급수망

Water supply network

급수 네트워크 또는 급수 시스템급수를 제공하는 수문유압 구성 요소의 시스템이다.급수 시스템은 일반적으로 다음을 포함한다.

  1. 배수 대야(정수 식수 공급원 참조)
  2. 지하 대수층으로부터 호수, , 지하수와 같이 물이 축적되는 원물 수집 지점(지상 또는 지하수)원수는 미개설된 지하수 관로, 덮개 터널 또는 지하수 관로를 사용하여 정수시설에 이송할 수 있다.
  3. 정수 시설.처리된 물은 수도관(일반적으로 지하)을 사용하여 이송한다.
  4. 저수지, 저수조, 급수탑 등의 저수 시설.작은 수계는 물을 시스터압력 용기에 저장할 수 있다.높은 건물들은 또한 물이 상층에 도달하기 위해 압력 용기에 물을 국소적으로 보관해야 할 수도 있다.
  5. 펌핑 스테이션과 같은 추가 수압 구성부품은 지하 또는 지상 저수지나 시스터의 출구에 위치해야 할 수 있다(중력 흐름이 비현실적인 경우).
  6. 소비자에게 물을 분배하기 위한 관망(민간 주택 또는 산업, 상업 또는 기관 시설일 수 있음) 및 기타 사용 지점(화력발전소 등)
  7. 일반적으로 하수관(지하 파이프 또는 일부 개도국의 지하 도랑)과의 연결은 물 소비자의 하류에서 발견되지만, 하수도는 급수 시스템의 일부라기보다는 별도의 시스템으로 간주된다.

상수도망은 물산업공익사업에 의해 운영되는 경우가 많다.

물 추상화 및 원수 전달

생수(미처리)는 수자원을 제공하는 분수계 내의 지표수 수원(호수강의 취수구 등) 또는 지하수 수원(지하수 대수층에서 끌어오는 우물 등)에서 나온다.

원수는 미개간된 수도관이나 덮개 터널, 지하수 관로를 이용해 정수시설로 옮겨진다.

수처리

사실상 모든 대형 시스템은 물을 다루어야 한다; 세계보건기구(WHO)나 미국 환경보호국(EPA)과 같은 세계, 주 및 연방 기관이 엄격하게 규제하고 있는 사실이다.물 처리는 반드시 제품이 소비자에게 도달하기 전, 그리고 그 후에 (다시 배출될 때) 발생해야 한다.정수작업은 보통 펌핑 비용을 절감하고 치료 후 물이 오염될 가능성을 줄이기 위해 최종 공급 지점 가까이에서 발생한다.

전통적인 표면수처리공장은 일반적으로 설명, 여과, 소독의 세 단계로 구성된다.명확화란 입자(흙, 유기물 등)를 물줄기에서 분리하는 것을 말한다.화학적 첨가(즉, 알룸, 철 염화물)는 입자 전하를 불안정하게 하고, 물의 흐름을 안정시키거나 떠다니면서 설명에 대비한다.모래, 무연탄 또는 활성탄 필터가 물줄기를 정제하여 더 작은 입자 물질을 제거한다.다른 소독 방법이 존재하지만 염소를 첨가하는 것이 선호된다.염소는 박테리아와 대부분의 바이러스를 효과적으로 죽이고 잔여물을 유지하여 공급망을 통한 상수도를 보호한다.

물 유통망

미국 비복합 도시 물 시스템
센트럴 애리조나 프로젝트 어쿠아드레인지(Central Arizona Project Aqueduct)는 처리되지 않은
대부분의 (처리된) 물 분배는 지하 파이프를 통해 이루어진다.
저수지와 최종 사용자 사이에 물을 가압해야 한다.

소비지점으로 전달된 이 제품을 인간의 소비에 필요한 수질기준에 부합하면 음용수라고 부른다.

공급망의 물은 양압으로 유지되어 물이 네트워크의 모든 부분에 도달하고, 모든 이륙 지점에서 충분한 흐름을 이용할 수 있으며, 지상의 처리되지 않은 물이 네트워크에 들어갈 수 없도록 한다.물은 일반적으로 네트워크에서 가장 높은 국부 지점에 건설된 저장 탱크에 물을 펌핑하여 가압된다.한 네트워크에는 그러한 서비스 저장소가 여러 개 있을 수 있다.

소형 가정용 시스템에서 물은 압력 용기에 의해 가압될 수도 있고 심지어 지하 용기에 의해 가압될 수도 있다(그러나 후자는 추가 가압이 필요하다).이것은 수압을 공급하기 위해 급수탑이나 다른 어떤 높은 저수량을 필요로 하지 않게 한다.

이러한 시스템은 보통 도시 등 지방정부나 기타 공공기관이 소유·유지하고 있지만, 상공업체가 운영하는 경우가 있다(물 민영화 참조).상수도망은 지역사회, 군, 자치체의 기본 계획의 일부다.그들의 계획과 설계는 위치, 현재 수요, 미래 성장, 누출, 압력, 파이프 크기, 압력 손실, 소방 흐름 등 많은 요소들을 고려해야 하는 도시 계획자토목 기술자들의 전문성을 필요로 한다.관망 분석 및 기타 도구 사용.

물이 분배 시스템을 통과함에 따라 화학 반응과 생물학적 작용에 의해 수질이 저하될 수 있다.배관 시스템에서 금속 파이프 재료의 부식은 바람직하지 않은 미적 효과와 건강 효과로 금속이 물속으로 방출되는 원인이 될 수 있다.철관이 없는 철 파이프에서 철을 방출하면 수돗물에서 "붉은 물"이 발생한다는 고객 불만이 제기될 수 있다.구리 파이프에서 구리를 방출하면 "푸른 물" 및/또는 금속 맛이 있다는 고객 불만이 제기될 수 있다.납은 구리 파이프를 접합하는 데 사용되는 납땜이나 황동 고정장치에서 방출될 수 있다.소비자 탭의 구리 및 납 레벨은 소비자 건강을 보호하기 위해 규제된다.

유틸리티 기업들은 종종 그 부식성을 최소화하기 위해 분배 전에 물의 화학물질을 조절할 것이다.가장 간단한 조정은 탄산칼슘 층을 침전시켜 부식을 통과시키는 경향이 있는 물을 생산하기 위해 pH알칼리성을 제어하는 것이다.부식억제제는 종종 금속의 물 방출을 줄이기 위해 첨가된다.물에 첨가되는 일반적인 부식 억제제는 인산염규산염이다.

생물학적으로 안전한 식수의 유지도 물 분배의 또 다른 목표다.일반적으로 차아염소산나트륨이나 모노클로라민 등 염소계 소독제가 처리장을 빠져나가면서 물에 첨가된다.부스터 스테이션을 배전 시스템 내에 배치하여 배전 시스템의 모든 영역이 적절한 지속적인 소독 수준을 갖도록 할 수 있다.

토폴로지

전력선, 도로 및 마이크로파 무선 네트워크와 마찬가지로, 물 시스템은 루프 또는 분기 네트워크 토폴로지를 가질 수도 있고, 또는 둘 다의 조합을 가질 수도 있다.배관망은 원형 또는 직사각형이다.물 분배 본체의 한 섹션이 고장나거나 수리가 필요한 경우, 네트워크의 모든 사용자를 방해하지 않고 해당 섹션을 분리할 수 있다.

대부분의 시스템은 구역으로 나뉜다.[1]구역의 범위나 크기를 결정하는 요소에는 유압학, 원격측정 시스템, 이력 및 인구밀도가 포함될 수 있다.때때로 시스템은 특정 영역에 맞게 설계되었다가 개발을 수용하도록 수정된다.지형은 수력학자와 어떤 형태의 원격 측정에 영향을 미친다.각 구역이 독립형 시스템으로 작동할 수 있지만, 일반적으로 장비 고장 또는 시스템 고장을 관리하기 위해 구역 상호 연결에 어느 정도 배치가 있다.

수도망유지

급수 네트워크는 일반적으로 수도 유틸리티의 자산의 대부분을 차지한다.전산화된 유지관리관리시스템(CMMS)을 이용한 정비공사의 체계적 문서화는 상수도시설의 성공적인 운영을 위한 열쇠다.[why?]

water tub in black and white.
깨끗한 식수는 인간의 삶에 필수적이다.

지속가능한 도시용수 공급

지속가능한 도시용수 공급망은 음용수 공급과 관련된 모든 활동을 포괄한다.지속 가능한 발전은 도시 지역에 대한 물 공급을 위해 점점 더 중요하다.물 공급 시스템에 혁신적인 물 기술을 접목하면 지속 가능한 관점에서 물 공급이 개선된다.혁신적인 물 기술의 개발은 물 공급 시스템에 유연성을 제공하여 통합된 실물 옵션 접근법에 기초한 근본적이고 효과적인 지속가능성 수단을 창출한다.[2]

은 인간의 존재를 위한 필수적인 천연자원이다.모든 산업 및 자연 공정에서 필요한데, 예를 들어 정유, 수력-금속 공정에서의 액체-액체 추출, 냉각, 철 및 철강 산업에서의 스크러빙, 식품 가공 설비에서의 여러 가지 작업 등이 그것이다.

도시 상수도망 설계에 새로운 접근법을 채택할 필요가 있다. 향후 수십 년 동안 물 부족이 예상되고, 물 이용과 폐수 처리를 위한 환경 규제가 점점 엄격해지고 있다.

지속가능한 상수도망 달성을 위해서는 새로운 상수원 개발과 환경오염 저감이 필요하다.

물의 가격이 상승하고 있기 때문에, 물을 덜 낭비하고 파이프라인 누출을 막기 위한 조치를 취해야 한다.누수를 해결하기 위해 공급 서비스를 중단하는 것은 소비자들에 의해 점점 더 용인되지 않는다.지속가능한 상수도망은 민물 소비율과 폐수 발생률을 감시해야 한다.

개발도상국의 많은 도시 상수도 네트워크는 인구 증가, 물 부족, 환경 오염과 관련된 문제에 직면해 있다.

인구 증가

1900년에는 전 세계 인구의 13%만이 도시에 살았다.2005년까지 세계 인구의 49%가 도시 지역에 살았다.2030년에는 이 통계가 60%[3]까지 올라갈 것으로 예측된다.정부가 물 공급을 확대하려는 시도는 비용이 많이 들고 충분하지 않은 경우가 많다.새로운 불법 정주지가 건설되면 수도의 지도와 연결도 어려워지고 물 관리도 제대로 되지 않는다.[4]2002년에는 1억 5,800만 명의 사람들이 물 공급이 불충분했다.[5]점점 더 많은 사람들이 빈민가에 살고 있고, 위생 상태가 좋지 않아서 질병의 위험에 처해 있다.

물 부족

세계보건기구에 따르면 음용수는 세계적으로 잘 분포되지 않고 있다. 매년 180만 명이 안전하지 않은 물 공급으로 인해 사망하고 있다.[6]많은 사람들은 물 자체가 풍부하지만 어떠한 접근도 하지 못하거나 음용수의 질과 양에 접근할 수 없다.개발도상국의 가난한 사람들은 주요 강에 가까이 있거나 강수량이 많은 지역에 있을 수 있지만 음용수를 전혀 접할 수 없다.또한 물이 부족하면 매년 수백만 명의 사망자가 발생하는 곳에 사는 사람들도 있다.

상수도 시설이 빈민가에 도달할 수 없는 곳에서는 사람들은 손으로 펌프를 사용하여 우물, , 운하, 늪, 그리고 그 밖의 다른 물 공급원에 도달한다.대부분의 경우 수질은 인간의 소비에 적합하지 않다.물 부족의 주된 원인은 수요의 증가다.도시 지역의 수요를 충족시키기 위해 외진 곳에서 물을 가져온다.물이 부족한 또 다른 이유는 기후 변화 때문이다: 강수 패턴이 변화했고, 강이 흐르거나, 호수가 말라가고, 수족관이 비워지고 있다.

정부 문제

개발도상국에서는 많은 정부가 부패하고 가난하며 그들은 자주 바뀌는 정책과 명확하지 않은 합의로 이러한 문제에 대응한다.[7]물 수요가 공급을 초과하고, 가정과 공업용수 공급이 다른 용도에 비해 우선시되어 물 스트레스를 초래한다.[8]음용수는 시장에 가격이 있다; 물은 종종 더 높은 가격을 물 위에 올려 이익을 얻는 민간 기업의 사업이 되고, 이것은 저소득층에 장벽을 부과한다.밀레니엄 개발 목표는 필요한 변경을 제안한다.

유엔의 지속가능발전목표 중 6은 "모든 사람에게 물과 위생에 대한 가용성과 지속가능한 관리"를 보장하는 것이다.[9]이는 2010년 유엔총회에서 "모든 인권의 인정에 깨끗한 식수와 위생은 필수적"이라는 공식 인정을 받은 물·위생에 대한 인권의 인정이다.[10]지속가능한 물 공급은 모든 개인이 이용할 수 있는 가용성, 접근성, 저렴한 가격 및 물의 품질을 보장하는 것을 포함한다.

선진국에서는 기존의 공급망을 최적화하는 것이 문제다.이러한 경제는 대개 지속적인 진화를 가져왔고, 이로 인해 사람들에게 물을 공급하기 위한 기반시설을 건설할 수 있었다.유럽연합은 예상되는 미래 문제를 극복하기 위해 일련의 규칙과 정책을 개발했다.

흥미롭지만 구체적이지는 않은 많은 국제 문서들이 있고 따라서 그것들은 실행에 옮겨지지 않는다.[11]물과 지속가능한 개발에 관한 더블린 선언과 같은 권고안이 유엔에 의해 발표되었다.

급수망 최적화

시스템의 수익률은 그 가치나 순이익으로 측정할 수 있다.급수 시스템의 경우, 진정한 가치나 순이익은 제품의 적절한 양과 좋은 품질을 가진 신뢰할 수 있는 급수 서비스다.예를 들어, 새로운 시군을 공급하기 위해 도시의 기존 급수를 연장할 필요가 있다면, 새로운 지부의 영향은 구 제도에 대한 공급을 유지하면서 새로운 요구를 공급하도록 설계되어야 한다.

단일 목적 최적화

시스템 설계는 비용이라는 여러 기준에 의해 관리된다.편익이 고정된 경우 최소원가 설계는 최대 편익을 초래한다.그러나 최소 비용 접근방식은 일반적으로 급수망의 최소 용량을 초래한다.최소 비용 모델은 필요한 출력 압력, 최대 파이프 유량 및 파이프 흐름 속도와 같은 유압 제약 조건을 만족시키면서 일반적으로 최소 비용 솔루션을 검색한다.비용은 파이프 지름의 함수로서, 따라서 최적화 문제는 최소 허용 용량을 제공하도록 파이프 크기를 최적화하여 최소 비용 솔루션을 찾는 것으로 구성된다.

다목적 최적화

다만 '물 유통 시스템의 설계·재활용을 위한 최적화 방법'이라는 제목의 논문 저자에 따르면 "최소 수용량은 미래 수요의 불확실성 때문에 장기적으로 지속 가능한 상수도망에 대한 바람직한 해결책은 아니다"[12]라고 밝혔다.예상치 못한 수요 증가와 정수에 대처하기 위해 파이프 용량을 추가로 제공하는 것이 바람직하다.문제는 단일 목표 최적화 문제(비용 최소화)에서 다목적 최적화 문제(비용 최소화 및 흐름 용량 극대화)로 바뀐다.

가중합계법

다목적 최적화 문제를 해결하기 위해서는 가중치 있는 목표 합계나 ε-불규칙한 방법 등의 조정을 통해 문제를 단일 목적 최적화 문제로 전환할 필요가 있다.가중 합계 접근방식은 다양한 목표에 일정한 가중치를 부여한 다음, 이러한 모든 가중치에 있는 요인을 단일 요인 최적화로 해결할 수 있는 단일 목표 함수를 형성한다.가중치를 정확하게 선택할 수 없기 때문에 이 방법이 완전히 만족스러운 것은 아니다. 따라서 이 접근방식은 모든 원래 목표에 대한 최적의 해결책을 찾을 수 없기 때문이다.

구속조건법

두 번째 접근법(제약 방법)은 하나의 객관적 기능 중 하나를 단일 목표로 선택하며, 다른 객관적 기능은 제한된 가치의 제약조건으로 취급한다.그러나 최적 솔루션은 사전 정의된 제약 한계치에 따라 달라진다.

민감도 분석

다중 목표 최적화 문제에는 민감도 분석에 사용할 수 있고 다른 시나리오에서 시험할 수 있는 일련의 해결책을 도출하는 비용과 이익 사이의 절충 계산이 포함된다.그러나 두 가지 목표의 전지구적 최적성을 만족시킬 최적의 솔루션은 단 한 가지도 없다.두 목표 모두 어느 정도 모순적이기 때문에, 다른 목표를 희생하지 않고서는 하나의 목표를 개선할 수 없다.다른 접근법(예: Pareto Analysis)을 사용하고 최상의 조합을 선택해야 하는 경우도 있다.

운영상의 제약조건

비용 목표 기능으로 돌아가면 운영상의 제약조건을 위반할 수 없다.일반적으로 이 비용은 펌핑을 위한 에너지 비용이 지배한다."운영상의 제약조건은 각각 과대포핑과 비우기를 방지하기 위한 저장 탱크의 최대 수위와 최소 수위 등과 같은 물리적 제약조건에 더하여 우리와 같은 고객 서비스 표준(최소 공급 압력)을 포함한다."[13]

급수망의 운용 성능을 최적화하기 위해서는 에너지 비용을 최소화하는 것과 동시에, 네트워크의 거동에 대해 다른 펌프와 밸브 설정의 결과를 예측할 필요가 있다.

선형 및 비선형 프로그래밍 외에도, 지속가능성을 달성하기 위해 급수 네트워크를 관리하고 운영하는 설계 방법 및 접근법이 있다. 예를 들어, 운영 및 유지보수를 위한 효과적인 전략과 함께 적절한 기술의 채택이 그것이다.이러한 전략에는 효과적인 관리 모델, 가구주 및 산업에 대한 기술 지원, 지속 가능한 자금 조달 메커니즘 및 신뢰할 수 있는 공급망의 개발이 포함되어야 한다.이 모든 조치는 시스템 작동 수명, 유지보수 주기, 기능의 연속성, 수리를 위한 다운타임, 수율 및 수질을 보장해야 한다.

지속가능발전

지속 불가능한 시스템에서는 특히 도시 지역의 주요 관로에서 수도망의 유지관리가 불충분하다.시스템이 악화되어 재활이나 갱신이 필요하다.

Full-length Sustainable development in an urban water network.
도시 물망에서의 지속가능한 발전

가구주와 하수처리장은 둘 다 상수도망을 보다 효율적이고 지속 가능하게 만들 수 있다.환경 효율성의 주요 개선은 강우와 폐수의 체계적인 분리를 통해 얻어진다.멤브레인 기술은 폐수를 재활용하는 데 사용될 수 있다.

시는 빗물을 관리하는 현행 방식인 '시내 물 재이용 시스템'을 개발할 수 있다.그것은 처리된 폐수에 대한 물 재이용 계획을 시 단위로 적용하여 산업, 가정 및 시에서 사용할 수 있는 비 음료용 물을 제공한다.이 기술은 위생폐수의 소변 분율을 분리하여 영양분을 재활용하기 위해 수집하는 기술이다.[14]분변그레이워터 분수는 중력하수 시스템을 사용하여 가정에서 나오는 유기 폐기물들과 함께 수집되며, 음용수 없는 물로 계속 플러싱된다.물은 혐기적으로 처리되고 바이오가스에너지 생산에 사용된다.

지속가능한 급수시스템은 취수, 이용, 폐수 방류 및 처리와 수질 환경 보호를 포함하는 통합 시스템이다.소비 전 부문에서 담수지하수 사용을 줄여야 한다.지속가능한 상수도를 개발하는 것은 사람들의 장기적인 이익에 기여하기 때문에 증가하는 추세다.[15]물을 재사용하고 재활용하는 몇 가지 방법이 있는데, 이는 우리와 같은 장기적 지속가능성을 달성하기 위해서입니다.

  • 회색수 재이용 및 처리: 회색수는 욕조, 샤워기, 싱크대, 세면대에서 나오는 폐수다.만약 이 물을 처리한다면, 그것은 마시는 것 외에 다른 용도로 사용되는 물의 원천으로 사용될 수 있다.회색수의 종류와 처리 수준에 따라 관개 및 화장실 세정 등에 재사용할 수 있다.2000년[citation needed] 호주 뉴사우스웨일스 보건소에서 실시한 국내 회색수 재사용이 공중 보건에 미치는 영향에 대한 조사에 따르면, 회색수는 하수보다 질소와 배설 병원성 유기물을 적게 포함하고 있으며, 회색수의 유기성분은 더 빠르게 부패한다.
  • 생태학적 처리 시스템은 에너지를 거의 사용하지 않는다: 갈대밭, 토양 처리 시스템, 식물 필터와 같은 회색 물 재사용을 위한 많은 응용이 있다.이 과정은 유지관리가 용이하고 유기물, 암모니아, 질소, 의 제거율이 높기 때문에 그레이 워터 재사용으로 이상적이다.

도시 지역에 적용 가능한 급수 범위 지정 모델에 대한 기타 가능한 접근법은 다음을 포함한다.

물과 지속가능 발전에 관한 더블린 성명은 물 공급 문제를 극복하기 위한 새로운 추세의 좋은 예다.선진국들이 제시한 이 성명은 도시용수 공급에 큰 의미를 갖는 몇 가지 원칙을 내놓았다.다음은 다음과 같다.

  1. 담수는 유한하고 취약한 자원으로 생명과 개발, 환경을 유지하는 데 필수적이다.
  2. 물 개발 및 관리는 모든 수준의 사용자, 계획자 및 정책 입안자가 참여하는 참여적 접근법에 기초해야 한다.
  3. 여성들은 물의 공급, 관리, 보호에 있어 중심적인 역할을 한다.제도적 준비는 물 공급과 보호에서 여성의 역할을 반영해야 한다.
  4. 물은 모든 경쟁 용도에서 경제적 가치가 있으므로 경제적 재화로 인식되어야 한다.[16]

1992년에 개발된 이러한 진술로부터, 물을 중요시하고 도시 물 시스템 관리를 지속 가능한 발전으로 이동시키기 위한 여러 가지 정책이 만들어졌다.유럽 위원회의 물 프레임워크 지시는 이전의 정책들 중 거기서 만들어진 것을 보여주는 좋은 예다.

미래 접근 방식

좀 더 지속 가능한 물 공급 시스템이 필요하다.지속가능성을 달성하기 위해서는 기후 변화, 에너지 비용 상승, 인구 증가 등 여러 요인을 동시에 해결해야 한다.이 모든 요인들은 변화를 유발하고 가용 수자원의 관리에 압력을 가한다.[17]

기존의 급수 시스템을 변형시키는 데 장애물은 그 변환을 달성하는데 필요한 시간이다.좀 더 구체적으로 말하면, 변혁은 항상 단기적인 해결책도 필요로 하는 자치법규에 의해 실행되어야 한다.[citation needed]상수도 시스템의 지속가능성을 달성하는데 또 다른 걸림돌은 필요한 기술에 대한 실무경험이 부족하고, 조직과 전환과정에 대한 노하우가 빠져 있다는 점이다.

이러한 상황을 개선하기 위한 가능한 방법은 네트워크를 시뮬레이션하고, 시범 프로젝트를 구현하며, 관련된 비용 및 달성된 편익으로부터 배우는 것이다.

참고 항목

참조

  1. ^ Herrera, Manuel (2011). "Improving water network management by efficient division into supply clusters". Riunet. PhD thesis, Universitat Politecnica de Valencia. doi:10.4995/Thesis/10251/11233.
  2. ^ Zhang, Stephen X, Babovic, Vladan (2012). "A real options approach to the design and architecture of water supply systems using innovative water technologies under uncertainty". Journal of Hydroinformatics. 14 (1): 13–29. doi:10.2166/hydro.2011.078.
  3. ^ "World Urbanization Prospects: The 2005 Revision". www.un.org. Retrieved 2018-02-26.
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  10. ^ Solon, Pablo (28 July 2010). "The Human Right to Water and Sanitation". United Nations General Assembly.
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외부 링크