2011년도 설계실무자료집 - 기 타

773

9-18 고속도로 특성을 고려한 비점오염 저감시설 설치기준 수립 녹색환경처-4098

(2011. 10. 27)

I 배 경

o 비점오염 저감시설의 설치(예정) 규모*는 상당한 반면,

* ․건설중인 노선 : 305억원 (972개소)

․운영중인 노선 : 156억원 (상수원관리지역내)

o 저감시설의 설치(설계 및 시공)기법이 정립되지 않아,

o 대부분 전문업체 위탁설치에 의존하고 있는 실정으로,

o 적정 효율과 경제성을 갖는 시설의 설치기준이 필요함.

II 추진경위

□ 그간 설계기준 검토

o 2007. 8 노면오염수 저감시설 잠정지침 수립(설계처-2491)

초기우수 산정기준 제시

o 2008. 10 저감시설의 설치 및 유지관리 유의사항 통보(건설관리처-4116)

자연형 설치원칙, 초기우수는 5mm이상 처리

o 2010. 1~12 자연형 비점저감시설 설계기준 연구(도교원)

2개 형식(침투도랑, 모래여과조)의 설계기준 검토

⇒ 세부형식, 적용기준 등 설계지침 부재

□ 금회 설계기준 검토

o 2011. 3~6 선진국 (세부)설계기준 벤치마킹 및 1차 검토

o 2011. 6 초안 외부전문가 자문실시(공주대 김이형 교수 등 4인)

o 2011. 7 저감시설 기 설치현장(55개소) 실태조사

o 2011. 7~8 자문결과 반영 등 2차 검토(도교원)

2011년도 설계실무자료집 - 기 타

774

III 비점오염 저감시설 개요

□ 설치목적

o 수질처리(오염예방) 및 첨두유량(홍수예방) 감소

□ 수질처리 개요

o 목표 : 초기우수*(=수질처리용량, WQv)의 오염물질 제거

o 수질처리용량 산정기준

수질처리용량(WQv, ㎥) = P1(최소 5㎜) × A(배수유역면적,㎡)

□ 저감시설의 종류(수질 및 수생태계에 관한 법률)

구 분 종류 형 식 (예) 특 징

자연형

저류

시설

저류(침전)

43% 효율

인공

습지

저류(침전)+생태

53% 효율

침투

시설

침투

77% 효율

식생

시설

여과+흡착

34% 효율

장치형

*모래여과시설(저류+여과) *제조여과시설, 와류, 스크린 등 *모래여과

:저류+여과

54% 효율

*제조여과

:여과+물리

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775

IV 현 실태 및 문제점

□ 현 설계 및 시공 절차

환경영향 평가

환경영향평가법 및 4대강 수계법

o 수질오염총량협의를 위한 형식 및 수량 결정

- “침투도랑(50㎥) 3개소” 등

설치신고(지방환경청)

수질 및 수생태계 보전에 관한 법률

o 저감시설 위치 및 개념도 작성

- 설계도(1:1,200) 및 시설 개념도(단면도)

▶ 시설 상세도면이 없음

노선 실시설계

o 공사비 산출

- 설계도 반영없이 견적에 의해 1식단가 적용

▶ 용지 미확보 및 공사비 과다산정

시 공

o 시공상세도 작성 및 시공

- 저감시설 설치전문업체 위탁 작성 및 시공

▶ 시설적정여부에 대한 검증이 없음

유 지 관 리

o 주기적인 청소 및 여재교체 등

- 설치업체의 위탁관리 필요(특수공법 또는 여재 사용시)

▶ 유지관리비용 등에서 불리

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□ 문제점

원인 : 관련 전문지식 부족으로 인한 부작용

① 설계(시공상세도) 오류 발생【붙임2】

㉠ 형식 오적용(여과→침투)

⇒ 저감효율 불만족

㉡ 용량산정 오류(규모축소설치)

⇒ 삭감량 부족 및 공사비 과다

㉢ 유출구 위치선정 오류

⇒ 시간내 배수곤란 적정 용량

오적용 용량

적정 유출구 위치

② 시공오류 발생【붙임2】

㉠ Off-Line(분리)설치 오류

⇒ 저감효율 저하

⇒ 대규모 강우시 시설훼손

㉡ 수평설치 오류

⇒ 저감효율 및 안정성 저하

분리설치필요

③ 공사비 산정 과다(적정 공사비의 4배 이상)

 

※ 例 示	현 설계가(상주영덕 1공구)	적정 설계가	비 고
침투도랑 9.8㎥	27백만원 (도급 20)	4백만원	6.7배

 

 

④ 특수여재(바이오세라믹, 특수필터 등) 사용에 따른 유지관리 불리

※ 특수여재 또는 공법 적용시 실제 저감효율은 높을 수도 있으나,

추가 삭감량은 법적(수질오염총량관리)으로 인정받지 못함

적정 저감기능과 유지관리용이성 및 경제성을 확보할 수 있는

(세부)설치기법 필요

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V 설치기준 검토

비점오염 처리대상 정립 및 설치위치

고속도로에 적합한 저감시설 형식 도출

저감시설별 설치기준 제시

검토 1 비점오염 처리대상 및 설치위치 검토

 비점오염 처리대상

현 행 개 선

- 없 음 -

① 노면유출수를 대상으로 한다

② 도로사면은 불가피한 경우 포함

③ 도로구역 밖의 지표수는 유입

되지 않도록 한다

例) o 시설#2를 시설#1과 같이 변경하면,

불필요한 유입(성토사면과 주변지표수)

을 줄여 최소 규모로 설치 가능

 설치위치 선정원칙

현 행 개 선

- 없 음 -

① 노면수만 유입되도록 선정하되,

② 유지관리 및 경제성을 고려하여

설치개소수를 최소화한다.

例) o 시설#1~3을 #4와 같이 변경하면,

시설수가 줄며 소요공사비도 감소

▶1.5배 금액으로 4배 용량 처리가능

(침투도랑 5㎥: 4백만원, 20㎥: 6백만원)

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검토 2 고속도로에서의 적정형식 검토

 형식선정 원칙

① 부득이한 경우를 제외하고는, 자연형(모래여과포함)으로 한다.

② 토지이용 및 물리적 조건이 고속도로에 적합하여야 한다.

 고속도로에 적합한 형식 검토

① 1단계 : 전통적 저감기법1)중 선정행렬표2)를 이용하여 적합형식 선정

 

구분	시설종류 【총 20종】	토지이용 조건				물리적 조건		적합성
		농촌 지역	주거 지역	고속 도로	상업 지역	토질조건	배수면적 (㎡)	좁은 유역	넓은 유역
침투 시설	침투도랑	△	△	○	○	투수계수제한	최대2만	조건부
	침투저류지	△	△	△	△	〃	최대4만
여과 시설	지표 모래여과	×	△	○	○	제한없음	〃	최적
	지하 모래여과	×	×	△	○	〃	최대8천
	측면 모래여과	×	×	△	○	〃	〃
	유기물 모래여과	×	△	○	○	〃	최대2만	최적
	소규모 모래여과	×	△	○	○	〃	〃	최적
	식생체류	△	△	○	○	제조토양	〃
식생 수로	침투저류형 수로	○	△	○	△	〃	〃
	식생저류형 수로	○	×	○	×	제한없음	〃	최적
	초생 수로	○	△	○	△	〃	〃	최적
저류	유출부 소규모연못형성 이중목적 저류지	○	○	○	△	일부 라이닝필요	최소4만		최적
	연못형 저류지	○	○	○	△	〃	최소10만		최적
	연못형 이중목적 저류지	○	○	○	△	〃	〃		최적
	다단계 저류지	○	○	△	△	〃	〃
	소규모 저류지	○	△	○	△	제한없음	최대2만	최적
습지	얕은 습지	○	○	△	△	일부 라이닝필요	최소10만		조건부
	이중목적 습지	○	○	△	△	〃	〃		조건부
	연못/습지	○	○	×	△	〃	〃
	소규모 습지	○	△	○	△	제한없음	최대2만	최적

 

 

⇒ 좁은 유역에는 8개, 넓은 유역에는 5개 형식이 고속도로에 적합

1) 미국에서 수십년간의 연구를 통해 효율이 입증된 기법을 말하며, 현 환경부기준의 근간이 되고 있음

2) Selection Matrix(in Stormwater Design Manual by Environmental Protection Agency, U.S)

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② 2단계 : 설치여건 및 시설특성을 고려한 적정형식 검토

※ 고속도로의 설치여건

o 분기점, 나들목을 제외한 대다수의 유역면적은 2만㎡ 이하

o 대부분의 설치부지가 길고 좁은 형태임

o 좁은 유역(10만㎡미만)

-『1단계의 8개 형식』중 4개 시설의 활용성이 가장 높음

 

 

 

 

종류	8개 형식	시 설 특 징	활용도
침투시설	침투도랑	지반조건 만족지역에 유용	○
모래여과	지표 모래여과	좁은 부지에 유용	○
	유기물 모래여과	* 여재(유기물) 별도연구 필요
	소규모 모래여과	* “지표”보다 저급시설
식생수로	습식 식생수로	좁은 부지에 유용	○
	초생수로	* 체류시간기준 만족곤란
저류시설	소규모 저류지	넓은 부지에 유용	○
인공습지	소규모 습지	* 저류지나 생태습지로 대체

o 넓은 유역(분기점 등 유역면적 10만㎡이상)

- 인공습지(=생태습지) 단일 활용

* 생태습지는 소요면적과 설치방법(연못 및 식생 등)이 저류시설과

유사하나, 서식지 기능이 부가되어 저류지보다 발전된 형태

【유역 10만㎡ 경우 면적 : 저류지 1,500㎡, 인공습지 1,700㎡】

③ 검토 결론

o 일반적인 좁은 유역 : 4대 저감시설

①침투도랑 ②모래여과시설(지표) ③식생수로(습식) ④소규모 저류지

o 분기점 등 넓은 유역 : 생태습지(기 시행중인 기준1)에 따라 설치)

1) 생물다양성 증진을 위한 고속도로변 생태습지 조성 및 관리기준(설계처-6317, 2009.12.21)

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검토 3 4대 저감시설의 시설별 설치기준

□ 기준검토 내용

위치선정 및 시공(자재기준 포함) 유의사항

표준도(상세도 포함), 계산방법(예시 포함) 및 유의사항 등

□ 4대 저감시설 적용여건 비교

 

구 분			침투도랑	모래여과(지표)	식생수로(습식)	소규모 저류지
배수면적			2만㎡이하	500㎡~4만㎡	2만㎡이하	2만㎡이하
설치 위치 제약		소요부지 (추가폭)	보통 (6~7m이상)	최소 (2~3m이상)	보통 (4~5m이상)	최대 (20×20m이상)
		수로경사	보통 10%이하	보통 10%이상	4%이하	제약없음
		지반조건	최대 (투수계수 등)	없음	없음	적음 (자갈층 등 차수)
유지관리 용이성			가장 어려움   원지반 폐색시 전면 재시공 필요	어려움   40hr내 완전배수 불가시 모래교환	용이   퇴적물이 시설의 25% 초과시 제거	가장 용이   5~7년 마다 침전물 제거
시공 관련	비용		보통	최대 (침투도랑의 1.3배)	적음	최소
	용이성		보통 (3종류 여과상)	보통 (콘크리트수조)	용이 (소규모댐 설치)	가장 용이 (터파기, 식재)
저감효율(BOD)			최대 (77%)	보통 (54%)	최하 (34%)	낮음 (43%)
시설면적 (유역5천㎡ 때)			중하 (120㎡=폭6×길이20)	최소 (45㎡=폭3×길이15)	중상 (240㎡=폭6×길이40)	최대 (400㎡=폭20×길이20)
적용 유의사항			지반조건(13㎜/hr)만족시만 적용	이외 타 시설 적용 불가시에 적용	수로경사 4% 이하에만 적용	교량하부 등 여유부지 확보시 적용

 

 

※ 유지관리와 경제성을 고려할 때 적용 우선순위

①부지 확보시 소규모 저류지 → ②경사(4%이하) 만족시 식생수로→

③투수계수(13㎜/hr이상) 만족시 침투도랑 → ④그 외 모래여과시설

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□ 4대 저감시설 처리개념 : 세부기준【붙임#1】참조

 침투도랑

♣ 개요 초기우수를 골재 공극내 담수했다가 48시간내 지반으로 침투시킴

유량분배구조물

• 초기우수 유도

전처리조

• 체적=WQv×25%

침투도랑(골재채움)

• 초기우수 담수 및 침투

• 체적=WQv÷골재공극률

식생대

(월류수 복귀)

※ 적용 제약조건

• 지반투수계수 13~120㎜/hr

• 지하수위 1.2m이상 이격

 모래여과시설(지표)

♣ 개요 초기우수를 담수하였다가 40시간내 여과시켜 배출

유량분배구조물

• 초기우수 유도

전처리조

• 체적≒WQv×25%

여과조

• 초기우수 담수 및 여과

• 체적≒WQv×50%

유공관(Ø150)

• 처리수배출

모래+자갈층

•모래(여과) : 45㎝

•자갈(집수) : 30㎝

※ 제약조건

• 처리수배출을 위한 높이차확보

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782

 식생수로(습식)

♣ 개요 초기우수를 여과 및 저류시켜 다음 강우에 의해 교체하는 형식

전처리조

• 체적=WQv×10%

• 폭 = 수로저면폭

식생수로

• 체적의 합 = WQv

• 저면폭 : 0.6~2.4m

유출부 구조물

• 첵댐+단면조정 역할

Check-dam

• 노출높이: 50cm

※ 적용 제약조건

• 수로경사 4%이하

 소규모 저류지

♣ 개요 초기우수를 저류 및 침전시켜 다음 강우에 의해 교체하는 형식

[평면도]

※ 적용제약조건

• 넓은부지 소요

[측면도]

• 체적=WQv×10%

• 깊이 : 1.2~1.8m

• 체적=WQv

• 깊이 : 0.9~2.4m

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VI 검토결론 및 기대효과

□ 검토결론

o 4대 형식 또는 생태습지 적용(장대교 등 불가피한 경우 제외)

o 실시설계시 세부 시설도면 반영 및 설치부지 확보

o 공사비는 표준품셈에 의한 적산방식으로 산정

□ 기대효과

o 효율이 검증된 저감시설 설치로 수질처리능력 향상

당 초 개 선

o 침투도랑 9.8㎥(상주-영덕 1공구)

실담수용량: 1.8㎥

(총용적: 3.6㎥)

* 설계가(견적) : 27백만원

o 침투도랑 9.8㎥

실담수용량: 9.8㎥

(총용적: 10.8㎥)

* 설계가(품셈) : 4백만원(15%수준)

o 저감시설 설치 사업비 절감(308억원)

① 건설중인 구간 : 감 228억(침투도랑 적용시)

o 동홍천-양양 외 13개 구간 (금액단위: 억원)

 

구 분	시설수	현도급액	변경공사비		절감액 (침투도랑)
			침투도랑	모래여과
계	972	305.1	76.7	88.2	228.4
침투도랑	365	133.0	21.4	28.0	111.6
기타 자연형	71	9.8	5.0	6.4	4.8
장 치 형	491	131.9	19.9	23.4	112.0
변경없음	54	30.4	30.4	30.4	-

 

 

※ 변경없는 54개 : 대규모 인공습지(6) 및 신갈-호법 등 준공노선(48)

② 현 계획중인 구간 : 감 80억(침투도랑 적용시)

o 부산외곽순환선 침투도랑 212개소 : 75→15억원(감 60억원)

o 언양-영천 식생수로 등 67개소 : 24→4억원(감 20억원)

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784

VII 적용방안 및 향후 과제

□ 적용방안

o 설계중․설계후 미발주 노선 및 이용중인 노선 : 본 방침 적용

o 건설중인 구간 : 적용여건을 고려하여 공사시행부서에서 판단

□ 향후과제

o 유지관리방안 마련 : 2012년 상반기

o LID* 등 다양한 기법 적용방안 마련 : 중․장기과제로 추진

* Low Impact Development (저류 및 침투를 기반으로한 저영향 개발 기법)

녹지대 빗물정원 휴게소 침투화분 모래여과시설(다른 여재 활용)

※ 붙 임

1. 비점오염 저감시설 설치기준(잠정)

2. 저감시설 설치오류 주요사례

3. 전문가 자문의견 및 조치계획

4. 공사비 비교