)은 보(20)가 설치되기 전의 지하수위면을 나타내는 것이다. 지하수위면은 보(20)가 설치되어 하천의 수위가 상승하면 하천에서 유입되는 여과수의 증가로 인해 상승할 수 있다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 보(20)의 설치에 의한 지하수위면(16)은 침수 등의 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명에 의한 하천 수질정화 시스템은 복수의 유공관(30)을 통해 지하수위면의 상승을 막을 수 있다. 도 1에서 미설명 부호 11, 12는 기반암과 퇴적층을 각각 나타낸다.

복수의 유공관(30)은 그 내부로 지하수가 유동할 수 있는 중공관 형태로 이루어지는 것으로 지하수의 유입을 위한 복수의 집수공(31)을 갖는다. 복수의 유공관(30)은 하천(10)의 하천수 흐름 방향을 따라 배치되고, 수변으로 부터 이격되도록 홍수터(13)의 지하에 매립 설치된다. 유공관(30)과 하천(10) 사이의 거리는 설비 목적에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예컨대, 하천 주변 지역의 지하수위면의 상승을 억제하기 위한 목적이라면 유공관(30)을 하천(10)으로부터 멀리 설치하는 것이 좋고, 양질의 지하수를 다량 확보하기 위해서는 유공관(30)을 하천(10)에 가까이 설치하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 것과 같이, 유공관(30)은 적어도 일부분이 자연 지하수위면(15)과 일치하게 된다. 따라서, 하천주변의 지하수나 하천(10)에서 하천 주변의 지하로 유입되는 여과수가 유공관(30)의 집수공(31)을 통해 유공관(30)으로 유입될 수 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 복수의 유공관(30)은 하천(10)의 자연 하천수면(17)의 구배를 따라 기울어지도록 배치된다. 이것은 복수의 유공관(30)으로 유입되는 지하수가 복수의 유공관(30)을 따라 자연 유하식으로 하류 쪽으로 흐르게 하기 위한 것이다. 또한, 복수의 유공관(30)은 하류 쪽으로 갈수록 그 직경이 증가하도록 배치된다. 하류 쪽으로 갈수록 유공관(30)으로 유입되는 지하수의 양이 증가하기 때문에, 하류 쪽으로 갈수록 유공관(30)의 직경을 크게 하는 것이 지하수의 원활한 흐름을 위해 유리하다. 도 3의 참조 부호 35는 두 개의 유공관(30)을 연결하는 연결부재를 나타낸 것이다. 본 발명에 있어서, 유공관들(30)은 연결부재(35) 없이 서로 느슨하게 연결될 수도 있다.

본 명세서에서 지하수는 하천(10) 쪽과 배후지에서 흘러드는 자연 지하수와 하천(10)에서 유입되는 여과수를 모두 포함하여 나타낸 것이다. 자연 지하수는 지하수 함양면적(하천과 하천에 가까운 산 사이의 거리), 함양율(강수량, 투수계수) 등에 따라 그 양이 달라지지만 하천(10)을 따라 하류로 내려가도 그다지 큰 변화가 없다.

수 km 정도의 하천연장에서는 어느 지점에서나 유입되는 정도가 거의 일정하다고 볼 수 있다. 그러나 하천(10)에서 유입되는 여과수의 양은 이와 다르다. 보(20)에 갇힌 하천수의 하천수면은 거의 수평을 이루어 변화가 없지만, 복수의 유공관(30)은 자연 하천수면(17)의 구배를 그대로 따르거나 구배를 더 급하게 할 수 있으므로, 하류로 갈수록 그 고도가 낮아진다. 유공관(30)과 보(20)에 갇힌 하천수의 하천수면 사이의 고도차는 하류로 갈수록 커지기 쉬우며, 여과수의 유입량은 이 고도차에 비례하여 증가하게 된다.

또한, 하류로 갈수록 유공관(30)의 내부의 통과 유량이 커지므로, 유공관(30)의 직경이 하류로 갈수록 커지지 않으면 유공관(30)의 내부에 지하수가 가득 차서 흐르는 관수로(Pipe flow)가 형성된다. 유공관(30)이 지하수로 가득 차서 관수로가 되면 유공관(30)의 연직 상부에 지하수가 고일 수 있다. 이렇게 유공관(30)의 연직 상부에 지하수가 고이면 배후지역의 지하수위도 상승하게 되어 침수 피해가 발생할 수 있다.

따라서, 하류로 갈수록 유공관(30)의 직경을 크게 하여 유공관(30)에 개수로(Open channel)가 형성되도록 해야 한다. 구체적인 유공관(30)의 직경은 유공관(30)의 설치 깊이, 하천수와의 거리, 토양의 투수계수, 이들 요소에 의해 결정되는 유입 여과수량, 유공관(30)의 축방향 통수능을 결정하는 요소인 유공관(30)의 기울기 등에 따라 결정될 수 있다.

본 발명에 있어서, 유공관(30)의 단면은 도시된 것과 같은 원형으로 한정되지 않지만, 유공관(30)의 단면이 원형인 경우 상부의 약 5% 정도를 비워놓아 유공관(30) 내부에 자연수면이 형성되도록 하는 것이 좋다. 유공관(30) 내부의 상부를 5% 정도 비워 놓으면 통수단면은 감소될 수 있지만 물 흐름에 대한 마찰이 감소하므로 전체적으로 통수능이 커지게 된다.

도 1에 도시된 것과 같이, 유공관(30)의 둘레에는 피복층(50)이 마련된다. 집수공(31)은 지하수의 유입을 위한 것이지만, 이를 통해 흙이나 모래, 작은 자갈 등이 유공관(30) 내부로 유입될 수 있는데, 피복층(50)은 집수공(31)을 통한 이물질의 유입을 제한한다. 피복층(50)은 집수공(31)보다 큰 크기의 피복 물질(51)로 이루어진다.

피복 물질(51)로는 자갈, 인조 구슬 등 지하수는 통과시키되 흙이나 모래, 작은 자갈 등은 차단할 수 있는 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 유공관(30)의 하류 쪽에는 유공관(30)을 따라 유동하는 지하수를 집수하기 위한 집수정(40)이 유공관(30)과 연결되도록 마련된다. 또한, 집수정(40)에는 집수정(40)에 집수된 지하수를 하천(10)으로 공급하기 위한 공급관(42)과 집수정(40)에 집수된 지하수를 인출하기 위한 인출관(46)이 연결된다.

공급관(42)은 그 입구부(43)가 집수정(40)에 연결되고 출구부(44)가 하천(10)에 위치함으로써 집수정(40)의 지하수를 하천(10)으로 공급할 수 있다. 공급관(42)을 통한 지하수의 유입으로 하천(10)의 수질이 개선될 수 있다. 예컨대, 보(20)의 상류 하천 쪽에 복수의 유공관(30)을 배치하고, 보(20)의 하류 하천 쪽에 공급관(42)의 출구부(44)를 배치하면 보(20)의 하류 하천 수질을 개선할 수 있는 것이다. 물론, 공급관(42)의 출구부(44) 위치는 보(20)의 하류 하천로 한정될 필요는 없다.

별도의 동력이 필요없이 공급관(42)을 통해 하천(10)으로 지하수가 유입될 수 있도록 공급관(42)은 그 출구부(44)가 입구부(43)보다 낮도록 기울어지게 배치되는 것이 좋다. 인출관(46)은 집수정(40)에 모인 지하수를 상수나 농업수 등으로 활용하기 위한 것이다. 인출관(46)에는 집수정(40)의 지하수를 양수하기 위한 펌프(48)가 설치된다.

본 발명에 있어서, 집수정(40)에는 인출관(46) 및 펌프(48) 이외에 유공관(30)을 통해 유입되는 지하수를 인출하기 위한 다양한 인출수단이 설치될 수 있다. 그리고 집수정(40)을 설치하지 않고 유공관(30)의 하류 쪽에 각종 인출수단을 직접 연결할 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 유공관(30)의 매립 깊이는 다양하게 결정될 수 있다. 예컨대, 유공관(30)을 자연 지하수위면(15)과 일치시키지 않고 자연 지하수위면(15)보다 낮게 매립하면 지하수위면을 보(20) 설치 이전보다 낮출 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 함양율이 매우 낮은 경우에도 적용할 수 있는 것으로, 보(20)의 설치로 인한 하천(10)의 수질 악화 문제를 해결할 수 있다. 본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 유공관(30) 1m 길이에 지하수를 공급하는 면적은 하천폭×1m 가 되어 함양율이 낮아도 적용이 가능한 것이다. 더욱이, 자연 지하수의 유입이 추가되므로 산출 유량은 더 증대될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 유공관(30)을 하천(10)에 인접하여 설치할 경우, 산출 유량을 크게 증가시킬 수 있으므로 양질의 여과수를 다량 확보하여 상수원수로 이용할 수 있고, 수처리 비용을 절감하여 상수 생산비를 크게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 종래 간접 취수공법에 비해 그 시설비가 매우 적게 들고, 보(20)의 설치로 인해 형성되는 정체 하천의 길이가 증가하는 경우 많은 양의 질 좋은 여과수를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 하천의 수질 정화 시스템은 일정한 기울기로 배치되는 유공관(30)을 따라 지하수가 자연유하식으로 유동하므로, 지하수를 집수하는데 동력비가 들지 않는다.

전술한 바와 같은 수질정화시스템의 보를 다음과 같이 구성하여 하천의 수질을 전체적으로 향상시키도록 한다.

도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 보의 구조와 보에 설치된 필터기를 자세하게 살펴보도록 한다.

상기 보(13)에는 상단이 오목하여 상기 하천수가 흐르는 보 수로(136)가 일정 간격을 두고서 복수개가 형성된다. 이 보 수로(136)는 보의 길이에 따라서 그 개수는 유동적일 수 있다.

상기 보 수로(136)는 상기 하천수가 흐르는 방향으로 수직단면상 측면이 깎여서 오목하여 하부에 지지턱(135)이 형성되면서 제 1 내지 제 3 필터영역(T1)(T3)이 정의된다. 즉, 도 4를 기준으로 살펴보면 보의 상단 일부가 오목하게 깎이고, 보의 우측 일부가 오목하게 깎여서 형성되는 제 1 내지 제 3 필터영역(T1)(T3)을 가지고, 그 영역 아래에는 각 필터기를 지지하는 지지턱(134)이 형성된다.

또한, 상기 제 1 필터영역(T1)과 제 2 필터영역(T2), 상기 제 2 필터영역(T2)과 제 3 필터영역(T3) 사이에는 상기 하천수가 위에서 아래로 흐를 수 있도록 연통된 연통홀(135)이 형성된다.

그리고, 상기 제 1 필터영역(T1) 내지 제 3 필터영역(T3)에는 상기 보 수로(136)를 거쳐 흐르는 하천수를 수용하고, 수용된 하천수를 정화하는 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치된다.

이때, 상기 제 1 필터기(131)는 비철금속 예컨대 스테인리스로 된 복수개의 격자 거름판을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 1차적으로 걸러서 수질을 정화시키고, 상기 제 2 필터기(132)는 복수개의 모래를 이용하여 하천수의 이물질을 2차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행하며, 상기 제 3 필터기(133)는 천연원단 예컨대, 광목을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 3차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행한다.

11 ; 보 수위 12 ; 보 하류 수위
13 ; 보 131; 제 1 필터기
132; 제 2 필터기 133; 제 3 필터기
134; 지지턱 135; 연통홀
136; 보 수로 F ; 필터

Claims

하천의 수위를 상승시키기 위해 상기 하천을 가로지르도록 설치되는 보(洑; 13)를 포함하는 하천의 수질 정화 시스템에 있어서,
상기 보(13)의 상단에는 하천수가 흐르도록 오목하게 형성된 1개 또는 복수 개의 보수로(136)가 배치되고;
상기 보(13)에는 상기 보수로(136)로 월류되는 상기 하천수가 낙하하는 방향
을 따라 수직단면상 측면이 오목하게 함몰되도록 제 1 내지 제 3 필터영역(T1 내지 T3)이 차례로 형성되며;
상기 필터영역(T1 내지 T3) 각각의 하부에는 지지턱(134)이 형성되고, 상기 하천수가 상기 필터영역을 관통하여 위에서 아래로 흐를 수 있도록 연통된 연통홀(135)이 형성되며;
상기 보 수로(136)를 거쳐 흐르는 상기 하천수를 수용하고, 수용된 하천수를정화하도록 상기 제 1 필터영역(T1)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되고,
상기 제 2 필터영역(T2)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되며,
상기 제 3 필터영역(T3)에는 그 하부가 상기 연통홀(135)과 연결되고 상기 지지턱(134)에 얹혀지는 전체적으로 함체 형상을 가진 제 1 내지 제 3 필터기(131)(132)(133)가 설치되며,
상기 제 1 필터기(131)는 스테인리스로 된 복수개의 격자 거름판을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 1차적으로 걸러서 수질을 정화시키고, 상기 제 2 필터기(132)는 복수개의 모래를 이용하여 하천수의 이물질을 2차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행하며, 상기 제 3 필터기(133)는 천연원단을 적층시킨 구조를 통해서 하천수의 이물질을 3차적으로 걸러서 수질을 정화시키는 기능을 수행하는 하천의 수질정화시스템.