KR20040072277A - 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법 - Google Patents

하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법 Download PDF

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KR20040072277A
KR20040072277A KR1020030008278A KR20030008278A KR20040072277A KR 20040072277 A KR20040072277 A KR 20040072277A KR 1020030008278 A KR1020030008278 A KR 1020030008278A KR 20030008278 A KR20030008278 A KR 20030008278A KR 20040072277 A KR20040072277 A KR 20040072277A
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이현동
임규영
김홍기
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한국건설기술연구원
주식회사 뉴보텍
주식회사 창민테크
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F3/00—Sewer pipe-line systems
    • E03F3/04—Pipes or fittings specially adapted to sewers

Abstract

본 발명은 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법에 관한 것으로, 특히 하수관거에서 발생되는 누수나 기타 불명수 유입을 하수관거내 유량모니터링을 통하여 그 수량과 거동을 분석 및 예측함으로써 공공수역 수질오염을 방지하고, 기 매립된 하수관거의 효율적인 유지관리가 가능한 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기 목적을 달성하기 위하여, 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 관로를 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 다차 가지형 블럭; 상기 하수관의 각 단계별 관로 집속부에 등 간격으로 구비되어 유량데이터를 측정하는 유량감지기; 상기 각 하수관거의 유량감지기에서 채취한 하수를 분석하는 하수분석기; 상기 유량감지기와 하수분석기를 통하여 데이터를 송신받아 분석저장 및 출력하는 메인서버; 상기 메인서버로부터 제공되는 데이터를 출력받아 저장하고, 하수관거에 관련한 제반사항 데이터를 저장하는 데이터부; 및 상기 메인서버를 관리하는 관리자서버를 포함하는 하수관거 유지관리시스템을 제공하며, 또한, 본 발명은, 대상지역의 인구 및 주택에 따른 발생원 등과 같은 기초현황데이터를 수집하여 구축하는 기초현황 데이터구축과정; 대상지역의 관로를 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 관로블럭화과정; 상기 관거블럭화과정을 통하여 구분된 블럭상의 맨홀 제원 데이터를 기초현황 데이터부로부터 분석 추출 저장하여 블럭별 현황데이터를 저장하는 블럭현황 데이터 구축과정; 상기 관로블럭화과정을 통하여 구분된 관로 집속부에 유량감지기를 설치하여 가지블럭에서 오수 관련 데이터를 실시간 측정하고 전송하여 블럭별 유량데이터부에 저장하는 유량데이터 축적과정; 상기 유량데이터 축적과정을 통하여 수집된 유량데이터와 대표블럭의 오수분석을 통하여 확보된 수질데이터의 해석을 통해 하수관거를 흐르는 발생하수, 침투수량, 누수량을 분석하여서 블럭별 유량성분데이터부에 저장하는 유량성분데이터 축적과정; 상기 관로블럭화 과정에서 최초 단계의 블럭화된 블럭중 소정 개수의 블럭을 선정하여 일정시간과 일정기간 동안 오수를 채취하여 성분을 분석하여 오수의 수질데이터를 축적하여 기준 농도데이터를 추출하기 위한 대표블럭 수질데이터 축적과정; 상기 축적된 대표블럭 수질데이터 축적과정을 통하여 축적된 데이터를 통해 얻어진 오수의 기준 농도데이터와 대상 관로의 유량성분데이터를 분석 해석하여 하수 발생유량원단위와 오염물질발생원단위 등의 발생원단위 데이터를 추출하는 발생원단위 데이터축적과정; 상기 오수의 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 유입오수량에 대한 침투수량의 유입량을 비교감시하는 오수감시과정; 및 상기 오수감시과정을 통하여 감시된 침투수량과 유입수량의 데이터가 설정치 이상인 블럭이 발생할 경우 이를 개보수하거나 이를 기준으로 개보수계획을 설정하는 유지관리계획 설정과정을 포함하는 하수관거 유지관리 시스템의 구축방법을 제공한다.

Description

하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법{A sewer pipe maintenance system and construction method thereof}
본 발명은 월류수(CSO)(Combinded Sewer Overflows)와 침입수량 및 침투수량(I/I)(Infiltration/Inflow) 분석을 위한 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법에 관한 것으로, 특히 기존 및 신설 하수관거 매설지역에서 기초 현황 자료 평가와 함께 하수관거로의 칩입수량 및 침투수량을 정량화하여 해석함으로써, 하수관거가 접속된 배수구역에서의 하수발생량 및 오염부하의 원단위를 산정하여 하수종말 처리시설의 유입유량 및 수질을 산정하는 기초자료를 제공하고, 관거정비 계획 및 사후 유지관리시 정보를 제공할 수 있는 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수종말 처리시설을 운영하는데 있어서 실제 유입수량 및 수질은 처리공정 전체의 효율을 좌우하는 중요한 인자이며, 더 나아가 하수관거로 차집되지 못한 하수는 방류 수역이나 지하수로 유입될 수 밖에 없기 때문에 해당지역 관거시설의 부실성은 전체 수질환경에 악영향을 미치게 된다.
이와 관련하여 해당지역의 하수관거 부실정도를 정확히 파악하고, 이를 근거로 하수관거 정비계힉과 유지관리하는 방안이 필요하나 종래의 조사 및 평가방법으로는 시간적, 경제적 난점과 정확성이라는 측면에서 매우 비효율적이었다.
일반적으로 하수관거는 지하에 매설되어 시공되기 때문에, 일단 시공한 후에는 관거상태에 대한 검사나 기능확인에 어려움이 따른다.
또한, 시공후 하자 발생여부와 그 정도를 파악 하는데에는 많은 시간과 경비가 투입되고, 기존의 관거상태 조사방법인 육안조사, 폐쇄회로 TV(CCTV)조사, 염료추적조사, 음향조사 방법등은 조사방법이 복잡하고 객관성이 결여되어 정량화된 측정결과 및 평가자료를 얻는 것이 용이하지 않다.
이와 같이 기존 하수관거의 개,보수를 위한 막대한 투자가 효율적으로 집행되지 못하고, 신설된 하수관거에 대한 부실여부를 판단하고 시정할 수 있는 범위가극히 제한적인 문제점이 있다.
또한, 일반적인 공공 하수처리시설은 설계단계에서 발생하수량 및 오염부하량 원단위를 기준으로 설계하게 되나, 이에 대한 정량화된 기초 조사자료의 축적부족으로 인하여 과다 설계가 빈번하게 이루어지고, 가동과 동시에 하폐수 처리시설의 설계효율을 확보하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하수관거에서 발생되는 누수나 기타 불명수 유입을 하수관거내 유량모니터링을 통하여 그 수량과 거동을 분석 및 예측함으로써 하수관거의 누수에 의한 토양오염의 방지, 월류수 발생에 의한 공공수역 수질오염을 방지하고, 하수종말 처리시설의 처리효율을 극대화시킬 수 있으며, 기 매립된 하수관거의 효율적인 유지관리가 가능한 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 월류수 및 침입수량/침투수량 분석을 위한 하수관거 유지관리시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 하수관거 유지관리 시스템의 구축과정을 도시한 플로우 챠트.
도 3 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리스 시스템의 구축과정에서 블럭화과정을 도시한 예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템에 의한 주평균 유량데이터 그래프.
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템에 의한 일평균 유량데이터 그래프.
도 7 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템의 하수 발생원 단위 해석그래프.
도 8 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템의 오염물질 발생원 단위 해석그래프.
도 9 는 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템의 유입수량 및 강우 유발침입수를 산정한 해석그래프.
도 10 은 본 발명에 따른 하수관거 시설의 정비계획 및 유지관리시 의사결정 지원을 위한 방법의 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 유량감지기 20: 하수분석기
30: 메인서버 41: 조사측정 및 해석데이터부
42: 기초현황데이터부 43: 블럭별 현황데이터부
44: 블럭별 유량데이터부 45: 블럭별 유량성분데이터부
46: 대표블럭 수질데이터부 47: 발생원단위데이터부
48: 관거정비 및 유지관리데이터부
50: 사용자 서버 60: 출력기
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 관로를 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 다차 가지형 블럭; 상기 하수관의 각 단계별 관로 집속부에 등 간격으로 구비되어 유량데이터를 측정하는 유량감지기; 상기 각 하수관거의 유량감지기에서 채취한 하수를 분석하는 하수분석기; 상기 유량감지기와 하수분석기를 통하여 데이터를 송신받아 분석저장및 출력하는 메인서버; 상기 메인서버로부터 제공되는 데이터를 출력받아 저장하고, 하수관거에 관련한 제반사항 데이터를 저장하는 데이터부; 및 상기 메인서버를 관리하는 관리자서버를 포함하는 하수관거 유지관리시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 대상지역의 인구 및 주택에 따른 발생원 등과 같은 기초현황데이터를 수집하여 구축하는 기초현황 데이터구축과정; 대상지역의 관로를 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 관로블럭화과정; 상기 관거블럭화과정을 통하여 구분된 블럭상의 맨홀 제원 데이터를 기초현황 데이터부로부터 분석 추출 저장하여 블럭별 현황데이터를 저장하는 블럭현황 데이터 구축과정; 상기 관로블럭화과정을 통하여 구분된 관로 집속부에 유량감지기를 설치하여 가지블럭에서 오수 관련 데이터를 실시간 측정하고 전송하여 블럭별 유량데이터부에 저장하는 유량데이터 축적과정; 상기 유량데이터 축적과정을 통하여 수집된 유량데이터와 대표블럭의 오수분석을 통하여 확보된 수질데이터의 해석을 통해 하수관거를 흐르는 발생하수, 침투수량, 누수량을 분석하여서 블럭별 유량성분데이터부에 저장하는 유량성분데이터 축적과정; 상기 관로블럭화 과정에서 최초 단계의 블럭화된 블럭중 소정 개수의 블럭을 선정하여 일정시간과 일정기간 동안 오수를 채취하여 성분을 분석하여 오수의 수질데이터를 축적하여 기준 농도데이터를 추출하기 위한 대표블럭 수질데이터 축적과정; 상기 축적된 대표블럭 수질데이터 축적과정을 통하여 축적된 데이터를 통해 얻어진 오수의 기준 농도데이터와 대상 관로의 유량성분데이터를 분석 해석하여 하수 발생유량원단위와 오염물질발생원단위 등의 발생원단위 데이터를 추출하는 발생원단위 데이터축적과정; 상기 오수의 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 유입오수량에 대한 침투수량의 유입량을 비교감시하는 오수감시과정; 및 상기 오수감시과정을 통하여 감시된 침투수량과 유입수량의 데이터가 설정치 이상인 블럭이 발생할 경우 이를 개보수하거나 이를 기준으로 개보수계획을 설정하는 유지관리계획 설정과정을 포함하는 하수관거 유지관리 시스템의 구축방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 월류수 및 침입수량/침투수량 분석을 위한 하수관거 유지관리시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템은, 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 관로를 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 다차(多次) 가지형 블럭과; 상기 하수관의 각 단계별 집속부에 등 간격으로 구비되는 유량감지기(1)와; 상기 유량감지기(10)가 설치되는 각 관거의 유량감지부에서 채취한 하수를 분석하는 하수분석기(20)와; 상기 유량감지기(10)와 하수분석기(20)를 통하여 데이터를 송신받아 분석저장 및 출력하는 메인서버(30)와; 상기 메인서버(30)로부터 데이터를 출력받아 저장하는 데이터부(41 내지 48)와; 상기 메인서버(30)로부터 연산된 데이터를 출력하는 출력장치(60) 및 상기 메인서버(30)를 관리하는 관리자서버(50)를 포함한다.
상기 블럭화하는 하수 관거는, 지선관거로 이루어진 다수의 1차 가지형블럭과, 상기 1차 가지형블럭의 지선관거를 포함하는 간선관거로 이루어진 2차 가지형블럭 및 상기 2차 가지형블럭의 지선관거와 간선관거를 포함하는 차집관거로 이루어진 3차 가지형블럭으로 구분 형성된다.
상기 유량감지기(10)는, 상기 1차 가지형블럭의 지선관거가 간선관거와 접하는 지선관거의 말단과 2차 가지형블럭의 간선관거가 차집관거와 접하는 말단 및 3차 가지형블럭의 차집관거에 등 간격으로 구비되는 유량감지부(미도시)에 각각 설치된다.
상기 데이터부(41 내지 48)는, 조사주기 및 조사된 데이터의 해석관련데이터가 저장되어 있는 조사측정 및 해석데이터부(41)와, 대상지역의 인구와 주거형태, 하수배제방식, 수세화율, 하수관거의 제원 등과 같은 데이터가 저장되어 있는 기초현황데이터부(42)와, 상기 기초현황데이터부(42)로부터 추출된 각 가지블럭의 관로길이와 맨홀 및 관의 직경 등에 관련된 데이터가 저장되어 있는 블럭별 현황데이터부(43)와, 상기 각 유량감지기(10)를 통하여 입력된 데이터를 메인서버(30)로부터 전달받아 저장하고, 상기 메인서버(30)의 요구에 따라 유량데이터를 출력하는 블럭별 유량데이터부(44)와, 상기 블럭별 유량데이터부(44)의 측정자료를 분석하여 각 가지관에서 흐르는 오수에 대한 발생하수량과 침투수량 및 누수량 등의 데이터가 저장되는 블럭별 유량성분데이터부(45)와, 유량해석을 위한 하수의 기준농도데이터의 산출을 위하여 선정된 특정 가지블럭에서 일정 주기로 채취된 오수의 성분이 분석 저장되어 있는 대표블럭 수질데이터부(46)와, 조사된 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 얻은 하수발생 원단위 데이터 및 하수 오염물질 원단위 데이터가 저장되는 발생원단위 데이터부(47) 및 각 블럭의 관거정비사항과 계획사항 등과 같은 데이터가 저장된 관거정비 및 유지관리 데이터부(48)를포함한다.
한편, 본 발명에 따른 하수관거 관리유지시스템의 구축과정을 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템의 구축과정을 도시한 플로우 챠트이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 하수관거 관리유지시스템의 구축과정은, 대상지역의 인구 및 주택에 따른 발생원 등과 같은 기초현황데이터를 수집하여 구축하는 기초현황 데이터구축과정(110)과; 대상지역의 관로를 대상지역의 관로를 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 관거블럭화과정(120)과; 상기 관거블럭화과정(120)을 통하여 구분된 블럭상의 맨홀 수량 및 위치와 관거의 길이나 직경 등의 데이터를 기초현황 데이터부(42)로부터 분석 추출 저장하여 블럭별 현황데이터를 저장하는 블럭현황 데이터구축과정(130)과; 상기 관로블럭화과정(120)을 통하여 구분된 관로 집속부에 3차원 초음파 감지기로 이루어진 유량감지기(10)를 설치하여 가지블럭의 각 유량감지부에서 오수의 수심, 유속, 유량 등의 자료를 실시간으로 측정하고 전송하여 블럭별 유량데이부(44)에 저장하는 유량데이터 축적과정(140)과; 상기 유량데이터 축적과정(140)을 통하여 수집된 유량데이터와 대표블럭의 오수분석을 통하여 확보된 수질데이터의 해석을 통해 하수관거를 흐르는 발생하수, 침투수량, 누수량을 분석하여서 블럭별 유량성분데이터부(45)에 저장하는 유량성분데이터 축적과정(150)과; 기준 농도데이터의 추출을 위하여 블럭화된 1차 가지블럭중 하나 내지 세개의 블럭을 선정하여 일정시간과 일정기간 동안 오수를 채취하여서 성분을 분석하여 오수의 수질데이터를 축적하는 대표블럭 수질데이터 축적과정(160)과; 상기 축적된 대표블럭 수질데이터 축적과정(160)을 통하여 축적된 데이터를 통해 얻어진 오수의 기준 농도데이터와 대상 관로의 유량성분데이터를 분석 해석하여 하수 발생유량원단위와 오염물질발생원단위 등과 같은 발생원단위 데이터를 추출하는 발생원단위 데이터축적과정(170)과; 상기 오수의 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 유입오수량에 대한 침투수량의 유입량을 비교감시하는 오수감시과정(180) 및 상기 오수감시과정(180)을 통하여 감시된 침투수량과 유입수량의 데이터가 설정치 이상인 블럭이 발생할 경우 이를 개보수하거나 이를 기준으로 개보수계획을 설정하는 유지관리계획 설정과정(190)을 포함한다.
이하, 본 발명의 따른 하수관거 유지관리시스템의 구축과정을 구성하는 기초현황데이터 구축과정(110), 관로블럭화 과정(120), 블럭현황데이터 구축과정(130), 유량데이터 축적과정(140)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 대상지역의 기초현황데이터 구축과정(110)은 대상지역의 인구, 주거형태, 하수배제방식(합류식 또는 분류식), 수세화율, 정화조시설, 하수도 대장상 매설된 하수관거 제원 및 위치, 기타 필요사항이 포함되어 있는 기초현황데이터가 기초현황데이터부(42)에 저장된다.
상기 대상지역의 관로블럭화과정(120)에 대하여 도 3 을 참조하여 설명한다. 도 3 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리스시스템의 구축과정에서 관로블럭화과정을 도시한 예시도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 대상지역의 관로블럭화과정(120)은, 지선관거로 묶는 1차 가지블럭과 상기 1차 가지블럭의 지선관거를 포함하는 간선관로로 이루어진 2차 가지블럭과, 상기 2차 가지블럭의 지선관거와 간선관거를 포함하는 차집관거로 이루어진 3차 가지블럭으로 구분하는 과정으로, 기초현황데이터와 하수관망도를 이용하여 배수설비(排水設備)와 여러 지선관거가 집합하여 하수의 흐름이 간선관거에 접하는 지점을 말단지점으로 정하고, 발생원에서 하수가 발생하여 말단지점까지 하수가 유하할 수 있는 최장 발생원들을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 배수구역을 1차 가지형블럭으로 설정하고, 간선관거가 차집관거와 접하는 지점을 말단으로 1차 가지형블럭을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 좀 더 큰 배수구역을 2차 가지형블럭으로 설정하며, 2차 가지형블럭들의 관거가 차집관거와 접하는 지점을 중심으로 차집관거상의 상류, 중류, 하류로 구분하여서 2차 가지형블럭을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 큰 배수구역을 3차 가지형블럭으로 설정한다.
다음으로, 블럭현황 데이터구축과정(130)은 상기 관로블럭화과정(120)에 있어 블럭화된 각 가지형블럭에 번호를 부여하고 상기 각 블럭에 대한 현황자료를 기초현황 데이터부(42)로부터 추출하여서 세부블럭데이터를 구축하여 이를 블럭현황데이터부(43)에 저장하는 것이며, 그 형식의 실시예는 다음의 [표1]과 같다.
[표 1]
세부블럭 구분 세부블럭 코드 블럭면적 블럭내 인구 하수배제 주거형태 주세화율 관거제원 관거부속시설 기타
1차 가지형 블럭 P-S01-T01-01 2Km2 356인 합류식 주거 95% D300:500mD600:200m 맨홀:5개소
.. P-S01-T01-02 4Km2 698인 합류식 주거 95% D300:800mD600:400m 맨홀:8개소
.. .. .. .. .. .. .. .. ..
2차 가지형 블럭 S-T01-01 7Km2 1,279인 합류식 주거 95% D300:1,200mD600:1.500m 맨홀:12개소
..
..
3차 가지형블럭 T01- 12Km2 2.895인 합류식 주거 95% D300:1,200mD600:1.500m□2×2:700m 맨홀:20개소우수토실:2개소
..
..
또한, 유량데이터 축적과정(140)은, 1차 가지블럭의 지선관거가 2차 가지블럭의 간선관거와 접하는 말단과, 2차 가지블럭의 간선관거가 3차 가지블럭의 차집관거와 접하는 말단 및 3차 가지블럭의 차집관거를 분할하여 3차원 초음파 감지기로 이루어진 유량감지기(10)를 설치하여 가지블럭의 각 유량감지부에서 오수의 수심, 유속, 유량 등의 자료를 실시간으로 측정하고 전송하여 블럭별 유량데이부(44)에 저장하는 과정으로서, 각 세부블럭별 말단지점을 유량감지부를 선정하고, 상기 유량감지부에 기존 및 신설 관거에 설치가 용이한 다회선 초음파유량계로 이루어진 유량감지기(10)를 설치하여서 오수의 수심, 유속, 유량 등과 같은 유량데이터를 실시간으로 측정하며, 측정된 상기 유량데이터는 LAN 또는 전화망 등과 같은 통신망을 통하여 실시간으로 메인서버(30)로 전송하고, 상기 메인서버(30)로 전송된 유량데이터는 블럭별 유량데이터부(44)에 저장되는 것이다.
이 때, 사용된 상기 유량감지기(10)는 다회선 초음파유량계로서 저수위에서고수위까지 측정이 가능하며, 1회선 초음파유량계와는 달리 최소 3호선 이상의 초음파 발신 및 수신기로 이루어져 단면의 다점유속에 의해 평균유속을 검출할 수 있기 때문에 비대칭 유동 등에 의한 오차발생이 최소화되는 것이다.
계속해서, 본 발명의 따른 하수관거 유지관리시스템의 구축과정을 구성하는 유량성분데이터 축적과정(150), 대표블럭수질데이터 축적과정(160) 및 발생원 단위데이터 축적과정(170)에 대하여 참조도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템에 의한 주평균 유량데이터 그래프이고, 도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 하수관거 유지관리시스템에 의한 일평균 유량데이터 그래프이다.
먼저, 유량성분 데이터축적과정(150)은, 각 세부 블럭별 유량데이터부(44)로부터 추출된 시간에 따른 유량변화데이터를 도 5 에 도시한 바와 같이 시간별로 연산하여 얻은 1주일 기준 일평균 유량데이터와, 대표블럭 수질데이터부(46)로부터 추출된 야간최소유량(QMIN) 때의 실측농도(CMIN)와 일평균농도(CD) 및 침투수의 농도(CINF1(=0))등의 데이터를 이용한 정해방법 또는 근사해방법으로 각 유량성분을 구하는 것으로, 상기 일평균 유량해석그래프에 있어서 야간최저유량 발생시점의 유량은 야간활동인구에 의한 유량(QNDF), 침투수량(QINF1), 누수량(QEXF1)의 합으로 구성되는 것이다.
한편, 정해방법에 의한 유량성분 데이터축적과정(150)은 도 5와 도 6 에 도시한 바와 같은 일평균유량그래프에 있어서 야간최조유량점(A)를 중심으로 유량이감소하는 곡선의 접선과 유량이 증가하는 곡선의 접선이 교차하는 지점(B)에서 상기 야간최저유량점(A)의 최하부까지의 길이에 해당하는 유량으로 야간활동인구에 의한 유량(QNDF)을 산출한 후, 물질수지 식인 아래의 식(1)과 연속방적식인 식(2)의 연립방정식에 의해 침투수량(QINF1)과 누수량(QEXF1)를 구하는 것이다.
QNDF×CD＋ QINF1×CINF1= (QMIN＋ QEXF1) ×CMIN식(1)
QMIN= QINF1＋ QNDF－ QEXF1식(2)
그리고, 근사해방법에 의한 유량선분 데이터축적과정(150)은 누수량(QEXF1)이 발생하지 않는 것으로 가정하고, 식(2)에서 야간최저유량에서 야간활동인구에 의한 유량을 감하여 침투수량(QINF1)으로 간주하여 구하는 것이다.
한편, 상기한 정해방법과 근사해방법에 의한 침투수량(QINF1)이 비교적 차이가 발생하지 않을 경우에는 근사해방법으로 각 세부블럭별 유량데이터부(44)로부터 자료를 추출하여 세부 블럭별 침투수량(QINF1)을 산출하여 구하고, 산출된 침투수량(QINF1)과 누술량은 일평균 단위로 환산한 m3/day와, 블럭별로 나눈 m3/day-km2, 볼록내 하수관거 길이와 직경으로부터 구하여진 m3/day ·mm-km3의 단위로 환산하여 블럭별 유량성분데이터부(45)에 저장되는 것이다.
다음으로, 대표블럭 수질데이터측정과정(160)은, 블럭현황데이터부(43)로부터 분석된 대상지역의 평균적인 특성을 갖는 1차 가지형 블럭중에서 하나 내지 세개의 블럭을 선정하고, 선정된 대표블럭의 각 세부 블럭별 말단부에 형성한 유량감지부에서 유량측정과 동시에 시료를 채취하되, 24시간 동안 매시간 또는 2시간 간격으로하여 1주차 월요일, 2주차 화요일, 3주차 수요일 등의 순으로 7주간 7일에 대한 시료를 채취한다.
그런 다음, 이를 다시 계절별로 구분하여 채취하고, 채취된 시료는 시험분석실에서 분석된 물리, 화학적 수질데이터를 LAN 또는 전화선 등과 같은 통신망을 통하여 메인서버(30)로 전송하며, 전송된 수질데이터는 대표블럭 수질데이터부(46)에 저장된다.
이 때, 채취된 시료는 현장에서 냉장보관이 가능하고, 수질분석에 필요한 용량을 시험분석실로 이동전까지 저장이 가능한 기구에 보관한다.
다음으로, 발생원단위 데이터축적과정(170)은, 하수 발생유량원단위 데이터축적과 오염물질 발생원단위 데이터축적과정으로 이루어진 것으로, 상기 하수발생유량원단위 데이터축적과정은 블럭별 유량성분데이터부(45)로부터 침투수량(QINF1)과 누수량을 추출하고 일평균 유량데이터를 도 7 에 도시한 바와 같이 그래프화한 유량곡선 하부에서 침투수량(QINF1) 상부의 면적을 적산하여 하수 부피를 산정하고, 이를 측정시간과 해당 인구수로 나누는 아래의 식(3)에 의하여 하수발생 유량원단위데이터를 산출하는 것이다.
이 때, Qt는 시간 t에서의 측정유량이고, T는 측정기간(7일 이상)을, △t는 유량측정간격을 의미한다.
단, 근사해 방법에 의해 산출된 유량성분데이터일 경우에는 누수량(QEXF1)을 무시하며, 식(3)에 의하여 산출된 하수발생 유량원단위 데이터는 L/capita-day 또는 Ipcd의 단위로 발생원단위 데이터부(47)에 저장되는 것이다.
상기 오염물질 발생원단위 데이터축적과정은 블럭별 유량성분데이터부(45)로부터 대표 가지형블럭에서의 누수량(QEXF1)을 추출하고, 대표블럭 수질데이터부(46)로부터 수질항목별 수질결과를 추출하며, 일평균유량데이터를 도 8 에 도시한 바와 같이 그래프화한 유량곡선하부와 누수유량곡선 사이의 면적을 적산하여 이를 해당측정 시간과 인구수로 나누는 식(4)에 의하여 오염물질 발생원단위 데이터를 산출하는 것으로, 정화조가 설치된 지역에서 산출된 오염물질발생 원단위데이터는 정화조에서 제거된 오염부하가 감하여진 값이 된다.
식(4)에서, Qt는 시간 t에서이 측정유량이고, Ct는 시간 t에서의 수질항목별 수질농도이며, △t는 수질측정간격이고, T는 측정시간을 의미하며, 근사해방법에 의해 산출된 대표 가지형블럭의 유량성분데이터일 경우에는 누수량(QEXF1)을 무시한다.
산출된 오염물질발생원단위 데이터는 g/capita-day 또는 gpcd의 단위로 발생원단위 데이터부(47)에 저장되는 것이다.
한편, 상기한 바와 같은 데이터의 축적과정에 있어서, 강우시 분류식 하수배제 지역내 오수관거의 침입수량(QINFW: INFLOW)과 강우 유발침투수(QRII:Rainfall Induced Infiltration)의 산정방법에 대하여 설명하면, 먼저 블럭별 유량데이터부(44)로부터 해당 세부블럭의 강우전 일정기간의 유량자료를 추출하여 강우시 동일 요일에 해당되는 2일 내지 3일 까지의 건기시 일평균 유량데이터를 구하고, 상기 일평균 유량데이터에 강우시 유량데이터를 중첩하여 이를 도 9 의 그래프(b)에서 (c), (d)까지의 사선에 해당하는 부분을 적산한 후, (b)에서 (c), (d)까지의 경과시간으로 나누어 침입수량량(QINFW)과 강우유발 침투수량(QRII)의 합을 산정한다.
산정된 침입수량(QINFW)과 강유 유발침투수량(QRII)의 합은 일평균 단위로 환산한 m3/day와, 블럭별로 나눈 m3/day-km2, 볼록내 하수관거 길이와 직경으로부터 구하여진 m3/day ·mm-km3의 단위로 환산하여 블럭별 유량성분데이터부(45)에 저장되는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 있어서, 오수감시 및 유지관리계획 설정과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 오수감시과정(180)은 도 8 과 같이 세부 가지블럭을 블럭별 코드와 함께 침투수/침입수량(I/I: Infiltration/Inflow)을 간략화하고 도시하고, 블럭별 하수 유하의 상, 하류 관계를 연결선으로 연결표현하여 상기 침투수량/침입수량(I/I)이 설정되 한계치에 도달하는지의 여부와 설계시의 목표 침투수/침입수량(I/I) 및 목표 농도의 달성여부 등을 감시하는 것이다.
그리고, 유지관리계획 설정과정(190)은, 상기 오수감시과정(180)을 통하여 침투수/침입수량(I/I) 및 농도가 한계 설정치에 이르게 되면 우선적으로 1차 가지형 블럭의 정비계획을 수립하고, 상기 1차 가지형블럭의 정비를 통하여 침투수/침입수량(I/I) 및 농도가 기준치 도달이 불가능한 경우에는 간선관거가 포함된 2차 가지형 블럭전체를 정비대상으로 하는 것으로, 2차 가지형 블럭과 3차 가지형블럭의 경우도 마찬가지의 과정을 거친다.
한편, 상기 과정에 있어 침투수/침입수량(I/I)의 저감량으로 인하여 각 블럭 정비후의 환산 유량과 수질농도를 다음의 식(5)와 식(6)으로부터 사업우선순위 및 사후 집중관리블럭과 함께 관거정비 및 유지관리데이터부(48)에 저장한다.
여기에서, QREH와 CREH는 환산된 유량과 수질농도를, Q와 C는 측정유량 및 수질, △QI/I는 저감목표침입수/유입수량을 의미한다.
또한, 관거정비사업의 추진단계별 또는 준공 후 사업효과의 검증과 사용중의각 세부블럭별 이상 발생 정도를 파악하기 위하여 블럭별 유량측정데이터와 블럭별 유량성분데이터, 대표블럭수질자료데이터 및 관거정비 및 유지관리데이터에서 추출된 입출력자료의 상호 비교를 통하여 설계시의 목표 침투수/침입수량(I/I) 및 목표 농도의 달성여부와 사용중의 이상발생 유무를 평가한다.
이하, 저장 및 해석된 자료와 표현방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여 축적 또는 추출된 데이터는 데이터 파일 또는 그래프로 표현되며, 이 표현은 유량, 수질의 측정 및 해석자료는 유량측정 지점별로 추출기간내에 실시간자료와 특정기간, 예를 들면 일주일, 월, 년의 평균자룔로 연산되어 표현 및 저장할 수 있는 것이다.
또한, 특정 조건별로, 예를 들면 특정값 또는 평균이상, 이하, 조사 및 사업 우선순위 등의 추출이 가능하며 추출된 자료로부터 도 3 또는 도 10 의 세부블럭별 시각화, 예를 들면 막대형 그래프, 채색등의 부가적인 기능을 표현할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 하수관거로 유입되는 유입수량과 유입수량 중에서의 침투수량의 함량 및 하수의 오염부하량에 따라 하수관거의 유지보수 및 하수종말처리장의 운영과 신설 및 개보수의 계획을 판단할 수 있도록 한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 월류수 및 침입수량/침투수량 분석을 위한 하수관거 유지관리시스템 및 그 구축방법은, 기존 및 신설된 하수관거 매설지역에서의 유입수량 및 침투수량을 정량화하고, 하수과거가 접속된 배수구역에서의 하수발생량 및 오염부하 원단위를 산정하고, 이를 통합적으로 하수관거 유지관리 시스템화 함으로써, 하수관거 및 하수종말처리시설의 유지관리 계획 및 시행방안에 대한 의사결정지원 도구로서 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 기존 및 신설되는 하수관거의 부실정도를 신속하고 정확하게 파악하게 함으로써, 시간적 경제적으로 매우 효율적인 성과를 거둘 수 있으며, 발생하수량 및 오염부하량 원단위를 합리적으로 산정함으로써 하수종말처리시설의 과다 설계방지 및 운영관리 측면에서 매우 효율적인 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하수관거 정비에 소요되는 막대한 투자비를 효율적인 집행이 가능하고, 해당지역 전체 수질환경개선 측면에도 큰 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 관로를 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 다차 가지형 블럭;
    상기 하수관의 각 단계별 관로 집속부에 등 간격으로 구비되어 유량데이터를 측정하는 유량감지기;
    상기 각 하수관거의 유량감지기에서 채취한 하수를 분석하는 하수분석기;
    상기 유량감지기와 하수분석기를 통하여 데이터를 송신받아 분석저장 및 출력하는 메인서버;
    상기 메인서버로부터 제공되는 데이터를 출력받아 저장하고, 하수관거에 관련한 제반사항 데이터를 저장하는 데이터부; 및
    상기 메인서버를 관리하는 관리자서버
    를 포함하는 하수관거 유지관리시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다차 가지형 블럭은,
    지선관거로 이루어진 다수의 1차 가지형블럭과, 상기 1차 가지형블럭의 지선관거를 포함하는 간선관거로 이루어진 2차 가지형블럭 및 상기 2차 가지형블럭의 지선관거와 간선관거를 포함하는 차집관거로 이루어진 3차 가지형블럭으로 이루어지는
    하수관거 유지관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 가지형블럭의 지선관거가 간선관거와 접하는 지선관거의 말단과 2차 가지형블럭의 간선관거가 차집관거와 접하는 말단 및 3차 가지형블럭의 차집관거에 상기 유량감지기가 등 간격으로 구비되는
    하수관거 유지관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유량감지기는 오수의 수심, 유속, 유량등의 유량데이터를 감지하는 다회선 초음파유량계로서 저수위에서 고수위까지 측정이 가능하며, 최소 3호선 이상의 초음파 발신 및 수신기로 이루어져 단면의 다점유속에 의해 평균유속을 검출하는
    하수관거 유지관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터부는
    조사주기 및 조사된 데이터의 해석관련데이터가 저장되어 있는 조사측정 및 해석데이터부;
    대상지역의 인구와 주거형태, 하수배제방식, 수세화율, 하수관거의 제원 등과 같은 데이터가 저장되어 있는 기초현황데이터부;
    상기 기초현황데이터부로부터 추출된 각 가지블럭의 관로길이와 맨홀 및 관의 직경 등에 관련된 데이터가 저장되어 있는 블럭별 현황데이터부;
    상기 각 유량감지기를 통하여 입력된 데이터를 메인서버로부터 전달받아 저장하고, 상기 메인서버의 요구에 따라 유량데이터를 출력하는 블럭별 유량데이터부;
    상기 블럭별 유량데이터부의 측정자료를 분석하여 각 가지관에서 흐르는 오수에 대한 발생하수량과 침투수량 및 누수량 등의 데이터가 저장되는 블럭별 유량성분데이터부;
    유량해석을 위한 하수의 기준농도데이터의 산출을 위하여 선정된 특정 가지블럭에서 일정 주기로 채취된 오수의 성분이 분석 저장되어 있는 대표블럭 수질데이터부;
    조사된 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 얻은 하수발생 원단위 데이터 및 하수 오염물질 원단위 데이터가 저장되는 발생원단위 데이터부; 및
    각 블럭의 관거정비사항과 계획사항 등과 같은 데이터가 저장된 관거정비 및유지관리 데이터부를 포함하는
    하수관거 유지관리 시스템
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인서버로부터 연산된 데이터를 출력하는 출력장치를 더 포함하는
    하수관거 유지관리 시스템.
  7. 대상지역의 인구 및 주택에 따른 발생원 등과 같은 기초현황데이터를 수집하여 구축하는 기초현황 데이터구축과정;
    대상지역의 관로를 하수 진행방향으로 하수가 단계별로 집속되는 각 단계별 크기로 구분하여 블럭화하는 관로블럭화과정;
    상기 관거블럭화과정을 통하여 구분된 블럭상의 맨홀 제원 데이터를 기초현황 데이터부로부터 분석 추출 저장하여 블럭별 현황데이터를 저장하는 블럭현황 데이터 구축과정;
    상기 관로블럭화과정을 통하여 구분된 관로 집속부에 유량감지기를 설치하여 가지블럭에서 오수 관련 데이터를 실시간 측정하고 전송하여 블럭별 유량데이터부에 저장하는 유량데이터 축적과정;
    상기 유량데이터 축적과정을 통하여 수집된 유량데이터와 대표블럭의 오수분석을 통하여 확보된 수질데이터의 해석을 통해 하수관거를 흐르는 발생하수, 침투수량, 누수량을 분석하여서 블럭별 유량성분데이터부에 저장하는 유량성분데이터 축적과정;
    상기 관로블럭화 과정에서 최초 단계의 블럭화된 블럭중 소정 개수의 블럭을 선정하여 일정시간과 일정기간 동안 오수를 채취하여 성분을 분석하여 오수의 수질데이터를 축적하여 기준 농도데이터를 추출하기 위한 대표블럭 수질데이터 축적과정;
    상기 축적된 대표블럭 수질데이터 축적과정을 통하여 축적된 데이터를 통해 얻어진 오수의 기준 농도데이터와 대상 관로의 유량성분데이터를 분석 해석하여 하수 발생유량원단위와 오염물질발생원단위 등의 발생원단위 데이터를 추출하는 발생원단위 데이터축적과정;
    상기 오수의 유량데이터와 유량성분데이터 및 대표블럭 수질데이터를 해석하여 유입오수량에 대한 침투수량의 유입량을 비교감시하는 오수감시과정; 및
    상기 오수감시과정을 통하여 감시된 침투수량과 유입수량의 데이터가 설정치 이상인 블럭이 발생할 경우 이를 개보수하거나 이를 기준으로 개보수계획을 설정하는 유지관리계획 설정과정
    을 포함하는 하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기초현황데이터 구축과정에서의 기초현황데이터는, 대상지역의 인구, 주거형태, 합류식 또는 분류식등의 하수배제방식, 수세화율, 정화조시설, 하수도 대장상 매설된 하수관거 제원 및 위치 등을 포함하여 기초현황데이터부에 저장되는
    하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 관로블럭화과정은
    지선관거로 묶는 1차 가지형블럭과,
    상기 1차 가지블럭의 지선관거를 포함하는 간선관로로 이루어진 2차 가지형블럭과,
    상기 2차 가지블럭의 지선관거와 간선관거를 포함하는 차집관거로 이루어진 3차 가지형블럭으로 구분하는 과정으로 이루어지는
    하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 1차 가지형 블럭은, 상기 기초현황데이터와 하수관망도를 이용하여 배수설비와 여러 지선관거가 집합하여 하수의 흐름이 간선관거에 접하는 지점을 말단지점으로 정하고, 발생원에서 하수가 발생하여 말단지점까지 하수가 유하할 수 있는 최장 발생원들을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 배수구역으로 설정하고,
    상기 2차 가지형 블럭은, 상기 간선관거가 차집관거와 접하는 지점을 말단으로 1차 가지형블럭을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 배수구역으로 설정하며,
    상기 3차 가지형 블럭은, 상기 2차 가지형블럭들의 관거가 차집관거와 접하는 지점을 중심으로 차집관거상의 상류, 중류, 하류로 구분하여서 2차 가지형블럭을 연결하여 폐쇄도형을 완성하는 배수구역으로 설정하는
    하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 블럭현황 데이터구축과정은
    상기 관로블럭화과정에서 블럭화된 각 가지형블럭에 번호를 부여하고 상기 각 블럭에 대한 현황자료를 기초현황 데이터를 저장하는 기초현황데이터부로부터 추출하여 세부블럭데이터를 구축하고 이를 블럭현황데이터부에 저장하는 과정으로이루어지는
    하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 유량성분 데이터축적과정은,
    상기 관로블럭화과정에서 블럭화된 각 세부 블럭별 유량데이터부로부터 추출된 시간에 따른 유량변화데이터를 시간별로 연산하여 얻은 1주일 기준 일평균 유량데이터와, 대표블럭 수질데이터부로부터 추출된 야간최소유량 때의 실측농도와 일평균농도 및 침투수의 농도 등의 데이터를 이용하여 각 유량성분을 구하는 과정으로 이루어지고,
    상기 대표블럭 수질데이터측정과정은, 상기 블럭현황데이터부로부터 분석된 대상지역의 평균적인 특성을 갖는 블럭화된 블럭중 최조 블럭중에서 소정 개수의 블럭을 선정하고, 선정된 대표블럭의 각 세부 블럭별 말단부에서 유량측정과 동시에 시료를 소정시간 및 계절별로 채취 분석하고, 분석된 물리, 화학적 수질데이터를 메인서버로 전송 저장하는 과정으로 이루어지며,
    상기 발생원단위 데이터축적과정은, 하수 발생유량원단위 데이터축적과 오염물질 발생원단위 데이터축적과정으로 이루어지고, 상기 하수발생유량원단위 및 오염물질 발생원단위는 다음의 식에 의해 각각 산출되는(여기에서, Qt:시간 t에서 측정유량, Ct는 시간 t에서의 수질항목별 수질농도, △t는 수질측정간격, T는 측정시간, QEXF1: 누수량, QINF1: 침투수량)
    하수관거 유지관리 시스템의 구축방법.
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