KR102026175B1 - Design Method for Valves Arrangement of Water Distribution Network in case of Pipeline Breakage, and Recording Medium Storing Program for Executing the Method, and Recording Medium Storing Computer Program for Executing the Method - Google Patents

Design Method for Valves Arrangement of Water Distribution Network in case of Pipeline Breakage, and Recording Medium Storing Program for Executing the Method, and Recording Medium Storing Computer Program for Executing the Method Download PDF

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KR102026175B1 KR1020180077242A KR20180077242A KR102026175B1 KR 102026175 B1 KR102026175 B1 KR 102026175B1 KR 1020180077242 A KR1020180077242 A KR 1020180077242A KR 20180077242 A KR20180077242 A KR 20180077242A KR 102026175 B1 KR102026175 B1 KR 102026175B1
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신병호
정관수
최두용
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한국수자원공사
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    • G06F17/5009
    • G06F2217/34

Abstract

The present invention relates to a method for designing valves of a waterworks network for corresponding to a pipeline accident; a computer-readable recording medium having a computer program recorded therein to implement the same; and a computer program recorded therein. In evaluating adequacy and selecting a position of a drain valve in order to drain water without omission for the whole waterworks network, selecting a position of a drain valve added to reduce a drain time based on the drain time, and selecting a position of a control valve installed to divide a segment to be able to be isolated, the method selects the position to realize a uniform drain time with respect to the whole waterworks network while draining water within a maximum allowed drain time, and develops and applies a systematic analysis process for the same, an evaluation index concretely digitized to evaluate the adequacy of the position of the valves, and a drain time calculation model through application of a hydraulic theory and a numerical analysis technique.

Description

관로 사고 대응을 위한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법, 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램{Design Method for Valves Arrangement of Water Distribution Network in case of Pipeline Breakage, and Recording Medium Storing Program for Executing the Method, and Recording Medium Storing Computer Program for Executing the Method}Design method for valve arrangement of water supply pipe for responding to pipeline accident, computer readable recording medium storing computer program for implementing the method, and computer program stored on computer readable recording medium case of Pipeline Breakage, and Recording Medium Storing Program for Executing the Method, and Recording Medium Storing Computer Program for Executing the Method}

본 발명은 상수도 관망 전체에 대해 누락 없이 배수할 수 있도록 적절성을 평가하며 배수밸브 위치를 설계하고, 배수시간의 단축을 위해 추가할 배수밸브의 위치를 배수시간에 근거하여 설계하며, 격리할 수 있는 세그먼트로 구획하기 위해 설치할 제수밸브의 위치를 설계함에 있어서, 상수도 관망을 운용하는 허용하게 할 최대배수시간 이내로 배수할 수 있게 하면서 상수도 관망 전체에 대해 균일한 배수시간을 갖도록 설계함은 물론이고, 이를 위한 체계적 절차와, 밸브류 위치의 적절성을 평가하기 위해 구체적 수치화한 평가 지표와, 수리학적 이론 및 수치해석 기법의 적용을 통한 배수시간 산정모형을 개발 적용한 관로 사고 대응을 위한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법, 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램에 관한 것이다.The present invention evaluates the adequacy for drainage of the entire water supply network without omission, design the drain valve position, and design the position of the drain valve to be added based on the drainage time to isolate the drainage time, and can be isolated In designing the position of the dilution valve to be divided into segments, it is designed to have a uniform drainage time for the whole water supply network while allowing drainage within the maximum draining time that allows the water supply network to operate. Water Supply Pipeline Valve Layout Design for Response to Pipeline Accidents by Developing Systematic Procedures, Detailed Numerical Evaluation Indicators for Evaluating Valve Location, and Estimation of Drainage Time Using Hydraulic Theory and Numerical Analysis Method, computer readable storage computer program for implementing the method A computer program stored in a recording medium and a computer-readable recording medium.

상수도 관망은 지하에 매설되어 육안 점검 및 유지관리하며 운영하기 어렵고, 매설 후 장기간 운용됨에 따라 노후화로 인해 파손 사고가 발생할 수 있다.The water supply network is buried underground, making it difficult to visually inspect, maintain, and operate, and as it is operated for a long time after being buried, damage may occur due to aging.

이러한 관로 사고에 효과적으로 대응하고, 운영 효율을 높이기 위해서, 사고 구간을 격리하여 보수할 수 있게 한다. 이를 위해서 상수도 관망을 구획하여 구간별로 격리하는 제수밸브 및 제수밸브와 연동하여 격리할 구간을 배수시키는 배수밸브를 설치한다.In order to effectively respond to these pipeline accidents and to improve operational efficiency, it is possible to isolate and repair accident sections. To this end, a distillation valve for dividing the water supply pipe network and isolating each section and a drain valve for draining the section to be isolated in conjunction with the distillation valve are installed.

그런데, 사고 관로 보수는 사고 구간 확인 작업, 제수밸브를 제어하여 사고 구간을 배수하는 작업, 현장 긴급 복구작업, 배수된 구간의 충수 및 세척 작업 등을 수반한다.However, the repair of the accident pipeline involves the operation of checking the accident section, the operation of draining the accident section by controlling the dividing valve, the on-site emergency recovery work, and the filling and washing of the drained section.

여기서, 사고 관로 보수에 소요되는 단수 시간을 줄여 단수에 따른 피해를 최소화하려면, 단계별 작업 시간을 줄여야 하는데, 현실적으로 충수 작업 시간에도 연관되는 배수 작업 시간을 줄일 수 있어야만 단수 시간을 줄일 수 있다.In this case, in order to reduce the number of steps required for repairing the accident pipeline to minimize the damage caused by the number of steps, the work time for each step needs to be reduced.

또한, 사고 시의 배수는 원수를 공급하는 평상시와는 다르게, 격리할 구간을 중력 흐름에 의한 배수에 의존하여야 하여, 인위적으로 배수 작업 시간을 단축하기 어렵다.In addition, unlike the usual supply of raw water in the event of an accident, it is difficult to artificially shorten the drainage work time, since the section to be isolated must depend on the drainage by gravity flow.

또한, 중력 흐름에 의한 배수 시간을 수리학적으로 예측할 수 있어야만 사고 관로 보수 작업을 일사불란하게 진행할 수 있다. In addition, it is necessary to be able to hydraulically predict the drainage time due to gravity flow, so that the repair of the accident pipeline can be performed unevenly.

또한, 상수도 관망 전체에 대해서 어느 위치의 사고라 하더라도 예측 가능하고, 운영하는 데 허용할 시간 내로 보수할 수 있도록 배수 작업 시간을 갖게 하여야 한다.In addition, it is necessary to allow drainage work time for the entire water supply network to be repaired within a time that will be predictable and allow for operation at any location.

이를 위해서, 배수밸브 및 제수밸브를 적절하게 배치하여야 한다.For this purpose, the drain valve and the distillation valve should be properly arranged.

특히, 광역상수도는 지방상수도에 비해 대구경 관로를 사용하고, 관로 사고시 피해 및 피해 범위가 매우 크므로, 배수밸브 및 제수밸브의 배치가 매우 중요하다.In particular, the regional water supply system uses a large diameter pipeline compared to the local water supply system, and since the damage and the damage range are very large in the case of a pipeline accident, the arrangement of the drain valve and the distillation valve is very important.

하지만, 국내외 상수도 관로 기술 기준을 살펴보면, 일정한 간격 이내로 제수밸브를 배치하고, 중요도에 따라 제수밸브의 배치 간격을 줄이게 하며, 배수밸브는 하향 굴곡부의 하단부 배수로, 하수관거, 하천 부근 등에 설치하는 것으로 하고 있다. 실무적으로는, 기준에 더하여, 상수도 관망의 경로 형태, 각부의 지리적 위치, 각부의 중요도 등을 고려한 경험에 의존하고 있다.However, if you look at the technical standards of domestic and foreign water supply pipeline, the distillation valve should be arranged within a certain interval, and the arrangement interval of the distillation valve should be reduced according to the importance, and the drain valve is installed in the drainage of the lower part of the downward bend, the sewer pipe, near the river, etc. . In practice, in addition to the standard, it relies on experience in consideration of the path type of the water supply network, the geographical location of each part, and the importance of each part.

이러한 기준 또는 경험에 따라 배수밸브 및 제수밸브를 설치하여 운용한 광역상수도 사고의 2006년~2016년 통계에 따르면, 관로사고의 비율이 92%로서 대부분을 차지하고, 단수 시간이 평균적으로 대략 9 시간 정도이며, 통수시간까지 포함하면 대략 12시간 이상 소요되는 것으로 조사되었다.According to the 2006-2016 statistics of regional water supply accidents in which drain valves and water valves were installed and operated according to these criteria or experiences, the proportion of pipeline accidents accounted for most of 92%, and the short-term time averaged approximately 9 hours. Including up to the water passing time, it took about 12 hours or more.

그렇지만, 사고 위치에 따라 편차가 심하고, 배수밸브 및 제수밸브가 경제적인 관점 및 실용적인 관점에서 적절하게 배치되었는지 신뢰하기도 어렵다.However, the deviation is severe depending on the position of the accident, and it is difficult to trust whether the drain valve and the distillation valve are properly disposed from an economical and practical point of view.

한편, 단수 피해를 정량화한 기준에 따라 제수밸브의 위치를 계획하는 종래 기술이 있으나, 이러한 종래기술은 단수에 따른 피해 인구수, 관로 길이, 손실 유량, 손실 금액, 피해 수용가의 중요도를 반영한 가중치 등을 정량화한 지표로 하고 있어서, 배수 시간의 관점에서 설계하는 데 활용할 수 없고, 배수밸브 위치와 제수밸브 위치를 종합적으로 고려한 설계도 가능하지 않았다. 즉, 종래기술은 피해 규모의 관점에서 피해를 줄이기 위한 격리 구간(세그먼트)의 구획에 초점을 맞춰 설계하므로, 배수 특성을 반영한 배수밸브 및 제수밸브의 배치 설계에 활용할 수 없었다.On the other hand, there is a conventional technique for planning the position of the dividing valve in accordance with the standard quantifying the damage of the singular damage, but such a prior art has a weight reflecting the importance of the damage population, pipe length, loss flow rate, loss amount, damage customer according to the singular As a quantified index, it cannot be used to design in terms of drainage time, nor was it possible to design in consideration of the drain valve position and the dilution valve position. That is, the prior art was designed to focus on the section of the isolation section (segment) to reduce the damage in terms of the damage scale, and thus could not be utilized in the layout design of the drain valve and the dilution valve reflecting the drainage characteristics.

KR 10-1472551 B1 2014.12.08.KR 10-1472551 B1 2014.12.08.

따라서, 본 발명의 목적은 배수구역의 적절성, 배수시간의 적절성, 및 세그먼트의 적절성을 종합적이면서 체계적으로 평가하며 배수밸브 위치 및 제수밸브 위치를 선정함으로써, 상수도 관망 전체의 구간별 배수시간에 대해 균등화를 추구함으로써, 상수도 관망의 어느 위치에서 관로 사고가 발생하더라도, 목표로 하는 허용최대시간 내에서 배수하며 효율적인 복구 작업을 수행할 수 하는 설계 결과물을 제공하는 관로 사고 대응을 위한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법, 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to equalize the drainage time of the entire water supply network by selecting the drainage valve position and the dilution valve position by comprehensively and systematically evaluating the suitability of the drainage area, the drainage time, and the appropriateness of the segment. Water supply pipe system layout design for pipeline accident response that provides the design result that drains within target maximum allowable time and can perform efficient recovery work even if pipeline accident occurs anywhere in the water supply network A method, a computer readable recording medium storing a computer program for implementing the method, and a computer program stored on a computer readable recording medium.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법에 있어서, 상수도 관망에 간격을 두며 정한 절점 및 절점 사이의 관로로 모델링한 상수도 관망 모델의 데이터 중에 관로별 특성, 관로별 길이, 및 절점별 표고를 포함하는 관망 데이터를 입력받는 관망 데이터 입력단계(S10); 각 관로에 대해서, 중력 흐름에 의한 배수방향을 양 절점의 표고차로부터 얻는 관망 분석단계(S20); 상수도 관망을 분담 배수할 수 있는 복수의 배수절점, 및 각 관로의 배수방향에 따라 배수절점별로 배수할 수 있는 관로의 집합인 배수 구역을 선정하는 배수절점 선정단계(S30); 배수 구역을 세그먼트 분할할 제수밸브 위치를 선정하되, 세그먼트별 배수시간을 기 설정된 허용최대배수시간 이하로 제한하도록 세그먼트별 배수시간을 산정 및 검증하며 제스밸브 위치를 선정하는 제수밸브 위치 선정단계(S50); 및 선정한 배수절점 및 제수밸브 위치를 출력하는 밸브류 위치 출력단계(S60);를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a water supply pipe network valve layout design method, the characteristics of each pipeline, the length of each pipeline, A pipe network data input step (S10) of receiving pipe network data including elevations for each node; For each pipeline, pipe network analysis step (S20) of obtaining the drainage direction by gravity flow from the elevation difference of both nodes; A drainage node selection step (S30) of selecting a plurality of drainage nodes capable of sharing and draining the water supply pipe network, and a drainage area that is a set of pipelines capable of draining for each drainage node according to the drainage direction of each pipe; Select the dilution valve position to segment the drainage area, but calculate and verify the drainage time by segment to limit the drainage time of each segment to less than the preset maximum drainage time, and select the distillation valve position by selecting the valve position (S50). ); And a valve type position output step (S60) of outputting the selected drainage node and the dilution valve position.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 관망 분석단계(S20)는 각 관로의 양 절점 중에 상대적으로 낮은 표고의 절점에 제1 부호를 부여하고, 상대적으로 높은 표고의 절점에 제2 부호를 부여하여, 절점 양측에는 양측 관로에 의해 각각 부호가 부여되게 하고, 배수방향을 제1,2 부호로 얻게 하며, 상기 배수절점 선정단계(S30)는 절점에서 제1 부호를 부여한 관로 방향을 따라 관로를 탐색하여 부호가 교호적으로 바뀌는 절점까지의 관로를 해당 절점의 배수 구역에 포함시키는 방식으로 배수 구역을 얻는다.According to an embodiment of the present invention, the pipe network analysis step (S20) gives a first code to a node of a relatively low elevation among both nodes of each pipeline, and a second code to a node of a relatively high elevation, Both sides of the node are given signs by the two side pipes, respectively, and the drainage direction is obtained as the first and second codes. The drainage node selection step (S30) searches for the pipeline along the pipe direction to which the first code is assigned at the node. Drainage zones are obtained by including a conduit up to the node whose sign changes alternately into the drainage zone of that node.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배수절점 선정단계(S30)의 이후 단계로서, 배수절점별 배수구역의 배수시간을 산정하여, 산정한 배수시간의 크기에 따라 배수구역을 선택한 후, 선택한 배수구역 내에 배수절점을 추가하여 배수구역을 분할하는 배수절점 수정단계(S40)를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, as a subsequent step of the drainage node selection step (S30), by calculating the drainage time of the drainage area for each drainage node, after selecting the drainage zone according to the calculated drainage time size, the selected drainage zone A drainage node correction step (S40) of dividing the drainage area by adding a drainage node in the inner portion is included.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는 세그먼트별 배수시간을 산정하기 위해서 배수시간 t를 '0'으로 초기화한 이후, 배수절점의 오리피스를 기준으로 한 수심 h 및 충수 구간 거리 L에 따른 유량 Q를 획득하는 단계, 배수시간 t를 미리 설정한 시간간격 △t 만큼 적산시키는 단계, 및 △t 동안 유량 Q로 배수할 시의 배수량에 따라 수심 h와 충수 구간 거리 L을 업데이트하는 단계로 이루어진 일련의 과정을 세그먼트의 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때까지 반복하고, 최종 적산하여 얻는 배수시간 t를 세그먼트 배수시간으로 한다. According to an embodiment of the present invention, in the distillation valve position selection step (S50) after initializing the drainage time t to '0' in order to calculate the drainage time for each segment, the depth h and the water filling based on the orifice of the drainage node Acquiring the flow rate Q according to the interval distance L, integrating the drainage time t by a preset time interval Δt, and draining the flow rate Q during the drainage time Q during Δt depending on the water depth h and the appendage section distance L. The sequence of updating steps is repeated until the drainage time of the segment is less than or equal to the water drain , and the final drainage time t is obtained as the segment drainage time.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배수절점 선정단계(S30)는 상수도 관망의 총연장 Ltotal 및 아래 첨자 i로 구분한 관로 중에 선정한 배수 구역에 속한 관로 연장 Li 의 합으로 나타낸 배수범위 지표

Figure 112018065551847-pat00001
를 산정하여, 배수 구역에서 누락된 관로의 유무를 판별하고, 상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는 상수도 관망의 총연장 Ltotal , 허용최대배수시간 Tmax , 아래 첨자 j로 구분되는 세그먼트별 배수시간 Tj , 및 세그먼트별 관로 연장 Lj 로 나타낸 배수 균등화 지표
Figure 112018065551847-pat00002
를 산정하여, 상수도 관망 전체에 대해 허용최대배수시간의 요건을 충족하는지 판정한다.According to an embodiment of the invention, the drain node selection step (S30) is a multiple range represented by the sum of the channel extending L i belonging to the selected drainage area in the middle of the channel separated by a total length L and the total subscript i in Water Distribution Indicator
Figure 112018065551847-pat00001
To determine whether there is a pipe missing from the drainage zone, and the distillation valve position selection step (S50) is the drainage time for each segment divided into total length L total , maximum allowable drainage time T max , and subscript j of the water supply pipe network. Drain equalization indicator represented by T j , and segment extension L j
Figure 112018065551847-pat00002
Is calculated to determine whether the maximum water drainage time for the entire water supply network is met.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 상수도 관망의 어느 위치에서 사고가 나더라도 사고 구간을 배수할 수 있도록 적절성을 평가하며 누락 없이 배수밸브 위치를 선정하고, 상수도 관망 전체에 대해 균일하게 허용최대배시간 내로 배수할 수는 세그먼트 분할을 위한 제수밸브 위치를 선정하게 하므로, 관로 사고가 어느 위치에서 발생하더라도 효율적으로 보수 작업을 수행하여 대응할 수 있는 밸브류 배치의 설계 결과물을 제공할 수 있다.The present invention made as described above evaluates the adequacy to drain the accident section even if an accident occurs at any position of the water supply network, select the drain valve position without omission, evenly drained within the maximum allowable time for the whole water supply network uniformly In order to select the position of the dividing valve for segmentation, it is possible to provide a design result of the valve arrangement that can efficiently respond to any repair work in any position of the pipeline accident.

실시 예에 따르면 본 발명은 배수시간의 단축을 위한 배수밸브를 위치의 적절성에 대한 평가 절차에 따라 추가하게 하므로, 제수밸브에 의한 배수시간 균등화를 더욱 효과적으로 실현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the drain valve for shortening the drainage time is added according to the evaluation procedure for the appropriateness of the position, the drainage time equalization by the distillation valve can be more effectively realized.

실시 예에 따르면 본 발명은 중력 흐름에 의한 배수 특성을 수리학적 이론 및 수치해석 기법으로 획득하여, 정확한 배수시간을 산정하며 밸브류 위치를 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the drainage characteristics due to gravity flow can be obtained by hydraulic theory and numerical analysis technique, so that the correct drainage time can be calculated and the valve position can be obtained.

실시 예에 따르면 본 발명은 밸브류의 위치를 평가하기 위한 평가 지표를 활용하여, 최적의 밸브류 위치를 계획할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the optimum valve position may be planned by utilizing an evaluation index for evaluating the position of the valve.

실시 예에 따르면 본 발명은 밸브류 위치의 선정 및 평가를 위한 체계적인 분석 과정을 갖고 있으므로, 밸브류 배치 설계에 대한 신뢰성을 보장할 수 있다.According to the embodiment, since the present invention has a systematic analysis process for selecting and evaluating valve positions, it is possible to ensure reliability of the valve arrangement arrangement.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법의 실시를 위한 컴퓨터 장치 구성도.
도 3은 상수도 관망을 단순한 형태로 구성한 후, 상류측 말단(J1)을 기준점으로 한 거리별 표고를 도시한 그래프.
도 4는 제1 부호(-), 제2 부호(+) 및 제3 부호(-/+)를 각 관로(P1~P15)의 양 절점에 표시한 표고 그래프.
도 5는 도 4에서 예시적으로 탐색한 J2의 배수 구역 및 J11의 배수 구역을 보여주는 도면.
도 6은 도 4에 도시한 관로 P12의 중간에 절점 17을 추가하고, 관로 P16를 추가한 도면.
도 7은 최소수 배수절점(J2, J3, J4, J11 or J13) 및 그에 따른 배수구역(D1, D2, D3, D4)을 도시한 도면.
도 8은 도 7에 표시된 수평 관로(P12)를 분할하는 배수절점(J17)을 추가한 그래프.
도 9는 배수절점을 추가한 그래프의 예시도.
도 10은 제수밸브 위치(C1~C6)를 표시한 그래프.
도 11은 본 발명의 변형 실시 예의 순서도로서, 배수절점 선정단계(S30)를 변형할 수 있음을 보여주는 도면.
도 12는 경사 i에 따른 수면 면적의 상이함을 보여주는 관로의 배수량 모식도.
도 13은 개산 배수시간 산정 방법의 순서도.
도 14는 정밀 배수시간 산정 방법의 순서도.
도 15는 경사(i-1, i-2) 또는 관경이 상이한 2개 관로(1-1, 1-2)가 직렬 연결된 세그먼트를 예시한 도면.
도 16은 배수절점이 있는 세그먼트를 예시한 도면.
1 is a flow chart of a water pipe system valve arrangement design method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram of a computer device for the implementation of the water supply pipe network valve arrangement design method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the elevation for each distance based on the upstream end (J1) as a reference point after configuring the water supply pipe network in a simple form.
4 is an elevation graph in which the first sign (-), the second sign (+), and the third sign (-/ +) are displayed at both nodes of each pipe line P1 to P15.
FIG. 5 shows a drainage zone of J2 and a drainage zone of J11 as exemplified in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a view in which a node 17 is added in the middle of a pipeline P12 shown in FIG. 4, and a pipeline P16 is added. FIG.
7 shows the minimum number of drainage nodes J2, J3, J4, J11 or J13 and the corresponding drainage zones D1, D2, D3, D4.
8 is a graph in which a drainage node J17 is added to divide the horizontal pipeline P12 shown in FIG. 7.
9 is an exemplary diagram of a graph adding a drainage node.
10 is a graph showing the dividing valve positions C1 to C6.
11 is a flow chart of a modified embodiment of the present invention, showing that the drainage node selection step (S30) can be modified.
12 is a schematic diagram showing the amount of drainage in a pipeline showing the difference in water surface area along the slope i;
13 is a flowchart of a method for calculating an estimated drainage time.
14 is a flowchart of a method for calculating a precise drainage time.
15 illustrates a segment in which slopes i-1 and i-2 or two pipelines 1-1 and 1-2 having different diameters are connected in series.
16 illustrates a segment with drainage nodes;

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described to be easily carried out by those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for designing a layout of a tap water pipe network according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법의 실시를 위한 장치 구성도이다.2 is a block diagram of a device for implementing a method for designing a valve arrangement for tap water network according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법은 상수도 관망 모델의 관망 데이터에 따라 중력 흐름에 의한 배수방향을 얻고, 배수밸브 위치 및 제수밸브 위치를 선정하되, 어느 위치의 관로 사고가 발생하더라도 사고 관로가 속한 세그먼트를 허용최대배수시간(Tmax) 이내에 배수할 수 있도록 적절하게 선정하여서, 관로 사고 시 단수시간을 단축할 수 있는 최적 설계 방안을 제시한다.According to an embodiment of the present invention, the method for designing a layout of a tap water pipe network system obtains a drainage direction due to gravity flow according to the pipe network data of a tap water network model, and selects a drain valve position and a dilution valve position, but at which position a pipeline accident occurs. Even if the segment to which the accident pipeline belongs can be drained within the maximum allowable drainage time (T max ), the optimal design method is suggested to reduce the number of steps in case of pipeline accident.

이를 위한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법은 도 1에 도시한 바와 같이 관망 데이터 입력단계(S10), 관망 분석단계(S20), 배수절점 선정단계(S30), 배수절점 수정단계(S40), 제수밸브 위치 선정단계(S50) 및 밸브류 위치 출력단계(S60)의 순서로 이루어진다.Water supply pipe network valve arrangement design method for this is as shown in Figure 1 network network data input step (S10), pipe network analysis step (S20), drainage node selection step (S30), drainage node correction step (S40), water separator valve Positioning step (S50) and valves position output step (S60) in the order of.

상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법을 실현하기 위한 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 관망 데이터 입력단계(S10)를 수행하기 위한 입력부(50), 관망 분석단계(S20)를 수행하기 위한 관망 분석부(10), 배수절점 선정단계(S30)와 배수절점 수정단계(S40)를 수행하기 위한 배수밸브 위치 선정부(20), 제수밸브 위치 선정단계(S50)를 수행하기 위한 제수밸브 위치 선정부(30), 배수시간을 산정하여 배수밸브 위치 선정부(20)와 제수밸브 위치 선정부(30)에 제공함으로써 최적의 배수밸브 위치와 제수밸브 위치를 선정하게 지원하는 배수시간 산정부(40), 및 선정한 최적의 배수밸브 위치와 제수밸브 위치를 출력하는 출력부(60)를 포함한다.As shown in FIG. 2, an apparatus for implementing a water supply pipe network arrangement design method includes an input unit 50 for performing a network network data input step S10 and a network network analyzer for performing a network network analysis step S20. 10), the drainage valve selection unit 20 for performing the drainage node selection step (S30) and the drainage node correction step (S40), the dilution valve position selection unit (30) for performing the dilution valve position selection step (S50) Drainage time calculation unit 40 for supporting the selection of the optimum drain valve position and the dilution valve position by calculating the drainage time and providing it to the drain valve position selector 20 and the dilution valve position selector 30; And an output unit 60 for outputting the selected optimal drain valve position and the dilution valve position.

여기서, 상기 입력부(50)는 상수도 관망 모델의 관망 데이터를 입력받는다. Here, the input unit 50 receives the network data of the water supply network model.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 입력부(50)는 설계자가 지정한 배수밸브 위치 또는 제수밸브 위치를 입력받을 수 있게 하여서, 배수밸브 위치 선정부(20) 및 제수밸브 위치 선정부(30)에서 입력 위치가 적합한지 검증한 후 입력 위치를 선정하게도 한다.According to an embodiment of the present invention, the input unit 50 receives the drain valve position or the dilution valve position specified by the designer, so that the input from the drain valve position selector 20 and the dilution valve position selector 30. After verifying that the location is appropriate, you can also select an input location.

상기 허용최대배수시간(Tmax)은 미리 고정된 값으로 사용하지 아니하고, 설계자가 임의의 값을 선정하여 상기 입력부(50)로 입력하게 하여도 좋다.The allowable maximum drainage time T max may not be used as a fixed value in advance, and a designer may select an arbitrary value and input it to the input unit 50.

이러한 장치는 사용자 인터페이스 또는 데이터 입출력 포트를 이용하여 상기 입력부(50) 및 출력부(60)의 기능을 수행할 수 있고, 관망 분석부(10), 배수밸브 위치 선정부(20), 제수밸브 위치 선정부(30) 및 배수시간 산정부(40)의 기능을 수행하기 위한 프로그램을 읽어들여 실행할 수 있는 마이크로프로세서를 구비한 컴퓨터로 구성될 수 있다.Such a device may perform the functions of the input unit 50 and the output unit 60 by using a user interface or a data input / output port, and includes a network network analysis unit 10, a drain valve position selector 20, and a dilution valve position. A computer having a microprocessor capable of reading and executing a program for performing a function of the selection unit 30 and the drainage time calculation unit 40 may be configured.

상기 관망 데이터 입력단계(S10), 관망 분석단계(S20), 배수절점 선정단계(S30), 배수절점 수정단계(S40), 제수밸브 위치 선정단계(S50) 및 밸브류 위치 출력단계(S60)에 대해 상세히 설명하기에 앞서서, 배수밸브 및 제수밸브의 위치를 적절하게 선정하였는지 평가하기 위해서 정의한 배수범위 지표 IL , 배수시간 지표 IT , 및 배수 균등화 지표 IU 를 설명한다.In the pipe network data input step (S10), pipe network analysis step (S20), drainage node selection step (S30), drainage node correction step (S40), dilution valve position selection step (S50) and valve flow position output step (S60) Prior to describing this in detail, the defined drainage range indicator I L , drainage time indicator I T , and drainage equalization indicator I U will be described to evaluate whether the drain valve and the water valve are properly selected.

배수범위 지표 IL 는 상수도 관망의 총연장 Ltotal 에서 배수밸브(배수절점에 설치하는 밸브)에 의해 배수될 수 있는 각 배수 구역의 관로 연장(길이) Li 의 합

Figure 112018065551847-pat00003
의 비율을 나타내며, 아래의 수학식 1로 표시할 수 있다. 여기서, 아래첨자 i는 관로를 구분하기 위해 부여한 순번이다.The drainage range indicator I L is the sum of the length of the pipeline extension L i of each drainage area that can be drained by the drain valve (valve installed at the drainage node) in the total extension L total of the water supply network.
Figure 112018065551847-pat00003
It represents the ratio of and can be expressed by Equation 1 below. Here, the subscript i is the sequence number assigned to distinguish the pipeline.

Figure 112018065551847-pat00004
Figure 112018065551847-pat00004

즉, 배수범위 지표 IL 이 '1'이면, 상수도 관망을 누락 없이 배수 구역으로 구획하여서, 어느 관로이든 배수밸브 중에 선택하여 배수할 수 있게 된다. 만약 배수범위 지표 IL 이 '1' 미만이면 선정한 배수밸브로 배수할 수 없는 관로가 존재함을 의미하므로, 배수밸브를 추가하여야 한다. 한편, 저류시설(배수지, 정수지, 흡수정, 조절지 등)로 배수할 수 있는 관로의 경우 배수밸브가 필요하지 않는 배수 구역으로 선정하여, 상기 수학식 1의 관로 연장에 포함시킨다.That is, when the drainage range index I L is '1', the water supply pipe network is partitioned into the drainage zone without omission, and any of the pipelines can be selected and drained. If the drain range indicator I L is less than '1', it means that there is a pipeline that cannot be drained by the selected drain valve. On the other hand, in the case of a pipe that can drain to a storage facility (drainage, water purification, absorption well, control basin, etc.), it is selected as a drainage zone that does not require a drain valve, it is included in the pipeline extension of the equation (1).

배수시간 지표 IT 는 구획한 구역별 배수시간 Tdrain 을 설계자가 설정한 허용최대배수시간 Tmax 로 나누어 얻는 값으로, 아래의 수학식 2로 표시할 수 있다.The drainage time index I T is obtained by dividing the drainage time T drain for each zone divided by the allowable maximum drainage time T max set by the designer, and can be expressed by Equation 2 below.

Figure 112018065551847-pat00005
Figure 112018065551847-pat00005

즉, 배수시간 지표 IT 가 '1' 이하인 구역은 허용최대배수시간 Tmax 내에 배수할 수 있으므로 구역 선정이 적절함을 의미한다. 그렇지만, 배수시간 지표 IT 가 '1' 을 초과하는 구역은 허용최대배수시간 Tmax 내에 배수할 수 없음을 의미하므로, 구역 선정이 적절하지 아니하여, 해당 구역을 나눌 필요가 있음을 의미한다.In other words, the zone where the drainage time index I T is less than or equal to '1' can drain within the maximum allowable drainage time T max , which means that the zone selection is appropriate. However, a zone where the drainage time index I T exceeds '1' means that it cannot drain within the maximum allowable drainage time T max , which means that the zone selection is not appropriate and it is necessary to divide the zone.

여기서, 허용최대배수시간 Tmax 는 상수도 관망의 사고 구역을 배수할 시에 허용하는 상한치로서, 관로를 복구공사하는데 소요되는 단수시간을 단축하기 위해서, 단수시간의 최저 목표치 및 배수시간이 단수시간에서 차지하는 비율을 고려하여 설계자가 적절하게 설정할 수 있다.Here, the maximum allowable drainage time T max is the upper limit allowed when draining the accident zone of the water supply pipe network. In order to shorten the singular time required for the restoration work of the pipeline, the minimum target value and the drainage time of the singular time are determined from the singular time. The ratio can be set appropriately by the designer in consideration of the proportion of the charge.

본 발명의 실시 예에서 배수시간 지표 IT 를 산정하는 구역은 후술하는 바와 같이 배수절점을 선정할 시에 배수절점에 따라 구획하는 배수 구역, 및 제수밸브 위치를 선정할 시에 제수밸브 위치에 의해 구획하는 세그먼트이며, 각 구역별로 배수시간 지표 IT 를 산정하여 개별 평가한다.In the embodiment of the present invention, the area for calculating the drainage time index I T is defined by a drainage area partitioned according to the drainage node when selecting the drainage node, and a dilution valve position when the water drainage valve position is selected. It is a segment to be divided, and each area is evaluated by evaluating drainage time index I T.

한편, 배수밸브까지 배수할 시에는 배수 초기 수심의 5%~10% 범위 내에서 배수후 수심으로 정하고, 배수후 수심까지 배수하는 데 소요되는 배수시간을 산정할 수 있다. 상황에 따라 달라지기는 하지만, 배수 초기 수심의 5%~10% 범위 내로 수위가 낮아지면 이후 원수를 배수하는데 장시간이 소요되어서, 실무적으로는 중력 흐름에 의한 배수 대신에 배수펌프를 이용하여 강제 배수하기 때문이다. 그렇지만, 상수도 관망의 현장 여건에 따라 중력 흐름에 의한 배수만을 수행할 수도 있으므로, 현장 여건에 따라 결정하는 것이 좋다. 제수밸브까지 배수할 시에는 제수밸브 위치까지의 중력 흐름에 의해 배수시간을 산정한다.On the other hand, when draining up to the drain valve can be determined as the depth after draining within the range of 5% to 10% of the initial depth of drainage, it is possible to calculate the drainage time required to drain to the depth after draining. Although it depends on the situation, if the water level is lowered within the range of 5% to 10% of the initial depth of drainage, it takes a long time to drain the raw water, and in practice, it is forced to use a drainage pump instead of the drainage caused by gravity flow. Because. However, depending on the site conditions of the water supply network, only drainage by gravity flow may be performed. When draining to the water separator valve, the drainage time is calculated by the gravity flow to the water separator valve position.

배수 균등화 지표 IU 는 선정한 배수 구역 및 밸브류 위치에 따른 배수시간을 상수도 관망 전체에 대하여 평가하여, 관망 계통상에 균등하게 배수 구역이 선정되고 배수시간이 허용최대배수시간 Tmax 이내로 제한되게 선정되었지를 확인할 수 있게 하며, 아래의 수학식 3으로 산정하게 하였다.The drainage equalization index I U evaluates the drainage time according to the selected drainage area and valve location for the entire water supply network, so that the drainage area is equally selected on the pipe network and the drainage time is limited within the maximum allowable drainage time T max. It can be confirmed that, and was calculated by the following equation (3).

Figure 112018065551847-pat00006
Figure 112018065551847-pat00006

여기서, j는 제수밸브에 의해 구획된 각 세그먼트를 구분하기 위해서 세그먼트에 부여한 순번이고,

Figure 112018065551847-pat00007
는 i번째 세그먼트의 배수시간 지표 IT 와 1 중에 큰 값을 주는 MAX 함수이다. 그리고, 배수 균등화 지표 IU 는 제수밸브에 의해 구획된 각 세그먼트의 MAX 함수값과 세그먼트 연장 L의 곱셈한 값을 합산한 후 상수도 관망의 총연장 Ltotal 로 나누어 얻는다. Here, j is the order assigned to the segments in order to distinguish each segment divided by the dividing valve,
Figure 112018065551847-pat00007
Is the MAX function that gives the greater of the I-segment drainage time I T and 1. The drain equalization index I U is obtained by adding up the MAX function value of each segment divided by the dividing valve and the multiplied value of the segment extension L and dividing by the total length L total of the water supply network.

이에, 상수도 관망 전체에 대해 누락 없이 배수할 수 있게 배수밸브를 선정하고, 모든 세그먼트의 배수시간 지표 IT 를 '1'이하로 되도록 제수밸브를 선정하면, 배수 균등화 지표 IU 는 '1'이 된다. 만약 '1'이 안되면, 배수할 수 없는 구간이 존재하거나 또는 허용최대배수시간 Tmax 이내로 배수할 수 없는 구간이 존재하므로, 배수밸브 또는 제수밸브를 다시 선정해야 한다.Therefore, if the drain valve is selected so that the entire water supply network can be drained without omission and the drain valve is selected so that the drain time index I T of all segments is '1' or less, the drain equalization index I U is set to '1'. do. If it is not '1', there is a section that cannot be drained or a section that cannot drain within the maximum allowable drainage time T max .

미리 밝혀두지만, 상기 배수시간 산정부(40)는 배수밸브 위치 선정부(20)에 의해 수행되는 배수절점 수정단계(S40)에서 마찰 손실을 적용하지 아니한 개산 배수시간을 산정하고, 제수밸브 위치 선정부(30)에 의해 수행되는 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 마찰 손실을 적용한 정밀 배수시간을 산정한다.Although it will be known in advance, the drainage time calculation unit 40 calculates the estimated drainage time without applying friction loss in the drainage node correction step (S40) performed by the drainage valve position selector 20, the dilution valve position In the dividing valve position selection step (S50) performed by the selecting unit 30 to calculate the precision drainage time to apply the friction loss.

개산 배수시간 산정 방법 및 정밀 배수시간 산정 방법에 대해서는 하기에서 별도로 설명한다.The estimated drainage time calculation method and the precise drainage time calculation method are described separately below.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 각 단계에 대해서 설명한다.Hereinafter, each step according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 관망 데이터 입력단계(S10)는 상수도 관망 모델의 데이터 중에 관로별 특성, 관로별 길이, 및 절점별 표고를 포함하는 관망 데이터를 상기 입력부(50)를 통해 입력받는 단계이다.The network data input step (S10) is a step of receiving, through the input unit 50, the network data including the characteristics of each pipeline, the length of each pipeline, and the elevation of each node among the data of the water supply network model.

도 3은 입력받는 관망 데이터를 설명하기 위해서 가상의 상수도 관망을 단순한 형태로 구성한 후, 상류측 말단(J1)을 기준점으로 한 거리별 표고를 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing elevations for distances based on an upstream end J1 as a reference point after constructing a virtual water supply network in a simple form in order to explain input network data.

상수도 관망 모델은 상류측 말단(J1)에서 하류측 말단(J4)까지 원수(또는 용수, 정수)를 공급하는 상수도 관망에 대해 상류측 말단(J1)에서 하류측 말단(J4)까지 간격을 두며 정한 절점(node, J1~J16) 및 절점 사이의 관로(pipe, P1~P15)로 나타낸 모델로서, 관망 내의 원수 거동 상태를 파악할 수 있는 다양한 데이터를 포함하며, 본 발명의 실시 예에서는 관로별 특성, 도 3의 그래프로 표현한 관로별 길이 및 절점별 표고를 포함하는 관망 데이터를 입력받게 한다.The water supply network model is defined with an interval from the upstream end (J1) to the downstream end (J4) for the water supply network that supplies raw water (or water, water) from the upstream end (J1) to the downstream end (J4). A model represented by a node (node, J1 to J16) and a pipe between the nodes (pipe, P1 to P15), and includes various data that can grasp the state of raw water in the network, and according to an embodiment of the present invention, The pipe network data including the length of each pipe line and the elevation of each node expressed in the graph of FIG. 3 is received.

여기서, 관로별 특성은 각 관로(pipe, P1~P15)의 관경 및 조도계수(Roughness)를 포함한다.Here, the characteristics of each pipeline includes the pipe diameter and roughness coefficient (Roughness) of each pipe (pipe, P1 ~ P15).

절점(node, J1~J16)은 관망해석을 위해 다양한 방식으로 정할 수 있으나, 본 발명의 실시 예에서는 상수도 관망의 상류측 말단(J1) 및 하류측 말단(J4)을 포함하고, 후술하는 바와 같이 배수밸브 설치 위치로 정하므로, 배수밸브를 설치할 수 있는 지점으로 정하는 것이 좋다. 또한, 후술하는 바와 같이 절점에 의해 구획되는 각 관로(pipe, P1~P15)의 특성 및 경사를 관로 중간에 변경되지 않는 것으로 하므로, 절점(node, J1~J16)은 관로 특성 또는 경사가 변화하는 지점으로 정하는 것이 좋다.Nodes (J1 to J16) may be determined in various ways for pipe network analysis, but in the embodiment of the present invention includes an upstream end (J1) and a downstream end (J4) of the water supply network, as described below. Since it is decided as the drain valve installation position, it is better to set it at the point where the drain valve can be installed. In addition, the characteristics and inclination of the pipes P1 to P15 partitioned by the nodes are not changed in the middle of the pipeline as described below. Therefore, the nodes J1 to J16 are used to change the characteristics or the slope of the nodes. It is good to set a point.

이와 같이 설정한 절점(node, J1~J16)에 따라 모델링한 상수도 관망 모델의 데이터 중에 입력받는 관망 데이터는 아래의 표 1에 정리하여 보여준 바와 같이 관로 양 절점의 ID, 관로의 길이(LENGTH), 관로의 관경(DIAMETER) 및 관로의 조도계수(ROUGHNESS)를 포함한 관로별 입력자료와, 아래의 표 2에 정리하여 보여준 바와 같이 절점 표고(ELEVATION)를 포함한 절점별 입력자료로 이루어진다.As shown in Table 1 below, the pipe network data inputted from the data of the waterworks pipe network model modeled according to the nodes (nodes J1 to J16) set as described above are summarized in Table 1 below, the IDs of both nodes of the pipeline, the length of the pipeline (LENGTH), It consists of input data for each line including the DIAMETER and ROUGHNESS of the line, and input data for each node including the ELVATION as summarized in Table 2 below.

Figure 112018065551847-pat00008
Figure 112018065551847-pat00008

Figure 112018065551847-pat00009
Figure 112018065551847-pat00009

상기 관망 분석단계(S20)는 관망 분석부(10)에서 각 관로(P1~P15)의 배수방향을 결정하는 단계로서, 입력부(50)를 통해 입력받은 관망 데이터에 근거하여 중력 흐름에 의한 각 관로(P1~P15)의 배수방향을 절점(J1~J16)의 표고차로부터 얻는다.The pipe network analysis step (S20) is a step of determining the drainage direction of each pipe (P1 ~ P15) in the pipe network analysis unit 10, each pipe line by gravity flow based on the pipe network data received through the input unit 50 The drainage direction of (P1-P15) is obtained from the elevation difference of the nodes (J1-J16).

그런데, 상수도 관망의 관로(P1~P15) 중에는 양방향 중력 흐름이 가능한 관로도 존재할 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 이러한 관로를 관망 데이터에 따라 식별하여 수평 관로로 정한다.However, in the pipelines P1 to P15 of the water supply pipe network, a pipeline capable of bidirectional gravity flow may also exist, and according to an embodiment of the present invention, such a pipeline is identified according to the network network data to determine a horizontal pipeline.

본 발명의 실시 예에 따르면, 수평 관로 선정 및 관로(P1~P15) 배수방향 결정을 프로그램적으로 수행할 수 있도록 체계적인 접근 방법을 사용하며, 이를 위한 상기 관망 분석단계(S20)는 절점(J1~J16)과 관로(P1~P15) 사이의 연결 관계를 보여주어서 행 방향과 열 방향으로 탐색하여 연결 관계를 추적할 수 있는 Node-Arc 행렬을 구성하는 Node-Arc 행렬 구성단계(S21), 각 관로(P1~P15)의 경사에 따라 경사 부호를 부여하는 경사 부호 선정단계(S22) 및 경사 부호를 Node-Arc 행렬에 반영하여 배수방향을 추적할 수 있는 상대고도 행렬을 구성하는 상대고도 행렬 구성단계(S23)의 순서로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, a systematic approach is used to programmatically select the horizontal pipeline and determine the drainage direction of the pipeline (P1 to P15) programmatically. Node-Arc matrix constructing step (S21), each of which constitutes a Node-Arc matrix that shows the connection relationship between J16) and the pipelines (P1 to P15) and can be traced by searching in the row and column directions. Gradient code selection step (S22) for assigning a gradient code according to the slope of (P1 ~ P15) and relative altitude matrix construction step for constructing a relative altitude matrix for tracking the drainage direction by reflecting the gradient code in the Node-Arc matrix (S23).

Node-Arc 행렬은 본 발명이 속한 기술분야에서 활용하던 행렬로서, 아래의 표 3에서 보여주는 바와 같이 행 번호를 절점 번호로 하고, 열 번호를 관로 번호로 하는 원소에 '1'의 값을 갖게 되어서, 각각의 관로에 대해 연결된 양 절점을 행 방향으로 탐색하여 얻고, 각각 절점에 연결된 관로를 열 방향으로 탐색하여 얻을 수 있게 한다.Node-Arc matrix is a matrix used in the technical field to which the present invention belongs, and as shown in Table 3 below, the row number is the node number and the column number is the pipe number, and the element has a value of '1'. In this case, both nodes connected to each conduit can be obtained by searching in the row direction, and the pipes connected to the nodes can be obtained by searching in the column direction.

Figure 112018065551847-pat00010
Figure 112018065551847-pat00010

각 관로(P1~P15)의 경사 부호(SG)를 얻기 위해서는, 먼저, 각 관로(P1~P15)에 대래 관로 길이 L과, 상류측 절점 표고에서 하류측 절점 표고를 차감하여 얻는 표고차 △h를 아래의 수학식 4에 대입하여 경사 i를 얻고, 관경 D, 관로 길이 L 및 표고차 △h를 아래의 수학식 5에 대입하여 한계수평경사 iCR 를 얻는다.In order to obtain the inclination code SG of each of the pipelines P1 to P15, first, the elevation difference Δh obtained by subtracting the downstream pipeline length L from the downstream pipeline elevation from the upstream node elevation to each pipeline P1 to P15 is obtained. The slope i is obtained by substituting the following Equation 4, and the limit horizontal slope i CR is obtained by substituting the diameter D, the pipe length L, and the elevation difference Δh into the following Equation 5.

Figure 112018065551847-pat00011
Figure 112018065551847-pat00011

Figure 112018065551847-pat00012
Figure 112018065551847-pat00012

경사 부호 SG는 경사 i가 -iCR 내지 +iCR 의 범위에 있으면 '0' 을 부여하고, -iCR 미만이면 '-1', +iCR 초과이면 '1' 을 부여하여, 아래의 표 4에 정리한 바와 같이 각 관로(P1~P15)의 경사 부호 SG를 얻는다. Slope code SG gives '0' if slope i is in the range of -i CR to + i CR , '-1' if less than -i CR , and '1' if it exceeds + i CR. As summarized in Fig. 4, the inclination code SG of each pipe line P1 to P15 is obtained.

Figure 112018065551847-pat00013
Figure 112018065551847-pat00013

이에, 표 4를 참조하면, '-1'은 하류 방향 하향 관로를 의미하고, '1'은 하류 방향 상향 관로를 의미한다. '0'은 수평관로를 의미하되, 정확히 수평하게 매설한 것만을 의미하는 것은 아니고, 상류측 중력 흐름 및 하류측 중력 흐름 모두가 가능한 관로를 의미한다.Thus, referring to Table 4, '-1' means a downstream downward conduit, and '1' means a downstream upward conduit. '0' means a horizontal pipeline, but does not mean just horizontally buried, and means a pipeline capable of both upstream gravity flow and downstream gravity flow.

본 발명의 실시 예에 따르면, 한계수평경사 iCR 은 상류측 중력 흐름 및 하류측 중력 흐름 모두가 가능한 수평관로인지를 판별하기 위한 값으로서, 관로 특성인 관경 D의 영향을 받으므로, 각 관로별로 얻어 해당 관로에 적용한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the critical horizontal slope i CR is a value for determining whether the upstream gravity flow and the downstream gravity flow are possible, and are influenced by the pipe diameter D, which is a characteristic of the pipe. And apply to the relevant pipeline.

한편, 상기 수학식 4.5에 따르면, 양 절점의 표고차 △h가 관경 D의 1/2 이하이면 수평관로로 취급하였으나, 수평관로의 판별 기준을 관경 D의 1/2로 한정하지 아니하고, 예를 들어 관경 D의 1/3로 정하는 것처럼 조절하여도 좋다. 다만, 양 절점의 표고차 △h가 관경 D보다 작아야 하고, 관경 D보다 작으면 작을수록 상향 방향의 배수량도 많아지므로, 관경 D의 1/2 이하로 설정하는 것이 좋다.On the other hand, according to Equation 4.5, if the elevation difference Δh of both nodes is less than 1/2 of the diameter D is treated as a horizontal pipeline, the criterion for determining the horizontal pipeline is not limited to 1/2 of the diameter D, for example The adjustment may be carried out as set in 1/3 of the diameter D. However, the elevation difference Δh of both nodes should be smaller than the diameter D, and the smaller the diameter D, the smaller the diameter D, and the larger the amount of drainage in the upward direction.

그리고, 각 관로(P1~P15)의 경사 부호 SG를 Node-Arc 행렬에 적용하여 원소의 값을 변경한 상대고도 행렬을 아래의 표 5처럼 구성한다.Then, the relative altitude matrix in which the element value is changed by applying the slope code SG of each pipe line P1 to P15 to the Node-Arc matrix is constructed as shown in Table 5 below.

Figure 112018065551847-pat00014
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표 5를 참조하면, 각 관로(P1~P15) 별로 양 절점에 의한 2개 원소를 갖되, 경사 부호가 '1' 아니면 '-1'인 관로에 대해서는 상대적으로 낮은 표고의 절점에 의한 원소에 제1 부호(-1)를 부여하고, 상대적으로 높은 표고의 절점에 의한 원소에 제2 부호(1)를 부여하였다. Referring to Table 5, each pipeline (P1 ~ P15) has two elements by both nodes, but for the pipeline with slope sign of '1' or '-1', 1 code | symbol (-1) was attached | subjected, and the 2nd code | symbol 1 was attached | subjected to the element by the node of a relatively high elevation.

그리고, 경사 부호가 '0'인 수평관로(P4, P6, P9, P12)에 대해서는 양 절점에 의한 2개 원소에 각각 동일하게 제3 부호(-1/1)을 부여하였다. 이러한 제3 부호(-1/1)는 제1 부호(-1)로 할 것인지 아니면 제2 부호(1)로 할 것인지 정하지 않은 상태를 나타내기 위한 부호로서, 후술하는 바와 같이 배수 구역을 탐색할 시에 연접 관로에 의존하여 제1 부호 아니면 제2 부호로 변경 사용한다.In addition, about the horizontal line P4, P6, P9, P12 whose inclination code is "0", the 3rd code | symbol (-1/1) was similarly attached to the two elements by both nodes. The third code (-1/1) is a code for indicating a state in which the first code (-1) or the second code (1) is not determined. The first code or the second code may be used depending on the connecting pipe.

도 4는 표 5의 제1,2,3 부호를 도 3의 그래프에 표시한 것이되, 제1 부호를 '-', 제2 부호를 '+', 제3 부호를 '+/-'로 변경하여 표시함으로써, 보다 쉽게 이해할 수 있게 하였다.4 shows the first, second, and third codes of Table 5 in the graph of FIG. 3, wherein the first code is '-', the second code is '+', and the third code is '+/-'. By changing the display, it is easier to understand.

도 4를 참조하면, 상수도 관망을 따라 지나가며 부호를 순차적으로 만나게 되는 데, 절점을 지날 때에는 양측 관로에 의해 각각 부여된 부호를 연속하여 만나게 되며, 이때 만나는 부호에 따라 배수방향을 얻을 수 있다. 즉, 각 관로에서 중력 흐름에 의한 배수방향을 양 절점에 부여한 부호로 얻을 수 있고, 상수도 관망의 상류측 말단(J1) 및 하류측 말단(J4)을 제외한 모든 절점(J2~J3, J5~16)에도 상류측 관로와 하류측 관로에서 각각 하나씩 부여한 부호가 존재하므로, 절점에서의 배수방향도 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4, the water supply pipes sequentially meet the signs, and when passing through the nodes, the codes sequentially given by the two pipelines meet each other in succession, and a drainage direction may be obtained according to the signs. That is, it is possible to obtain the drainage direction by gravity flow at each node in each pipeline, and all nodes (J2 ~ J3, J5 ~ 16) except for the upstream end (J1) and the downstream end (J4) of the water supply network. ), There is a sign given to each of the upstream pipeline and the downstream pipeline, respectively, so that the drainage direction at the node can be obtained.

또한, 수평관로(P4, P6, P9, P12)는 제3 부호로 식별할 수 있으므로, 이어진 관로의 배수 방향을 따라 배수하도록 배수 방향을 정할 수 있다. 즉, 수평관로(P4, P6, P9, P12)의 배수 방향은 하기에서 설명하는 바와 같이 연접한 관로의 배수 방향을 나타내는 부호에 의존하여 정할 수 있다.In addition, since the horizontal lines P4, P6, P9, and P12 can be identified by the third code, the drainage direction can be determined to drain along the drainage direction of the subsequent pipe. That is, the drainage direction of the horizontal pipes P4, P6, P9, and P12 can be determined depending on the sign indicating the drainage direction of the connected pipe line as described below.

상기 배수절점 선정단계(S30)는 절점(J1~J16) 중에서 상수도 관망을 분담하여 배수할 수 있는 복수의 절점을 추출하여 배수절점으로 선정하고, 배수절점별로 배수할 수 있는 관로의 집합인 배수 구역도 함께 선정하는 단계로서, 상기한 배수방향 행렬에 근거하여 최적의 배수절점을 선정한다. The drainage node selection step (S30) is a drainage zone that is a set of pipelines that can be drained by selecting a plurality of nodes that can be drained by sharing the waterworks pipe network among the nodes (J1 ~ J16) As a step of selecting together, an optimal drainage node is selected based on the above drainage matrix.

본 발명의 실시 예에 따르면, 절점(J1~J16) 중에 배수절점으로 선택할 절점을 가이드한 후, 설계자가 배수절점을 선정하게 하며, 이를 위한 상기 배수절점 선정단계(S30)는 배수방향 행렬 구성단계(S31) 및 최소수/최대수 배수절점 추출단계(S32)를 선행하여 가이드한 후, 설계자의 입력에 의해 배수절점을 선정하고 선정한 배수절점에 의한 배수구역을 탐색하여 선정하는 배수절점/배수구역 선정단계(S33)를 배수범위 지표(IL)가 '1'이 될 때까지(S34) 반복하게 한다.According to an embodiment of the present invention, after guiding the nodes to be selected as drainage nodes among the nodes J1 to J16, the designer selects the drainage node, and the drainage node selection step (S30) for this is a drainage direction matrix constructing step. (S31) and the minimum / maximum number of drainage node extraction step (S32), and then guided by the drainage node and drainage node that selects the drainage node by inputting the designer and searches for the drainage area by the selected drainage node The selection step S33 is repeated until the drainage range index I L becomes '1' (S34).

여기서, 상기 배수방향 행렬 구성단계(S31)는 배수 구역을 절점별로 얻어서, 각각의 절점(J1~J16)으로 배수할 수 있는 관로(P1~P15)를 행렬로 표현하는 단계로서, 제1,2,3,4 규칙에 따라 절점별 배수 구역에 포함시킬 관로를 탐색한다.The step S31 of constructing the drainage direction matrix is a step of obtaining a drainage zone for each node and expressing the pipelines P1 to P15 capable of draining to the respective nodes J1 to J16 in a matrix. Exploring the pipelines to be included in the nodal drains according to rules 3 and 4

제1 규칙에 따르면, 절점(J1~J16)으로 배수할 수 있는 관로(P1~P15)는 절점에서 제1 부호(-1)를 부여한 관로 방향을 따라 관로를 탐색하여서, 부호가 교호적으로 바뀌는 절점까지의 관로를 해당 절점의 배수 구역에 포함시키는 방식으로 얻는다. According to the first rule, the pipelines P1 to P15 that can drain to the nodes J1 to J16 search for the pipeline along the pipeline direction to which the first code (-1) is assigned at the node, so that the codes alternately. The pipeline to the node is obtained by including it in the drainage area of the node.

제2 규칙에 따르면, 만약, 배수 구역에 포함시킬 관로를 탐색하는 중에, 수평 관로를 만나면, 수평 관로에 의해 부여된 제3 부호(-1/1)를 변경하되, 부호가 탐색방향을 따라 교호적으로 바뀌도록 제1 부호(-1) 아니면 제2 부호(1)로 변경하여, 수평 관로를 배수 구역에 포함되게 하고, 수평 관로 이후까지 탐색을 계속하게 한다.According to the second rule, if a horizontal pipeline is encountered while searching for a pipeline to be included in the drainage zone, the third code (-1/1) given by the horizontal pipeline is changed, but the code is changed along the search direction. Change to the first sign (-1) or the second sign (1) to change to arc, so that the horizontal pipeline is included in the drainage zone and the search continues until after the horizontal pipeline.

제3,4 규칙은 수평 관로의 절점으로 배수할 수 있는 배수 구역을 정할 시에 적용하는 규칙이다.The third and fourth rules are the rules to be applied when defining drainage areas capable of draining to the nodes of horizontal pipelines.

제3 규칙에 따르면, 수평 관로가 아닌 관로가 해당 절점에 연접한 경우이면, 해당 절점의 제3 부호를 연접한 관로에 의해 부여된 부호와 동일한 부호로 변경한 후 제1,2 규칙에 따라 관로를 탐색한다. 물론, 수평 관로의 나머지 절점은 반대의 부호를 부여한 후 관로를 탐색한다.According to the third rule, if a pipeline other than the horizontal pipeline is connected to the corresponding node, the third code of the node is changed to the same code as that given by the connected pipeline, and then according to the first and second rules. Navigate. Of course, the remaining nodes of the horizontal pipeline are given opposite signs and then searched for the pipeline.

제4 규칙에 따르면, 수평 관로의 절점에 다른 수평 관로가 연접한 경우이면, 즉, 수평 관로끼리 연결시키는 절점의 경우이면, 해당 절점에 제1 부호를 부여하고 나머지 하나의 절점은 제2 부호를 부여한 후, 제1,2 규칙에 따라 관로를 탐색한다.According to the fourth rule, when another horizontal line is connected to a node of a horizontal line, that is, in the case of a node connecting horizontal lines, a first code is given to the node and the other node represents a second code. After assigning, the pipeline is searched according to the first and second rules.

구체적인 탐색 과정의 예를 도 5를 참조하며 설명한다.An example of a specific search process will be described with reference to FIG. 5.

도 5는 도 4에서 탐색한 J2의 배수 구역 및 J11의 배수 구역을 예시적으로 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a drainage zone of J2 and a drainage zone of J11 illustrated in FIG. 4.

도 5를 참조하면, J2는 관로 P2 및 P3로부터 각각 제1 부호(-)를 부여받았으므로, 제1 규칙에 따라 관로 P2 방향인 상류측 탐색과 관로 P3 방향인 하류측 탐색이 모두 가능하다. 상류측 탐색에서는 제1 부호(-)와 제2 부호(+)가 절점 J1까지 교호적으로 나타나므로 제1 규칙에 따라 절점 J1까지 탐색한다. 하류측 탐색에서는 관로 P3 이후 수평 관로 P4를 만나므로, 관로 P3에서 관로 P4까지 제1 부호(-)와 제2 부호(+)가 교호적으로 나타나도록 관로 P4 양 절점 J6 및 J7의 제3 부호(-/+)를 제2 규칙에 따라 제1 부호(-) 아니면 제2 부호(+)로 변경한다. 절점 J7에서는 제2 부호(+)만 있으므로, 제1 규칙에 따라 절점 J7에서 탐색을 종료한다. 이에, J2의 배수 구역은 절점 J1에서 절점 J7까지이고, 관로 P1, P2, P3, P4를 포함한다.Referring to FIG. 5, since J2 has been assigned a first sign (-) from the pipe lines P2 and P3, respectively, both the upstream search in the pipe P2 direction and the downstream search in the pipe P3 direction are possible according to the first rule. In the upstream search, the first sign (-) and the second sign (+) appear alternately to the node J1, and thus the search is performed to the node J1 according to the first rule. In the downstream search, after the pipeline P3, the horizontal pipeline P4 is met, so that the first code (-) and the second code (+) alternately appear from the pipeline P3 to the pipeline P4 so that the third codes of the pipeline P4 nodes J6 and J7 alternately appear. Change (-/ +) to the first sign (-) or the second sign (+) according to the second rule. Since only the second sign (+) is present at the node J7, the search ends at the node J7 according to the first rule. Thus, the drainage zone of J2 is from node J1 to node J7, and includes pipelines P1, P2, P3, P4.

J11은 수평 관로 P9에 의해 제3 부호(-/+)를 부여받은 절점이므로, 제3 규칙에 따라 연접 관로 P10에 의해 부여된 제1 부호(-)와 동일한 부호로 변경하고, 나머지 절점 J10은 제1 부호(-)와 반대인 제2 부호(+)를 부여한다. 그리고, 제1 규칙에 따라 상류측 절점 J10까지 탐색하고 멈추며, 하류측 절점 J12까지 탐색하고 멈춘다. 이에, J11의 배수 구역은 관로 P9, P10을 포함한다.Since J11 is a node given with the third sign (-/ +) by the horizontal line P9, it is changed to the same sign as the first sign (-) given by the connecting line P10 according to the third rule, and the remaining nodes J10 are The second sign (+) opposite to the first sign (-) is given. Then, it searches and stops upstream node J10 and stops upstream node J12 according to the first rule. Accordingly, the drainage zone of J11 includes pipelines P9 and P10.

도 6은 제4 규칙을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4에 도시한 관로 P12의 중간에 절점 17을 추가하고, 관로 P16를 추가한 도면이다. FIG. 6 is a diagram for explaining the fourth rule, in which a node 17 is added to the middle of the pipeline P12 shown in FIG. 4, and the pipeline P16 is added.

도 6에서, 절점 17은 수평 관로 P12 및 수평 관로 P16가 연결된 절점이므로, 양 수평 관로 P12 및 P17에 의해 부여된 제3 부호(-/+)를 제4 규칙에 따라 각각 제1 절점(-)으로 변경하고, 양 수평 관로 P12 및 P17의 나머지 절점 J13 및 J14를 각각 제2 절점(+)으로 변경한다. 그리고, 절점 17에서 상류측 탐색 및 하류측 탐색을 실시하여서 절점 17의 배수 구역에 포함시킬 관로를 탐색한다.In Fig. 6, since node 17 is a node to which horizontal line P12 and horizontal line P16 are connected, the third node (-/ +) given by both horizontal line P12 and P17 is respectively the first node (-) according to the fourth rule. And change the remaining nodes J13 and J14 of both horizontal pipes P12 and P17 to second nodes (+), respectively. Then, at the node 17, an upstream search and a downstream search are performed to search for a conduit to be included in the drainage zone at the node 17.

이와 같은 절점별 배수 구역에 속하는 관로의 탐색 과정은 상기 표 5에 도시한 상대고도 행렬에서, 절점별도 기입한 원소 중에 제1 부호(-1)가 부여된 원소에서 시작하여 열방향 원소 탐색 및 횡방향 원소 탐색을 교호적으로 수행하되, 제1 부호(-1)와 제2 부호(1)가 교호적으로 나타나는 원소까지만 탐색하는 과정으로 프로그램화할 수 있다.The searching process of the pipeline belonging to the drainage zone for each node starts in the relative altitude matrix shown in Table 5, starting with the element assigned with the first sign (-1) among the elements written for each node, Alternatively, the direction element search may be performed alternately, and the program may be performed by searching only the element in which the first code (-1) and the second code (1) appear alternately.

상기한 탐색 과정에 의해서, 절점별로 배수 구역에 포함시킨 관로를 나타낸 배수방향 행렬을 아래의 표 6처럼 구성할 수 있다(S31). By the above-described search process, a drainage direction matrix representing a pipeline included in the drainage zone for each node may be configured as shown in Table 6 below (S31).

여기서, 원소 값 중에 '-1'은 상류측 관로이고, '1'은 하류측 관로를 의미한다.Here, '-1' is an upstream pipeline and '1' is a downstream pipeline among the element values.

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이와 같이 배수방향 행렬을 구성한 이후에는 상수도 관망 전체를 누락 없이 배수 구역으로 포함시킬 수 있는 최소수 배수절점과 절점 중에 배수밸브가 설치 가능한 최대수 배수절점을 추출한다(S32).After constructing the drainage matrix as described above, the maximum number of drainage nodes that can be installed in the drain valve is extracted among the minimum number of drainage nodes and nodes that can include the entire water supply network as a drainage zone without omission (S32).

최대수 배수절점은 1개 이상의 관로를 배수구역으로 갖는 절점만 추출하여 얻을 수 있다. 표 6에서의 최대수 배수절점은 J2, J3, J4, J5, J8, J11, J13, J14, J16이다.The maximum number of drainage nodes can be obtained by extracting only those nodes with at least one pipeline as drainage space. The maximum number of drainage nodes in Table 6 are J2, J3, J4, J5, J8, J11, J13, J14, J16.

최소수 배수절점을 얻기 위해서는, 관로의 집합으로 이루어지는 절점별 배수구역에 대해, 타 집합의 부분집합은 제외하고, 동일 집합에 대해서는 택일하여, 배수구역의 수를 줄이되, 수평 관로는 복수 배수구역에 속하는 것을 허용한다. To obtain the minimum number of drainage nodes, for node-specific drainage areas consisting of a set of conduits, alternatively for the same set except for a subset of the other sets, reduce the number of drainage areas, but the horizontal conduits Allow to belong

이에, 수평 관로를 교집합의 원소로 갖는 최소수의 배수구역을 얻을 수 있고, 상기 배수방향 행렬에서 최소수 배수구역에 대응되는 절점을 최소수 배수절점으로 선정할 수 있다. Accordingly, the minimum number of drainage zones having the horizontal pipeline as elements of the intersection can be obtained, and the nodes corresponding to the minimum number of drainage zones in the drainage direction matrix can be selected as the minimum number of drainage nodes.

표 6의 배수방향 행렬을 참조하며 설명하면, 최대수 배수절점 J2, J3, J4, J5, J8, J11, J13, J14, J16 중에, J5는 J2에 의해 제외되고, J8, J11은 J3에 의해 제외되고, J16은 J4에 의해 제외되고, J13, J14은 동일한 배수구역에 의해서 어느 하나만 택일하게 되므로, J2, J3, J4와 J11, J13 중에 택일한 1개만 남는다.When referring to the drainage matrix of Table 6, the maximum number of drainage nodes J2, J3, J4, J5, J8, J11, J13, J14, and J16, J5 is excluded by J2, and J8 and J11 by J3. J16 is excluded by J4, and J13 and J14 are selected by either of the same drainage zones, so only one of J2, J3, J4, J11, and J13 remains.

도 7은 추출하여 얻은 4개의 최소수 배수절점(J2, J3, J4, J11 or J13) 및 그에 따른 4개의 배수구역(D1, D2, D3, D4)을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating four minimum number drainage nodes J2, J3, J4, J11 or J13 and four drainage zones D1, D2, D3, and D4 thus obtained.

도 7을 참조하면, 관로 P4는 수평 관로이므로 J2의 배수구역 D1와 J3의 배수구역 D2에 공통으로 포함된다. 한편, 하류측 말단의 절점 J4는 통상적으로 저류지를 의미하므로, 실제로는 배수밸브를 설치하지 아니하고, 그 저류지를 배수절점으로 간주하게 된다. Referring to FIG. 7, since the pipeline P4 is a horizontal pipeline, the pipeline P4 is commonly included in the drain zone D1 of J2 and the drain zone D2 of J3. On the other hand, since the node J4 at the downstream end usually means a reservoir, it is not actually provided with a drain valve, and the reservoir is regarded as a drainage node.

이와 같이 얻은 최소수 배수절점 및 최대수 배수절점은 출력부(60)를 통해 출력하여 설계자에게 보여준다.The minimum number of drainage nodes and the maximum number of drainage nodes thus obtained are output to the designer through the output unit 60.

그리고, 설계자가 최소수 배수절점 및 최대수 배수절점을 참조하고 선택한 절점을 배수절점으로 입력받고, 입력받은 배수절점에 의한 배수구역을 선정하며(S33), 배수구역이 배수범위 지표(IL)가 '1'이어야 한다는 조건을 충족하는지 검증하며(S34), 이때, 배수범위 지표(IL)에 따른 조건을 충족하지 아니하면, 배수절점을 재입력하게 안내한다. 이와 같은 과정을 반복함으로써, 배수범위 지표(IL)에 따른 조건을 충족하는 배수절점 및 배수구역을 선정한다.Then, the designer refers to the minimum number of drainage nodes and the maximum number of drainage nodes, receives the selected node as the drainage node, selects the drainage area by the input drainage node (S33), and the drainage area is the drainage range index (I L ). (S34), and if the condition according to the drainage range index I L is not satisfied, the guide to re-enter the drainage node. By repeating this process, drainage nodes and drainage areas are selected that meet the conditions according to the drainage range index I L.

즉, 최소수 배수절점은 배수범위 지표(IL)에 따른 조건을 충족하지만, 실제 상수도 관망을 절점을 선정하여 모델링하더라도 배수밸브를 설치 또는 운영하기 어렵거나 설치할 수 없는 절점이 있을 수 있다. 이는 상수도 관망에서 배수한 원수를 처리하여야 하는데, 배수한 원수를 처리할 곳은 제한되기 때문이다. 이에, 설계자가 최소수 배수절점 및 최대수 배수절점을 참조하여, 배수밸브를 설치할 수 있는 배수절점을 직접 선정하게 하되, 상기 수학식 1의 배수범위 지표의 값에 따라 배수구역에서 누락된 관로의 유무를 판별하며, 배수절점을 직접 선정하게 하는 것이다.That is, the minimum water drainage node satisfies the condition according to the drainage range index I L , but there may be a node that may be difficult or impossible to install or operate the drain valve even if the model is selected and modeled by the actual water supply network. This should treat the raw water drained from the water supply network, since the place where the drained raw water is treated is limited. Therefore, the designer directly selects a drainage node for installing a drain valve by referring to the minimum drainage node and the maximum drainage node, and according to the value of the drainage range index of Equation 1, It is to determine the presence and absence of drainage node.

설계자의 편의를 도모하기 위해서는, 설계자에 의해 선택받은 배수절점의 배수구역을 표 6의 배수방향 행렬로 얻거나 아니면 표 5의 상대고도 행렬에서 탐색하여 얻은 후, 배수구역에 포함되지 않는 누락된 관로가 존재하면, 누락된 관로를 배수할 수 있는 절점을 출력부에 출력하여 안내하는 것이 바람직하다. For the convenience of the designer, the drainage zone of the drainage node selected by the designer is obtained by the drainage matrix of Table 6 or by searching in the relative altitude matrix of Table 5, and then the missing conduit not included in the drainage zone. If is present, it is preferable to output and guide the node that can drain the missing pipe.

그렇지만, 모든 절점이 배수절점으로 선정하기에 적합하거나, 아니면, 배수절점으로 적합한 절점을 미리 지정하여 두고 지정된 절점 내에서만 상기 최소수 배수절점을 추출하게 한다면, 설계자로부터 선택받을 필요없이 추출한 최소수 배수절점을 배수절점으로 선정할 수도 있다. However, if all nodes are suitable to be selected as drainage nodes, or if the nodes that are suitable as drainage nodes are specified in advance and the minimum drainage nodes are extracted only within the designated nodes, the minimum number of drains extracted without the designer's selection The node may be selected as a drainage node.

물론, 상기 배수절점/배수구역 선정단계(S33)는 최소수 배수절점을 배수절점으로 선정하고, 그에 따라 배수구역도 선정하더라도, 설계자 입력에 의해 배수절점을 추가하게 하여 배수구역을 수정하게 하여도 좋다.Of course, in the drainage node / drainage zone selection step (S33), the drainage node may be selected as the drainage node, and the drainage zone may be selected accordingly, but the drainage node may be added by a designer input to modify the drainage zone. .

또한, 최소수 배수절점으로 선정된 배수절점 중에 수평 관로의 절점은 수평관로의 양 절점 중에 택일하여야 하므로, 상기 배수절점/배수구역 선정단계(S33)에서 설계자에 의해 택일하게 하여도 좋다.In addition, the nodes of the horizontal pipeline among the drainage nodes selected as the minimum number of drainage nodes should be alternatively selected from both nodes of the horizontal pipeline, and may be selected by the designer in the drainage node / drainage zone selection step (S33).

한편, 상기 배수절점/배수구역 선정단계(S33)는 설계자가 관로 상의 일 지점을 배수절점으로 선택하여 입력하는 것을 허용할 수도 있다. On the other hand, the drainage node / drainage zone selection step (S33) may allow the designer to select and input a point on the pipeline as a drainage node.

즉, 상기 관망 데이터 입력단계(S10)에서 입력한 절점에 한정하여 배수절점을 선택 입력하는 것이 아니라, 관로를 분할하여 분할 지점을 배수절점으로 선택 입력하게 한다. 이 경우, 절점이 추가되므로, 관망 분석부(10)는 Node-Arc 행렬 및 상대고도 행렬에 추가 절점이 반영되도록 수정하고, 배수밸브 위치 선정부(20)도 배수방향 행렬을 수정한다.That is, instead of selecting and inputting the drainage node only to the node input in the pipe network data input step (S10), the pipeline splits the channel so that the splitting point is selected as the drainage node. In this case, since the nodes are added, the pipe network analyzer 10 modifies the additional nodes in the Node-Arc matrix and the relative altitude matrix, and the drain valve position selector 20 also modifies the drain direction matrix.

도 8은 도 7에 표시된 수평관로(P12)를 분할하는 배수절점(J17)을 추가한 그래프이다.FIG. 8 is a graph in which a drainage node J17 dividing the horizontal pipe P12 shown in FIG. 7 is added.

도 6에 예시한 바와 같이 수평 관로는 양 절점을 통해 배수하는 것보다는 중간에서 배수하는 것이 배수시간을 단축할 수 있으므로, 도 7에 도시한 수평관로(P12)를 도 8에 도시한 바와 같이 2개의 관로(P12, P16)로 분할하여 절점(J17)을 신설한 후, 신설한 절점(J17)을 배수절점으로 선정하는 것이 바람직하다. 물론, 설계자에 의해 신설한 절점을 배수절점으로 입력받는 경우라도, 신설한 절점을 추가하여 수정한 배수방향 행렬에 따라 배수구역을 선정하고, 배수범위 지표(IL)에 따른 조건을 충족하는지 검증한다.As illustrated in FIG. 6, since draining in the middle may shorten the drainage time rather than draining through both nodes, the horizontal pipeline P12 shown in FIG. It is preferable to divide the new pipe | tubes P12 and P16 into new nodes J17, and to select new node J17 as a drainage node. Of course, even if a new node is inputted by the designer as a drainage node, the drainage zone is selected according to the modified drainage matrix by adding the new node and verified whether the condition according to the drainage range index I L is satisfied. do.

이상에서 설명한 상기 배수절점 선정단계(S30)는 배수범위 지표(IL)에 따른 조건을 충족하도록 배수절점 및 배수구역을 선정하게 되면, 종료하고, 다음 단계인 배수절점 수정단계(S40)로 넘어간다.The drainage node selection step (S30) described above is terminated when the drainage node and the drainage zone is selected to meet the conditions according to the drainage range indicator (I L ), and then proceeds to the drainage node correction step (S40). Goes.

상기 배수절점 수정단계(S40)는 상기 배수절점 선정단계(S30)에서 선정한 배수절점별 배수 구역의 배수시간을 산정하여, 산정한 배수시간의 크기에 따라 배수구역을 선택한 후, 선택한 배수 구역을 분할할 배수절점을 추가할 수 있게 한 단계이다. The drainage node correcting step (S40) calculates the drainage time of the drainage zone for each drainage node selected in the drainage node selection step (S30), selects the drainage area according to the calculated drainage time, and divides the selected drainage area. This step allows you to add drainage nodes.

본 발명의 실시 예에서는 배수 구역 중에 배수시간 지표(IT)가 '1'을 초과하는 배수 구역이 존재할 시에만 설계자에 의해 선택적으로 배수절점을 추가하게 하며, 이를 위해서, 배수 구역별 배수시간을 산정하는 배수시간 산정단계(S41), 산정한 배수 구역별 배수시간을 적용하여 배수 구역별 배수시간 지표(IT)를 산정한 후 배수 구역별 배수시간 지표(IT)가 모두 '1' 이하이면 다음 단계인 제수밸브 위치 선정단계(S50)로 넘어가고, '1' 을 초과하는 배수구역이 하나라도 존재하면 설계자에게 배수절점을 추가할 수 있게(S43) 하는 배수시간 검증 단계(S42)를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the drainage node may be selectively added by the designer only when there is a drainage zone whose drainage time index I T exceeds '1' in the drainage zone. After calculating the drainage time calculation step (S41) to calculate the drainage time for each drainage zone, the drainage time index for each drainage zone (I T ) is calculated, and the drainage time index for each drainage zone (I T ) is all less than or equal to '1'. If so, the flow proceeds to the next step of the dilution valve positioning step (S50), and if there is any drainage area exceeding '1', the drainage time verification step (S42) enables the designer to add a drainage node (S43). Include.

상기 배수시간 산정단계(S41)는 관로별 배수시간을 후술하는 개산 배수시간 산정 방법에 따라 산정하여, 배수구역별로 합산한다. 수평 관로의 경우에, 배수 방향에 따라 배수 시간이 달라지므로, 배수 방향별로 산정하여야 한다.The drainage time calculating step (S41) is calculated according to the estimated drainage time calculation method described later to the drainage time for each pipeline, and summed for each drainage zone. In the case of horizontal pipelines, the drainage time varies depending on the drainage direction.

여기서, 개산 배수시간 산정 방법을 적용하고, 관로별로 배수시간을 산정하여 적용하는 이유는 제수밸브를 선정하기 이전 배수밸브를 선정하는 단계이기 때문이다. 즉, 실제 검토할 배수시간은 제수밸브를 선정한 이후에 산정할 수 있기 때문이다. 또한, 배수구역별 배수시간을 정확하게 산정하더라도 배수밸브를 설치할 수 있는 곳이 제한적이어서, 실무적으로는 배수밸브만으로 배수시간 지표(IT)를 '1'이하로 낮추기 어려울 수도 있기 때문이다. Here, the estimated drainage time calculation method is applied and the drainage time is calculated and applied to each pipeline because the drainage valve is selected before the distillation valve is selected. In other words, the drainage time to be examined can be calculated after the distillation valve is selected. In addition, even if the drainage time is accurately calculated for each drainage area is limited where the drain valve can be installed, in practice, it may be difficult to lower the drainage time indicator (I T ) to less than '1' only the drain valve.

이에, 현 단계에서는 계산량이 적은 방법으로 배수시간을 얻어, 배수밸브를 추가할 위치를 선정하고, 이후의 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 정확한 배수시간을 산정하여 배수시간 지표(IT)에 따른 조건을 충족시킬 제수밸브를 선정하는 것이다.Therefore, in the present step, the drainage time is obtained by using a method that has a small amount of calculation, the position to add the drain valve is selected, and the correct drainage time is calculated in the subsequent distillation valve position selection step (S50) to the drainage time index I T. The dilution valve is selected to meet the requirements.

예시적으로, 상기 도 8을 참조하여 배수구역(D1)의 배수시간을 얻는 과정을 설명한다. For example, a process of obtaining a drainage time of the drainage area D1 will be described with reference to FIG. 8.

우선, 배수구역(D1)에 속한 각각의 관로(P1, P2, P3, P4)에 대해, 배수구역(D1)의 배수절점(J2)으로 배수하는 소요되는 시간을 개산 배수시간 산정 방법에 따라 산정한다. 예를 들어 관로 P1의 배수시간은 수위를 절점 J1에서 절점 J5까지 낮추는 데 소요되는 시간이고, 관로 P2의 배수시간은 수위를 절점 J5에서 절점 J2까지 낮추는 데 소요되는 시간이다.First, for each of the pipes P1, P2, P3, and P4 belonging to the drainage area D1, the time required for draining to the drainage node J2 of the drainage area D1 is calculated according to the estimated drainage time calculation method. do. For example, the drainage time of the pipeline P1 is the time taken to lower the water level from the node J1 to the node J5, and the drainage time of the pipeline P2 is the time required to lower the water level from the node J5 to the node J2.

다음으로, 관로(P1, P2, P3, P4) 별로 산정한 배수시간을 합산하여, 배수구역(D1) 전체를 배수절점(J2)으로 배수하는 데 소요되는 배수시간을 얻는다.Next, the drainage time calculated for each of the pipe lines P1, P2, P3, and P4 is added to obtain a drainage time for draining the entire drainage area D1 to the drainage node J2.

배수절점 J3의 배수구역 D2의 배수시간을 얻을 시에는 배수구역 D1과 겹치는 관로 P4가 존재한다. 이때에는 배수절점 J3로 배수하는 시간을 산정한다.When the drainage time of drainage zone D2 of drainage node J3 is obtained, there is a pipeline P4 overlapping drainage zone D1. At this time, the drainage time to the drainage node J3 is calculated.

이와 같은 방식으로 배수구역별 배수시간을 산정한 결과, 배수시간 지표(IT)를 충족하지 않는 배수구역이 1개라도 있으면, 해당 배수구역을 분할하는 배수절점을 추가하고, 분할한 배수구역별로 배수시간을 재산정하여(S41), 배수시간 지표(IT)를 충족하는지 재검증한다(S42). As a result of calculating the drainage time for each drainage zone in this way, if there is one drainage zone that does not meet the drainage time index (I T ), the drainage node for dividing the drainage zone is added and the drainage for each divided drainage zone Re-establish the time (S41), and re-verify whether it meets the drainage time index (I T ) (S42).

도 9는 배수절점을 추가한 그래프의 예로서, 배수절점 J3의 배수구역 D2 내에 배수절점 J18을 추가하여, 배수절점 J18의 배수구역 D5를 갖게 하였다.9 is an example of a graph in which a drainage node is added, and a drainage node J18 is added to the drainage area D2 of the drainage node J3 to have a drainage area D5 of the drainage node J18.

여기서, 추가하는 배수절점은 배수절점으로 선정되지 않은 절점 중에서 선택하거나, 또는 상기 도 9에 도시한 바와 같이 분할할 배수구역 내의 관로를 구획하는 방식으로 할 수 있다.Here, the additional drainage node may be selected from nodes that are not selected as drainage nodes, or may be divided into a manner of dividing a conduit in the drainage area to be divided as shown in FIG. 9.

한편, 배수시간 지표(IT)를 충족하지 않는 배수구역 모두를 분할하여 배수절점을 추가하는 것은 아니고, 배수절점를 설치할 수 있는 위치에만 추가하면 된다.On the other hand, it is not necessary to divide all of the drainage zones that do not meet the drainage time index I T and add drainage nodes, but only to add the drainage nodes.

즉, 설계자는 배수절점의 추가에 따른 배수시간 지표(IT)의 변동을 확인할 수 있으므로, 상수도 관망의 여건상 가능한 배수절점을 추가하여 배수구역별 배수시간을 낮출 수 있다.That is, the designer can check the variation of the drainage time index I T according to the addition of the drainage node, and thus, the drainage time for each drainage zone can be lowered by adding a drainage node that is possible in the water supply network.

설계의 편의를 위해서, 배수시간 지표(IT)를 충족하지 않는 배수구역에 대해서, 분할한 배수구역별 배수시간의 차이를 최소화할 수 있는 분할 위치를 얻어, 설계자에게 안내하여도 좋다.For the convenience of design, for a drainage zone that does not satisfy the drainage time index I T , a division position for minimizing the difference in drainage time for each divided drainage zone may be obtained and guided to the designer.

그렇지만, 배수밸브를 설치할 수 있는 절점을 사전에 설정하여 두고, 분할한 배수구역별 배수시간의 차이를 최소화할 수 있는 절점을 배수절점으로 선정하도록 프로그램화하면, 설계자 입력 없이 배수절점을 추가할 수 있다.However, if the node where the drain valve can be installed is set in advance and the node is programmed to select the drainage node to minimize the difference in drainage time for each divided drainage zone, the drainage node can be added without the designer input. .

상기에서 설명하지는 아니하였지만, 관로를 분할하여 배수절점을 추가하면, Node-Arc 행렬, 상대고도 행렬 및 배수방향 행렬에 추가 배수절점을 넣어 수정하고, 배수구역도 수정하여, 수정한 배수구역별 배수시간을 산정하여야 할 것이다.Although not described above, when the drainage node is added by dividing the pipeline, the additional drainage node is added to the Node-Arc matrix, the relative altitude matrix, and the drainage direction matrix, and the drainage area is also corrected. It should be estimated.

한편, 도 1의 순서도에 표시하지는 아니하였지만, 배수절점을 추가하지 아니하고, 상기 배수절점 선정단계(S30)에서 선정한 배수절점을 다른 절점으로 변경할 수도 있으며, 이 경우에는 배수절점/배수구역 선정단계(S33)로 넘어가서, 배수범위 지표(IL)를 만족하는지 검증받아야 할 것이다.On the other hand, although not shown in the flow chart of Figure 1, without adding a drainage node, the drainage node selected in the drainage node selection step (S30) may be changed to another node, in this case drainage node / drainage zone selection step ( Proceeding to S33), it may be verified whether the drainage range index I L is satisfied.

상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는 배수 구역을 세그먼트 분할할 제수밸브 위치를 선정하는 단계이다. The dilution valve position selecting step (S50) is a step of selecting a dilution valve position to segment the drainage zone.

세그먼트는 배수절점 선정단계(S30) 및 배수절점 수정단계(S40)에 의해 구획된 각각의 배수구역(D1~D5)를 제수밸브에 의해 격리할 수 있도록 분할하는 구간이다.The segment is a section for dividing each of the drainage zones D1 to D5 partitioned by the drainage node selection step S30 and the drainage node correction step S40 so as to be isolated by the distillation valve.

상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는 세그먼트별 배수시간을 기 설정된 상기 허용최대배수시간 이하로 제한하도록 제스밸브 위치를 선정하며, 본 발명의 실시 예에서는 세그먼트별 배수시간을 상기 수학식 3에 대입하여 얻은 아래의 수학식 6의 배수 균등화 지표(IU)가 '1'이 될 때까지 제수밸브 위치를 설계자가 입력하게 한다.The dividing valve position selection step (S50) selects the position of the Jess valve so as to limit the drainage time for each segment to less than the preset maximum drainage time, in the embodiment of the present invention is substituted for the drainage time for each segment in the equation (3) Allow the designer to input the dilution valve position until the drain equalization index (I U ) of Equation 6 obtained below is '1'.

Figure 112018065551847-pat00016
Figure 112018065551847-pat00016

여기서, Ltotal 은 상수도 관망의 총연장이고, Tmax 는 허용최대배수시간이고, Tj 는 아래 첨자 j로 구분되는 세그먼트의 배수시간이고, Lj 는 아래 첨자 j로 구분되는 세그먼트의 관로 연장이다.Where L total is the total extension of the water supply network, T max is the maximum allowable drainage time, T j is the drainage time of the segment separated by subscript j, and L j is the conduit extension of the segment separated by subscript j.

즉, 설계자가 제수밸브 위치를 입력하면(S51), 제수밸브에 의해 분할하여 얻는 세그먼트별 배수시간을 산정하고(S52), 세그먼트별 배수시간을 대입하여 배수 균등화 지표(IU)를 산정하여, 상수도 관망 전체에 대해 허용최대배수시간의 요건을 충족하지 판정하며, 요건을 충족할 때까지 제수밸브 위치를 반복하여 입력하게 한다.That is, when the designer inputs the dividing valve position (S51), the drainage time for each segment obtained by dividing by the dividing valve is calculated (S52), and the drainage equalization index (I U ) is calculated by substituting the drainage time for each segment. It is determined that the requirements of the maximum allowable drainage time for the entire water supply network are not met, and the dilution valve positions are repeatedly entered until the requirements are met.

여기서, 세그먼트별 배수시간은 격리할 세그먼트를 실제 배수할 시에 소요되는 시간의 추정치이므로, 상기 배수절점 수정단계(S40)에서 적용한 개산 배수시간 산정 방법이 아닌 마찰 손실 및 실제 배수할 시의 원수 흐름(또는 관망 내의 거동)을 반영한 정밀 배수시간 산정 방법을 적용한다.Here, since the drainage time for each segment is an estimate of the time taken to actually drain the segment to be isolated, the frictional loss and the raw water flow during the actual drainage, not the estimated drainage time calculation method applied in the drainage node correction step (S40). Apply precise drainage time estimation methods that reflect (or behavior within the network).

이에, 상기 배수절점 수정단계(S40)에서 배수구역의 배수시간 지표(IT)가 만족하여 현재 단계로 넘어오더라도 배수구역을 세그먼트로 간주하여 세그먼트의 배수시간을 정밀 배수시간 산정 방법에 따라 산정한 후 배수 균등화 지표(IU)가 '1'이 되는지 검증한다(S53). Therefore, even if the drainage time index I T of the drainage zone is satisfied in the step of correcting the drainage node (S40), the drainage time is regarded as a segment, and the drainage time of the segment is calculated according to the precision drainage time calculation method. After that, it is verified whether the drainage equalization index I U becomes '1' (S53).

그렇지만, 상기 배수절점 수정단계(S40)에서 배수구역의 배수시간 지표(IT)를 만족하지 아니한 상태로 현재 단계로 넘어오면, 제수밸브 위치를 선정하게 하여(S51), 배수구역을 제수밸브 위치에 따라 분할하여 세그먼트를 얻고, 세그먼트별 배수시간을 산정하여 배수 균등화 지표(IU)가 '1'이 되는지 검증한다(S53).However, when the drainage node correction step (S40) is not satisfied with the drainage time indicator (I T ) of the drainage zone and the current step is reached, the distillation valve position is selected (S51), and the drainage zone is located in the drainage valve position. The segment is obtained by dividing according to the method, and the drainage equalization index I U is calculated to be '1' by calculating the drainage time for each segment (S53).

어느 경우이든, 배수 균등화 지표(IU)가 '1'이 될 때까지 제수밸브 위치를 선정하게 한다. 물론 제수밸브 위치를 이동시켜서, 배수 균등화 지표(IU)가 '1'이 되게 할 수도 있다.In either case, let the distillation valve position be selected until the drain equalization index (I U ) becomes '1'. Of course, it is also possible to move the dividing valve position, so that the drain equalization index I U becomes '1'.

도 10은 선정한 제수밸브 위치(C1~C6)를 표시한 그래프이다.10 is a graph showing the selected dilution valve positions C1 to C6.

도 10의 그래프에 따르면, 6개의 제수밸브 위치(C1~C6)가 선정된 일부 배수구역(D1, D2, D5)이 복수의 세그먼트(S1~S7)로 분할되고, 제수밸브 위치가 선정되지 아니한 나머지 배수구역(D3, D4)는 그대로 세그먼트(S8, S9)로 되어서, 9개 세그먼트(S1~S9)가 존재한다. 즉, 세그먼트는 제수밸브에 의해서만 결정되는 것이 아니라 배수구역을 구획하는 절점의 표고에 따라서도 결정된다.According to the graph of FIG. 10, some of the drainage zones D1, D2, and D5 in which six water discharge valve positions C1 to C6 are selected are divided into a plurality of segments S1 to S7, and the water discharge valve position is not selected. The remaining drainage zones D3 and D4 remain as segments S8 and S9, and there are nine segments S1 to S9. That is, the segment is determined not only by the dividing valve but also by the elevation of the node that divides the drainage area.

그리고, 각각의 세그먼트 배수시간은 세그먼트 내의 원수를 배수하는 데 소요되는 시간으로서, 배수절점까지 경유하는 다른 세그먼트, 제수밸브 표고 등의 영향을 받으므로, 이를 고려하여 산정한다.In addition, each segment drainage time is a time taken to drain the raw water in the segment, and is affected by other segments passing through the drainage node, the dilution valve elevation, and the like, and is calculated based on this.

만약 도 10에 표시한 바와 같이 제수밸브 위치를 선정하여 배수 균등화 지표(IU)를 만족하면, 관로 사고가 어떤 세그먼트에서 발생하더라도 허용최대배수시간(Tmax) 내로 배수하여 격리할 수 있게 되므로, 선정한 제수밸브 위치를 확정하고, 다음 단계인 상기 밸브류 위치 출력단계(S60)로 넘어간다.If the dilution valve position is selected as shown in FIG. 10 and the drain equalization index I U is satisfied, even if a pipeline accident occurs in any segment, it is possible to drain and isolate it within the allowable maximum drainage time T max . The selected dividing valve position is determined, and the flow proceeds to the next step of the valve flow position output step S60.

상기 밸브류 위치 출력단계(S60)는 상기에서 선정한 배수절점 및 제수밸브 위치를 출력하여서, 배수범위 지표(IL) 및 배수 균등화 지표(IU)를 만족하는 최적의 배수밸브 위치 및 제수밸브 위치를 설계자에게 제공한다.The valve flow position output step (S60) outputs the drainage node and the dilution valve position selected above, so that the optimum drain valve position and the dilution valve position satisfying the drainage range indicator I L and the drainage equalization index I U. To the designer.

도 11은 본 발명의 변형 실시 예의 순서도로서, 배수절점 선정단계(S30)를 변형할 수 있음을 보여준다.11 is a flowchart illustrating a modified embodiment of the present invention, and shows that the drainage node selection step S30 may be modified.

도 11에 따르면, 배수절점 선정단계(S30)는 상대고도 행렬로부터 필수 배수절점을 선정하고(S31'), 필수 배수절점만으로 이루어진 배수방향 행렬을 구성하며(S32'), 이후, 배수방향 행렬을 분석하여 배수범위 지표(IL)를 만족하는지 검증하여(S33'), 배수범위 지표(IL)를 만족하지 아니하면, 배수범위 지표(IL)를 만족할 때까지 배수절점을 추가하게 한다(S34').According to FIG. 11, the drainage node selection step (S30) selects an essential drainage node from a relative altitude matrix (S31 '), constructs a drainage direction matrix consisting of only the essential drainage nodes (S32'), and then constructs a drainage direction matrix. By analyzing and verifying that the drainage range index I L is satisfied (S33 '), if the drainage range index I L is not satisfied, the drainage node is added until the drainage range index I L is satisfied ( S34 ').

여기서, 필수 배수절점은 양측 관로에 의해 각각 제1 부호(-1)를 부여받은 절점과, 상수도 관망의 말단으로서 제1 부호(-1)를 부여받은 절점이며, 표 5의 상대고도 행렬에서 추출하여 선정할 수 있다.Here, the essential drainage nodes are nodes each given a first sign (-1) by both side pipelines, and nodes assigned a first sign (-1) as an end of a water supply network, and extracted from the relative elevation matrix of Table 5. Can be selected.

제1 부호를 '-'로 표시한 상기 도 5를 참조하면, 제1 부호 '-'만 부여받은 절점 J2, J3을 필수 배수절점으로 선정하며, 아울러, 상류측 말단 절점 J1과 하류측 말단 절점 J4 중에 제1 부호 '-'를 부여받은 하류측 말단 절점 J4를 필수 배수절점에 포함시킨다. 이러한 필수 배수절점에 연결된 관로는 다른 절점으로 배수할 수 없으므로, 꼭 필요한 배수절점으로 선정하는 것이다. 물론, 하류측 말단 절점 J4는 통상적으로 저류지에 연결되므로, 실제로는 배수밸브를 설치하지 아니하여도 되는 필수 배수절점이 된다.Referring to FIG. 5 in which the first code is denoted by '-', nodes J2 and J3 given only the first code '-' are selected as essential drainage nodes, and the upstream end node J1 and the downstream end node are selected. In J4, the downstream end node J4, which is given the first sign '-', is included in the required drainage node. The pipeline connected to this essential drainage node cannot be drained to another node, so it is selected as a necessary drainage node. Of course, since the downstream end node J4 is usually connected to the reservoir, it is actually an essential drainage node that does not require the installation of a drain valve.

그리고, 필수 배수절점으로 배수할 수 있는 배수구간을 상대고도 행렬로 탐색함으로써, 필수 배수절점별 배수구역을 나타내는 배수방향 행렬을 아래의 표 7처럼 얻는다.Then, by searching the relative altitude matrix for the drainage section that can drain to the required drainage node, a drainage direction matrix representing the drainage area for each required drainage node is obtained as shown in Table 7 below.

Figure 112018065551847-pat00017
Figure 112018065551847-pat00017

표 7에 의하면, 관로별 원소 개수의 합(절점 개수)가 '0'인 관로 P11, P12, P13은 필수 배수절점의 배수구역에 속하지 아니하므로, 배수범위 지표(IL)를 산정하면 '1' 이하가 된다(S33').According to Table 7, the conduit P11 is the sum (node number) of the number of elements by pipeline '0', P12, P13 are you so not included in the drainage area of the required drainage nodes, calculate a multiple range of indicators (I L) '1 It becomes below (S33 ').

이러한 관로의 누락은 상기 도 5에 도시한 바와 같이 관로 P12가 수평 관로이기 때문이다.This omission of the pipe is because the pipe P12 is a horizontal pipe as shown in FIG. 5.

이에, 설계자는 배수구역에서 누락된 관로 P11, P12, P13를 확인하고, 배수할 수 있는 절점을 배수절점으로 입력함으로써(S34') 모든 관로를 배수구역에 포함시킬 수 있다. 물론, 배수절점의 추가에 따라 배수방향 행렬을 수정하여서, 배수절점을 연속 추가할 시에, 앞서 추가한 배수절점이 반영된 배수방향 행렬을 이용하여 후속의 배수절점을 추가하게 하여야 한다.Therefore, the designer can check all the pipelines P11, P12, P13 missing from the drainage area, and input all the drainage nodes as drainage nodes (S34 ') to include all the pipelines in the drainage area. Of course, when the drainage matrices are modified by adding the drainage nodes, when the drainage nodes are continuously added, the subsequent drainage nodes should be added using the drainage matrix reflecting the previously added drainage nodes.

한편, 하나의 수평 관로로 이루어진 구간이거나 아니면 2개 이상의 수평 관로가 이어진 구간에 대해, 양 끝단의 절점이 연결 관로에 의해 제1 부호를 부여받은 경우, 필수 배수절점으로 선정하는 규칙을 추가한다면, 수평 관로의 절점도 필수 배수절점으로 선정할 수 있다.On the other hand, for a section consisting of one horizontal pipeline or a section in which two or more horizontal pipelines are connected, if a node at both ends is given a first sign by a connecting pipeline, a rule for selecting a required drainage node is added. The horizontal pipeline nodes can also be selected as essential drainage nodes.

물론, 수평 관로는 관로 중간에 배수절점을 선정하는 것이 좋다.Of course, it is advisable to select drainage nodes in the middle of the pipeline.

여기서의 배수절점 추가는 배수범위 지표(IL)를 만족시키기 위한 것으로서, 배수절점 수정단계(S40)에서 배수시간 지표(IT)의 만족을 위해 추가하는 것과는 배수절점의 추가 목적이 다르다.The drainage node addition here is for satisfying the drainage range index I L , and the purpose of adding the drainage node is different from that for adding the drainage time index I T in the drainage node correction step S40.

이상에서 설명한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법에 따르면, 상수도 관망의 어느 부위에 관로 사고가 발생하더라도 사고 구간을 배수할 수 있도록 배수범위 지표로 평가하며 배수절점을 선정하고, 배수절점별 배수구역의 배수시간을 배수시간 지표로 평가하여, 배수시간을 줄이기 위해서 배수구역을 구획하는 배수절점을 추가하게 하며, 제수밸브에 의해 실제 격리할 수 있는 세그먼트별 배수시간을 허용최대배수시간 이내로 배수할 수 있도록 배수 균등화 지표로 평가하며 제수밸브 위치를 선정한다. According to the method for designing the layout of the valves for the water supply pipe network described above, the drainage range is selected by evaluating the drainage range index so that the accident section can be drained even if a pipeline accident occurs in any part of the water supply network. Evaluate the time as a drainage time indicator, add drainage nodes that divide the drainage area in order to reduce drainage time, and drainage so that the drainage time for each segment that can be actually isolated by the distillation valve can be drained within the maximum allowable drainage time. Evaluate with equalization index and select dilution valve position.

이에, 누락되지 아니하면 과도하지 아니하는 최적의 배수절점을 선정할 수 있고, 상수도 관망 전체에 대해 배수시간을 균등하게 할 수 있는 최적의 제수밸브 위치를 선정할 수 있다.Accordingly, if it is not omitted, it is possible to select the optimal drainage node that is not excessive, and to select the optimal distillation valve position to equalize the drainage time for the entire water supply network.

이하, 배수시간 산정 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, the drainage time calculation method is demonstrated.

<개산 배수시간 산정 방법><Calculation method of estimated drainage time>

먼저, 상기 배수절점 수정단계(S40)에 적용할 개산 배수시간 산정 방법에 대해서 설명한다.First, an estimated drainage time calculation method to be applied to the drainage node correcting step (S40) will be described.

도 12는 경사 i에 따른 수면 면적의 상이함을 보여주는 관로의 배수량 모식도이다.12 is a schematic diagram showing the amount of drainage in a pipeline showing the difference of the surface area according to the inclination i.

Bernoulli 정리에 의하면, 관로(1)에 채워진 원수가 오리피스(2)를 통해 중량 흐름으로 유출되는 유량 Q는 다음과 같이 유도된다.According to Bernoulli's theorem, the flow rate Q at which raw water filled in the conduit 1 flows out into the weight flow through the orifice 2 is derived as follows.

Figure 112018065551847-pat00018
Figure 112018065551847-pat00018

여기서, a는 배수절점에 조성하여 배수밸브에 의해 단속되게 할 오리피스(2)의 단면적이고, C는 오리피스(2)의 유출 유량계수이고, g는 중력가속도이고, h는 수심이다.Where a is the cross-section of the orifice 2 to be formed at the drainage node to be interrupted by the drain valve, C is the outflow flow coefficient of the orifice 2, g is gravity acceleration, and h is the depth of water.

그리고, 수면(3)의 표면적이 A일 때에, 배수 시간의 경과에 감소되는 유량 Q를 다음 식으로 표시할 수 있다.And when the surface area of the water surface 3 is A, the flow volume Q reduced over time of drainage time can be expressed by following Formula.

Figure 112018065551847-pat00019
Figure 112018065551847-pat00019

여기서, 수면(3)의 표면적 A는 수평 절개한 면의 관로 내 단면적이므로, 관로(1)의 경사 i와 관로(1)의 내 관경 D에 따라 다음과 같이 얻을 수 있다.Here, since the surface area A of the water surface 3 is the cross-sectional area in the pipeline of the horizontally cut surface, it can be obtained as follows according to the slope i of the pipeline 1 and the internal diameter D of the pipeline 1.

Figure 112018065551847-pat00020
Figure 112018065551847-pat00020

오리피스(2)의 단면적 a는 오리피스 직경 d에 의해서

Figure 112018065551847-pat00021
으로 표시된다.The cross-sectional area a of the orifice 2 is determined by the orifice diameter d
Figure 112018065551847-pat00021
Is displayed.

수학식 7의 유량과 수학식 8의 유량이 동일하다는 조건을 이용하고, 시간에 대한 항으로 정리하면 아래의 수학식 10을 얻을 수 있다.Using the condition that the flow rate in Equation 7 and the flow rate in Equation 8 are the same, and summed up in terms of time, Equation 10 below can be obtained.

Figure 112018065551847-pat00022
Figure 112018065551847-pat00022

수심을 h1 에서 h2 로 낮추기 위해서, 오리피스를 통해 배수하는 소요되는 시간 △t는 상기 수학식 10을 적분하여 다음과 같이 유도할 수 있다.In order to lower the depth from h 1 to h 2 , the time Δt required for draining through the orifice can be derived by integrating Equation 10 as follows.

Figure 112018065551847-pat00023
Figure 112018065551847-pat00023

또한, △t 후의 수심 h2 는 상기 수학식 11을 변형하여 다음과 같이 표현할 수 있다.Further, the depth h 2 after Δt can be expressed as follows by modifying Equation (11).

Figure 112018065551847-pat00024
Figure 112018065551847-pat00024

그런데, 오리피스를 통해 배수되는 유량은 수심 감소(또는 수위 감소)에 따라 줄어들고, 동일 수위차만큼 배수하는데 소요되는 시간은 유량 감소에 따라 길어지게 되어서, 감소시킬 수위차가 크면 클수록 상기 수학식 12는 오차가 커진다.However, the flow rate drained through the orifice decreases with decreasing depth (or level decrease), and the time required to drain by the same level difference becomes longer as the flow rate decreases. Becomes large.

이에, 미소한 유한개의 시간간격으로 나눈 각 시점마다 원수의 거동을 계산하되, 이전 시점의 원수 거동을 다음 시점의 원수 거동에 적용하는 시간적분(time integration)을 사용하였다. 시간적분은 음해적 시간적분(implict time intergration)과 양해적 시간적분(explicit time integration)으로 구분되는 데, 본 발명의 실시 예에서는 양해적 시간적분을 이용하였다.Thus, the behavior of the raw water was calculated at each time point divided by minute finite time intervals, but time integration was used to apply the raw water behavior from the previous time to the raw water behavior at the next time. Time integration is divided into implicit time intergration and explicit time integration. In an embodiment of the present invention, an understanding time integration is used.

도 13은 양해적 시간적분을 이용하여 배수시간을 산정하는 개산 배수시간 산정 방법의 순서도이다.13 is a flowchart of an estimated drainage time calculation method for calculating drainage time using an understanding time integration.

먼저, 표면적 A를 얻기 위한 관로 내부의 관경 D와 관로 경사 i, 오리피스의 특성 정보인 오리피스 단면적 a와 오리피스 유출 유량계수 C, 및 사전에 미리 정하여 둔 △t를 불러들인다(S100). First, the diameter D and the pipe inclination i of the pipe line to obtain the surface area A, the orifice cross-sectional area a and the orifice outflow flow coefficient C, which are characteristic information of the orifice, and Δt previously determined are called (S100).

여기서, 관경 D와 관로 경사 i는 표 1에서 표시한 바와 같이 관망 데이터 입력단계(S10)에서 입력받은 자료와 표 4에 보여준 바와 같이 관망 분석단계(S20)에서 얻은 자료로부터 불러들이면 된다. 오리피스 단면적 a와 오리피스 유출 유량계수 C는 배수밸브의 설치에 관련된 자료이고, △t는 양해적 시간적분을 위한 시간간격이므로, 예를 들어 관망 데이터 입력단계(S10)에서 미리 입력되게 하면 된다.Here, the pipe diameter D and the pipe slope i may be loaded from data received in the pipe network data input step S10 as shown in Table 1 and data obtained in the pipe network analysis step S20 as shown in Table 4. The orifice cross-sectional area a and the orifice outflow coefficient C are data related to the installation of the drain valve, and Δt is a time interval for understanding the time integration, so for example, the pipe network data input step S10 may be input in advance.

다음으로, 배수시간을 산정할 관로의 초기 수심 h 및 배수후 수심 hdrain 를 입력받는다(S110).Next, the initial depth h and the after- drain depth h drain of the pipeline to calculate the drain time are received (S110).

즉, 배수시간을 산정할 구간의 양단 표고를 표 2의 절점 표고에 근거하여 얻는다. 예를 들어, 배수절점 수정단계(S40)에서는 절점에 의해 구분되는 관로별 배수시간을 개산 배수시간 산정 방법으로 산정한 후 배수구간별로 합산하므로, 배수시간을 산정할 구간의 양 절점 중에 높은 절점의 표고와 오리피스 표고 사이의 표고차를 초기 수심 h로 입력받고, 낮은 절점의 표고와 오리피스 표고 사이의 표고차를 배수후 수심 hdrain 로 입력받는다. 다른 예로서, 배수밸브가 설치될 관로의 배수시간에 대해서는 높은 절점의 표고와 오리피스 표고 사이의 표고차를 초기 수심 h로 하고, 배수후 수심 hdrain 를 '0'을 할 수 있으나, 앞서 언급하였듯이 초기 수심의 5%~10% 범위 내로 낮춘 후 배수펌프로 강제 배수할 계획이라면, 초기 수심의 5%~10% 범위 내로 정한 수심을 배수후 수심 hdrain 으로 입력하도록 사전에 설정하여 두어야 한다.That is, the elevation of both ends of the section for which the drainage time is to be calculated is obtained based on the node elevation of Table 2. For example, in the drainage node correction step (S40), since the drainage time for each of the pipelines divided by the nodes is calculated by the estimated drainage time calculation method and then summed for each drainage section, the drainage time is calculated. The elevation difference between the elevation and the orifice elevation is entered as the initial depth h, and the elevation difference between the low node elevation and the orifice elevation is entered as the drain after the drain . As another example, for the drainage time of the pipeline where the drain valve is to be installed, the elevation difference between the high node elevation and the orifice elevation can be set to the initial depth h, and after draining, the depth h drain can be '0'. If you plan to forcibly drain with a drain pump after lowering it to within 5% to 10% of the depth, you should set it up in advance to enter a depth that is within 5% to 10% of the initial depth as the drain after drain .

이와 같이 자료를 입력받은 후, 배수시간 t를 '0'으로 초기화한다(S120).After receiving the data in this way, the drainage time t is initialized to '0' (S120).

그리고, 배수시간 t를 △t만큼 증가시킴과 동시에(S130) 수심 h를 업데이트하는(S140) 과정을 수심 h가 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때까지 반복한다(S150). In addition, the process of increasing the drainage time t by Δt (S130) and updating the depth h (S140) is repeated until the depth h becomes less than or equal to the depth h drain after the drainage (S150).

여기서, 수심 h는 상기 수학식 12에 따라

Figure 112018065551847-pat00025
를 산정하여 이전 수심에서 차감하여 얻는다.Here, the depth h is calculated according to Equation 12.
Figure 112018065551847-pat00025
It is calculated by subtracting from the previous depth.

업데이트한 수심 h가 배수후 수심 hdrain 이하일 때의 배수시간 t는 관로의 배수시간으로서 출력한다(S160).The drainage time t when the updated depth h is less than or equal to the depth h drain after the drainage is output as the drainage time of the pipeline (S160).

상기한 개산 배수시간 산정 방법은 배수시간 산정부(40)에 구현되어서, 배수밸브 위치 선정부(20)의 요청에 따른 관로의 배수시간을 산정하여 제공한다.The estimated drainage time calculation method is implemented in the drainage time calculation unit 40, and calculates and provides a drainage time of the conduit according to the request of the drain valve position selector 20.

<정밀 배수시간 산정 방법><Precision drainage time calculation method>

상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에 적용할 정밀 배수시간 산정 방법에 대해서 설명한다.A method for calculating a precise drainage time to be applied to the dividing valve position selection step S50 will be described.

도 14는 정밀 배수시간 산정 방법의 순서도이다.14 is a flowchart of a method for calculating a precise drainage time.

관로에서의 원수 거동은 관로의 마찰손실에 의한 영향을 받으므로, 중력 흐름에 의한 배수시간을 지연시킨다. 이에, 상기 수학식 7에서 마찰에 의한 마찰손실수두 hL 을 고려하면 다음과 같이 변형된다.Raw water behavior in the pipeline is affected by friction losses in the pipeline, thus delaying drainage time due to gravity flow. Thus, considering the friction loss head h L due to friction in Equation 7 is modified as follows.

Figure 112018065551847-pat00026
Figure 112018065551847-pat00026

마찰손실수두 hL 은 Manning의 평균유속공식 또는 Hazen-Wiliams의 평균유속공식으로 계산할 수 있는데, 일반적으로 대한민국에서 상수도 관에 적용할 시에는 Hazen-Wiliams의 평균유속공식을 이용하고, 운영관리에 있어서도 실험 등을 통하여 구한 Hazen-Wiliams 마찰손실계수 CHW 에 대한 정보를 가지고 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 Hazen-Wiliams의 평균유속공식을 이용한 다음의 산정식을 적용하엿다.The friction loss head h L can be calculated using the mean velocity formula of Manning or the mean velocity formula of Hazen-Wiliams.In general, when applying to water pipes in Korea, the mean velocity formula of Hazen-Wiliams is used. Since Hazen-Wiliams friction loss coefficient C HW obtained through experiments and the like has been obtained, the following equations using the mean velocity equation of Hazen-Wiliams were applied in the embodiment of the present invention.

Figure 112018065551847-pat00027
Figure 112018065551847-pat00027

여기서, D는 관로의 내 관경이다. L은 관로 중에 원수가 채워져 있는 충수 구간 길이로서, 배수함에 따라 줄어드는 값이 된다. Where D is the inner diameter of the conduit. L is the length of the appendiceal section in which the raw water is filled in the pipeline and decreases as it drains.

수학식 14를 수학식 13에 대입하면 아래의 수학식을 얻는다.Substituting Equation 14 into Equation 13 yields the following equation.

Figure 112018065551847-pat00028
Figure 112018065551847-pat00028

상기 수학식 15에서 유량 Q를 구하기 위한 비선형 방정식을 아래와 같이 유도하였다.A nonlinear equation for obtaining the flow rate Q in Equation 15 was derived as follows.

Figure 112018065551847-pat00029
Figure 112018065551847-pat00029

그리고, 유량 Q의 근사해를 구하기 위한 아래의 수학식을 Newton-Raphson 방법에 따라 표시하였다.And the following formula for calculating the approximate solution of the flow rate Q was expressed according to the Newton-Raphson method.

Figure 112018065551847-pat00030
Figure 112018065551847-pat00030

수학식 17에 따르면, 유량 Q의 초기 가정치를 우변에 대입하여 얻는 유량은 초기 가정치보다 오차를 줄인 해를 구할 수 있고, 이전에 구한 해를 우변에 대입하여 유량을 구하는 과정을 반복할수록 실제 해에 접근할 수 있다.According to Equation 17, the flow rate obtained by substituting the initial hypothesis of the flow rate Q on the right side can be obtained by reducing the error from the initial hypothesis value, and the actual solution is obtained by repeating the process of obtaining the flow rate by substituting the previously obtained solution on the right side. Can be accessed.

여기서, 도함수는 수학식 16으로부터 아래와 같이 유도된다.Here, the derivative is derived from Equation 16 as follows.

Figure 112018065551847-pat00031
Figure 112018065551847-pat00031

정리하면, 구하려는 유량 Q의 초기 해를 가정한 후, 이전의 해를 상기 수학식 17의 우변에 대입하여 좌변에 나타나는 다음의 해를 구하는 과정을 반복하면, 초기 해의 오차가 크더라도 반복 회수를 늘릴수록 오차를 줄인 수학식 16의 해를 구할 수 있다.In summary, after assuming an initial solution of the flow rate Q to be obtained, the process of calculating the next solution appearing on the left side by substituting the previous solution into the right side of Equation 17 above is repeated, even if the error of the initial solution is large. As the number increases, the solution of Equation 16, which reduces the error, can be obtained.

한편, 마찰손실수두 hL 를 표현한 수학식 14를 살펴보면, 마찰손실수두 hL 은 유량 Q, 충수 구간 길이 L, 관로의 특성에 따른 마찰손실계수 CHW 및 관경 D를 변수로 하는 함수로 표시된다.On the other hand, referring to equation (14) expresses the friction loss head h L, friction loss head h L is the flow rate Q, the appendix section length L, is shown a friction loss coefficient C HW and diameter D in accordance with the characteristics of the channel as a function of a variable, .

그리고, 수학식 14는 실험으로 모델링하여 상수의 값을 얻은 식이므로, 다른 관로의 실험 결과에 따라 수정할 수도 있고, 사용하는 평균유속공식에 따라 달라질 수도 있다.In addition, Equation 14 may be modified according to an experimental result of another pipeline, or may be changed according to an average velocity equation used because Equation 14 is obtained by modeling an experiment to obtain a constant value.

이에, 마찰손실수두 hL 를 표현한 수학식 14는 유량 Q, 원수가 채워진 부분만의 충수 구간 길이 L, 관로의 특성에 따른 마찰손실계수 CHW 및 관경 D를 변수로 하는 함수로서, 아래와 같이 일반화할 수 있다.Therefore, Equation 14, which represents the friction loss head h L, is a function of the flow rate Q, the appendage section length L of only the portion filled with raw water, and the friction loss coefficient C HW and the pipe diameter D according to the characteristics of the conduit. can do.

Figure 112018065551847-pat00032
Figure 112018065551847-pat00032

그리고, 수학식 16은 아래와 같이 일반화할 수 있다.Equation 16 can be generalized as follows.

Figure 112018065551847-pat00033
Figure 112018065551847-pat00033

또한, 수학식 18은 유량 Q에 대한 수학식 19의 도함수

Figure 112018065551847-pat00034
를 이용하여 In addition, Equation 18 is the derivative of Equation 19 with respect to the flow rate Q
Figure 112018065551847-pat00034
Using

Figure 112018065551847-pat00035
Figure 112018065551847-pat00035

상기 도 14는 상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 세그먼트별 배수시간을 수학식 17, 19, 20, 및 21을 이용하여 산정하는 정밀 배수시간 산정 방법의 순서도이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for calculating a precise drainage time using the equations 17, 19, 20, and 21 in the dividing valve position selection step S50.

상기 도 14에 따르면, 먼저, 관경 D, 관로 경사 i, 오리피스 단면적 a와 오리피스 유출 유량계수 C, 사전에 미리 정하여 둔 시간간격 △t, 및 관로의 마찰손실계수 CHW 를 불러들인다(S200). According to FIG. 14, first, a diameter D, a pipe slope i, an orifice cross-sectional area a and an orifice flow rate coefficient C, a predetermined time interval Δt, and a friction loss coefficient C HW of the pipe line are called (S200).

마찰손실계수 CHW 는 실험 등을 통해 얻은 값을 관망 데이터 입력단계(S10)에서 관로의 특성 정보에 포함시켜 입력받게 하고, 그 값을 불러들이면 된다.The friction loss coefficient C HW may be input by including the values obtained through experiments in the pipe network data input step (S10) by including them in the characteristic information of the pipe line, and importing the values.

다음으로, 배수시간을 산정할 세그먼트의 초기 수심 h, 배수후 수심 hdrain 및 충수 구간 길이 L을 입력받는다(S210).Next, the initial depth h of the segment for calculating the drainage time, the depth after drain h drain and the appended section length L are input (S210).

세그먼트를 제수밸브의 설치 위치에 따라 구획하므로, 세그먼트의 초기 수심 h, 배수후 수심 hdrain 및 충수 구간 길이 L은 제수밸브의 설치 위치 및 배수절점의 위치에 따라 결정될 수 있다. 또한, 앞서 언급하였듯이 배수밸브가 있는 세그먼트를 배수할 시에는 초기 수심의 5%~10% 범위 내로 배수후 수심 hdrain 을 입력하도록 사전에 설정하여 둘 수 있으며, 이 경우, 충수 구간 길이 L은 배수후 수심 hdrain 에 따라 수정하여야 한다.Since the segment is partitioned according to the installation position of the distillation valve, the initial depth h of the segment, the depth after drain h and the filling section length L can be determined according to the installation position of the distillation valve and the position of the drainage node. Also, as previously mentioned may be left to set in advance and then drained into, the 5% to 10% range of the initial depth of the water when to drain the segment with a drain valve so as to enter the depth of the water h drain, in this case, the appendix section length L is a multiple Afterwards it should be corrected according to the depth of the drain .

다음으로, 배수시간 t를 '0'으로 초기화한다(S220).Next, the drainage time t is initialized to '0' (S220).

그리고, 시간간격 △t 동안 유량 Q로 배수되는 배수량에 근거하여 수심 h 및 충수 구간 길이 L을 업데이트하는 과정을 반복하며 시간을 적산하되, 수심가 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때까지 반복한다. Then, the process of updating the depth h and the appended section length L is repeated based on the drainage drained to the flow rate Q during the time interval Δt, and the time is integrated, until the depth becomes less than the drain h drain after draining.

구체적으로, 수심 h와 충수 구간 길이 L에 따른 유량 Q를 획득하는 단계(S230)와, 배수시간 t를 미리 설정한 △t만큼 증가시켜 적산하는 단계(S231)와, △t 동안 유량 Q로 배수할 시의 배수량 △V를 산정하는 단계(S232)와, 수심 h 및 충수 구간 길이 L을 배수량 △V에 따라 감소한 수심 h 및 충수 구간 길이 L로 업데이트하는 단계(S233)로 이루어지는 일련의 과정을 수심 h가 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때까지 반복한다.Specifically, obtaining a flow rate Q according to the water depth h and the appendage section length L (S230), increasing the drainage time t by a predetermined Δt to integrate (S231), and draining the flow rate Q during Δt Determining the drainage amount ΔV at the time of dehydration (S232) and updating the depth h and the appendiceal section length L to the depth h and the appended section length L reduced according to the drainage ΔV (S233) h is repeated until less than a depth h drain after draining.

유량 Q는 △t간격으로 업데이트한 수심 h 및 충수 구간 길이 L를 수학식 20 및 수학식 21에 대입하고, 그 결과값을 수학식 17에 대입하여 산정하는 과정을 반복하는 뉴톤-랩슨법(Newton-Raphson's mothod)에 따라 얻는다. The flow rate Q is a Newton-Rapson method that repeats the process of calculating the depth h and the appendage section length L updated at Δt intervals in Equations 20 and 21, and calculating the result in Equation 17. Obtained according to Raphson's mothod.

뉴톤-랩슨법(Newton-Raphson's mothod)을 이용하기 위한 유량 Q의 초기 가정치는 예를 들어 수학식 13에서 마찰손실수두 hL 를 반영하지 아니한 값으로 할 수 있으며, 반복 횟수는 많을수록 정밀도가 좋지만, 반복 계산하여 얻는 유량 Q의 변화량이 미리 정한 임계값 이하일 시에 수렴한 것으로 판단하여 중단하는 방식으로 할 수 있다.The initial assumption of the flow rate Q for using the Newton-Raphson's method may be, for example, a value that does not reflect the friction loss head h L in Equation 13, and the more repeats, the better the accuracy. When the amount of change in the flow rate Q obtained by iterative calculation is equal to or less than a predetermined threshold value, it may be determined that the convergence is interrupted.

획득한 유량 Q에 따라 △t 동안 배수된 배수량은 △V=Q x △t로 산정할 수 있다. 또한, △t간격 동안의 배수량 △V에 따른 충수 구간 길이 L 및 수심 h의 감소량은 관경 D 및 경사 i에 따라 산정할 수 있으므로, 이전 충수 구간 길이 L 및 수심 h에서 감소량만큼 차감하면 된다. 여기서, 충수 구간 길이 L은 배수후 수심 hdrain 부터 수심 h까지의 관로 길이이다.According to the obtained flow rate Q, the drainage amount drained during Δt can be calculated as ΔV = Q x Δt. In addition, since the amount of reduction of the appendage section length L and the depth h according to the drainage amount ΔV during the interval Δt can be calculated according to the diameter D and the slope i, it may be subtracted by the amount of reduction from the previous appendix section length L and the depth h. Here, the appendage section length L is the length of the pipe from the depth h drain to the depth h after draining.

이와 같이, △t 간격으로 획득한 유량 Q에 의한 배수량 △V를 산정하여 수심 h 및 충수 구간 길이 L을 업데이트하면서 △t를 적산하여 얻는 배수시간은 수심 h가 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때의 값으로 출력된다(S240).Thus, △ t to calculate the displacement △ V by a flow rate Q obtained at the interval depth h and the drainage time obtained by appendix section length and update the L integrating the △ t is when the depth of the water h is less than the depth h drain after draining It is output as a value (S240).

이상에서 설명한 정밀 배수시간 산정 방법은 배수시간 산정부(40)에 구현되어서, 제수밸브 위치 선정부(30)에 의해 수행되는 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 세그먼트의 배수시간을 산정하는 데 이용된다.The precision drainage time calculation method described above is implemented in the drainage time calculation unit 40 and used to calculate the drainage time of the segment in the distillation valve positioning step S50 performed by the distillation valve positioning unit 30. do.

한편, 상기 도 10에 도시한 표고 그래프를 참조하면, 제수밸브 설치 위치에 따라 배수 특성이 다른 관로가 직렬 연결된 세그먼트 또는 병렬 연결된 세그먼트가 존재할 수 있으므로, 관로의 직렬 연결 및 병렬 연결에 따른 배수 특성을 마찰손실수두 hL (상기 수학식 19)에 반영하는 것이 좋다.Meanwhile, referring to the elevation graph shown in FIG. 10, since there may be a segment in which a pipe having a different drainage characteristic is connected in series or a segment connected in parallel according to the installation position of the dividing valve, the drainage characteristic according to the series connection and the parallel connection of the pipeline may be described. Friction loss head h L (Equation 19) is preferably reflected.

또한, 연접한 세그먼트를 통해 배수할 수 있어서 연접한 세그먼트를 직렬 연결한 세그먼트로 간주하여 배수 특성을 반영하여야 하는 세그먼트도 존재할 수 있고, 배수절점에서는 상하류 양방향의 원수를 배수하게 되어 상하류 양방향 수위차에 따른 배수특성을 고려해야 할 세그먼트도 존재할 수 있으며, 이러한 세그먼트의 배수시간은 직렬 연결 및 병렬 연결에 따른 배수 특성을 반영한 식에 의해서 얻을 수 있다.In addition, there may exist a segment that can drain through contiguous segments and reflect the drainage characteristics by considering the concatenated segments as a series connected segment. There may also be a segment to consider the drainage characteristics, and the drainage time of these segments can be obtained by the equation reflecting the drainage characteristics of the series and parallel connection.

<직렬 연결 관로의 배수><Drainage of the series connector>

도 15는 경사(i-1, i-2) 또는 관경이 상이한 2개 관로(1-1, 1-2)가 직렬 연결된 세그먼트를 예시한 도면이다.FIG. 15 illustrates a segment in which slopes i-1 and i-2 or two pipelines 1-1 and 1-2 having different diameters are connected in series.

상기 도 15에 도시한 세그먼트를 배수함에 따라 수심가 점차 낮아지고 충수 구간이 점차 짧아지는 데, 충수 구간이 2개 관로(1-1, 1-2)에 걸쳐져 형성되는냐 아니면 수위가 낮아져 하나의 관로(1-2)에만 형성되느냐에 따라 수면(2-1, 2-1)의 표면적이 달라지므로, 충수 구간이 걸쳐진 관로에 따라 배수량 산정식, 수심 산정식 및 충수 구간 길이 산정식을 다르게 하면 된다. 이러한 산정식은 공지의 수학식으로 얻을 수 있다.As the segment shown in FIG. 15 is drained, the depth of water gradually decreases and the appendiceal section gradually shortens. The appendiceal section is formed over two pipelines (1-1, 1-2) or the water level is lowered. Since the surface area of the water surface (2-1, 2-1) is different depending on whether it is formed only in (1-2), the drainage, depth, and appendiceal length equations may be different depending on the conduit line. . This equation can be obtained by a known equation.

그런데, 충수 구간이 2개 관로(1-1, 1-2)에 걸쳐져 형성되면, 2개 관로(1-1, 1-2)에 의한 마찰손실이 동시에 발생하므로, 이를 수학식 19에 반영하여야 한다.However, when the appendiceal section is formed over two pipelines (1-1, 1-2), friction loss by the two pipelines (1-1, 1-2) occurs at the same time, it should be reflected in the equation (19) do.

직렬 연결한 복수 관로의 마찰손실수두는 마찰손실이 동시에 발생하므로, 상기 수학식 19는 아래와 같이 수정할 수 있다.The friction loss heads of the multiple pipes connected in series generate friction loss at the same time, so that Equation 19 can be modified as follows.

Figure 112018065551847-pat00036
Figure 112018065551847-pat00036

여기서, i는 충수 구간에 직렬로 걸쳐진 관로의 순번이고, n 는 충수 구간에 직렬로 걸쳐진 관로의 개수이고, Li , Di , CHW,i 는 각각 i번째 관로의 충수 구간 길이, 관경, 마찰손실계수이다.Where i is the sequence number of conduits in series in the appendix, n is the number of conduits in series in the appendix, and L i , D i , C HW, i are the appendices length, diameter, Friction loss coefficient.

상기 수식 14로 표시한 마찰손실수두를 적용하면, 수학식 22는 아래와 같이 표시된다.When the friction loss head represented by Equation 14 is applied, Equation 22 is expressed as follows.

Figure 112018065551847-pat00037
Figure 112018065551847-pat00037

그리고, 수학식 23을 상기 수학식 20과 수학식 21에 대입하면 아래와 같이 정리된다.Substituting Equation 23 into Equation 20 and Equation 21 is summarized as follows.

Figure 112018065551847-pat00038
Figure 112018065551847-pat00038

Figure 112018065551847-pat00039
Figure 112018065551847-pat00039

<병렬 연결 관로의 배수><Multiple of parallel connectors>

도 16은 오리피스(2)를 설치한 배수절점이 있는 세그먼트를 예시한 도면으로서, 2개 관로(1-1, 1-2)가 병렬 연결되어, 2개 관로(1-1, 1-2)의 원수를 하나의 오리피스(2)를 통해 배수한다.FIG. 16 is a view illustrating a segment having a drainage node in which an orifice 2 is installed, and two pipelines 1-1 and 1-2 are connected in parallel, and two pipelines 1-1 and 1-2 are connected in parallel. The raw water of is drained through one orifice (2).

도시한 바와 같이, 제수밸브 위치에 따라 양측 관로(1-1, 1-2)의 초기 수심(h1, h2)이 다를 수 있다. 이 경우에는 수심가 깊은 관로(1-2)가 우선 배수되고, 양측 관로(1-1, 1-2)의 수심이 같아지면, 양측 관로(1-1, 1-2)가 동시에 배수되며, 적용할 마찰손실수두는 아래의 수학식으로 표현할 수 있다.As shown, the initial depths h 1 and h 2 of the two pipelines 1-1 and 1-2 may vary according to the position of the dividing valve. In this case, the deep pipe (1-2) is drained first, and if the depths of both pipes (1-1, 1-2) are the same, both pipes (1-1, 1-2) are drained at the same time. The friction loss head to be expressed by the following equation.

Figure 112018065551847-pat00040
Figure 112018065551847-pat00040

여기서, 양측 관로(1-1, 1-2)가 동시에 배수될 시에는, 양측 관로(1-1, 1-2)의 수심이 같아야 하므로, 마찰손실수두도 같다. 그렇지만, 배수 특성의 차이에 의해서, 양측 관로(1-1, 1-2)의 유량은 Q1 및 Q2 으로 표시한 바와 같이 상이할 수 있다.Here, when both side pipes (1-1, 1-2) are drained at the same time, since the depths of both side pipes (1-1, 1-2) must be the same, the friction loss head is also the same. However, due to the difference in drainage characteristics, the flow rates of the both side pipes 1-1 and 1-2 may be different as indicated by Q 1 and Q 2 .

또한, 수학식 14에 예시한 바와 같이 마찰손실수두의 산정식은 단항식으로 표시할 수 있으므로, 정리하여 아래의 관계식을 얻을 수 있다.In addition, as illustrated in Equation 14, the equation for calculating the friction loss head can be expressed as a unary expression, so that the following relation can be obtained.

Figure 112018065551847-pat00041
Figure 112018065551847-pat00041

여기서, R2/1 양측 관로 유량 간의 비례계수이되, 양측 관로의 충수 구간 길이, 관경 및 마찰손실계수에 의해 결정되는 계수이므로, 배수 중에 변동하는 충수 구간 길이를 대입하여 가변시켜야 한다.Here, it is a proportional coefficient between the flow rates of R 2/1 both pipelines, and is determined by the appended section length, pipe diameter and friction loss coefficient of both pipelines.

상기 수학식 14에 예시한 마찰손실수두의 산정식을 적용하면, 상기 R2/1 는 아래와 같이 표현된다.Applying the equation of friction loss head exemplified in Equation 14, R 2/1 is expressed as follows.

Figure 112018065551847-pat00042
Figure 112018065551847-pat00042

또한, 총 배수 유량은 양측 관로 유량의 합이므로 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.Further, since the total drain flow rate is the sum of the flow rates of both pipelines, the following equation can be obtained.

Figure 112018065551847-pat00043
Figure 112018065551847-pat00043

3개 이상의 관로가 병렬 연결되는 경우를 포함하도록 확장하여 표시하면, m개의 병렬 관로를 동시에 배수할 시의 총유량은 다음과 같다.To expand and include the case where three or more pipelines are connected in parallel, the total flow rate when draining m parallel pipelines simultaneously is as follows.

Figure 112018065551847-pat00044
Figure 112018065551847-pat00044

여기서, R1/1 =1이다.Here, R 1/1 = 1.

따라서, m개의 병렬 관로를 동시에 배수할 시에 적용할 마찰손실수두는 아래와 같이 표시된다. Therefore, the friction loss head to be applied when simultaneously draining m parallel pipes is expressed as follows.

Figure 112018065551847-pat00045
Figure 112018065551847-pat00045

즉, 마찰손실수두는 m개 관로 중에 어느 하나 관로의 마찰손실수두로 표시되므로, 그 관로의 유량을 총유량과의 관계식으로 나타내면 된다That is, since the friction loss head is expressed as the friction loss head of any one of m pipelines, the flow rate of the pipeline can be expressed by the relation with the total flow rate.

이를 수학식 20 및 수학식 21에 적용하면 다음과 같은 표시된다.If this is applied to equations (20) and (21), the following expressions are displayed.

Figure 112018065551847-pat00046
Figure 112018065551847-pat00046

상기 수학식 14에 예시한 마찰손실수두 산정식을 적용하면 수학식 32은 다음과 같이 표시된다.Applying the friction loss head calculation equation illustrated in Equation 14, Equation 32 is expressed as follows.

Figure 112018065551847-pat00047
Figure 112018065551847-pat00047

<직렬/병렬 연결 관로의 배수><Multiple of serial / parallel connectors>

배수절점으로 배수할 m개의 병렬 관로가 서로 다른 n1, n2, ..., nj , ..., nm 개의 직렬 관로로 이루어지고, 동시에 배수되는 경우를 설명한다.The case where m parallel pipes to be drained by the drainage node is composed of n 1 , n 2 , ..., n j , ..., n m series pipes, which are drained simultaneously.

이 경우는 수학식 22와 수학식 31에 의해서 마찰손실수두를 표현할 수 있다. 즉, 병렬 관로 중에 어느 하나의 관로(편의상 j=1 순번의 n1 개 직렬 관로)에 나타나는 마찰손실수두를 수학식 22로 표현하되, 수학식 31에 따라 다른 병렬 관로에 따른 영향을 반영한 유량을 대입하면 되며, 마찰손실수두과 수학식 17을 위한 f(Q) 및 f'(Q)는 다음과 같이 된다.In this case, the friction loss head can be expressed by the following equations (22) and (31). In other words, but representing the friction head loss may appear on any one of the channel (for convenience j = 1 n 1 in series pipeline in order) in the parallel duct to the equation (22), the flow rate that reflects the impact of the different parallel pipeline according to the expression 31 Substitute the friction loss head and f (Q) and f ' (Q) for Equation 17 as follows.

Figure 112018065551847-pat00048
Figure 112018065551847-pat00048

Figure 112018065551847-pat00049
Figure 112018065551847-pat00049

그리고, 비례계수 Rj /1 은 아래의 수학식 35로 표시된 관계식을

Figure 112018065551847-pat00050
로 정리하여 얻게 되는 식 또는 값이다.In addition, the proportional coefficient R j / 1 represents the relation expressed by Equation 35 below.
Figure 112018065551847-pat00050
The expression or value obtained by summarizing.

Figure 112018065551847-pat00051
Figure 112018065551847-pat00051

충수 구간 거리 L, 관경 D 및 마찰손실계수 CHW 의 아래첨자 'j,i'는 j 순번의 병렬 관로 중에 있는 직렬 관로 중 i 순번의 관로를 의미한다.The subscript 'j, i' in the appended section distance L, diameter D and friction loss coefficient C HW means the sequence i in the series in parallel sequence j.

수학식 14에 예시한 마찰손실수두 산정식을 적용하면, 아래의 식을 얻을 수 있다.By applying the friction loss head calculation equation illustrated in Equation 14, the following equation can be obtained.

Figure 112018065551847-pat00052
Figure 112018065551847-pat00052

Figure 112018065551847-pat00053
Figure 112018065551847-pat00053

정리하면, 상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는 배수에 따라 수심 h가 감소하여 변동하게 되는 유량 Q를 미리 설정한 시간간격 △t 마다 획득하여 업데이트할 시에, 방정식

Figure 112018065551847-pat00054
의 해로서 획득하여 업데이트하며, 본 발명의 실시 예에서는 수학식
Figure 112018065551847-pat00055
에 의해 유량 Q를 반복 업데이트하는 Newton-Raphson 방법에 따라 획득한다.In summary, the dividing valve position selection step (S50) is obtained by updating and obtaining a flow rate Q at which the water depth h decreases and changes at a predetermined time interval Δt according to the drainage.
Figure 112018065551847-pat00054
Obtained and updated as a solution, and in the embodiment of the present invention,
Figure 112018065551847-pat00055
Acquired according to the Newton-Raphson method of repeatedly updating the flow rate Q by

그런데, 오리피스를 조성하여 배수밸브를 설치하게 할 배수절점은 상류측 관로 및 하류측 관로를 동시 배수하는 경우가 대부분이며, 이 경우, 배수절점은 병렬 관로의 연결점이 된다. 또한, 실시 예 도면으로 보여주지는 아니하였지만, 상수관 관망이 중간에 분기될 수도 있어서, 3개 이상의 관로를 배수하게 할 배수절점도 존재할 수 있다. By the way, the drainage node which forms an orifice and installs a drainage valve is a common drainage of an upstream line and a downstream line, and in this case, a drainage node becomes a connection point of a parallel line. In addition, although not shown in the embodiment drawings, the water pipe network may be branched in the middle, there may also be a drainage node to drain three or more pipelines.

또한, 동일 배수절점을 통해 복수 세그먼트를 배수할 수 있게 되어 있는 경우도 존재할 수 있으므로, 하나의 세그먼트를 배수할 시에 다른 세그먼트를 경유하여 배수되는 경우도 있고, 다른 세그먼트도 부분적으로 배수하여야 하는 경우도 있다.In addition, there may be a case in which multiple segments can be drained through the same drainage node, so that when one segment is drained, it may be drained through another segment, and another segment must be drained partially. There is also.

도 10에 예시한 세그먼트(S1~S9)를 예로 들어 설명하면, 세그먼트 S1은 제수밸브 C1 위치를 초기 수심으로 하고 제수밸브 C2를 배수후 수심으로 하여야 하며, 이때의 수심은 배수절점 J2를 기준으로 한 수심으로 표현할 수 있다. 이러한 세그먼트 S1는 세그먼트 S2의 상류측 관로를 경유하여 배수하므로, 상류측 관로의 마찰손실이 반영되어야 하고, 절점 C2의 표고가 세그먼트 S2의 하류측 관로에 있는 절점 C3의 표고보다 낮으므로, 절점 C2까지 배수할 시에 세그먼트 S2의 하류측 관로 중 일부를 배수하게 된다.Referring to the segments S1 to S9 illustrated in FIG. 10 as an example, the segment S1 should have the initial position of the dividing valve C1 and the distillation valve C2 after draining, and the depth at this time is based on the drainage node J2. It can be expressed in one depth. Since this segment S1 drains via the upstream pipeline of segment S2, the frictional losses of the upstream pipeline should be reflected, and the elevation of node C2 is lower than that of node C3 in the downstream pipeline of segment S2, so that node C2 When draining up to a part of the downstream pipeline of the segment S2.

이에, 세그먼트 배수시간을 산정할 시에는 수심이 깊은 순서로 관로를 배수하는 것으로 하고, 수심을 낮아져 수심이 동일하게 된 관로는 병렬 관로로서 동시에 배수하는 것으로 하여, 배수시간을 산정한다. 그리고, 배수시간 산정을 위해 △t 간격으로 획득해야할 유량 Q는 △t 간격의 매 시점에서 배수될 수 있는 관로만 반영한 마찰손실수두

Figure 112018065551847-pat00056
를 사용한다. 즉, 초기 수심이 상이한 병렬 관로는 배수에 의해 수심이 낮아짐에 따라 배수될 수 있는 관로의 개수가 변동하므로, 마찰손실수두
Figure 112018065551847-pat00057
는 △t 간격의 매 시점마다 배수되는 관로만 선별하여 상기 수학식 34으로 얻는다.Therefore, when calculating the segment drainage time, it is assumed that the pipes are drained in the order of depth, and that the pipes having the same depth and the same depth are drained at the same time as the parallel pipes to calculate the draining time. In addition, the flow rate Q to be obtained at the interval Δt for calculating the drainage time is the friction loss head reflecting only the pipeline that can be drained at each time point of the interval Δt.
Figure 112018065551847-pat00056
Use That is, since the number of pipes that can be drained varies as the water depth is lowered by the drainage, the parallel pipes having different initial depths have a frictional loss head.
Figure 112018065551847-pat00057
Equation 34 selects only the conduits drained at each time point in the interval Δt.

이에, △t 간격으로 유량 Q을 산정하고, 산정한 유량 Q에 따라 변동하는 수심 h와 충수 구간 거리 L를 얻어서 다음 △t 후의 유량 Q를 산정하는 데 사용하는 방식으로 배수에 따른 수심 h의 변동을 모니터링하고, 시간을 누적하여 배수시간을 결정함에 있어서, 유량 Q를 산정하기 위해 적용할 마찰손실수두

Figure 112018065551847-pat00058
의 산정식은 배수되는 관로에 따라 중간에 바뀔 수 있다.Therefore, the flow rate Q is calculated at intervals of Δt, the depth h and the filling section distance L varying according to the calculated flow rate Q, and used to calculate the flow rate Q after the next Δt. Friction loss head to be applied to calculate the flow rate Q
Figure 112018065551847-pat00058
The equation for can be changed in the middle depending on the pipeline being drained.

상술한 관로 사고 대응을 위한 상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법은 컴퓨터가 판독할 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 프로그램으로 구현할 수 있다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해서 읽혀질 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 모든 종류의 기록장치를 포함하며, 예를 들어, ROM, RAM, CD-ROM, 광데이터 자장장치 등이 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에서 읽어들일 수 있게 한 저장 시스템도 포함항 수 있다.The above-described method for designing a water supply pipe network valve arrangement for a pipeline accident response can be implemented by a computer-readable program on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices capable of storing data that can be read by the computer, and include, for example, ROM, RAM, CD-ROM, optical data magnetic device, and the like. It can also include a storage system that can be read from a connected computer.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.Although illustrated and described in the specific embodiments to illustrate the technical spirit of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment as described above, within the limits that various modifications do not depart from the scope of the invention It can be carried out in. Therefore, such modifications should also be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims below.

C1~C6 : 제수밸브 위치 D1~D5 : 배수구역
J1~J18 : 절점(Node) P1~P17 : 관로(Pipe)
S1~S9 : 세그먼트
10 : 관망 분석부 20 : 배수밸브 위치 선정부
30 : 제수밸브 위치 선정부 40 : 배수시간 산정부
50 : 입력부 60 : 출력부
C1 ~ C6: Separation valve position D1 ~ D5: Drainage area
J1 ~ J18: Node P1 ~ P17: Pipe
S1 ~ S9: Segment
10: pipe network analysis unit 20: drain valve position selection unit
30: dividing valve position selection unit 40: drainage time calculation
50: input unit 60: output unit

Claims (23)

상수도 관망에 간격을 두며 정한 절점 및 절점 사이의 관로로 모델링한 상수도 관망 모델의 데이터 중에 관로별 특성, 관로별 길이, 및 절점별 표고를 포함하는 관망 데이터를 입력받는 관망 데이터 입력단계(S10);
각 관로에 대해서, 중력 흐름에 의한 배수방향을 양 절점의 표고차로부터 얻는 관망 분석단계(S20);
상수도 관망을 분담 배수할 수 있는 복수의 배수절점, 및 각 관로의 배수방향에 따라 배수절점별로 배수할 수 있는 관로의 집합인 배수 구역을 선정하는 배수절점 선정단계(S30);
배수 구역을 세그먼트 분할할 제수밸브 위치를 선정하되, 세그먼트별 배수시간을 기 설정된 허용최대배수시간 이하로 제한하도록 세그먼트별 배수시간을 산정 및 검증하며 제수밸브 위치를 선정하는 제수밸브 위치 선정단계(S50); 및
선정한 배수절점 및 제수밸브 위치를 출력하는 밸브류 위치 출력단계(S60);
를 포함하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
A network network data input step (S10) of receiving network network data including characteristics of pipes, lengths of pipes, and elevations of nodes among the data of a water supply pipe network model modeled as a pipeline between nodes determined at intervals in the water supply network;
For each pipeline, pipe network analysis step (S20) of obtaining the drainage direction by gravity flow from the elevation difference of both nodes;
A drainage node selection step (S30) of selecting a plurality of drainage nodes capable of sharing and draining the water supply pipe network, and a drainage area that is a set of pipelines capable of draining for each drainage node according to the drainage direction of each pipeline;
Select a dilution valve position to segment the drainage area, calculate and verify the drainage time by segment to limit the drainage time of each segment to less than the preset maximum drainage time, and select a dilution valve position to select a dilution valve position (S50). ); And
Valve type position output step (S60) for outputting the selected drainage node and the dilution valve position;
Containing
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 관망 분석단계(S20)는
양 절점의 표고차가 관경의 1/2 이하인 관로를 양방향 중력 흐름이 가능한 수평 관로로 정하고,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
수평 관로의 배수 방향을 수평 관로에 연접한 관로의 배수 방향에 의존하여 정하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The pipe network analysis step (S20)
Set the pipeline whose elevation difference between the two nodes is less than 1/2 of the diameter as a horizontal pipeline capable of bidirectional gravity flow,
The drainage node selection step (S30) is
The drainage direction of the horizontal pipeline is determined depending on the drainage direction of the pipeline connected to the horizontal pipeline.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 관망 분석단계(S20)는
각 관로의 양 절점 중에 상대적으로 낮은 표고의 절점에 제1 부호를 부여하고, 상대적으로 높은 표고의 절점에 제2 부호를 부여하여, 절점 양측에는 양측 관로에 의해 각각 부호가 부여되게 하고, 배수방향을 제1,2 부호로 얻게 하며,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
절점에서 제1 부호를 부여한 관로 방향을 따라 관로를 탐색하여 부호가 교호적으로 바뀌는 절점까지의 관로를 해당 절점의 배수 구역에 포함시키는 방식으로 배수 구역을 얻는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The pipe network analysis step (S20)
The first code is given to the nodes of the lower elevation among the nodes of each pipeline, and the second code is assigned to the nodes of the relatively high elevation, so that the two sides of the nodes are given the codes respectively. To get the first and second signs,
The drainage node selection step (S30) is
Obtaining the drainage zone by searching the pipeline along the direction of the pipeline to which the first sign is assigned at the node and including the pipeline up to the node whose sign changes alternately in the drainage zone of the node
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 3항에 있어서,
상기 관망 분석단계(S20)는
양방향 중력 흐름이 가능한 관로를 상기 관망 데이터에 의해 식별하여 수평 관로로 정하고, 양 절점에 제3 부호를 부여하며,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
배수 구역에 포함시킬 관로를 탐색하는 중에, 수평 관로를 만나는 경우, 수평 관로의 제3 부호를 부호가 교호적으로 바뀌도록 제1 부호 아니면 제2 부호로 변경하여 수평 관로를 배수 구역에 포함되게 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 3, wherein
The pipe network analysis step (S20)
Identify the pipelines capable of bi-directional gravity flow as the horizontal pipeline by identifying the pipeline network data, and give the third code to both nodes,
The drainage node selection step (S30) is
When searching for the pipeline to be included in the drainage zone, when encountering the horizontal pipeline, change the third code of the horizontal pipeline to the first or second code so that the sign alternates so that the horizontal pipeline is included in the drainage zone.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 4항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
수평 관로의 절점으로 배수할 수 있는 배수 구역을 얻을 시에는, 수평 관로가 아닌 관로가 연접한 경우, 제3 부호를 연접한 관로에 의해 부여된 부호와 동일한 부호로 변경하고, 수평 관로가 연접한 경우, 제3 부호를 제1 부호로 변경한 후, 배수 구역에 포함시킬 관로를 탐색하는 방식으로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 4, wherein
The drainage node selection step (S30) is
When obtaining a drainage area capable of draining to a horizontal pipeline node, if a pipeline other than the horizontal pipeline is connected, the third code is changed to the same code as that given by the pipeline and the horizontal pipeline is connected. In this case, after changing the third code to the first code, a way to search for the pipe to be included in the drainage zone
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 3항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
양측 관로에 의해 각각 제1 부호를 부여받은 절점과, 상수도 관망의 말단으로서 제1 부호를 부여받은 절점을 필수 배수절점으로 선정하고, 배수절점에 의한 배수 구역을 확인한 후 상수관 관망 중에 배수 구역에서 누락된 구역의 배수절점을 입력에 의해 추가하게 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 3, wherein
The drainage node selection step (S30) is
Select the nodes assigned with the first sign by the two pipelines and the nodes assigned with the first sign as the ends of the water supply network, and confirm the drainage area by the drainage node. Allows input by adding drain nodes of missing areas
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 6항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
하나의 수평 관로로 이루어진 구간이거나 아니면 2개 이상의 수평 관로가 이어진 구간에 대해, 양 끝단의 절점이 연결 관로에 의해 제1 부호를 부여받은 경우, 해당 구간 중의 절점을 필수 배수절점으로 추가하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 6,
The drainage node selection step (S30) is
For the section consisting of one horizontal pipeline or the section where two or more horizontal pipelines are connected, if the nodes at both ends are given the first sign by the connecting pipeline, the nodes in the corresponding section are added as required drainage nodes.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
관로의 집합으로 이루어지는 배수 구역을 각 절점별로 얻은 이후, 타 집합의 부분집합은 제외시키고, 동일 집합에 대해 택일하여 배수 구역을 선별하되, 양방향 중력 흐름이 가능한 수평 관로가 복수 배수 구역에 속하는 것을 허용하는 방식으로 배수 구역을 선별하고, 선별한 배수 구역에 대응되는 절점을 최소수 배수절점으로 선정하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The drainage node selection step (S30) is
After obtaining drainage zones consisting of a set of conduits for each node, exclude subsets of other sets, and select drainage zones for the same set, but allow horizontal pipelines with bidirectional gravity flow to belong to multiple drainage zones. To select the drainage zone and select the node corresponding to the selected drainage zone as the minimum number of drainage nodes.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 8항에 있어서,
최소수 배수절점을 선정한 이후, 입력에 의해 배수절점을 추가할 수 있게 한
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 8,
After selecting the minimum number of drain nodes, you can add drain nodes by input.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
배수절점을 입력받아 배수 구역을 정한 후 배수 구역에 포함되지 아니한 구역을 출력하는 과정을 모든 관로가 배수 구역에 포함될 때까지 반복하게 할 수 있는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The drainage node selection step (S30) is
It is possible to repeat the process of inputting the drainage node, defining the drainage area, and then outputting the area not included in the drainage area until all pipelines are included in the drainage area.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)의 이후 단계로서,
배수절점별 배수구역의 배수시간을 산정하여, 산정한 배수시간의 크기에 따라 배수구역을 선택한 후, 선택한 배수구역 내에 배수절점을 추가하여 배수구역을 분할하는 배수절점 수정단계(S40)를 포함하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
As a subsequent step of the drainage node selection step (S30),
Comprising the drainage time of the drainage zone for each drainage node, after selecting the drainage zone according to the size of the calculated drainage time, the drainage node modification step of dividing the drainage zone by adding the drainage node in the selected drainage zone (S40)
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 11항에 있어서,
상기 배수절점 수정단계(S40)는
배수구역의 관로별로 배수시간을 산정한 후 합산하여 배수절점별 배수구역의 배수시간을 얻는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 11,
The drainage node correction step (S40)
To calculate the drainage time of drainage area by drainage node
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 12항에 있어서,
상기 배수절점 수정단계(S40)는
'0'으로 초기화한 배수시간 t를 미리 설정한 △t만큼 적산시킴과 동시에 관로의 수심을
Figure 112018065551847-pat00059
만큼 차감하는 과정을 배수후 수심에 이를 때까지 반복하고, 최종 적산하여 얻는 배수시간 t를 관로의 배수시간으로 하며,
여기서, g는 중력가속도이고, h는 △t만큼 적산하기 이전의 수심이고, a는 배수할 오리피스의 단면적이고, C는 오리피스의 유출 유량계수이고, A는 관로 내의 수면 표면적으로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 12,
The drainage node correction step (S40)
The drainage time t initialized to '0' is accumulated by △ t.
Figure 112018065551847-pat00059
Repeat the process of subtracting the water until it reaches the depth after draining, and the drainage time t obtained by final integration is the drainage time of the pipeline.
Where g is the gravitational acceleration, h is the depth before integration by Δt, a is the cross-section of the orifice to be drained, C is the outflow flow coefficient of the orifice, and A is the surface surface area in the pipeline.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는
제수밸브 위치를 입력받아 세그먼트 분할하고, 세그먼트별 배수시간을 산정하는 일련의 과정을 상수도 관망 전체의 세그먼트가 허용최대배수시간 이하의 요건을 충족할 때까지 반복하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The dividing valve position selection step (S50) is
The process of dividing the segment by receiving the position of the dividing valve and calculating the drainage time for each segment is repeated until the segment of the whole water supply network meets the requirement of the maximum drainage time or less.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는
세그먼트별 배수시간을 산정하기 위해서 배수시간 t를 '0'으로 초기화한 이후, 배수절점의 오리피스를 기준으로 한 수심 h 및 충수 구간 거리 L에 따른 유량 Q를 획득하는 단계, 배수시간 t를 미리 설정한 시간간격 △t 만큼 적산시키는 단계, 및 △t 동안 유량 Q로 배수할 시의 배수량에 따라 수심 h와 충수 구간 거리 L을 업데이트하는 단계로 이루어진 일련의 과정을 세그먼트의 배수후 수심 hdrain 이하로 될 때까지 반복하고, 최종 적산하여 얻는 배수시간 t를 세그먼트 배수시간으로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The dividing valve position selection step (S50) is
In order to calculate the drainage time for each segment, the drainage time t is initialized to '0', and the flow rate Q according to the water depth h and the filling interval distance L based on the orifice of the drainage node is obtained, and the drainage time t is preset. A series of processes consisting of integrating by the time interval Δt and updating the depth h and the filling section distance L according to the drainage when draining to the flow rate Q during Δt is less than or equal to the depth h drain after draining the segment. Repeat until the final multiplication is performed.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 15항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 유량 Q는
방정식
Figure 112018065551847-pat00060

의 해로서 획득하며, 여기서, g는 중력가속도이고, a는 오리피스의 단면적이고, C는 오리피스의 유출 유량계수이고,
Figure 112018065551847-pat00061
은 유량 Q, 충수 구간 거리 L, 관경 D 및 마찰손실계수 CHW 를 변수로 하여 모델링한 마찰손실수두로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 15,
Flow rate Q in the dividing valve position selection step (S50)
equation
Figure 112018065551847-pat00060

Where g is the gravitational acceleration, a is the cross-section of the orifice, C is the outflow coefficient of the orifice,
Figure 112018065551847-pat00061
Is the friction loss head modeled using the flow rate Q, the filling distance distance L, the diameter D, and the friction loss coefficient C HW as variables.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 16항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서 유량 Q는
수학식
Figure 112018065551847-pat00062

에 의해 유량 Q를 반복 업데이트하는 Newton-Raphson 방법에 따라 획득하며, 여기서,
Figure 112018065551847-pat00063
Figure 112018065551847-pat00064
를 유량 Q에 대해 미분한 도함수로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 16,
Flow rate Q in the dividing valve position selection step (S50)
Equation
Figure 112018065551847-pat00062

Is obtained according to the Newton-Raphson method of repeatedly updating the flow rate Q, where
Figure 112018065551847-pat00063
silver
Figure 112018065551847-pat00064
Is the derivative of the flow rate Q
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 16항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는
동일 배수절점에 연결된 병렬 관로를 배수하게 되는 세그먼트에 대해서는, 수심 깊이의 순서로 관로를 배수하고, 수심이 동일하거나 배수에 의해 동일하게 된 관로는 동시에 배수하는 것으로 하며, △t 간격의 매 시점에서 배수될 수 있는 관로만 반영한 마찰손실수두
Figure 112018065551847-pat00065
를 상기 방정식에 적용하여 유량 Q를 획득하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 16,
The dividing valve position selection step (S50) is
For segments that drain parallel pipelines connected to the same drainage node, the pipelines should be drained in the order of depth depth, and the pipelines with the same depth or the same drainage should be drained at the same time. Friction loss head reflecting only pipe that can be drained
Figure 112018065551847-pat00065
To obtain the flow rate Q by applying
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 18항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서
병렬 관로의 동시 배수에 적용할 상기 마찰손실수두
Figure 112018065551847-pat00066

Figure 112018065551847-pat00067

이고,
Rj /1
Figure 112018065551847-pat00068

에 따라 얻는
Figure 112018065551847-pat00069
의 산정식으로 하며,
여기서, m은 병렬 관로의 개수이고, j는 병렬 관로의 순번이고, nj 는 j번째 병렬 관로를 구성하는 직렬 관로의 개수이고, i는 병렬 관로를 구성하는 직렬 관로의 순번이고,
Figure 112018065551847-pat00070
는 첨자 j로 구분한 j번째 병렬 관로의 유량 Q 와, 첨자 i 및 j로 구분한 j번째 병렬 관로의 i번째 직렬 관로의 충수 구간 거리 Lj,i , 관경 Dj,i , 및 마찰손실계수 CHW,j,i 를 적용한 마찰손실수두 산정식으로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 18,
In the dividing valve position selection step (S50)
The friction loss head to be applied to the simultaneous drainage of parallel pipelines
Figure 112018065551847-pat00066
silver
Figure 112018065551847-pat00067

ego,
R j / 1
Figure 112018065551847-pat00068

Obtained according to
Figure 112018065551847-pat00069
Is calculated by
Where m is the number of parallel conduits, j is the order of parallel conduits, n j is the number of serial conduits constituting the j-th parallel conduit, i is the order of the serial conduits constituting the parallel conduits,
Figure 112018065551847-pat00070
Is the flow rate Q of the j-th parallel pipeline divided by subscript j, and the filling interval distance L j, i , the diameter D j, i , and the friction loss coefficient of the i-th parallel pipeline of the j-th parallel pipeline divided by subscripts i and j Friction loss head equation using C HW, j, i
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 19항에 있어서,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)에서
Figure 112018065551847-pat00071

Figure 112018065551847-pat00072

이고, Rj /1
Figure 112018065551847-pat00073

으로 하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 19,
In the dividing valve position selection step (S50)
Figure 112018065551847-pat00071
silver
Figure 112018065551847-pat00072

R j / 1 is
Figure 112018065551847-pat00073

By
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항에 있어서,
상기 배수절점 선정단계(S30)는
상수도 관망의 총연장 Ltotal 및 아래 첨자 i로 구분한 관로 중에 선정한 배수 구역에 속한 관로 연장 Li 의 합으로 나타낸 배수범위 지표
Figure 112018065551847-pat00074

를 산정하여, 배수 구역에서 누락된 관로의 유무를 판별하고,
상기 제수밸브 위치 선정단계(S50)는
상수도 관망의 총연장 Ltotal , 허용최대배수시간 Tmax , 아래 첨자 j로 구분되는 세그먼트별 배수시간 Tj , 및 세그먼트별 관로 연장 Lj 로 나타낸 배수 균등화 지표
Figure 112018065551847-pat00075

를 산정하여, 상수도 관망 전체에 대해 허용최대배수시간의 요건을 충족하는지 판정하는
상수도 관망 밸브류 배치 설계 방법.
The method of claim 1,
The drainage node selection step (S30) is
Drainage range indicator expressed as the sum of pipeline extension L i belonging to the drainage zone selected from the pipelines divided by total length L total and subscript i of the water supply network.
Figure 112018065551847-pat00074

To determine whether there is a missing pipeline in the drainage area,
The dividing valve position selection step (S50) is
Drain equalization index expressed by total length L total , maximum allowable drainage time T max , drainage time T j by segment subdivided by subscript j , and pipeline extension L j by segment
Figure 112018065551847-pat00075

To determine whether the maximum water drainage time for the entire water supply network is met.
Water Supply Pipeline Valve Layout Design Method.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.22. A computer-readable recording medium having stored thereon a program for implementing the method of any one of claims 1 to 21. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.A computer program stored on a computer-readable recording medium for carrying out the method of any one of claims 1 to 21.
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