투과산란광식 탁도계의 계측시스템 개량

이 원고는 일본 《電氣現場伎術》誌에서 번역 전재한 것입니다. 투과산란광식 탁도계의 계측시스템 개량 수력발전소 운영에서는 일반적으로 저수지나 하류하천의 수질정보를 상시 감시하고, 이들 정보를 종합적으로 평가함으로써 발전을 통해 하천환경의 영향을 극히 저감하는 일에 힘쓰고 있다. 이러한 수질 정보 중 하천이 흐려지는 정도를 나타내는 탁도(濁度)는 수온과 함께 가장 중요한 감시항목중 하나이다. 특히 출수(出水) 후 탁도의 시간적 변화는 하천의 생식환경(生息環境)과 각종 발전운용을 고려할 때도 중요한 정보를 제공하고 있다. 하천 탁도를 계측하는 탁도계로는 크게 나눠 투과산란광식(투과광식, 산란광식을 포함) <그림1>과 적분구식 <그림2>이 있다. 전자는 계측부를 하천 내에 직접 투입하는 가반타입으로 비교적 간단한 구조에 염가이며, 후자는 하천수를 수중 펌프로 퍼 올려 지상에 설치한 거치형 장치에서 연속적으로 계측하는 정점 관측 타입이기 때문에 그 장치의 성격상 안정된 데이터 취득이 가능하다. 발전운용에 이바지하는 탁도계측은 일반적으로 정점에서 연속계측을 전제로 높은 계측정밀도의 안정성이 요구되기 때문에 저수지 내의 수심별 탁도 계측을 제외하고는 후자를 채용하는 경우가 많은데 설치비용과 설치공간의 문제로 인해 전자에 대응하는 경우도 적지 않다. 이러한 경우 다음과 같은 문제가 발생한다. ① 계측부가 상시 하천 내에 투입되기 때문에 출수토사로 인한 파손과 매몰로 계측이 안 될 가능성이 있다. ② 하천 내의 탁질이 센서부에 부착돼 일반 부속와이어로는 깨끗하게 청소되지 않는다. 계측정밀도의 안정성을 향상시키기 위해서는 작업자가 빈번하게 점검, 청소작업이 필요하다. 그래서 위의 문제를 해소하기 위해 투과산란광식탁도계를 통해 탁도계측 방법 개량을 시험하고 계측정밀도의 안정성 향상과 보호점검의 인력 절감화를 도모했다. 계측방법 개량 계측방법의 개량에서는 투과산란광식 탁도계의 체대 장점인 경제성을 잃지 않도록 시중 범용품을 적극적으로 이용하고 비용대비 효과확보에 힘썼다. 계측방법의 개량점은 이하 3가지이다<그림3>.

1. 하천수 퍼 올리는 기구 계측부를 하천에 투입하는 계측방법으로는 출수토사 등으로 인한 파손이나 매몰을 피할 수 없기 때문에 적분구식 탁도계와 마찬가지로 하천수를 소형 범용 수중펌프(구경40㎜, 출력0.4㎾ 정도)로 퍼 올리고 지상에 설치한 수조 내에서 탁도를 계측하는 방법을 고안했다. 그리고 수중펌프에는 플로트를 설치해 하천의 수위변동에 추종 가능한 구조로 하고 하천수위와 하천바닥 변동의 영향을 받지 않고 안정되게 하천수를 퍼 올릴 수 있는 기구로 했다<그림4>. 2. 계측수조 구조 수중펌프로 퍼 올린 하천수는 지상에 설치된 스테인리스제 수조로 보내진다. 그 수조 내에서 탁도 계측을 실시하는데 당초 계획한 방법으로는 수조에서 하천수가 오버플로우하는 방식이었다<그림5>. 그러나 이 방법으로는 출수 시 하천수와 함께 대량의 토사를 흡수하기 때문에 수조 내에 토사가 쌓여 연속계측이 불가능하다. 그래서 수조 내 토사의 침강·퇴적을 방지하기 위해 수조 밑바닥에 배수밸브를 설치하고 밸브조절로 상부와 바닥의 배수량을 조정함으로써 수조 내에 유입된 토사는 바닥에 설치된 배수밸브를 통해 하천으로 환원하는 구조로 했다<그림6>. 3. 센서부의 청소기능 이상의 개량을 실시해도 출수 후 하천 탁도가 저하됐음에도 불구하고 탁도계의 계측 값은 높은 수치 그대로 변화되지 않는 일이 발생했다. 원인은 출수 시 수조 내로 유입한 탁질이 계측부의 센서부에 부착돼 센서부에 있는 기존의 와이퍼로는 청소가 불충분했기 때문이다<그림7>. 그래서 센서부의 청소기능을 향상시키기 위해 소형의 감상어용(鑑賞魚用) 공기펌프를 이용, 센서부에 공기를 분사해 탁질 부착을 방지하는 청소장치를 고안했다<그림8>. 이 공기펌프는 타이머를 통해 계측 15분전에 10분간 자동적으로 작동한다. <그림9>에 공기분사로 인한 청소상황을 나타낸다.

적용사례와 개량효과 평가 이번 개량한 투과산란광식 탁도계의 계측방법을 당사관 내의 실제 하천에 적용한 결과, 이하의 개량효과를 얻을 수 있었다. 1. 계측정밀도 안정성 향상 이번 계측방법을 개량함으로써 투과산란광식 탁도계로 정점연속계측을 실시할 때 최대의 문제가 됐던 출수 시 계측부의 파손과 매몰로 인한 결측을 방지하는 일이 가능해졌다. 또 센서부의 오염으로 인한 계측 값의 이상에 관해서도 계측방법 개량 후, 이상 발생이 보이지 않는다는 점에서 종래의 계측방법에 비해 각 단의 계측정밀도의 안정성향상을 실현할 수 있었다. 2. 보수점검 인력 절감화 검(점검 및 청소)을 실시해왔는데 이번 계측 방법 개량을 통해 월 1회 정도 순시할 때 점검 및 청소로 대응이 가능해 지면서 작업의 인력 절감화와 경비 삭감을 도모할 수 있었다. 그리고 계측부를 지상으로 옮김으로써 종래는 하천 내 작업을 수반한 점검, 청소작업 등을 모두 지상에서 실시 가능해 지면서 작업성, 안정성이 대폭 향상됐다. 이번 일련의 개량은 소형 수중펌프, 관상어용 공기펌프와 같은 범용품을 사용했기 때문에 개량비용도 소액이다. 육상부에 극히 적은 공간만 있으면 적용가능하며 투과산란광식탁도계의 새로운 계측방법이라서 향후 폭 넓은 적용을 기대할 수 있다. 또한 이번 계측방법의 개량은 2003년 5월 8일, 츄우부전기협회에서 특별공적(발명)상을 받았다.