상하수도 공학/수원, 취수

수원 종류

• 천수(meteoric water)
• 지표수(surface water)
  • 하천수
  • 호소수
• 지하수(ground water, subsurface water)
  • 천층수(shallow water)
  • 심층수(deep water)
  • 용천수(spring water)
• 복류수(river bed water) = 강변여과수
• 기타

천수

• 지면 강하→증발, 침투, 유출
• 집수에 저수조 사용.

저수조 연 저수량

$Q=CHA$

• C : 유출계수(증발, 침투능에 반비례. 강우 횟수에 비례)
• H : 연 강우량(깊이)
• A : 집수면적

지표수

• 대한민국에서 대규모 상수원으로 가장 많이 이용.
• 간편한 취수 가능
• 오염 가능성 큼.
• 부유성 유기물(SS) 많다.
• 작은 경도
• 공기가 용해되어 있음.

수량, 수위

♣♣♣

홍수위	홍수기간 중 지속되는 하천 수위. 수공구조물 설계의 기준
풍수위	1년 중	95일	동안은 이 수위 이하로 내려가지 않는 경우의 수위
평수위		185일
저수위		275일
갈수위		355일

( ~ )수량은 위에서 '수위'만 바꿔주면 됨.

자정작용

용존산소 부족곡선. "재포기 없는 DO 산소부족량"임

Whipple의 4 지대 ♣♣♣ : 분해지대 - 부패지대 - 회복지대 - 청수지대

1. 분해지대 : 오염유입지점 근거리.

♣♣♣

자정계수가 1보다 크면 자정작용이 유지되고 있는 것이고, 1보다 작으면 자정작용이 일어나지 않아 수질 오염이 가속화된다.

$f={\frac {\text{재 폭 기 계 수}}{\text{탈 산 소 계 수}}}={\frac {k_{2}(day^{-1})}{k_{1}(day^{-1})}}$

• 여름, 수심 얕고 급류, 하상이 돌, 모래질인 경우 활발
• 물리적 자정 : 오염물 운반, 희석, 확산, 혼합, 침전(침전이 가장 큼)
• 화학적 자정 : 산화, 환원, 흡착, 중화
• 생물학적 자정 : 미생물, 조균류 등에 의한 호기성 분해(산화), 혐기성 분해(환원)

적조현상

♣♣♣

상업폐수가 도시하수 유입→부영양화→식물성 플랑크톤 대번식→해수가 적색 또는 녹색으로 변화

하천수

• 지표, 지중, 천수 중 물질 함유
• 수질과 유량은 관계있다.

호소수

성층현상

♣♣♣

수심에 따른 온도차, 물의 밀도 변화로 인해 순환대, 변천대, 정체대로 구분되는 현상.(명칭 기억 안 나네 ㅋㅋ)

• 여름, 겨울 발생

• 여름이 겨울보다 수심에 따른 수온차이가 더 크다.

전도현상

• 깊은 호수에서는 봄 가을에 물의 수직운동에 의해 바닥 침전물이 수중으로 다시 떠올라 수질이 나빠질 수 있다.
• 전도현상 없으면 비교적 깨끗한 물 취수 가능.

부영양화

특징 ♣♣♣

• 유기물 증가로 DO, 투명도 감소, COD 증가
• 수심 낮은 곳 발생.
• 한번 발생 시 회복 힘듦. 상수원으로 사용 어려움.

부영양화 대책

♣♣♣

• 활성탄, 황산동(CuSO₄)
• 유기성 하수 유입 방지
• 하수 배출과정에 인, 질소 고도처리 추가
• 인 사용 합성세제 사용량 감소, 억제

지하수

♣♣♣

• 천층수 : 지표면 침투하여 1불투수층 윗면을 흐르는 자유수면 지하수
• 심층수 : 지하 1 불투수층과 2불투수층 사이 피압면 지하수

취수

♣♣♣

• 계획취수량은 계획 1일 최대급수량 기준(배수, 급수시설 손실 고려)
• 계획취수량은 계획 1일 최대급수량보다 5-10% 커야함(도수, 송수시설 손실, 작업용수 고려)
  • 급속여과지 역세척수로 5% 쓰임.

호소수 취수

♣♣♣ 갈수기 계획저수위(보통 재현기간 10년)에도 취수량 확보 가능해야 함.

저수지 용량 결정방법

♣♣♣ 종류 : 강우자료에 의한 방법, 가정법, 이론법

가정법

용량(1일 계획급수량의 배수) ♣♣♣

$C={\frac {5000}{\sqrt {0.8R}}}$

• R : 연평균 강우량(mm)

답은 C일 분으로 나온다.

이론법

♣♣♣ 유출량 누가곡선법(Ripple's method)

OA는 하천 유출량 누가곡선, OB는 계획 취수량 누가직선이다. L : 저수시점, C : 만수위, D : 저수위, G : 만수위 ♣♣♣

1. 기록 자료를 토대로 하천 유출량 누가곡선(저수지로의 유입 누가수량) OA를 그린다.
2. 계획 취수량 누가직선(월별 소요수량 누가직선, 저수지로부터의 유출 수량) OB를 그린다.
3. 하천 유량 누가곡선에서 증가세가 감소하는 부분(CD, EF)가 있는데, 이 부분은 저수지로 유입되는 수량보다 유출되는 수량이 더 많아 수위가 감소하는 구간이다. 실제로는 이 구간들이 여러 개로 나타날 수 있다. 이 구간의 시작점인 C와 E점에서 계획 취수량 누가직선 OB에 평행한 직선 CG, EH를 긋는다.
4. 직선 CG와 EH와, 하천 유출량 누가곡선 OA와의 차이가 최대가 되는 지점 DI와 FJ를 선정한다. 이때의 차이값을 부족수량(유효 저수량)이라고 한다.
5. DI와 FJ 중 더 큰값이 소요 저수지 용량이 된다.
   • 단위 : $m^{3}/s\cdot month$
   • m³으로 바꿔주어야 함. $m^{3}/s\times 30\times 24\times 60^{2}s=m^{3}$ ♣♣♣
   • 실제 저수량은 20-30% 더 함.
6. 그래프에서 DI가 소요 저수지 용량으로 채택되었다고 할 때, D점에서 계획 취수량 누가직선 OB에 평행한 직선을 그어 하천 유출량 누가 곡선과 만나는 점 K를 찾을 수 있고, K점에서 시간축에 수선을 내리면 저수를 시작하는 날(저수시점 ♣♣♣) L을 구할 수 있다.

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예제 - 유효 저수량 계산

월	유입량	취수량
1	10	10
2	10	10
3	10	10
4	20	10
5	20	10
6	30	10
7	40	10
8	50	10
9	40	10
10	5	10
11	4	10
12	20	10

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누가량 계산

월	유입량	취수량	누가 유입량	누가 유출량
1	10	10	10	10
2	10	10	20	20
3	10	10	30	30
4	20	10	50	40
5	20	10	70	50
6	30	10	100	60
7	40	10	140	70
8	50	10	190	80
9	40	10	230	90
10	5	10	235	100
11	4	10	239	110
12	20	10	259	120

그래프 그리기

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9월에서 누가유출량 곡선과 평행하게 그으면 누가 유입량의 최저점인 11월엔 원래 230(9월 누가유입량) + 10 + 10 = 250이 되어야 한다.

그런데 11월 누가유입량은 239이다. 250 - 239 = 11만큼 부족하다. 유효저수량은

${\begin{aligned}11m^{3}/s\cdot month&=11\times 30\times 24\times 60^{2}\\&=28,512,000m^{3}\\&=2851{\text{만 }}\ t\end{aligned}}$

유입량, 취수량 그래프의 10, 11월 값의 차이를 통해 검산이 가능하다.

10월 : 10 - 5 = 5

11월 : 10 - 4 = 6

$5+6=11m^{3}/s\cdot month$

취수시설

♣♣♣

• 하천수 : 취수관, 취수탑, 취수문, 취수틀