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문제 정의
- 이 임의의 값은 식 (1)에서 벌점함수로 수압 조건이 만족하지 않을 때마다 고려해주고 수압조건이 모두 만족하면 0의 값을 입력한다. 본 모형은 최적 생애주기 결정을 위한 가장 기본적인 모형으로 많은 가정을 포함하고 있지만, 향후 새로운 관망 정보 추가 및 수정된 방법론의 대치가 용이하도록 구성되었다.
- 본 연구에서는 Filion et al. (2004)에서 제안한 LCEA 방법론을 다양한 관망으로의 적용을 위해 방법론을 수정하고, 매설 전 상수관망의 최적 생애주기를 결정하기 위한 모형을 구축하였다. 개발한 모형은 두 후보 상수 관망에 적용하여 최적 생애주기를 각각 결정하였다.
- 본 연구에서는 개발한 모형을 이용하여 생애주기를 결정하기 위한 두 후보지를 선정하였다. 두 후보지는 A 관망(Fig.
가설 설정
- 또한 갱생 시 기존 관의 구조적 불이익을 감안하여 갱생 후 C 값은 110으로 회복하는 것으로 가정하여 이를 고려해 주었다. 교체의 경우에는 두 번의 갱생이 이루어지고 C 값이 80으로 감소하면 시행하는 것으로 가정하였고 교체 후에는 신관의 C 값인 130으로 회복된다.
- 본 연구에서는 개발한 모형을 이용하여 생애주기를 결정하기 위한 두 후보지를 선정하였다. 두 후보지는 A 관망(Fig. 3)과 B 관망(Fig. 4)이며 매설 전 상수관망임을 감안하여 모든 관은 초기 Hazen-Williams C 값이 130인 신관으로 가정하였다. 두 관망은 노드 및 관의 수와 총 연장, 관경의 분포에서 차이가 난다.
- 이러한 근거로, 본 연구에서는 간단히 갱생과 교체 시기를 결정하기 위해서 C 값이 90일 때, 갱생을 실시하는 것으로 가정하였다. 또한 갱생 시 기존 관의 구조적 불이익을 감안하여 갱생 후 C 값은 110으로 회복하는 것으로 가정하여 이를 고려해 주었다. 교체의 경우에는 두 번의 갱생이 이루어지고 C 값이 80으로 감소하면 시행하는 것으로 가정하였고 교체 후에는 신관의 C 값인 130으로 회복된다.
- 본 연구에서는 회복 에너지를 정량화하기 위해 Fig. 2 와 같이 각 관에 가상의 펌프를 가정하였다. 각 관은 개량 전후로 수리학적 조건이 차이를 보일 것이고, 개량 전후 각각의 수리학적 조건에 대해 요구되는 펌프 에너지 감소량을 회복 에너지로 제안하였다.
- 0에 입력하여 상수관망의 노후를 모의하였다. 이 때, 모든 관의 초기 C값은 130으로 가정하였다.
- 갱생, 교체 및 보수와 같은 개량이 진행되면 상수관망의 본연의 기능을 유지하는데 도움이 될 뿐 아니라, 관의 통수능 증가 및 보수로 인한 누수의 감소 등 부수적인 개선 이익이 발생한다. 이러한 개선이익을 생애주기 에너지 분석 시에도 개량을 통한 에너지 측면 에서의 개선 이익이 발생한다고 가정하고 이를 회복 에너지로 정의하였다.
- 관경에 따라 상이하지만 식 (6)에 의하면, 대략 Hazen-Williams C 값이 80~90정도 범위일 때이다. 이러한 근거로, 본 연구에서는 간단히 갱생과 교체 시기를 결정하기 위해서 C 값이 90일 때, 갱생을 실시하는 것으로 가정하였다. 또한 갱생 시 기존 관의 구조적 불이익을 감안하여 갱생 후 C 값은 110으로 회복하는 것으로 가정하여 이를 고려해 주었다.
- 제조 에너지의 산정에서 관의 운송 및 설치에 필요한 에너지를 제외했기에 교체 시 굴착에 필요한 에너지를 제외한다면 교체 공정이 제조 공정과 유사하다고 할 수 있다. 이에 따라 교체 에너지 소비량은 제조 에너지 소비량과 동일한 것으로 가정하였으며, 교체 에너지 소비량은 식 (9)와 같다. 다만 교체 시에 기존 관의 해체가 포함되어야 하고 이는 후에 해체 에너지 소비량에서 고려하는 것으로 한다.
- 갱생과 교체 시기의 결정은 그 하나만으로도 큰 연구 주제일 정도로 중요한 부분이다. 지속적인 연구를 통해 좀 더 정확한 방법으로 수정이 필요하지만, 상수관망으로의 생애주기 분석을 위한 가장 기본적인 모형을 구축한 본 연구에서는 이를 최대한 간단한 방법으로 적용하기 위해 갱생 및 교체 시기를 가정하여 사용하였다.
- 갱생 공법과 교체 공법은 차이가 있지만, 비용 측면에서 갱생 비용이 교체 비용의 65%라고 하면, 갱생 에너지가 교체 에너지의 65% 정도 될 것이라고 예상할 수 있다. 후에 지속적인 연구를 통해 갱생 공법에 따른 갱생 에너지를 산정해야 하지만, 본 연구에서는 갱생 시 소비하는 에너지를 교체 에너지의 65%로 가정하였으며, 매 갱생마다 고려해주었다. 갱생 에너지 소비량은 식 (10)와 같이 정의한다.
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