[논문]소화전과 이토변을 이용한 플러싱 적용 시 관 내 세척유량과 유속 모의 방안에 관한 연구

김아린; 이은환; 이송이; 김광현; 전환돈

doi:10.3741/jkwra.2022.55.s-1.1251

초록
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최근 상수관망은 노후화 및 관 내 스케일의 박리로 인해 적수 사고등 수질사고가 지속적으로 발생하고 있다. 관내 퇴적되어있는 스케일은 평상시엔 안정화되어 문제를 야기하지 않지만, 상수관망 시스템의 급격한 유속 및 유향 변화 등에 의해 발생하는 수충격에 의해 박리된 후 수용가로 유입되며 수질사고를 야기한다. 이를 사전에 방지하기 위해서는 주기적인 관세척으로 스케일을 제거할 필요가 있다. 관세척공법 중 가장 보편적으로 사용되는 방법은 플러싱으로 현재 국내·외에서 관세척을 위한 유속 및 세척기준 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 플러싱 공법 적용 시 적정유속 기준에 관한 연구가 주로 진행되어, 세척시 관내 적정유속 확보여부를 사전에 검토하기 위한 구체적인 방안에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 관 세척시 용수는 소화전 또는 이토변을 통과하면서 주손실과 미소손실이 발생하며, 이는 관 내 유속에 영향을 미치는 요인으로 세척효과 분석에 직접적인 영향을 준다. 이에 본 연구는 Minorloss Coefficient와 Emitter Coefficient를 적용한 모의를 통해 플러싱 적용 시 관 내 유속을 분석하는 수리해석 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 예시관망과 A시 일부구역에 적용하여 적절성을 검토하고, 소화전과 이토변의 세척효과를 비교하였다. 적용 결과 소화전을 통과하는 수리학적 조건을 고려하지 않은 경우, 실제 발생하는 손실을 고려하지 못해 소화전에서 방출 가능한 유량 대비 큰 유량과 유속이 산출되는 결과를 보였고, 이토변의 경우는 긴 세척구간에도 세척유속과 유량의 확보가 용이하여 소화전에 비해 시간적. 효율적으로 큰 세척효과가 있을 것으로 판단하였다. 하지만, 실제 상수관망의 적용 시 이토변은 소화전에 비해 설치 개수가 적어 적용이 제한적이다. 이와같은 특성을 이해하여 실무자의 판단과 대상지역의 특징에 따라서 적절한 세척계획을 수립하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

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Recently, due to the deterioration of watermains and the detachment of scale which is accumulated on the watermain surface, water quality accidents in a water supply network occur frequently. As scale accumulated on watermains is stabilized, it may not cause water quality accidents under the normal ...

Recently, due to the deterioration of watermains and the detachment of scale which is accumulated on the watermain surface, water quality accidents in a water supply network occur frequently. As scale accumulated on watermains is stabilized, it may not cause water quality accidents under the normal operating condition. However, due to water hammer or transient flow caused by the abrupt velocity and/or direction of flow change, it can be detached from the watermain surface resulting in water quality accidents. To prevent these kinds of water quality accidents, it is required to remove scale by watermain cleaning regularly. Many researches about flushing which is the most popular water cleaning method are focused on the desirable velocity criteria and the cleaning condition to accomplish the effect of flushing whereas less amount of research effort is given to develop a method to consider whether the desirable velocity for flushing can be obtained before flushing is performed. During flushing, the major and minor headloss is occurred when flushing water flows through a hydrant or drain valve. These headloss may slow down the velocity of flushing water so that it can reduce the flushing effect. Thus, in this study, we suggest a method to simulate the flow velocity of flushing water using "MinorLoss Coefficient" and "Emitter Coefficient" in EPANET. The suggested method is applied to a sample network and the water supply network of "A" city in Korea to compare the flushing effect between "flushing through a hydrant" and "flushing through a drain valve". In case of "flushing through a hydrant", if the hydraulic condition ocurring from a watermain pipe connecting to the inlet pipe of a hydrant to the outlet of a hydrant is not considered, the actual flowrate and velocity of a flow is less than the simulated flowrate and velocity of a flow. In case of "flushing through a drain valve", the flushing velocity and flowrate can be easily simulated and the difference between the simulated and the actual velocity and flowrate is not significant. Also, "flushing through a drain valve" is very effective to flushing a long-length pipe section because of its efficiency to obtain the flushing velocity. However, the number and location of a drain valve is limited compared to a hydrant so that "flushing through a drain valve" has a limited application in the field. For this reason, the engineer should consider various field conditions to come up with a proper flushing plan.

주제어

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표 Table 1. Researches associated with the desirable velocity for flushing
그림 Fig. 1. Schematic diagram of the interconnection between a water-main and a hydrant
그림 Fig. 2. Hydrant added to the existing water distribution network model
그림 Fig. 3. Structure of hydrant and headloss-flowrate relationship
그림 Fig. 4. Structure of a drain valve in WDS
그림 Fig. 5. Modeling of a drain valve as point objects on a pipe
그림 Fig. 6. Sample network for the comparision
표 Table 2. Minor loss coefficients for selected fittings (EPANET user manual(Lewis, 2000)
그림 Fig. 7. Sample network with added hydrant or drain valve
표 Table 3. Comparison of hydraulic analysis results of each models
그림 Fig. 8. Layout of target network in A-City
그림 Fig. 9. Flushing section in target network
표 Table 4. Properties of flushing section in 1st Loop
그림 Fig. 10. Flushing using drain valve
표 Table 5. Result of flushing using hydrant and drain valve

참고문헌 (9)

Antoun, E.N., Dyksen, J.E., and Hiltebrand, D.J. (1999). "Unidirectional flushing: A powerful tool." Journal AWWA, Vol. 91,？No. 7, pp. 62-71.
AWWA Standard (2015). Disinfecting water mains. AWWA, CO,？U.S.
Friedman, M., Kirmeyer, G.J., and Antoun, E.N. (2002). Developing？and implementing a distribution system flushing program.？Journal AWWA, Vol. 94, No. 7, pp. 48-56.
Kim, S.R., Gim, A.R., Ha, J.T., Kim, J.H., Jun, H.D. (2020). "A study？on the delineation of flushing sections and simulation method to？verify appropriate flushing velocity for applying flushing."？Journal of Korea Society of Hazard Mitigation, Vol. 20, No.？5, pp. 255-264.

상세보기
Korean Construction Specification (2017). Water supply cleaning？operation.
Lewis, A. (2000). EPANET 2 users manual. Environmental Protection？Agency, Washington, D.C., U.S.
Ministry of Environment Korea (ME) (2018). Statistics of water？supply and sewage system.
The Town of Fort Frances Operations and Facilities Policy (The？Town of Fort Frances) (2004). Standard operating procedure？for flushing of water mains.
Walski, T.M., Chase, D.V., Savic, D.A., Grayman, W., Beckwith, S.,？and Koelle, E. (2003). Advanced water distribution modeling？and management. Bentley Institute Press, PA, U.S.

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