KR101691498B1 - 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조 - Google Patents

홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수용 관로의 구조 및 배치를 효율적으로 구성시킴으로써 통수량의 조절하여 홍수를 방지하는 기능과 더불어 빗물의 지하침투를 통한 지하 수자원의 확보를 용이하게 하는 우수관거의 설치구조에 관한 것으로서, 지중에 설치된 우수용 상부맨홀과 이에 인접한 하부맨홀 사이에 직선형으로 설치되는 우수본관과, 상기 우수본관을 우회하면서 상부맨홀과 하부맨홀 사이에 설치되는 바이패스관으로 이루어지되, 상기 우수본관은 계획강우빈도에 의해 설계된 규모로 설치되고, 상기 바이패스관의 단면 중 하부에는 다수의 침투공이 구비된다.

Description

홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조{RAINWATER CONDUIT STRUCTURE WITH THE FUNCTION OF FLOOD PROTECTION AND OBTAINING GROUNDWATER}
본 발명은 도시침수 예방 및 지하수자원 확보를 위한 우수관거의 설치구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 우수용 관로의 구조 및 배치를 효율적으로 구성시킴으로써 통수량의 조절하여 홍수를 방지하는 기능과 더불어 빗물의 지하침투를 통한 지하 수자원의 확보를 용이하게 하는 우수관거의 설치구조에 관한 것이다.
국민 1인당 연간 이용 가능한 수자원량을 이용하여 '물기근 국가, 물압박 국가, 물풍요 국가로 구분한 유엔의 국제 인구행동연구소(PAI, Population Action International)의 물부족의 분류기준에 따르면, 과거 1950년대까지 물풍요 국가였던 우리나라는 1990년대에 들어서면서 물압박국가로 분류되고 있다.
이는 환경파괴의 문제로 수자원 개발을 위한 댐 건설이 점차 어려워지고 있는 반면, 엘리뇨에 의한 기상이변과 도시열섬현상으로 인하여, 우기시에는 빈번한 국지성 호우가 발생하면서 우수관거의 처리용량을 넘어선 빗물은 도로의 침수와 하천의 범람으로 홍수의 피해가 다발적으로 발생하고 있고, 건기시에는 가뭄으로 인한 지하수의 부족으로 하천의 건천화가 심화되고 있다.
또 식수개발, 지하구조물의 건축을 위한 터파기를 위한 지하수의 대량 양수는 상기한 지하수의 고갈을 더욱 부추기고, 특히 도시의 지표면 포장은 우수의 지하침투를 차단시킴으로써 지하수의 흐름을 변화시켜 각종 사고를 유발하는 싱크홀의 발생을 야기시키고 있다.
따라서 이러한 물부족 문제, 도로 침수등 도시의 홍수피해 발생문제, 잦은 싱크홀의 발생문제 등을 해결하기 위한 방법 중의 하나로, 우수가 지하로 침투하기 쉽도록 하는 장치에 관한 연구가 지속되고 있며, 그 예로 2013. 1. 7. 공고된 등록특허공보 등록번호 10-1218752호의 '빗물저장침투장치'라는 발명이 제안된 바 있다.
상기 등록번호 10-1218752호의 '빗물저장침투장치'는 도 1에 도시된 바와 같이, 땅속에 매설되는 저류조(10)와; 일단이 저류조(10)의 상부측면에 연결되며, 상부는 투수가능한 다공질 콘크리트로 이루어진 유입부(21)가 형성되고, 집수관(20)의 하부는 불투수성 콘크리트로 형성되어 상부 표면으로 우수를 유입받아 저류조(10)로 제공하는 다수의 집수관(20)과; 일단이 저류조(10)의 측면에 결합되며 상부는 불투과성 콘크리트로 형성되고, 하부는 투과성 다공질 콘크리트로 이루어진 배수부(31)가 형성되어 저류조로부터 우수를 제공받아 배수부(31)를 통해 땅속으로 배출시키는 다수의 침투관(30)을 포함하며, 상기 집수관(20)의 내측면에는 유입부(21)로 유입되는 우수에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터층이 형성되어 있다.
즉 상기의 종래기술은 유입부(21)와 집수관(20)을 통해 집수된 우수를 저류조(10)에 모으고, 저류조(10)에 우수가 어느 정도 모여지면 이를 다시 침투관(30)과 배수부(31)를 통해 지중에 침투되도록 하는 것이다.
그런데 상기의 종래기술은 많은 비가 올 때 이를 신속하게 집수시키고, 집수된 우수를 서서히 토양으로 다시 배출시켜 지하수로 제공한다는 것이나, 이는 시가지의 침수방지를 위해 설치되는 우수관거와의 연계기능 없이 단순히 집수하여 저류시키는 것이기 때문에, 침수방지에 대한 어느 정도의 효과가 있으려면 많은 수의 장치를 소정이 간격으로 광범위하게 설치해야 하나, 매우 큰 공사비를 필요로 하여 경제성이 크게 떨어지며, 더욱이 아스팔트 등 도로포장이 되어 있는 도심지에 대하여는 적용할 수 없다는 한계가 있다.
KR 10-1218752 B1 KR 10-0966038 B1 KR 10-1207293 B1
본 발명은, 도시지역의 지표면이 포장으로 이루어져 빗물이 지하로 침투되지 않고 우수관거를 통하여 전량 하천으로 방류되어 지하수 고갈로 하천의 건천화 및 도시의 싱크홀이 자주 발생됨에 착안하여 기존 우수관거 배수시스템과 연계하여 우수관거의 흐르는 빗물을 지하로 침투시켜 지하수자원 확보에 기여토록 하고, 국지성 집중호우로 인하여 계획강우빈도보다 많은 비가 내렸을 경우에는 상기 배수시스템의 통수능력을 증가시킴으로써 침수피해의 발생을 방지할 수 있는 우수관거의 설치구조를 제공하여 종래기술의 상기한 문제점들을 해결함에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 지중에 설치된 우수용 상부맨홀과 이에 인접한 하부맨홀 사이에 직선형으로 설치되는 우수본관과, 상기 우수본관을 우회하면서 상부맨홀과 하부맨홀 사이에 설치되는 바이패스관으로 이루어지되, 상기 우수본관은 계획강우빈도에 의해 설계된 규모로 설치되고, 상기 바이패스관의 단면 중 하부에는 다수의 침투공이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 상부맨홀을 관통하는 바이패스관의 인입구는 상부맨홀을 관통하는 우수본관의 인입구보다 아래에 위치시켜 상부맨홀에 모인 빗물은 우수본관보다 하부에 있는 바이패스관으로 유입되어 침투공을 통해 전량 지하수자원확보로 이어지게 하며, 바이패스관의 통수능력보다 많은 빗물 유입시 이를 우수본관으로 배제시킬 수 있게 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조가 제공된다. 이때 상기 상부맨홀 중 바이패스관의 인입구 아래에는 토사 및 슬러지가 침전되는 퇴적조를 위치시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 우수의 지중침투를 용이하게 하기 위하여 바이패스관의 둘레 중 적어도 하부에는 바이패스관의 직경보다 큰 폭의 잡석층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조가 제공된다.
본 발명은 기존에 설치되어 있는 도로 하부의 우수관거를 그대로 활용하면서 하수관거 시설의 통수능력을 증대시킬 수 있게 함으로써, 관거의 교체에 따른 비용을 줄여 경제성을 도모하게 하고, 강우강도빈도를 증가시키는 효과를 가지게 하여 기상이변에 의한 국지성 폭우에도 신속한 배수를 통해 도로 등 시가지가 침수되는 것을 방지할 수 있게 한다.
또한 본 발명은 신속한 배수를 필요로 하지 않는 정도의 우수에 대하여는 하천 등으로 직접 방류되는 것을 방지하고 지중 침투되도록 함으로써 부족한 지하 수자원의 확보와 더불어 싱크홀의 발생을 방지하는 효과를 기대하게 한다.
또한 본 발명은 공원 및 운동장뿐만 아니라, 특히 아스팔트 포장 등으로 인하여 우수의 지표면 침투가 어려운 도로에 대하여도 용이하게 적용할 수 있는 범용성이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 빗물저장침투장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 우수관거의 설치구조를 전체적으로 나타낸 사시도이다
도 3은 상기 우수관거의 설치구조의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B'의 단면도이다.
도 6, 7은 본 발명의 바이패스관에 의한 작용관계를 설명하는 각 단면도이다.
도 8은 수리계산을 위해 기존 우수관로에 본 발명을 적용시킨 예의 관로 배치상태도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 우수관거의 설치구조를 전체적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 상기 우수관거의 설치구조의 평면도이며, 도 4는 도 3의 A-A' 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B'의 단면도이다.
상기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우수관거 설치구조는 지중에 설치되는 우수용 상부맨홀(100)과 이에 인접한 하부맨홀(300) 사이에 우수가 통과하는 우수본관(210) 및 바이패스관(220)이 함께 설치되는 것을 중요한 기술적 특징으로 하고 있다. 여기에서 상부맨홀(100)과 하부맨홀(300)이라 함은 이들 사이의 절대적인 상하의 높이관계에 의한 것이 아니고, 우수본관(210)을 통과하는 우수의 흐름과 관련하여 상류측과 하류측의 각 맨홀을 구분하기 위한 것이다. 따라서 어느 하나의 맨홀은 상류측에 대하여는 하부맨홀(300)이 되는 것이고 하류측에 대하여는 상부맨홀(100)이 된다.
상기 우수본관(210)은 우수가 신속하게 하천 등으로 방류될 수 있도록 하는 일반적으로 설치되는 우수관로에 해당되는 것으로서, 계획강우빈도에 의해 설계된 규모로 설치된다. 예컨대, 서울시의 경우 우수관로의 계획강우빈도는 지선의 경우 5년 빈도, 간선의 경우 10년 빈도인 바, 본 발명의 우수본관(210) 역시 이에 따르는 것으로 족한다
따라서 본 발명의 우수본관(210)은 반드시 새로이 설치되어야 할 필요는 없는 것으로서, 기존에 설치된 우수관로를 그대로 이용하면서 통수량을 증가시켜 강우강도를 50년 빈도까지 늘리는 효과를 가지게 하므로 매우 높은 경제성을 가지게 한다.
본 발명의 바이패스관(220)은 우수본관(210)을 보조하여 상기와 같이 우수관로 시설에 의한 통수량이 증가되도록 하는 것을 제 기능 중의 하나로 하고 있는 바, 상기 바이패스관(220) 역시 상부맨홀(100)과 하부맨홀(300) 사이에 설치된다.
다만, 우수본관(210)은 우수의 신속한 배수만을 목적으로 하고 있는 바, 상부맨홀(100)과 하부맨홀(300) 사이에 직선형으로 설치되는 것인 반면, 상기의 바이패스관(220)은 강우량의 정도에 따라 통수관의 역할과 지중 침투관의 역할을 함께 하는 것으로서, 상기 우수본관(210)을 우회하도록 설치된다.
즉 바이패스관(220)은 지중의 넓은 면적에 대하여 우수의 침투를 용이하게 할 수 있도록 관로가 길게 연장된다.
또 상기 바이패스관(220)의 단면 중 하부에는 다수의 침투공(222)이 구비되는 바, 바이패스를 통과하는 우수의 전부 또는 일부는 상기 침투공(222)을 통해 지중으로 침투되어 지하 수자원으로 재활용된다.
이러한 우수본관(210)과 바이패스관(220)은 원형관으로 구성될 수 있고, 보다 규모가 큰 경우에는 사각단면의 암거형상으로 구성될 수도 있다.
한편 건기시에는 소량의 우수라도 이를 우수본관(210)을 통해 하천 등으로 곧바로 방류시키는 것보다 지중으로 침투시켜 지하수가 고갈되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 즉 홍수피해를 방지하기 위해 우수의 신속한 방류가 필요한 경우에만 우수본관(210)이 기능을 하게 함으로써 우수가 활용되지 않고 버려지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이를 위해 상부맨홀(100)을 관통하는 바이패스관(220)의 인입구(221)가 상기 상부맨홀(100)을 관통하는 우수본관(210)의 인입구(211)보다 아래에 위치하도록 우수본관(210)과 바이패스관(220)의 관계를 설정할 수 있다.
도 6, 7은 상기와 같이 바이패스관(220)의 인입구(221)를 우수본관(210)의 인입구(211)보다 아래에 위치시킨 구조에서의 작용관계를 설명하는 각 평면도 및 단면도이다.
도 6은 건기에서 본 발명의 우수관거 설치구조가 작용하는 상태를 나타낸 것으로서, 예컨대 도로 양측의 배수로를 통해 상부맨홀(100)에 토출된 우수는 상기 상부맨홀(100)의 일정한 높이, 즉 우수본관(210)의 인입구(211)까지 차오르기 전에는 그 아래에 위치한 바이패스관(220)으로만 인입된다. 또 상기 바이패스관(220)으로 인입된 우수는 이동과정 중에 침투공(222)을 통해 지중으로 흘러가게 됨으로써 우수가 하천 등으로 직접 방류되는 것을 방지한다.
도 7은 집중호우가 발생한 경우의 작동상태를 나타낸 것이다. 집중호우로 인하여 많은 양의 우수가 상부맨홀(100)로 유입되면, 수압이 증가되면서 1차적으로 바이패스관(220)이 지중침투량을 넘어선 우수에 대한 통수관으로 작용하여 이를 하부맨홀(300)로 이동시켜 하천으로의 방류가 이루어지게 하고, 우수의 유입이 상기 바이패스관(220)에 의한 우수의 통수능력을 넘어서게 되면 비로소 우수본관(210)이 함께 작용하여 우수가 신속히 하부맨홀(300)로 이동될 수 있게 한다.
이와 같이, 우수본관(210)과 바이패스관(220)이 함께 작용하는 경우 이에 의한 우수의 통수능력은 강우강도 50년 빈도 이상에 대하여도 홍수를 방지할 수 있게 한다. 이를 확인하기 위하여 서울 강남역 상습 침수구간에 대하여 이를 적용하여 수리계산을 해 보았다.
도 8은 현재 강남역 부근에 기 설치되어 있는 우수관로(실선부분)에 바이패스관(220)(점선부분)을 추가한 예의 관로 배치상태를 도시한 것이다.
현재 설치되어 있는 우수관로는 계획강우빈도가 10년의 것으로서, 그 관경은 450mm이며, 이에 의한 통수능력은 최대 0.164㎥/sec 이다.
따라서 상기의 우수관로는 발생유량이 0,156㎥/sec인 10년 강우강도빈도에 대하여는 충분한 통수능력을 가지게 되나, 발생유량이 0.187㎥/sec인 30년 강우강도빈도 이상에 대하여는 대응이 불가한 바, 2013년 7월에 발생한 바와 같은 침수가 발생할 수 밖에 없게 된다.
그런데 도 8에서와 같이 관경 300mm의 바이패스관(220)을 설치하게 되면, 기존 우수관로의 통수능력 0.164㎥/sec에 대하여 바이패스에 의한 지중침투량 0.004㎥/sec와 함께 통수량 0.056㎥/sec의 통수능력이 더해져 총 0.224㎥/sec의 통수능력을 발휘하게 된다. 따라서 강우강도빈도 30년은 물론 발생유량이 0.207㎥/sec인 50년 강우강도빈도까지 충분히 대응할 수 있게 된다.
이와 같이 통상적인 10년의 계획강우빈도에 의해 설계된 우수관로의 시설에 대하여도 바이패스관(220)을 설치하게 되는 경우, 기존의 우수관로를 보다 큰 관경의 것으로 교체하지 않고서도 동일 이상의 효과를 발휘할 수 있게 하는 바, 아열대기후화와 더불어 최근 더욱 빈번해지는 국지성 폭우에 대하여도 우수관로의 교체비용보다 적은 비용으로 홍수피해를 예방할 수 있는 경제적인 효과까지도 가지게 하는 것임을 명확히 알 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바이패스관(220)은 통수의 보조기능 뿐 아니라 우수의 지중침투를 유도하여 지하 수자원확보에 기여하게 하는 바, 이러한 우수의 지중침투가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 바이패스관(220)의 하부에는 잡석층(400)이 더 구비될 수 있다.
상기 잡석층(400)은 바이패스관(220)의 둘레 중 적어도 하부에 많은 공극을 형성시킴으로써 바이패스관(220)으로부터 유입된 우수가 지중으로 쉽게 흡수될 수 있게 한다. 따라서 상기의 잡석층(400) 폭은 그 상부의 바이패스관(220) 직경보다 크게 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 상부맨홀(100)에는 퇴적조(110)가 더 구비될 수 있다. 상기 퇴적조(110)는 바이패스관(220)의 인입구(221) 아래에 위치하여 우수에 쓸려온 토사나 슬러지 등이 침전되게 함으로써 우수본관(210)과 바이패스관(220) 내부에 토사 등이 쌓여 막히는 것을 방지한다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
100; 상부맨홀 110; 퇴적조
210; 우수본관 211,221; 인입구
220; 바이패스관 222; 침투공
300; 하부맨홀 400; 잡석층

Claims (6)

  1. 지중에 설치된 우수용 상부맨홀(100)과 이에 인접한 하부맨홀(300) 사이에 직선형으로 설치되는 우수본관(210)과, 상기 우수본관(210)을 우회하면서 상부맨홀(100)과 하부맨홀(300) 사이에 설치되는 바이패스관(220)으로 이루어지되,
    상기 우수본관(210)은 계획강우빈도에 의해 설계된 규모로 설치되고, 상기 바이패스관(220)의 단면 중 하부에는 다수의 침투공(222)이 구비되며,
    상기 바이패스관(220)의 둘레 중 적어도 하부에는 바이패스관(220)의 직경보다 큰 폭의 잡석층(400)이 형성되고,
    상부맨홀(100)을 관통하는 바이패스관(220)의 인입구(221)는 상부맨홀(100)을 관통하는 우수본관(210)의 인입구(211)보다 아래에 위치하고, 상기 인입구(211) 아래에는 토사 및 슬러지가 침전되는 퇴적조(110)가 위치하는 것을 특징으로 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 우수본관(210)과 바이패스관(220)은 원형관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조.
  6. 제1항에 있어서, 상기 우수본관(210)과 바이패스관(220)은 사각단면의 암거형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍수방지 및 지하 수자원 확보가 용이한 우수관거의 설치구조.
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