토목기사 요약/상하수도 공학/상수관로 시설

상수관로의 설계

• 원형관 최대통수능은 수심이 직경의 94%일 때 발생(00, 07)

수로 내의 평균 유속

토목기사 요약/수리수문학/관수로#유속 경험식 참고!

배수관망의 계산

등치관법

12-3 정의

등치관(等値管)이란 손실 수두가 같으면서 직경이 다른 관을 말한다. 등치관법은 Hardy-Cross 법을 적용하기 전에 복잡한 관망을 간단한 관망으로 골격화시키기 위한 예비작업에 쓰는 방법이다. 1번 관의 길이, 직경, 유량을 각각 L₁, D₁, Q₁이라 하고, 2번 관의 길이, 직경, 유량을 각각 L₂, D₂, Q₂라 한다면, 이들의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

16-1

$L_{2}=L_{1}\left({\frac {D_{2}}{D_{1}}}\right)^{4.87}$

$Q_{2}=Q_{1}\left({\frac {L_{1}}{L_{2}}}\right)^{0.54}$

Hardy-Cross 법

• 관망이 복잡한 경우 사용하는 반복 근사해법.
• Hazen-Williams 공식$(h_{L}=kQ^{1.85})$ 등을 이용하여 배수관망의 유량을 계산.(03)

기본 가정 3

1. 배수관에 들어온 유입 유량은 정지하지 않는다
2. 각 폐합 관의 마찰손실수두 합은 0
3. 마찰 이외 손실 무시

원관 수압

토목기사 요약/수리수문학/정수역학#원관 수압 참고!

손실수두, 수압계산

96

배수지에서 2500m에 있는 A지점에 내경 800mm 원형관으로 시간 당 3000톤의 물을 배수하려 한다. 배수지 유출부 수압이 3.5kg/cm²일 때 A지점 수압을 구하시오. 손실은 마찰손실만 있고 마찰손실계수는 0.035

풀이

${\begin{aligned}Q&=3000t/hr=3000m^{3}/hr\\&={\frac {3000}{60\times 60}}m^{3}/s=0.83m^{3}/s\\\end{aligned}}$

${\begin{aligned}v&={\frac {Q}{A}}={\frac {0.83m^{3}/s}{{\frac {\pi }{4}}\times 0.8^{2}m^{2}}}\\&=1.65m/s\\\end{aligned}}$

${\begin{aligned}h_{L}&=f{\frac {l}{D}}{\frac {v^{2}}{2g}}\\&=0.035\times {\frac {2500m}{0.8m}}\times {\frac {1.65^{2}m^{2}/s^{2}}{2g}}\\&=15.2m\end{aligned}}$

수압

${\begin{aligned}p&=\gamma h=1t/m^{3}\times 15.2m=15.2t/m^{2}\\&=15.2\times {\frac {10^{3}}{10^{4}}}kg/cm^{2}=1.52kg/cm^{2}\\\end{aligned}}$

A지점 수압은 배수지 유출부 수압에서 마찰손실을 빼면 된다. 즉 $3.5-1.52=1.98kg/cm^{2}$

상수도관

• 설치 초기에 비해 수송능력이 저하되는 이유 : 관경이 작아서(96)
• 강성관거는 지반이 양호할 경우 기초를 생략 가능(16-1)
• 덕타일주철관, 경질염화비닐(PVC) 이형관 보호에는 관외주면 구속력이 충분하도록 콘크리트블록 또는 내진형 이탈방지압륜 등으로 보호함(16-1)

상수관 접합

• Mechanical 접합은 고무링, 볼트, 너트, 플랜지를 이용해 수밀하는 접합 방법(98)

배수관

덕타일 주철관. 노르웨이.

관종

• 경질 염화비닐관 : 배수관의 한계를 극복하기 위해 경질 염화비닐관을 쓰기도 한다.
  • 경질 염화비닐관은 시간이 지나도 통수능 감소가 없으며 관에 끼는 관석(scale)이 적은 장점이 있다.
• 덕타일 주철관
  • 강도 크고 내식성.
  • 이음 종류가 풍부. 이음에 신축 휨성 있고 지반 변동에 유연. 임의로 직관이나 이형관을 주조할 수 있다. 시공성이 좋다.
  • 단점은 재질이 약해 파열되기 쉽다는 점인데, 이 때문에 관을 두껍게 만들어서 운반비가 많이 들게 된다.(06)
• 강관(14-3)
  • 충격에 강함. 인장강도 큼.
  • 용접으로 전 노선 일체화 가능
  • 단점 : 부식 쉽다.

설계, 시공

• 배수관을 설치할 때는 동결 깊이, 지하수위에 의해 관이 뜨는 것, 노면 위 차량이 지나가면서 발생하는 윤하중을 고려하여 최소 매설 깊이를 정한다.
• 다른 지하시설물과 교차 또는 인접하여 설치할 경우 최소 30cm 이상의 간격을 두어야 한다.(16-2)
• 배수관 설계 기준은 계획 1시간 최대 급수량을 기준으로 한다.
• 시설 신뢰성 높이기 위해 2개열 이상으로 함.(16-4)

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수압 기준

02, 08, 12-3, 20-1+2

• 급수관을 분기하는 지점에서 배수관내의 최소 동수압 : 150 kPa=1.5kg/cm². 압력수두 15m
• 급수관을 분기하는 지점에서 배수관내의 최대정수압 : 700 kPa

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참고자료

• KDS 57 65 00 :2017 배수시설 설계기준 4.3 수압

도수 및 송수관

유속, 동수경사

도수, 송수관거 유속 범위?(♣♣ 04, 14-2, 14-3, 15-1, 15-2, 16-1, 19-2)

• 0.3 - 3.0m/s

최대 유속 제한이 있는 이유(00)

• 관로의 마모를 방지하기 위해서

도수로 일부가 최소 동수구배선 위로 매설되어 있을 때 해결방법(14-1)

• 최소 동수구배선을 상승시키는 방법 : 단일 동수구배에 대한 관경에 비해 상류측 관경을 크게, 하류측을 작게 한다.(95, 02)
• 접합정(Junction Well) : 종류 다른 도수관, 도수거 연결 시 수압 조절 위해 중간에 설치.(17-1)

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• 도수관 동수경사 범위 1/1000 ~ 1/3000 (14-2)

그 외

• PVC 관은 안 씀.
• 도수 시설은 송수시설보다 유송량이 많다.(95)
• 송수방식은 개수로도 있다. 암거, 터널 등으로 송수할 때 만관이 아니라면 개수로니까! 파이프라고 다 관수로 아님.(14-3)

급수관

• 급수관 부설은 가능한 한 배수관에서 분기, 수도미터 보호통까지 직선배관한다.(17-1)
• 급수관을 공공도로에 부설할 경우에는 도로관리자가 정한 점용위치와 깊이에 따라 배관해야 하며 다른 매설물과의 간격을 30 cm 이상 확보.(19-3)

상수관 매설

1000mm 직경 이상의 대관경 관은 1.5-2.0m 깊이에 묻는 것이 적당하다.(96)

관로 부속 장치

• 역류 방지용 밸브는 역지밸브(check valve) (97)

도수 및 송수계획

• 도수, 송수시설 내구 연한은 급수시설보다 길다.(95)
• 개수로 수면은 동수경사선과 일치. 관수로는 동수경사선 이하에 설치.(02)
• 도수, 송수시설에서 사용수량은 일변화를 기준으로 함.
• 도수 방법엔 자연유하식과 펌프 압송식이 있는데 자연 유하식이 유지관리가 더 쉽다. 펌프압송식은 수원이 급수지역에서 근거리에 있는 경우 적합. 장거리에 있으면 유지비 많이 드니까(95) 자연유하식은 거리가 길고 건설비용이 많이 듦.
• 도수, 송수로 선정에는 공공도로, 또는 수도용지로 한다.(15-3)
• 도수거가 하천, 깊은 계곡 횡단 시 수로교 사용.(19-3)

배수계획

• 계획배수량은 평상시에 계획 1시간 최대급수량을 기준으로 함.(95, 99, 00, 03, 12)
  • 화재 시 계획배수량은 계획 1일 최대급수량의 1시간당 수량 + 소화용수량을 기준으로 함(00)
• 배수방식: 자연 유하식, 펌프 가압식, 병용식(00)
• 배수관망법의 종류: 격자식, 수지상식, 종합식
  • 격자식 배수관망: 장점은 물이 정체하지 않고 사고 시 단수구역이 적어진다는 점. 단점은 수리계산이 복잡. 제수밸브 많이 소요, 시공 어려움(04, 06, 13-2, 15-2, 18-2)
• 배수탑 총수심 한계: 20m (00)

배수지

• 배수지 유효수심은 3-6m가 표준(00, 13-3)
• 배수지 유효용량: 급수구역 계획 1일 최대급수량의 12시간 분 이상(16-1)

급수계획

• 급수 방식: 직결식, 저수조식, 병행식(04)
  • 관경, 수압 충분 시 직결식. 수압 부족 시 저수조식.(04)
  • 일시에 많은 수량 필요로 하는 경우, 항시 일정 수량을 필요로 하는 경우, 배수관 수압이 너무 커서 급수장치에 영향을 줄 우려가 있는 경우, 재해 및 단수 시 물 확보가 필요한 경우 저수조식 사용(98, 02)
• 교차연결 방지책(00)
  • 상수관, 하수관 분리 매설
  • 소화용 급수관 별도 설치
  • 수도 본관에 진공을 제거시킬 수 있는 공기밸브 설치
• 고층 아파트 단지 급수 방법으로 주로 탱크식을 씀.
• 원심력 철근콘크리트관은 급수관으론 부적당하고 도수, 송수, 하수관으로 적당