KR101088728B1 - 저류조 수문 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 대용량 저류조를 개별적이거나 전체적으로 저류량을 실시간으로 모니터링하여 저류조 수문관리를 효과적으로 하는 수문관리시스템에 관한 것으로, 중앙제어부가 지역 수문제어부를 제어하여 수동모드와 자동모드중 어느 한 모드가 유지되게 하고, 지역수문제어부는 자동모드에서는 지역수문관리제어부가 유량 연상 제어부로부터 수로에서 흐르는 유량을 실시간으로 측정하게 하여 얻어진 수로의 소정시간마다 측정된 평균 유량과 강우량을 비교하여 현재 저류량, 총저류용량 구역별 수위 관련된 데이터를 실시간에 모니터링이 가능하게 한 구성으로 되어 저류조의 유입게이트와 배출게이트의 작동을 제어한다.

수로, 저류조, 지역수문제어, 지역수문관리, 유량연산

Description

저류조 수문 관리 시스템{Undercurrent Tank Watergate Administration System}

본 발명은 수문관리에 관한 것으로, 특히 홍수조절 기능을 갖는 대용량 저류조의 총 유량을 조절하도록 실시간으로 저류조 유량을 모니터링 하여 적정 유량을 유지시키는 저류조 수문관리 시스템에 관한 것이다.

통상 빗물 이용 시 건물옥상이나 지상의 소정 바닥 등에 빗물을 모으는 저류조와 배수관을 설치하여 여과과정 등을 거친 뒤 청소, 조경, 화장실용수 등으로 이용하는 것을 목적으로 하고 있다.

이외에 홍수조절기능을 갖게 한 것으로는 대표적인 기술로써는 특허출원번호 제2006-60759호(2006.06.30)에서 분산형 빗물 저류시스템이 개시되어 있으며, 하천에 유입되는 빗물내의 불순물은 거르는 전 처리부 및 상기 전 처리부를 거친 빗물이 유입되어 저장될 수 있는 저장부를 포함하고, 하천의 상류에서부터 우안과 좌안에 소정간격으로 복수개 설치되는 저류조 및 상기 복수개의 수위를 동시에 모니터링 하여 제어하는 제어수단을 포함하는 구성으로 되어 일시적인 급격한 유량의 변화에 의한 홍수 등의 재해를 다수의 소규모 저류조에 의해 제어할 수 있게 하는 것 으로 개시된다.

그러나 이 기술은 저류조 유입된 유량만을 측정하고 저류상태를 유지할 것인지 유출할 것인지만 을 결정하는 단순히 시스템이어서 제한적인 홍수 방지기능을 가질 뿐이었다.

또 다른 기술로써 일본공개특허공보 제2008.57187호에서 빗물배수펌프 시스템이 개시되어 있다. 이 빗물배수펌프시스템은 간선유량계로부터 출력된 수위 계측신호와 유량 계측신호에 근거하여 각 변환기로부터 실측 유량과 이론유량과를 연산하여 실측유량과 이론유량과의 편차에 따라 프로세스 제어기는 간선유량계 설치지점의 흐름상태가 저류상태를 판정하여 유입게이트의 개폐제어, 각 배수램프의 운전제어를 행하도록 한다.

이 빗물 배수펌프시스템은 빗물 유량 레이더와 같은 고가의 기재, 복잡한 유입량 예측연산을 하지 않고도, 시스템 전체의 구축비용을 억제하는 동시에 저류상태를 판정하여 적절한 타이밍에 빗물 배수펌프를 제어하고 유입게이트 운용을 행한다.

이 일본특허공개는 저류조에 저장되는 실측유량과 이론유량간의 편차에 근거하여 저류조의 저류상태에 따라 물을 배출하도록 한 것으로, 빗물의 저류시점 이거나 저류해제시점을 판단하는데 있어, 간선유량계를 이용하고 있다. 그러나 이 간선 유량계만으로는 저류조의 저장상태의 유량을 정확히 모니터링 할 수 없었다. 그러므로 유입게이트와 배수펌프들의 제어가 효과적이지 못하였다.

이러한 사실에 비추어, 본 발명의 목적은 대용량 저류조의 총유량을 조절하도록 실시하므로 저류조 유량을 실시간으로 모니터링하여 적정유량을 유지시키는 저류조 수문관리시스템에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 우기 시에 빗물의 적절한 저장시점을 판단하여 저류조에 빗물을 저장하고 저장된 빗물의 유량을 정확히 모니터링 하여 배출을 결정하게 한 저류조 수문관리시스템 및 수문관리 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 평상시에 일정한 양의 유량을 저류조에 저장하고 생활용수 등으로 이용가능하게 배수 조절되게 한 저류조 수문관리시스템 및 그의 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 중앙제어부와 데이터 통신하여 자동이거나 수동모드에서 작동가능하게 하는 다수의 저류조를 실시간 모니터링하는 수문관리시스템에 관한 것이다.

이 수문관리시스템은 수로 내에서 흐르는 시간별 평균유량, 하나 이상의 센서로부터 저류조 수위신호들에 따라 저류조내의 총 저류유량, 유입게이트로 유입되는 유입유량 들을 산출하는 유량연산제어부; 수동모드에서는 중앙제어부로부터의 제어에 따라 작동하고 자동모드에서는 유량연산제어부로부터 데이터에 근거하여 예상 강우량과 유입평균유량을 비교하여 유입게이트와 배출게이트들을 하나 이상 제어하여 저류조내의 저류량을 조절하는 지역수문관리 제어부; 지역수문관리 제어부 의 제어에 따라 다수의 유입게이트를 단독 및 통합하여 작동시키는 솔레노이드 구동부; 지역수문관리제어부의 제어에 따라 다수의 배출게이트를 단독 및 통합하여 작동시키는 모터구봉부와 하나 이상의 지역수문관리 제어부와 데이터 통신하여 지역수문관리를 제어하는 다수의 지역 수문제어부들로 구성된다.

본 발명에 따르면, 수문관리 제어방법은 중앙제어부와 데이터 통신하여 자동이거나 수동모드에서 작동가능하게 하여 다수의 저류조를 실시간 모니터링 하는데, 지역 수문관리 제어부를 단독 및 통합으로 자동 및 수동으로 작동제어 하는 것을 결정하고, 유량 측정을 시간별로 하여 평균유량을 측정하여 소정 강우량인가 또는 평균유량이상 인가를 판단하며, 평균 유량 이상에서 유입게이트를 개방하고 소정 강우량 또는 수위감지 및 저류량을 연산하고, 현재 저류량, 총 저류용량과 구역별 수위에 관련한 데이터를 전송하며, 유입 게이트의 폐쇄에따라 배출게이트 개방인가를 판단하고, 배출게이트 개방인 경우 수위감지 및 저류량 연산을 하며 현재저류량, 총 저류용량, 구역별 수위 등의 데이터를 전송하고 이들 데이터를 표시하는 단계들로 이루어진 수문관리 제어 방법.

본 발명은 중앙제어부가 다수의 지역 수문 관리 제어부를 개별적으로 또는 전체적으로 제어하여 평상시에는 별도의 여과기나 수 처리하여 생활용수로 이용할 수도 있고, 홍수 시에는 조절기능을 갖도록 적극적으로 저류조의 총 저류 용량에 따라 저류량을 실시간으로 조절 할 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 근거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 홍수조절기능을 갖는 대용량의 저류조(1)를 이용하고 있다. 이 저류조(1)는 산이 많은 지역의 능선이거나 공한지거나 특정장소의 지하에 설치하여 우기에 산으로부터 범람할 수 있는 물을 집중적으로 저류하고, 필요시 배수되도록 할 목적으로 축조된다.

수로(10)는 도면에서 한 평면상으로 저류조(1)의 상부에 위치되어 있으나 통상 지상에 설치되는 것이고 저류조(1)는 지하에 설치되는 것으로 이해될 수 있다. 저류조(1)는 수조(10)와의 사이에 하나이상의 유입게이트(2),(3)와 연통되고 하나 이상의 배출게이트(4),(5)가 소정 위치에 설치된다.

이 외에 저류조(1)는 다수의 기둥들에 의하여 소정의 공간을 확보하는 동시에 수위센서(6),(7),(8)들이 특정기둥에 설치될 수 있다. 수위센서(6),(7),(8)들은 초음파 수위센서, 유압식수위센서거나 다른 어느 것일 수 있으며 케이블들에 의하여 지상에 이후 기술되는 유량측정기와 함께 모니터링 장치에 연결된다.

저류조(1)는 도 2에 도시와 같이 바닥이 경사져 있을 수 있고 구획부(Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ)마다 수심오차 높이 (h₁)(h₂)(h₃)를 갖게 되고, 이 부분들에 대한 각각의 유량(Q₁')(Q₂')(Q₃')들은 실측된다. 이에 따라 각 구획부(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ)에서의 유량(Q₁)(Q₂)(Q₃)은 실측된 유량(Q₁')(Q₂')(Q₃') 이외에도 수위센서(6),(7),(8)들에 의하여 측정된 각 유량(Qa)(Qb)(Qc)들을 포함한다.

즉 Q₁ = Qa + Q₁'

Q₂ = Qb + Q₂'

Q₃ = Qc + Q₃'

총유량 Q_T은 다음과 같다.

Q_T = Q₁ + Q₂ + Q₃

한편, 우기에 홍수 조절능력을 갖기 위하여서는 저류조(1)에 빗물을 저장하는 시점을 결정하고 현재 저류되는 양과 총 저류량을 파악하는 것이 무엇보다도 중요하다.

이를 위하여, 강우량을 정확히 파악하여 지속적으로 모니터링 하여야 한다.

먼저, 강우 시 빗물이 유입수로(10)로 유입되는 유량을 측정하여 평균 강우량을 결정하고, 지속시간을 판단한다.

이 유량 측정은 다양한 위어, 푸룸(유량측정용 수도 : Flurme) 및 개수로 에서의 수위 또는 수심을 정밀하게 측정하는 음파수위측정장치에 의하여 이루어질 수 있다. 그 대표적인 장치가 한국특허 제673604호에 개시되어 있다.

이 특허에서는 고정 및 음파수위측정장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치를 이용하면 상시유량 뿐만 아니라 간헐적으로 발생하는 유량을 정밀히 측정하는 것으로 주로 강우 시 이벤트별, 강우강도별, 지속시간별 유량을 측정할 수 있으며, 더 나아가 유입게이트의 개방을 유도하는 평균유량값이거나 배출하는 배출 평균유량값 결정할 수 있다.

이를 이용하여, 본 발명은 도 3에 도시와 같이, 수문관리시스템(100)은 중앙제어부(20)와 다수의 지역수문제어부(30)(도면에서는 하나만 도시됨)로 구성된다.

이 중앙제어부(20)는 다수의 지역수문제어부(30)에 연결되는데 그들의 통신부(21), (31)들은 랜(LAN)을 구비하여 인터넷상에서 통신되거나 전용모뎀으로 RS232C를 구비할 수 있다. 이 중앙제어부(20)와 지역수문제어부(30)는 각기 모니터(22)와 (32)를 구비하여 중앙제어부(20)는 모니터(22)를 통하여 모든 저류조(1)의 총 저수량 및 총 저수 가용량이거나 각 지역저류조(1)의 총 저수량과 총 저수 가용량을 모니터링 하게 한다. 지역수문제어부(30)는 모니터(32)를 통하여 각 저수조(1)의 총 저수량과 총 저수 가용량을 모니터링 가능하게 하고, 다수의 수위센서(33)를 구비하여 저수유량(저류량)을 측정하게 한다.

도 4에 도시와 같이, 지역 수문제어부(30)는 외부 중앙제어부(20)와 통신되는 통신부(31)와 시스템에 전원을 공급하는 전원 공급부(34)를 구비하는 것 이외에도 지역수문관리 제어부(40)를 구비하여 저류조(1)의 저류량을 조절하도록 시스템 제어한다.

지역수문관리제어부(40)는 통신부(31)에 연결되어 중앙제어부(20)와 통신하고, 유량 연산제어부(43)로부터 총 저류량, 평균유입량 또는 평균배출유량 들의 데이터를 실시간으로 지역통신부(44)를 통하거나 데이터버스(45)를 통하여 수신한다. 유량연산제어부(43)는 각 제1, 제2, 제3 수위센서(51), (52), (53)들로부터 아날로그 수위감지 신호를 수신하고, 디지털 변화하는 수로 유입 유량 측정부(50)로부터 유입유량에 따른 평균유량신호를 제1, 제2, 제3 변환기(46), (47), (48)들을 구비한다. 또한, 이 유량연산제어부(43)는 수로유입유량측정부(50)로부터 강우시 유입 유량에 따른 평균유량신호를 수신한다.

지역 수문관리제어부(40)는 유량연산제어부(43)로부터 데이터에 근거하여 외부중앙제어부(20)로부터 제어신호를 통신부(31)를 통하여 수신하거나 자체 판단에 따라 솔레노이드 구동부(54)를 제어하여, 다수의 반도체 스위치릴레이(61)을 중 어느 하나이상이거나 모두를 온 하여 AC전원공급부(57) 전원을 다수의 유입구동게이트(63)들중 어느 하나 이상이거나 모두 인가되게 하여 개방시키거나 폐쇄시킨다. 마찬가지로 지역수문관리부(40)는 모터구동부(56)를 제어하여 다수의 다이리스터(62)들 중 어느 하나 이상이거나 모두를 온하여 AC 전원공급부(57)의 전원을 다수의 배출게이트(64)들 중 어느 하나 이상이거나 모두에 인가되게 하여 개방시키거나 폐쇄한다.

이와 같이 구성된 지역수문제어부(30)는 중앙제어부(20)의 제어에 따라 저수조(1)에 강우를 저류하고 이를 배출할 수 있으며, 또 집중호우 시에 평균 강우 이상에서 발생하는 평균 유입유량 이상에서는 자동저류를 하고 자동 배출한다.

지역 수문관리제어부(40)는 단계(101)에서 중앙 제어부(20)의 제어모드인가 아니면 자동모드인가를 판단한다. 단계(102)에서는 유입게이트 개방인가를 판단하고 아니면 단계(111)로 이전하여 배출게이트 개방인가를 판단한다. 유입게이트 개방이면 단계(106)로 점프하여 유입게이트를 개방하고 이후 단계를 수행한다.

단계(101)에서 자동모드인 경우 단계(103)에서는 수로에서의 물 흐름이 있는지를 판단한다. 단계(104)에서는 평균유량을 수로유속에 비례하여 10분, 20분, 30분 또는 시간단위로 측정하거나 예상 강우량과 비교한다. 단계(105)에서는 소정 강 우량 이상인가 아니면 평균유량이상인가를 판단한다.

만일, 평균유량이상이거나 소정 가우량 이상이면 단계(106)에서 유입게이트(106)를 개방하게 된다.

단계(107)에서는 저류조(1)의 구획별 수위감지를 하고 저류량을 연산한다. 단계(108)에서는 현재저류량, 총 저류용량, 구역별 수위에 대한 데이터를 처리한다. 단계(109)에서는 실시간에 데이터 전송을 하게 된다.

단계(110)에서는 유입게이트 폐쇄인가를 판단하고 아니면 단계(106)로 가고 유입게이트 폐쇄이면 단계(111)로 이전하여 배출게이트의 개방인가를 판단한다. 배출게이트 개방이 아니면 대기상태로 되고 개방상태이면 단계(112)로 이전하여 수위감지 및 저류량 연산을 한다. 그 다음 단계(113)에서는 현재 저류량, 총저류 용량 및 구역별 수위 등과 같은 데이터를 전송한다. 단계(114)에서는 배출 게이트 폐쇄 인가를 판단하고, 아니면 단계(112)로 이전하고 폐쇄이면 단계(115)로 이전하여 현재저류량, 총 저류용량, 구역별수위를 모니터하거나 그 외 표시장치에 표시되도록 한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 수동이거나 자동으로 다수의 저류조를 개별적으로 통합하여 홍수조절을 가능하게 할 수 있다.

도1은 저류조와 수로의 결합된 설치관계의 일실시예를 보인 계략적인 상면 설계도,

도2는 저류조의 시공 상태의 일실시예를 보인 계략적인 단면도;

도3은 본 발명에 따른 수문관리 시스템이 수문관리를 하기위하여 광역모니터링 하는 방법을 개략적으로 보인 도면;

도4는 본 발명에 따른 지역 수문제어부가 수문관리를 하기위하여 지역 수문을 모니터링 하는 구성을 개략적으로 보인 블록선도와;

도5는 본 발명에 따른 지역 수문제어부가 수문관리를 하기위하여 지역 수문을 모니터링 하는 방법을 개략적으로 보인 플로우챠트이다.

※ 주요도면부호의 간단한 설명 ※

10: 수로 1: 저류조 20: 중앙제어부

30: 지역수문제어부 40: 지역수문관리제어부

43: 유량연산제어부

Claims (2)

1. 중앙제어부와 데이터 통신하여 자동이거나 수동모드에서 작동가능하게 하는 다수의 저류조를 실시간 모니터링 하는 수문관리시스템에 있어서,

   여러장소에 설치되는 홍수조절기능을 갖는 대용량 저류조의 총수량 및 총저수량을 모니터링하여 다수의 지역관리 수문제어부를 개별 및 전체를 제어하여 저류량을 저장하고 방류하도록 한 중앙제어부와;

   지역수문에 설치된 저류조의 여러위치의 구획부마다 설치된 하나 이상의 센서로부터 수위감지신호를 수신하며 유량을 실측하고 현재 저류량에 따라 저류조에 빗물을 저장하는 시점을 결정하고, 강우시 수로유입유량측정부로부터 유입수로로 유입되는 유량을 측정하고 평균 유량신호를 수신하여 강수량을 결정하고 저장지속시간을 판단하는 유량 연산제어부, 중앙제어부와 통신하고 유량연산제어부로부터 총저류량, 평균유입량, 평균배출유량들의 데이터를 실시간으로 지역통신부와 데이터버스 중 어느 하나를 통하여 수신하여 예상강우량과 유입평균유량은 비교하여 유입게이트와 배출게이트를 단독 및 통합 작동 시키는 모터구동부, 저류조 내의 저류량을 유지하도록 다수의 유입게이트를 단독 및 통합하여 작동시키는 솔레노이드구동부들을 구비한 하나 이상의 지역수문 관리 제어부들로 구성되고, 하나 이상의 지역수문관리 제어부와 데이터 통신하여 지역수문관리를 제어하는 다수의 지역 수문제어부들로 구성되게 하는 것을 특징으로 하는 수문관리시스템.
2. 중앙제어부와 데이터 통신하여 자동이거나 수동모드에서 작동가능하게 하는 다수의 저류조를 실시간 모니터링 하는 수문관리 제어방법에 있어서,

   지역수문에 설치된 저류조의 여러 위치의 구획부 마다 하나 이상의 센서로부터 수위감지신호를 수신하여 유량을 실측하고, 현재 저류량에 따라 저류조에 빗물을 저장하는 시점을 결정하는 단계;

   강우시 빗물이 유입수로로 유입되는 유량을 시간별로 측정하여 평균 유량을 측정하고, 소정강우량인가 아니면 평균 유량인가를 판단하여 저장 지속시간을 판단하는 단계;

   총저류량, 평균유입량, 평균배출량들의 데이터를 실시간으로 지역통시부와 데이터버스를 통하여 수신하여 예상강우량과 유입평균유량 따라 유입게이트와 배출게이트를 단독 및 통합 작동시키는 시점을 판단하는 단계와;

   여러장소에 설치되는 홍수조절기능을 갖는 대용량 저류조의 총수량 및 총저수량에 따라 다수의 지역수문제어부를 개별 및 전체를 제어하여 저류량을 저장하고 방류하도록 한 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 수문관리제어 방법.

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