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문제 정의
- 따라서 별도의 분석 프로세스를 정립해야만 누수복원량을 산정할 수 있으므로 이에 본 연구에서는 국내 배급수관망 운영여건을 고려한 누수복원량 산정방법을 개발하고 이에 대한 합리성을 검증하고자 하였다.
- 일반적으로 복원되는 누수량이 커질수록 관로의 노후화 정도가 큰 것으로 이해할 수 있을 것이다. 이 점에 착안하여 연구에서 제안한 방법을 통해 산정한 누수복원량과 노후도간의 상관관계를 확인하고자 했다.
제안 방법
- 국내에서는 배급수관망의 누수저감을 위해 블록시스템(District metered area, DMA)을 구축하고 활동량이 가장 적은 시간대에 발생하는 야간최소유량(Minimum night flow, MNF)의 지속적인 분석을 통해 일 누수량 감시를 수행중이며, 매일의 누수복구 실적을 관리중이다. 이러한 운영여건을 고려하여 이번 연구에서는 Fig. 1, 2와 같이 누수복원량(NRR)을 산정하는 절차를 제안한다. 누수복구 공사 시행 전‧후 일주일간의 야간최소유량 평균값의 차이로 누수방지량을 추정하고 누수복구를 시행하지 않았을 경우의 야간최소유량을 재산정한 후 누수복원량을 계산하는 방법이다.
- 첫 번째는 소블록의 야간최소유량이 누수량으로만 구성된 유량은 아니기 때문에 누수량 이외의 유량변동 영향을 최소화할 수 있도록 야간사용량 등이 비교적 일정하게 유지되는 지역을 선정하였다. 이를 위해 수용가 규모 변동에 따른 야간사용량 증감 영향을 배제할 수 있도록 전년대비 시설증가율이 크지 않은 곳을 선택하였다. 이번 연구에 사용된 소블록의 시설현황은 Table 2에 정리하였으며 급수전수 및 가구수 현황 중 괄호안의 수치는 전년대비 시설증가율을 의미한다.
- 대부분 4% 이하의 증가율을 보였으나, 소블록 B, F의 급수전 증가율은 나머지 블록에 비해 다소 높게 나타났다. 그러나 Fig. 3을 보면 사용량과 매우 높은 연관성을 가지는 가구수는 비교적 일정한 것으로 나타났기 때문에 해당 소블록도 대상에 포함하여 연구를 진행하였다.
- 두 번째는 복합적인 관망관리 활동이 이뤄지는 경우, 관리활동별 누수저감 효과를 구분하는 것은 거의 불가능하므로 대규모 관로 개대체, 수압관리 등이 완료되고 누수탐사 위주로 관리활동이 수행되는 지역을 선별하였다.
- 여기서, 복구를 시행하지 않은 경우의 야간최소유량 연간 변동량을 누수복원량으로 산정하였다. 단, 산정된 값을 일 단위 유량으로 환산하기 위하여 야간-일 보정계수(Night-Day Factor, NDF)를 곱해주었다.
- 본 연구에서는 소블록 유입수압을 활용하여 야간-일 보정계수를 계산했으며 산출된 값의 범위는 22~24였다. 산정된 소블록별 누수복원량은 Table 6에 정리하였으며 연간 누수복원량은 0~418.
- 소블록별 노후도를 평가하기 위해 관망내 모든 관로를 직접 조사하는 것은 현실적으로 불가능하므로 관망도에 기재된 시설 및 운영정보를 기반으로 하는 간접평가법을 활용하여 노후도를 산정하기로 하였다. 상수관의 상태와 수명을 예측하는 대표적인 방법으로는 관종별 점수평가법, 물리적 모델, 손익분기 분석법, 파손확률과 회귀방법 등이 있다.
- 이중 국내에서는 장기간의 관망이력에 대한 정보가 부재하기 때문에 주로 관종별 점수평가법을 사용하고 있는데, 미국(Denver, Louisville)의 평가 모형을 바탕으로 K-water에서 연구한 수도관 개량을 위한 의사결정 시스템을 시작으로 한다. 2002년부터 2008년에 걸친 다수의 개선 연구를 통해 현재의 관상태 평가기법을 정립하였는데 이번 연구에서는 이 평가기법을 활용하여 노후도를 산정하였다. 노후도 점수를 산정하는 방법은 다음과 같다 (K-water, 2010).
- 이를 위해 본 연구에서는 야간최소유량 및 누수복구 자료를 활용한 누수복원량 산정방법을 개발하고, 제안한 방법의 유효성을 검증하기 위하여 2개 지역 9개 소블록에 적용하여 다음과 같은 사실을 확인하였다.
대상 데이터
- 첫 번째는 소블록의 야간최소유량이 누수량으로만 구성된 유량은 아니기 때문에 누수량 이외의 유량변동 영향을 최소화할 수 있도록 야간사용량 등이 비교적 일정하게 유지되는 지역을 선정하였다. 이를 위해 수용가 규모 변동에 따른 야간사용량 증감 영향을 배제할 수 있도록 전년대비 시설증가율이 크지 않은 곳을 선택하였다.
- 두 번째는 복합적인 관망관리 활동이 이뤄지는 경우, 관리활동별 누수저감 효과를 구분하는 것은 거의 불가능하므로 대규모 관로 개대체, 수압관리 등이 완료되고 누수탐사 위주로 관리활동이 수행되는 지역을 선별하였다. 최종적으로 이 두 가지 조건을 모두 만족하는 2개 지역 9개 소블록을 대상으로 연구를 수행하였다.
- 누수 발생부위에 대한 현황은 Table 4와 같다. 누수복구 이력자료에서 관종에 대한 정보는 비교적 충실하게 관리하고 있었지만 발생부위에 대한 정보가 등록된 경우는 28개소에 불과했다. 특히, 소블록 G, H, I에서는 누수 발생부위에 대한 정보관리를 전혀 하고 있지 않은 것으로 나타났다.
- 앞서 제안한 누수복원량 산정방법의 합리성을 검증하기 위해 다음의 두 가지 조건을 만족하는 소블록을 적용대상으로 삼았다.
- 각 부위별 누수량 표준편차도 다소 큰 것으로 나타났는데, 특히 발생부위를 알 수 없는 경우(Unknown)는 여러 부위에서 발생한 누수량을 단일한 그룹으로 묶어 통계분석을 수행함에 따라 표준편차가 평균값보다도 큰 값을 보였다. 이번 평균 누수량 분석에 사용된 자료는 28개로, 제한적인 자료를 활용한 것이 큰 표준편차가 발생한 원인으로 판단된다.
- 2개 지역 9개 소블록을 대상으로 Fig. 2의 절차에 따라 누수복원량을 산정하였다. Fig.
성능/효과
- 이번 연구에 사용된 소블록의 시설현황은 Table 2에 정리하였으며 급수전수 및 가구수 현황 중 괄호안의 수치는 전년대비 시설증가율을 의미한다. 대부분 4% 이하의 증가율을 보였으나, 소블록 B, F의 급수전 증가율은 나머지 블록에 비해 다소 높게 나타났다. 그러나 Fig.
- /일 정도가 적정하다고 제시하고 있다 (MOE, 2010). 이번 연구에서 사용한 소블록의 급수전수 및 공급량 규모는 소블록 F를 제외하고는 모두 이 수준을 만족하는 것으로 분석되었다. 다만, 소블록 B, F는 400~500전 정도의 급수전수를 보이고 있어 적정 규모 하한선 미달수준인 것으로 판단할 수 있으나, 일 평균 공급량 및 가구수 등을 감안하면 아파트, 연립 등의 공동주택을 단일 급수전으로 관리함에 따라 급수전수가 작은 것으로 판단된다.
- 이번 누수복원량 분석에 사용된 소블록별 누수복구 횟수 및 누수발생 관종 현황은 Table 3에 정리하였다. 9개 소블록에서 1년 동안 총 60건의 누수복구가 이뤄졌으며 PE 및 STS 에서의 누수복구 비중이 높은 것으로 나타났다. 이는 주로 급수관로에 사용되는 관종으로 대부분의 누수가 급수관로에서 발생한다는 일반적인 누수발생 현황과 일치하는 결과를 보였다.
- 9개 소블록에서 1년 동안 총 60건의 누수복구가 이뤄졌으며 PE 및 STS 에서의 누수복구 비중이 높은 것으로 나타났다. 이는 주로 급수관로에 사용되는 관종으로 대부분의 누수가 급수관로에서 발생한다는 일반적인 누수발생 현황과 일치하는 결과를 보였다. 다만, 이 중 4건에 대한 누수복구 상세정보가 누락되어 관종, 발생부위 등에 대한 정보들을 확인할 수 없었다.
- 누수복구 이력자료에서 관종에 대한 정보는 비교적 충실하게 관리하고 있었지만 발생부위에 대한 정보가 등록된 경우는 28개소에 불과했다. 특히, 소블록 G, H, I에서는 누수 발생부위에 대한 정보관리를 전혀 하고 있지 않은 것으로 나타났다. 누수 저감을 위해 다양한 관리활동들을 진행하고 있으나 이에 대한 정보들이 축적되지 않고 있는 것을 확인하였다.
- 배수관로 직관부에서의 평균 누수량이 가장 크게 나타났으며 뒤를 이어 관로간 연결부, 계량기 연결부, 급수관로 직관부 순서의 크기를 보였다. 이는 영국의 평균 누수량과 많은 차이를 보이는 결과로 UKWIR의 연구에서도 이미 언급했듯이, 국내 상수관망의 누수복원에 대한 분석을 위해서는 우리 여건에 적합한 평균 누수량 산정이 필요함을 확인할 수 있었다.
- 누수복원 현상이 가장 크게 발생한 소블록 D는 전년과 비교하여 약 10% 차이의 유수율 하락이 발생한 것으로 나타났으며 전년과 무수수량 차이가 가장 작았던 소블록 E는 분석 기간 동안 일정한 수준의 누수량을 유지한 것으로 분석되었다.
- 이는 관로의 노후도가 증가할수록 누수복원량도 증가하는 것으로 해석할 수 있으며, 이번 연구에서 제안하는 누수복원량 산정방법이 합리적인 것으로 이해할 수 있다.
- 1) 검증을 위해 사용된 소블록별 연간 누수복원량은 0~418.3 m3/day 인 것으로 나타났다. 이 중 가장 큰 누수복원량을 보인 소블록 D는 전년대비 유수율이 약 10%p 하락한 것으로 나타났으며 전년도 무수수량과 거의 같은 값을 보인 소블록 E는 분석기간 동안 일정한 수준의 누수량을 보이는 것으로 분석되었다.
- 3 m3/day 인 것으로 나타났다. 이 중 가장 큰 누수복원량을 보인 소블록 D는 전년대비 유수율이 약 10%p 하락한 것으로 나타났으며 전년도 무수수량과 거의 같은 값을 보인 소블록 E는 분석기간 동안 일정한 수준의 누수량을 보이는 것으로 분석되었다.
- 2) 누수복원량은 누수방지량과 잔존누수 변화량으로 구성되는데, 이 구성성분 간에는 반비례 관계를 갖는 것으로 나타났다. 즉, 복구활동이 증가할수록 잔존누수량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 2) 누수복원량은 누수방지량과 잔존누수 변화량으로 구성되는데, 이 구성성분 간에는 반비례 관계를 갖는 것으로 나타났다. 즉, 복구활동이 증가할수록 잔존누수량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 3) 관상태 평가기법에 따라 산정된 노후도 평가 점수와 누수복원량을 비교한 결과, 유사한 매설기간을 가진 그룹 내에서 노후도가 높아질수록 누수복원량도 증가하는 것으로 나타났다. 누수복원량과 관로 노후도간 상관성을 확인함으로써 배급수관망의 자산상태 수준을 비교하고 개대체 의사결정을 위한 판단지표로의 적용가능성을 확인할 수 있었다.
- 3) 관상태 평가기법에 따라 산정된 노후도 평가 점수와 누수복원량을 비교한 결과, 유사한 매설기간을 가진 그룹 내에서 노후도가 높아질수록 누수복원량도 증가하는 것으로 나타났다. 누수복원량과 관로 노후도간 상관성을 확인함으로써 배급수관망의 자산상태 수준을 비교하고 개대체 의사결정을 위한 판단지표로의 적용가능성을 확인할 수 있었다.
- 그 결과, 우상향 추세를 보이는 두 개의 그룹이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
- 각 부위별 누수량 표준편차도 다소 큰 것으로 나타났는데, 특히 발생부위를 알 수 없는 경우(Unknown)는 여러 부위에서 발생한 누수량을 단일한 그룹으로 묶어 통계분석을 수행함에 따라 표준편차가 평균값보다도 큰 값을 보였다. 이번 평균 누수량 분석에 사용된 자료는 28개로, 제한적인 자료를 활용한 것이 큰 표준편차가 발생한 원인으로 판단된다.
후속연구
- 누수가 복원되는 크기를 정량화할 수 있다면 지역별 누수관리수준, 시설노후상태 등을 비교하고 누수관리 활동의 지속성을 평가할 수 있을 것이다.
- 이번 연구에서 제안하는 누수복원량 산정방법의 유효성을 검증하기 위해서는 산정된 값이 합리적인 값인지 확인할 필요가 있다. 가장 이상적인 것은 산정된 누수복원량과 소블록별 연간 누수량 변화값을 비교하는 것이다.
- 다만, 상대적으로 평균매설기간이 짧고 노후도가 양호한 그룹의 누수복원량이 더 큰 경향을 보였는데, 이것은 누수복원량의 많고 적음은 노후도 이외 인자의 영향을 더 강하게 받는 것이 원인일 것으로 추정된다. 향후 누수복원량에 대한 영향인자 연구를 통해 누수복원량 증가요인에 대한 분석이 필요해 보인다.
- 누수복원량을 수치적으로 분석할 수 있게 된다면, 관망관리 사업 효과의 지속성을 평가하고 적용 중인 누수관리 방법의 실효성 분석을 통해 후속대책 수립을 위한 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
- 4) 다만, 노후도가 양호한 그룹의 누수복원량이 더 큰 경향을 보인 점은 누수의 복원을 증가시키는 주된 요인은 관로 노후 이외의 작용이 있을 것으로 판단되는 점이므로 추후 진행되는 연구를 통해 이에 대한 원인분석이 필요하다.
- 앞선 분석결과에 따르면, 그간의 관망운영 이력관리가 불충분함에 따라 현재수준에서는 대표성을 갖는 부위별 누수량의 정의가 어려우므로 이번 연구에서 제안하는 분석절차를 통해 누수복원량 산정이 필요하다.
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