토목기사 요약/상하수도 공학/상수도시설 계획
출제기준[편집]
2019-2021
- 상수도 구성, 계통
- 계획급수량
- 수원
- 수질기준
상수도 기본 계획 시 고려 사항[편집]
- 수량의 안정성
- 수질의 안전성
- 수압의 적정성
- 지진 등 비상대책
- 시설 개량 및 갱신
- 환경대책 및 기타
상수도의 구성 및 계통[편집]
♣♣♣ 수원-취수-도수-정수-송수-배수-급수-수요지
- 수원: 수돗물의 원료가 되는 물인 원수의 공급원. 천수, 지표수, 지하수가 대부분이며 지표수를 가장 많이 이용.
- 취수: 수원에서 필요한 수량을 취입하는 과정. 수원 종류, 취수량 등에 따라 방법, 규모 결정.
- 지표수 취수시설: 취수탑, 취수문, 취수관, 취수언, 취수틀 등. 도수관거로 원수 유입 전 침사지 설치.
- 지하수 취수시설: 집수매거[주 1](복류수), 천정호, 심정호(자유수면 지하수), 굴착정(피압면 지하수) 등
- ♣♣♣도수(Conveyance of water): 수원에서 취수한 원수를 정수처리하기 위해 관거를 통해 정수장으로 이송하는 과정.
- 정수(Purification): 원수 수질을 사용목적에 맞게 개선하는 과정. 헷갈린다...
- 보통 공공수도에서는 착수정-응집-약품침전-급속 여과-소독(염소, 오존 등) 순으로 행해짐. 혼화지는 원수에 약품을 혼화시키는 못.
- 완속 여과시에는 착수정-보통 침전-완속 여과-소독 순
- 송수(Transmission): 정수장에서 정수된 물을 배수지까지 보내는 과정. 오염 방지 위해 관수로로 해야함. 부득이한 경우 개수로라도 암거로만 시공.
-
1898년 Croton 배수지
-
배수탑
-
고가수조
- 배수(Distribution): 정수장에서 배수지로 보내진 물을 소요수압으로 소요수량만큼 배수관을 통해 급수지로 보내는 것. 배수시설에는 배수지(특별한 경우 배수탑, 고가수조[주 2] 등으로 대체), 배수관 등이 있다.
- 급수(Service): 배수된 물을 사용자에게 급수관을 통해 보내는 것.
상수도 시설의 기본계획[편집]
계획년도[편집]
- 상수도 시설 계획년도: 15-20년[1](07, 13)
시설 | 내용 | 계획기간(년) |
---|---|---|
큰 댐, 대구경 관로 | 확장 어렵고 비쌈 | 25-50년 |
여과지, 정호, 배수관로 | 확장이 쉬움. |
|
관경 30cm 이상인 관 | 더 작은관으로의 대체는 비쌈 | 20-25년 |
관경 30cm 이하인 관 | 필요에 따라 단 시일내에 대처 | 수요에 따라 결정 |
계획년도 결정 시 고려 사항(02)
- 채용하는 구조물과 시설물의 내용년수
- 시설 확장의 난이도
- 도시 산업발전 정도와 인구증가 전망
- 금융사정, 자금취득의 난이, 건설비
- 수도수입의 연차별 예상
계획 급수구역 및 인구[편집]
급수 보급율[편집]
Goodrich 공식[편집]
- P: 연평균 소비율에 대한 비율(급수 보급율, %)
- t: 일 수
- 95 기출
연평균 상수 소비량이 240L/인/일일 때, Goodrich 공식에 의한 1인 1일 월 최대급수량은?
- 풀이
월 최대급수량 구하는 거니까 t=30일. 대입하면 P=128.1%
답은 P(연평균 소비율에 대한 비율)에 연평균 상수 소비량을 곱하면 된다. 307L/인/일.
- 예제
Goodrich 공식에 따르면 월 최대급수율은 연평균의 몇 %인가?
- 풀이
단순히 t에 30을 넣어 계산. 128.1%
계획급수인구[편집]
- 급수인구는 급수구역 내 상주인구만을 고려
- 계획급수인구 : 상수도 물을 공급받는 인구( = 급수구역 내 총 인구 × 상수도 보급율(%))[3]
계획 급수인구의 추정[편집]
- 계획 급수인구 추정 시 과거 20년의 인구 증감을 고려하여 결정(99)
- 상수도 기본계획 시 계획급수인구 결정에 있어 계획(목표)년도는 15-20년을 표준으로 함
등차급수 방법 = 연평균 인구증가수에 의한 방법
- 연평균 인구증가수가 일정하다는 가정 하에 장래인구를 추정하는 방법.
- 느린 발전의 도시에 적합.
- 추정인구가 과소평가될 수 있다.
등비급수 방법 = 연평균 인구증가율에 의한 방법
- 연평균 인구증가율이 일정하다는 가정 하에 장래 인구를 추정하는 방법
- 상당히 긴 시간동안 같은 인구증가율을 가진 발전가능성 있는 도시에 적용 가능.
- 인구증가율이 실제로 감소하는 도시에는 과대추정할 우려가 있다.
1. 99, 04, 19-2 기출
1995년 10900명, 1999년 12200명이었다고 할 때 인구증가율은?
그냥 원리를 생각해본다. 에서 r 구하면 되겠지.
답은 0.028570
로지스틱 커브 방법
로지스틱 커브 방법(Logistic Curve, 논리 곡선법)은 먼저 포화 인구를 추정한 후에 인구 증가 곡선을 그리는 방법이다. 포화 인구를 K라 하고, a, b는 상수라고 할 때,.
00, 05, 08, 09 ♣♣
- 장기간 인구 추정엔 로지스틱 커브 방법이 가장 정확
기타 추정 방법
- 최소자승법
- 지수곡선식에 의한 방법(Peggy 함수식법)
- 감소 증가율법
- 비상관법(Ratio and Correlation method)
- 타 도시와의 비교법
계획급수량의 산정[편집]
♣♣♣14-1, 14-2, 15-2, 16-4, 18-1, 19-1 종합적인 이해 필요
시간 최대급수량 또는 화재시 수량을 계획 기준수량으로 하여 결정되는 것은?
- 배수관망
정수를 위한 약품, 전력 등 산정이나 유지관리비, 수도요금 산정 등 수도재정 계획의 기준이 되는 급수량은?
- 1일 평균 급수량(예상)
상수도 정수시설 규모 결정 시 사용되는 설계정수량은?
- 계획 1일 최대급수량. 상수시설 계획 송수량도 계획 1일 최대급수량을 기준으로 정함
계획 1일 평균 급수량[편집]
생활 수준이 높고 공업도시일수록 1인 1일 평균급수량이 증가한다. 수도 요금을 정액제로 할 때가 종량제로 할 때보다 1인 1일 평균급수량이 커진다. 수압이 높을수록 수량이 증가하기 때문에 평균 급수량 역시 증가한다.
계획 1일 최대 급수량[편집]
상수도 시설 규모, 1일 계획 취수량 결정의 기준이 되는 급수량이다.
계획 시간 최대 급수량[편집]
1일 중 사용 수량이 최대가 될 때의 1시간 당 급수량이다. 배수본관의 설계 시 이용된다.
구분 | 계산식 | 농촌, 주택,
소도시 |
주택,
아파트 |
중소도시 | 대도시
공업도시 |
다음의 설계에 사용 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1일 평균 | 급수량 | 1일 최대 급수량 X | 0.7 | 0.85 | 수도재정 계획(약품비, 전력비,
유지관리비, 수도요금) | ||
오수량 | 1일 최대 오수량 X | 0.80 | |||||
1일 최대 | 급수량 | 1일 평균급수량 X | 1.5 | 1.3 | 상수도시설 규모,
1일 계획 취수량, 계획 송수량 | ||
오수량 | (1인 1일 최대 오수량 × 계획 인구) + 공장 폐수량 + 지하수량 + 기타 배수량 | 하수처리장 규모 | |||||
시간 최대 | 급수량 | 1일 최대 급수량/24 X | 2.0 | 1.5 | 1.3 | 배수본관 | |
오수량 | 1일 최대 오수량/24 X | 1.8 | 오수관,
하수처리장 내 연결관거 |
1. 96
급수인구 20만, 계획 1인 1일 최대 급수량 300L, 급수 보급률 85%, 급수량 산출계수 0.7일 때 계획 1일 평균 급수량(m3)은?
계획 1일 최대급수량은 명수만큼 곱해야되니까 300L × 20만 명
그 다음 급수 보급률 0.85와 급수량 산출계수 0.7을 곱하면 35700000L. 이걸 m3으로 고치려면 10-3을 곱해주면 된다. 답은 35700m3
오류 의심
급수인구는 이미 총인구에 급수보급률을 곱한 것[3][1]이기 때문에 0.85를 제외하고 계산하여 42000m3이어야될 것 같다.
2. 04, 09
인구 10만, 계획 1인 1일 최대급수량 600L, 급수보급률 80%일 때 계획 1일 최대급수량(m3)은?
10만 명의 80%에 보급되니까 곱해서 8만명. 1일 최대 급수량이 필요하니까 600L × 8만 명 = 48000000L. 단위를 고쳐서 48000m3
수원[편집]
15-1, 19-2
- 하천수는 계절에 따라 수질 변화가 가장 큼.(99)
- 복류수: 하천, 호수의 바닥 또는 측면부 자갈, 모래층에 포함된 물로 지표수에 비해 수질이 양호. 채수 시 침전지를 생략할 수 있고 수원으로 가장 바람직하다.(99)
- 지하수: 부유물질, 유기물 등에 의해 오염된 정도가 지표수에 비해 작다. 단 광물질은 많이 포함. 천층수, 심층수, 복류수로 구분.
취수[편집]
하천표류수 취수[편집]
- 하천 표류수를 수원으로 하는 경우 기준이 되는 하천수량은 갈수량(01)
계획취수량[편집]
- 상수도 시설 계획 시 1일 계획취수량 결정은 1일 최대급수량에 기준을 둠.(98, 19-1)
- 계획 1일 최대급수량에서 10%를 더 주어야 계획취수량(계산 문제)
저수지 취수[편집]
- 얕은 호수나 저수지에서 취수하는 경우 취수지점은 수면으로부터 3-4m, 큰 호수는 10m 이상 깊은 곳에서 취수.(97, 99)
- 저수지 용량 결정 시 강우량이 많은 지방에서는 120일, 적은 지방에서는 200일을 계획용량으로 함.
- 저수지 유효저수량 결정에 이용되는 기준갈수면 선정은 10년빈도 갈수년을 표준으로 함. (01)
- 저수지 설계기준 수량 : 사용수량 일변화(계획 1일 평균급수량)
- 유효 저수량 결정 방법 : 물수지 계산, 유량도표에 의한 방법, 유량 누가곡선 도표에 의한 방법(16-1, 20-1+2)
유량 누가곡선도[편집]
05, 07, 14-2, 19-1
- 이 곡선을 쓰는 방법을 Ripple's Method라 함.
- DI, FJ : 유효저수량
- K : 저수 시적점
- CD, EF : 저수지 수위 강하
지하수 취수[편집]
토목기사 요약/수리수문학/수리학적 상사, 지하수, 해안수리#우물의 수리 참고.
취수시설[편집]
취수탑[편집]
- 수위변화가 커도 상관 없다.(16-4)
집수매거[편집]
복류수 취수 시 쓰임
15-1, 17-1, 18-3
- 집수매거 내 평균유속은 유출단에서 1m/s
- 집수개구부(공) 직경은 10-20mm. 1m2 당 20-30개
- 직접 지표수의 영향을 받지 않도록 매설깊이는 5m 이상
- 복류수 흐름방향에 대해 직각으로 설치해야 효율이 좋음
취수보[편집]
- 유입속도 표준 : 0.4 ~ 0.8m/s (19-1)
취수문[편집]
- 하천, 호소 표층수 취수[6].(13-3)
취수관거[편집]
- 유황이 안정된 하천에 적합[7].(13-3)
취수틀[편집]
- 하천, 호소 하부에 매몰시켜 만드는 상자형 또는 원통형 취수시설. 중소량 취수시설.[8].(13-3)
침사지[편집]
15-1
- 침사지 유효수심 : 3-4m 표준(12, 16-4)
- 퇴사심도 : 0.5-1m
- 체류시간 : 계획취수량의 10-20분(16-4)
- 길이는 폭의 3-8배(16-4)
먹는 물의 수질 기준[편집]
분류별 어떤 항목 있는지 물어봄. 19-3
- 상수원수 1급 BOD 기준치 : 1mg/L 이하
미생물 기준[편집]
- 일반세균이 1mL 중 100CFU 이하(00)
- 총대장균군 100mL 중 불검출 (95)
건강상 유해 유기물질[편집]
- 페놀 0.005mg/L 이하(00) : 페놀과 염소가 만나면 클로로페놀이 되어 악취를 발생시키기 때문에 적어야 함.
- 트리클로로에틸렌
건강상 유해 무기물질[편집]
- 암모니아성 질소(NH3-N)는 0.5mg/L 이하 (95)
- 질산성 질소(NO3-N) 10mg/L 이하
- 불소 1.5mg/L 이하
- 수은 0.001mg/L 이하
심미적 영향물질[편집]
- 색도 5도 이하 (95)
- 경도 300mg/L 이하 (00)
- 황산이온
- 염소이온 250mg/L 이하 (00) (염소이온 = Cl-) : 생물체의 몸 속, 또는 분뇨에는 염소이온이 포함되어 있어 수질오염의 지표가 됨.
- 증발잔류물 500mg/L 이하 (증발잔류물 = 부유물질 + 용해성 물질)
수도전에서 먹는 물의 잔류염소 기준[편집]
평소 유리잔류염소 0.2mg/L 이상 유지
- 수중 용해 잔류염소에는 유리염소인 OCl-, HOCl, 결합염소 클로라민이 있음.
상수원수 급수별 정수처리법[편집]
환경정책 기본법상 급수별로 다음과 같은 처리를 해야함
- 상수원수 1급 : 여과 등에 의한 간이 정수처리 후 생활용수 사용
- 상수원수 2급 : 침전, 여과 등에 의한 일반 정수처리 후 생활, 수영용수 사용
- 상수원수 3급 : 전처리 등을 겸한 고도정수처리 후 생활, 공업용수 사용
참고 자료
- WAMIS - 수질기준
- 먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙 2조 별표 1[시행 2019. 12. 20.] [환경부령 제833호, 2019. 12. 20., 타법개정]
물의 자정작용[편집]
00, 04, 13-1
자정계수가 1보다 크면 자정작용이 유지되고 있는 것이고, 1보다 작으면 자정작용이 일어나지 않아 수질 오염이 가속화된다.
- 하천 유량 증가 시 용존산소량 커짐.(02)
호소의 물순환 및 부영양화[편집]
95, 19-2
- 얕은 호수에서는 조류의 번식이 심할 수 있다.
- 깊은 호수에서는 봄 가을에 물의 수직운동에 의해 바닥 침전물이 수중으로 다시 떠올라 수질이 나빠질 수 있다.
- 여름이 겨울보다 수심에 따른 수온차이가 더 크다.(11)
- 부영양화는 표층부에서 잘 발생.
- 현재 호소 수질 환경기준엔 포함되어있지 않으나 부영양화 지표 항목으로 장래에 추가되어야할 항목 : 투명도(99)
- 성층현상: 여름, 겨울
- 전도(대류작용)현상 : 봄, 가을
- 전도현상 없으면 비교적 깨끗한 물 취수 가능.
부영양화 대책
12-3, 13-1, 16-1, 19-3
- 활성탄, 황산동(CuSO4), 염산동(CuCl2)
- 정수장에서 마이크로 스트레이너 전처리
수질검사 및 수질오염지표[편집]
pH[편집]
수소 이온 농도가 이면 몇 pH인가?
DO[편집]
- 용존산소량은 온도가 낮을수록 증가(08)
- 용존염류 농도 클수록 용존산소량 감소
- 용존산소 부족곡선(DO Sag Curve)에서 산소 복귀율(회복 속도)가 최대였다가 감소하기 시작하는 점은? 변곡점(04, 06, 08, 10)
- 사멸 조류 분해작용에 의해 호소 바닥부분 심층수에서 용존산소량 감소함.
BOD[편집]
- 하천수 5일 BOD(BOD5)에서 주로 측정되는 것은 탄소성 BOD(17-1)
BOD 잔존량[편집]
02, 06, 15-1, 19-2
t일 후 잔존하는 BOD(mg/L)를
-
- : 최초 BOD(mg/L) 또는 최종 BOD(=BODu)
- : 탈산소 계수(day-1)
- t : 경과 시간(day)
BOD 소비량[편집]
14-1, 15-3
t일 동안 소비된 BOD(mg/L)를 Y(예 : )라 하면,
15-3, 16-2
탈산소계수 0.1/day. 어느 폐수의 5일 BOD = 300mg/L. 이 폐수의 3일 후 남아있는 BOD? (밑 10인 지수함수 사용)
5일 BOD = BOD 소비량 = Y = 300mg/L
3일 후 잔존 BOD 계산
2. 96, 03, 06
최종 BOD가 5일 BOD의 1.8배. 밑 10인 상용대수를 쓸 때 탈산소계수?
BOD 소비량 공식
- 일
하천 합류 시 오염물질 농도 변화[편집]
A하천과 B하천이 합류된 하천의 오염 물질 농도(Cm)는 다음과 같이 계산할 수 있다. A하천의 유량을 QA, 오염 물질 농도를 CA라 하고, B하천의 유량을 QB, 오염 물질 농도를 CB라 할 때, 여기서 말하는 오염 물질 농도는 BOD 등이 가능하다.
15-1, 19-2
대장균[편집]
- 대장균은 소화기계 전염병균보다 저항력이 강함(03, 06, 10)
COD[편집]
13-2, 18-2
- COD는 해양오염 오염지표로도 쓰임.
- 생물분해 가능한 유기물도 COD로 측정 가능. 조류합성에 의한 유기물이 증가하면 COD도 증가
- NaNO2, SO2-는 COD 값에 영향 미침.
- 유기물 농도 크기 순서 TOD(Theory Oxygen Demand) > COD > BOD > TOC(Total Organic Carbon. TOC와 BOD는 거의 비슷함.[9])
기타[편집]
- 부영양화에 대한 가장 일반적인 지표기준은 : 투명도(Secchi disk depth) (00)
- 경도가 높은 물을 쓰면 보일러 관에 slime 또는 scale이 생길 수 있다.(01)
같이 보기[편집]
내용주[편집]
- ↑ infiltration gallery. 복류수(subsurface water)를 취수하기 위해 매설한 유공관거
- ↑ elevated tank. 배수량, 수압 조절을 위해 높은 지대 위에 설치한 탱크
각주[편집]
- ↑ 1.0 1.1 KDS 57 10 00 :2017 상수도설계 일반사항 2.5 기본사항의 결정
- ↑ Gordon Maskew Fair 외. 《Elements of Water Supply and Wastewater Disposal》 2판. John Wiley & Sons. 18쪽.
- ↑ 3.0 3.1 국가수자원관리종합정보시스템 - 상수도 이용 현황
- ↑ 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 30쪽.
- ↑ 노재식 외 (2016). 《토목기사 필기 상하수도공학》. 한솔아카데미. 31쪽.
- ↑ KDS 57 45 00 :2017 취수시설 설계기준. 5. 취수문
- ↑ KDS 57 45 00 :2017 취수시설 설계기준. 6. 취수관거
- ↑ KDS 57 45 00 :2017 취수시설 설계기준. 7. 취수틀
- ↑ 이종형, 2011
참고 문헌[편집]
- 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관.