Transcript 국내실정에 맞는 하수관거 침입수/유입수(I/I) 산정방법 및 적용방안 연구

2008. 11.
환경관리공단
관거사업계획팀장
김
찬
수
- 목
차 -
1. 침입수/유입수(I/I) 산정방법 연구개요
2. 침입수 산정방법론
3. 유입수 산정방법론
4. 유효데이터 판정 및 획득
5. 운영성과평가시 침입수/유입수(I/I) 활용방안
1. 침입수/유입수(I/I) 산정방법 연구개요
 (1)연구기간
: 2007. 3. 28 ~ 2008. 9. 26 (1년 6개월)
연구 개요

연구수행기관 : 환경관리공단, 대한상하수도학회

연구 주요 경위
• 2007. 3. 28
용역 계약 및 착수
• 2007. 4 ~ 2008.8
중간보고 3회, 검토회의 3회 실시
• 2008. 2. 10 ~ 2. 17 선진 외국사례조사 해외출장 (호주, 뉴질랜드)
• 2008. 8. 27
최종보고
• 2008. 9. 11
공청회
• 2008. 9. 26
용역 준공
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1. 침입수/유입수(I/I) 산정방법 연구개요
(2) 연구의 배경
 하수관거 시스템의 상태를 파악하기 위해서 침입수/유입수(I/I) 산정량을 활용하는 방법
은 국내·외에서 일반적으로 사용하는 평가 방법임.
 침입수 산정 방법론은 4가지 방식(물사용량 평가법, 일최대-최소 유량평가법, 일최대
유량평가법, 야간생활 하수평가법)으로 구분.
 유입수 산정 방법론은 1가지 방식(우천일 강우 유입에 의한 유량 증가 측정분에서 청천
일 측정 기저 하수량을 제외하여 산정)으로 사용중.
 하지만 침입수/유입수 산정 방법론의 단계별 세부적인 산정 절차 내용이 통일되지 않아
동일한 유량 측정 데이터를 이용하여 실제 산정한 침입수, 유입수 산정값은 분석자마다
많은 편차를 지니고 있는 실정임.
국내 표준의 침입수/유입수 산정 방법 연구를 통하여 통일성, 정확성,
재현성, 범용성 측면에서 개선된 침입수/유입수 산정방법 및 산정 단계별
표준 매뉴얼이 필요함
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2. 침입수 산정방법론
(1) 현장분석 및 검토 비교
- 분석 개요 :
•한강수계 하수관거 정비시범사업(1단계) 침입수 산정 관련 자료 및 침입수 분석
전문가의 의견 수렴을 통해 국내 침입수 산정방법론이 지니고 있는 문제점 및
적용성에 관한 종합 분석.
- 분석목적 :
•국내실정에 맞는 침입수 산정방법론 도출에 있어 가장 기초가 되는 최적의 침입수
산정 방법론의 선택(Selection)을 위한 방향 제시
- 분석항목 :
•국내 침입수 산정 결과 특성 분석
•침입수 산정 절차 및 방법론에 대한 현황 분석과 논리적 한계성 및 장·단점 분석
•도출하고자 하는 침입수 산정방법론 상세 가이드라인의 현실성 확보
•실제 침입수 계산시, 방법론별 속성인자 획득의 한계성 및 개별 침입수 방법론이
지니고 있는 국내 적용상의 문제점을 종합 분석
•침입수 산정 속성인자의 종류, 조사·획득방법론, 관련 근거
•침입수 산정 속성인자 획득의 한계점 및 해결방법
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2. 침입수 산정방법론
(2) 4가지 침입수 산정 방법의 논리적 한계성 및 장·단점 분석
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2. 침입수 산정방법론
(3) 기존 4가지 침입수 산정방법의 개념도
침입수(Infiltration) = Qms - C․Qw
여기서, Qms = 측정된 실측유량 평균값
Qw = 물 사용량 평균값
C = 상수의 오수 전환계수(0.7~0.9)
<물사용량 평가법의 개념도>
침입수(Infiltration) = Qmin(MAX) - Qmin(MIN)
여기서, Qmin(MAX) = 일 최소하수량의 최대값
Qmin(MIN) = 일 최소하수량의 최소값
<일 최대유량 평가법의 개념도>
침입수(Infiltration) = Qmin – QI
여기서, Qmin = 일 최소하수량의 평균값
QI = 24시간 조업하는 공장폐수량
<일 최대-최소 유량평가법의 개념도>
침입수(Infiltration) = Qmin - NDF - QI
여기서, Qmin = 일 최소하수량의 평균값
NDF = 야간발생하수량
QI = 24시간 조업하는 공장폐수량
<야간생활하수 평가법의 개념도>
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2. 침입수 산정방법론
(4) 국내에서 적용되는 4가지 침입수 산정 결과의 상호 비교
•동일한 지점, 동일한 측정 유량자료를 바탕으로 4가지 서로 다른 침입수 산정방식에
따른 산정 침입수량의 상호 비교. (각 침입수 방법별 산정 속성인자의 자료 확보 및
선택에 따라 상대적 침입수 산정량이 달라짐)
-물사용량 평가법과 야간생활하수 평가법의 경우에는 다른 2가지 방법과 비교하여
확연히 작은 값을 갖는 것으로 나타남.
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2. 침입수 산정방법론
(5) 국내 실정에 맞는 침입수 산정방법론 선택(Selection)
앞에서 분석된 결과를 바탕으로 야간생활하수 평가법을 기준 침입수 산정방식으로
물사용량 평가법을 보조 방식으로 선택하여 기준 침입수 방식과 상호 비교하여 사용.
- 기준 침입수 산정방식 : 야간생활하수 평가법
(Nighttime Domestic Flow Evaluation)
- 보조 침입수 산정방식 : 물사용량 평가법 (Water Use Evaluation)
※ 보조 침입수 산정방식 도입여부는 관련기관간 협의중
- 한편, ‘일 최대유량 평가법’과 ‘일 최대-최소유량 평가법’이 제외된 이유.
•일 최대유량 평가법 - 장기간 측정을 통해 지하수의 영향에 따른 침입수량을
산정하는 것으로, 실제 국내 현장에서 적용시키기에는 무리가 따른다고 판단됨,
단기간 측정 자료에 적용할 경우 매우 큰 오차를 수반할 수 있는 문제점을 내포.
•일 최대-최소유량 평가법은 야간 생활하수 평가법의 한 극단적 사례(야간 활동
인구에 의해 발생하는 야간 생활하수량을 zero로 간주함)로 볼 수 있음.
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2. 침입수 산정방법론
 기준(Main) 침입수 산정방식 : 야간 생활하수 평가법의 산정 절차
유효 청천일 유량자료를 통한 일단위 최소발생하수량(평균값) 파악
침입수 산정기간 단위별 최소발생하수량의 통계치(평균값) 확보
침입수 산정기간 단위별 침입수 산정 속성인자(통계 평균값) 획득·검증
침입수 발생량(m3/day) 산정
 보조(Sub) 침입수 산정방식 : 물 사용량 평가법의 산정 절차
침입수 산정 기간 단위별 일평균 하수발생량(통계치) 파악
침입수 산정기간 단위별 침입수 산정 속성인자(통계 평균값) 획득·검증
예상발생하수량 산정
침입수 발생량(m3/day) 산정
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3. 유입수 산정방법론
(1) 개 요
 유입수 산정방법의 기본 방향
- 우천시에 기록되는 측정 하수량에서 청천시의 기저 하수량을 제외한 양을 각 강우
발생 사상(Event) 단위로 유입수량을 산정함.
 유입수 산정 목적
- 통일적인 세부 가이드라인을 제공함으로써 범용적으로 사용할 수 있는 유입수 산정
방법의 통일성과 재현성을 확보하고 국내 실정에 적용 가능한 최적의 유입수 산정 방
법론을 제공하고자 함.
- 주요 단위 가이드라인
•유효 청천일 유량자료를 통한 기저하수발생량 산정
•유효 우천일 유량자료와 청천일 기저하수발생유형과의 잔차 산정
•유입수 발생 경계치 적용 기준 및 강우사상별 유입수량 산정
 유입수 산정방법론의 전제조건
- 신뢰성(QA/QC)을 확보할 수 있는 강우량, 유량 측정 자료가 확보되고, 유효데이터
확보 절차를 거친 자료가 유입수 산정에 앞서 확보되어야 함.
- 각 유입수 산정 단계별 절차가 명확하고 통일된 산정 가이드라인이 필요함.
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3. 유입수 산정방법론
유입수(Inflow) 산정 절차
유효 청천일 유량자료를 통한 기저하수발생유형(Base line; 기저유량) 산정
유효 우천일 유량자료와 청천일 기저하수발생유형과의 잔차(Residue) 산정
산정된 잔차값을 이용한 시계열 그래프 작성
유입수 발생 경계치(Boundary) 적용 및 강우발생 사상별 유입수 산정
강우에 의해 발생한 유입수 유량증가량을 계산하기 위한 단계로, 전 단계에서 산정된
청천일 기저하수발생유형(기준)과 실제 강우발생 시 측정된 유량 증가분(△)의 상대적
비교를 통해 잔차(Residue; +/-)를 계산하고, 이를 통해 실제 강우 발생에 따라 변화된
유량 증가분, 즉 청천일 기준 유량 대비 비교 증가분(△)을 정량적으로 산정하는 단계.
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3. 유입수 산정방법론
- 실제 청천일 기저하수발생유형과 유입수 발생 사상 유량자료의 중첩(Match-up)
과정을 통해 잔차(유량 혹은 유입수량 증가분)를 산정하는 과정은 다음과 같음.
청천/우천일 자료의 중첩(Match-up) 과정
유입수 발생 Event 유량 자료의 범주 확정 및 고정
청천일 기저하수발생유형 유량 자료의 사전적(1차) 중첩(Match-up)
청천일 기저하수발생유형 유량 자료의 미세조정을 통한
최종 중첩(Match-up) 및 잔차 산정
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3. 유입수 산정방법론
유의사항
• 최종적으로 평행이동 지점이 결정되면 미세조정 범위(%)를 명확히 계산·
명시해야 함.
• 일반적인 청천일 기저하수발생유형의 최종 Match-up은 개별 강우발생
사상에 해당하는 청천일 기저하수 총 발생량의 ±5% 범위에서 상하 조정이
가능하여야 함.
(단, ±5%라는 적절한 오차범위를 넘어서는 큰 조정이 필요할 경우, 청천일
기저하수발생유형의 산정을 위한 데이터 집단의 적절성을 재확인 하고,
사유를 제시한 뒤 최종 Match-up 과정을 수행해야 함.)
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4. 유효데이터 판정 및 획득
(1) 개요
 「유효데이터 판정 및 획득」단계는 시계열 유량-강우량 원시 데이터의 측정/수집에서
시작하여 본격적인 침입수/유입수 산정에 앞서 유효자료를 확보하기 위한 과정임.
 본격적 I/I 산정에 앞서 명확한 유효자료의 획득을 목표로 함.
 유효데이터 판정 및 획득 절차
① 침입수/유입수 분석용 원시데이터(시계열 유량-강유량 자료) 획득 및 분석
② 침입수/유입수 산정을 위한 원시데이터의 구분(청천일/우천일 구분)
③ 침입수 데이터(청천일 자료)의 유효성 판단
④ 유입수 데이터(우천일 자료)의 유효성 판단
⑤ 침입수/유입수 산정용 유효자료 최종 획득
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4. 유효데이터 판정 및 획득
 유효데이터 판정 및 획득 절차
유효 데이터(Valid Data) 획득
침입수/유입수 분석용 원시데이터(시계열 유량-강유량 자료) 획득 및 분석
침입수/유입수 산정을 위한 원시데이터의 구분
(청천일/우천일 구분)
일누적강우량 3mm 이상 Day + 강우영향일수(전/후)
침입수 데이터(청천일 자료)의 유효성 판단
유입수 데이터(우천일 자료)의 유효성 판단
확정성 비정상 자료 판정
확정성 비정상 자료 판정
판정성 비정상 자료 판정
판정성 비정상 자료 판정
1. 유량측정 속성인자의 유효성(경계치) 판정
2. 유량발생 유형(최소구간) 분석 및 판정
1. 유량/강우량 측정 속성인자의 유효성(경계치) 판정
침입수 데이터(청천일) 유효성 종합 판단
(일단위 유효 획득률 판단)
강우발생 Event의 일단위 개별 구성자료의
유효성 종합판단(일단위 유효 획득률 판단)
유입수 데이터(우천일) 유효성 종합 판단
(강우발생 Event단위 유효 획득률 판단)
침입수 산정용 유효자료 최종 획득
유입수 산정용 유효자료 최종 획득
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4. 유효데이터 판정 및 획득
나. 판정성 비정상 자료 판정획득
 확정성 비정상데이터를 제외한 나머지 일단위 데이터들은 유효성 판단과정을 통하여
속성레코드 데이터들을 일정한 판단기준에 의해 불량레코드를 추출하여 배제.
 레코드에 대한 일단위 유효성의 종합판단과정을 거쳐 최종적으로 침입수 산정에 적용
되는 일단위 유효데이터를 획득.
<레코드 속성인자의 결측치/경계치 판단 단계>
<유량 레코드 패턴 특이치 판단 단계>
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4. 유효데이터 판정 및 획득
(2) 침입수/유입수 산정을 위한 원시데이터의 구분(청천일/우천일 구분)
 연속 시계열 Record 형태 원시데이터는 먼저 일단위의 시계열 Record 군집으로 분류.
 일단위로 세분된 데이터는 침입수/유입수 유효자료 판단 및 산정에 앞서
청천일, 우천일, 강우영향일 구분으로 분류.
- 우천일 판단기준 : 당일 일누적강우량 3mm 이상인 날(Day)
- 강우영향일은 전(前)강우영향일과 후(後)강우영향일로 다시 분류.
1. 전강우영향일 판단기준 : 판정된 우천일의 전일 (다만, 당일 누적강우량은 3mm
미만이고 반드시 강우가 발생해야 함)
2. 후강우영향일 판단기준 : 판정된 우천일의 후연속 2일간
(만일 후강우영향일 2일안에 새로운 우천일이 발생하면 중간 1일만 산정)
- 청천일 판단기준 : 우천일, 강우영향일을 제외한 나머지 날
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5. 운영성과평가시 침입수/유입수(I/I) 활용방안
 I/I 분석을 위해서는 기초자료, 유량 및 속성인자 조사에 많은 시간과 비용이 소요되기
때문에 그 결과의 활용방안에 대해서, 보다 다양하고 세분화된 관점에서 접근 필요
 특히, 현재 이루어지고 있는 I/I 분석값의 활용성 측면을 살펴보면 단순한 사업평가를
위한 정량적인 수치만을 근거로 제시하는 단계에서 머무르고 있음
 향후에는 I/I 산정값을 하수관거시설개선, 예산편성, 사업우선순위결정 등 활용범위 확대
 이러한 문제를 해결하기 위해 I/I 산정시 활용할 수 있는 매뉴얼이 필요
 BTL사업의 운영성과평가시 동일지점의 연차별 저감률 확인에 적용가능할 것으로 판단됨
- 침입수와 유입수를 따로 구분하여 평가를 수행하여야 함.
- 일정기간의 현장검증을 거쳐 보완 후 적용 필요.
※ 반드시 모든 경우에 적용 가능한 것은 아님.
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The End
(감사합니다)