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실무자를 위한 관망해석 매뉴얼 - 한국수자원공사 by 착선

관로시스템은 1열의 단순 관로부터 아주 복잡한 배수관망까지 다양하게 이루어져 있다. 일반적인 상수도 관로 체계에 관한 정의는 취수원에서 정수장까지를 도수관로(導水管路), 정수장에서 배수지까지를 송수관로(送水管路), 배수지로부터 수용가에 이르는 급수관의 접속점까지를 배수관로(配水管路). 접속점에서 수요자에까지 공급하는 관로를 급수관로(給水管路)라고 한다. 관로시스템에는 여러 종류의 펌프가 관로 끝이나 중간에 설치되어 있어 수압을 상승시키는 역할을 수행하며, 저수지, 정수지, 조절지 및 배수지 등의 탱크설비가 설치되어 수량을 저류, 조절하는 기능을 하고 있다. 물 운송체계의 기본적인 기능을 수행하기 위하여 위치에 따라 조절밸브, 역지밸브(check valve), 측관(by-pass), 이토밸브(배수) 등의 설치가 필요하게 된다. 또한 관내 물의 흐름의 급작스런 변경에 의한 관 및 설비의 손상을 막기 위하여 조압수조(air chamber), 서지탱크(surge tank), 서지저감밸브(surge relief valve), 공기-진공밸브(air-vacuumvalve) 등의 서지조절장치 등을 상황에 맞는 장소에 설치한다.

관로의 기본적인 기능은 ①충분한 수량과 적절한 수량을, ②수질적으로 안전하게, ③연속적으로 공급하는 것이다. 이들 기본 기능을 통상 각각 ①수리적 신뢰성, ②수질적 안정성, ③응급성이라 한다. 이들 관로시스템이 어떻게 거동하는가? 어떠한 원리들이 포함되어 있으며, 어떻게 이들 시스템을 성공적으로 해석하고 이해할 것인가? 어떻게 효율적으로 설계하고 유지관리 및 개선할 것인가? 이러한 것들이 수도관로를 담당하고 있는 대부분의 엔지니어들이 직면하고 있는 문제들이다. 관로시스템이 목적하는 기능을 원활하게 수행하게 하는데 필요한 지식을 개발하고 적용하는 것이 이들 엔지니어들의 가장 중요한 업무이다. 이러한 업무를 성공적으로 수행하기 위하여 유체역학(流體力學, fluid mechanics) 및 관수로 수리학(管水路 水理學, closed conduit hydraulics)의 기본적인 사항을 이해해야 한다. 물 흐름의 문제를 풀기 위해서는 수도시스템에 대한 경험이 필요한데, 이러한 것들은 많은 시간과 노력이 소요된다.

통상적으로 관로의 흐름을 해석하기 위해서는 에너지와 연속방정식 및 수두손실(水頭損失, head loss)과 관련된 사항들을 동시에 고려하여야 한다. 관수로 흐름을 해석하기 위해서는 기본적인 방정식의 이해뿐만 아니라, 펌프와 밸브 및 배수지 등의 관로시스템 전체에 대한 거동을 이해할 필요가 있다. 요즘에는 관망의 구성이 점점 복잡해짐에 따라, 특별한 수치해석 기법과 이들을 컴퓨터에 적용할 수 있는 지식과 경험이 필수불가결하게 되었다. 최근에는 컴퓨터를 이용한 관망해석 기법과 응용성 및 편리성이 급속하게 발전하여 사용자들이 쉽게 이용할 수 있도록 제공되고 있다. 이 지침서에서는 수도를 담당하고 있는 실무자들이 수리학과 관망의 기본기능을 쉽게 이해할 수 있게 하고, 관망해석을 수행하는데 필요한 지식과 경험을 제공하고자 한다. 먼저, 수리학의 기초에서 유체의 특성, 관수로의 흐름, 펌프 및 관로내 수격현상에 대하여 간략하게 언급하고, 관망해석의 기초와 해석법에서는 해석에 필요한 기본적인 지배방정식과 컴퓨터를 이용한 해석을 위한 모델의 구축 및 관망해석의 사례를 설명하고자 한다.

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관망해석메뉴얼-1편(수리학의기초)
관망해석메뉴얼-2편(관망해석기초)
관망해석메뉴얼-3편(EPANET사용법)


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