우리나라 상수도는 1908년 뚝도정수장 건설로시작되었다. 이후 상수도는 급속도로 확장되었지만, 전국 상수도관 30% 이상이 20년 이상 된 노후 상수도관이다. 상수도관의 노후화는 누수, 물 부족 등 수량과 수질 모두의 위험성을 증가시켜 최근 인천 등지에서는 대규모의 수질사고가 발생하기도 했다. 이에 사고 재발을 방지하고 소비자 중심의 물 복지 실현을 위해서 선제적인 노후관 정비 추진과 점검 및 정비, 유지관리 의무화 등 상수관로 관리를 강화할 필요가 있다.

2020년 기준 우리나라 상수도관 연장은 228,323km이다. 부식 영향을 받는 금속관(주철관 및 강관 등)이 114,129km로 약 50%를 차지하고, 비금속관은 98,134km로 약 43%를 차지한다. 금속관 대비 비금속관 비율이 점차 증가하고 있다. 최근 상수도용으로 매설된 비금속관의 물리적 상태변화에 대한 조사와 연구가 수행되고 있으나, 금속관에 비하여 자료가 많이 부족하고 현재 관상태를 직접적으로 알 수 없어 비금속 상수도관에 대한 연구가 필요한 실정이다.

비금속 상수도관 메커니즘은 매설기간 경과에 따른 재료적 특성 변화로 나타낼 수 있으며, 점점 물성이 변화하여 처음에는 연성 파괴가 일어나고 물성이 급격하게 감소하는 영역에 도달하면 취성 파괴로 이어진다. PE관 및 PVC관과 같은 비금속 상수도관 연신율과 인장강도는 매설기간이 경과함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소한다.

본 연구에서는 비금속 상수도관 내구연한 산정을 위해 지방상수도 현대화사업 및 노후상수관로 기본계획 수립 자료를 이용하였다. 표본굴착 후 시편을 제작하여 실제 측정된 연신율 및 인장강도 데이터를 사용하여 자료를 구축하였으며, 지자체 상수도관 관경 및 매설년도를 수집하였다. 시편제작은 관체를 절단하여 조사하기 때문에 민원이 발생할 수 있어 단수 및 이토가 용이한 지점을 선정하여 굴착 후 시편을 제작하였다. 시편 조사 시 개소 당 대략 700만원이 소요되었다. 최종적으로 PE관 22개 지자체의 114개소 자료와 PVC관 15개 지자체의 74개소 자료 데이터를 구축하였다.

비금속 상수도관에 대한 연신율과 인장강도 등을 분석하여 물성값에 대한 가중치를 산정하였다. 물리적 특성을 나타내는 물성값 변화 폭이 클수록 관체에 물리적 열화에 큰 영향을 미치는 것으로 판단하여 매설기간 경과에 따른 물성값 변동폭(기울기)에 비례하여 가중치를 산정하였다. 최종적으로 매설기간 경과에 따른 관상태 보정계수를 적용하여 노후도 평가지수를 산정하였으며, 연신율(PE관 200%, PVC관 40%)에 따른 상수관로 교체 시점을 계산하였다. 시간이 경과함에 따른 노후도 평가지수 감소 폭은 동일하다는 전제(기울기 일정)하에 매설기간과 노후도 평가지수 간 회귀모형 중 다중 상관계수를 통한 회귀 상수 신뢰구간 95% 범위에서 비금속 상수도관 노후도 평가지수가 교체기준에 도달할 때까지의 기간으로 내구연한을 산정하였다.

노후도 평가지수와 매설기간 상관관계를 분석한 결과 교체를 고려하는 연신율 기준에 부합하는 노후도 평가지수 값은 각각 PE관 46.5년과 PVC관 49.3년으로 산정되었다. 매설기간 경과에 따른 노후도 평가지수 감소 폭은 같다는 전제하에 매설기간과 노후도 평가지수 간 신뢰구간 95% 범위에서 교체기준에 도달할 때까지 기간은 PE관 38.7년~54.4년, PVC관 42.4년~56.3년으로 산정되었다. 상기 기간을 준용하여 내구연한을 검토한 결과 35년~60년이 타당할 것으로 판단된다. 제시한 내구연한은 물리적 안전성 측면에서 바라본 관점의 수명으로 지방공기업법상 회계적인 관점의 내용연수보다 공학적인 관점에서 도출한 결과를 나타낸다. 또한, 본 연구에서 제시한 내구연한 기준은 최근 생산되거나 매설된 신관이 아닌 매설기간이 장기간 경과된 비금속 상수도관을 대상으로 산정한 결과를 나타낸다. 따라서 상기 산정한 내구연한 기준은 수도사업자의 여건에 따라 지속적으로 발생하는 노후 상수도관 개량계획 수립 시 기존 관로의 갱생 및 교체를 위하여 활용이 가능할 것으로 판단된다.