KR100871725B1

KR100871725B1 - Ｐｌａ 기반의 블록별 누수량 산정 전문가 시스템 및 누수 산정 방법

Info

Publication number: KR100871725B1
Application number: KR1020080085446A
Authority: KR
Inventors: 이창우; 우제영; 서진권
Original assignee: (주) 그린텍아이엔씨
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2008-12-05

Abstract

본 발명은 정수장부터 수도꼭지까지의 상수 이송과정에서 발생되는 누수량을 정확하게 측정하고 누수패턴, 사용량 패턴 등을 제공하기 위한 전문가 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 상수도 분야에서 누수 분석은 블록내 누수 발생을 추정할 수 있으며 또한 관로의 누수 발생이 빈번한 경우 관로 교체와 같은 예산 투입 시점을 파악 할 수 있는 등 누수량 정보는 상수도 사업에서 중요한 정보로서 역할을 한다. 특히 중블록, 또는 소블록과 같은 블록단위의 누수량 산정의 시간대별 변화 추이를 파악함으로서 블록내 운영상황에 따른 누수 발생 경향을 추정할 수 있는 효과도 있는 것이다.

따라서, 종래부터 국내외적으로 누수량을 산정하기 위한 누수량 산정 공식과 누수량 산정 시 고려하여야 할 parameter 등이 알려져 있다. 본 발명은 이러한 기 알려진 산정 공식과 parameter를 활용하여 시스템적으로 누수량을 계산하도록 한 것이며 상수도 분야의 비전문가들이 본 발명 시스템을 이용하여 간단한 경험식과 parameter를 사용하여 누수량을 산출함으로서 손쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 본 발명 시스템은 또한 블록별 단기 손실량 예측과 관로 교체 공사 후 정확한 누수량을 산출함으로서 관로 신설 및 교체/보수 공사가 정확히 수행되었는지 판단할 수 있는 근거를 제공할 수 있는 효과도 있는 것이다.

누수량, 무수수량, 사용량, 유량, 수압, 유효수량, 계량기 불감율, 관망시스템, 최소야간유량, 유수율, 블록, FAVARD CONCEPT, THE REPORT 26

Description

ＰＬＡ 기반의 블록별 누수량 산정 전문가 시스템 및 누수 산정 방법{Leakage measuring system at each Block and method thereof Based on PLA}

본 발명은 상수도 분야 중에서 관로의 유효 수량을 파악하기 위한 블록별 누수 수량 산정시스템 및 산정방법에 관한 것이다. 상수도 시스템은 정수장에서 상수를 생산하여 배 급수 관로를 통하여 수용가에게 공급하게 되는데 배 급수 관로는 구역별로 대블록, 중블록, 소블록 등으로 나누어진다. 한편 블록과 블록 사이에는 통상 제수변이 설치되고 압력계와 유량계 등이 설치되며, 제수변을 설치하는 목적은 어느 블록에서 공사를 할 필요가 있거나, 누수 등이 발생하는 경우 누수 구획을 분리하여 차단하고 나머지 블록에 대하여는 상수 공급을 정상적으로 하기 위한 것이며, 압력계는 블록의 압력이 적정한지를 파악하기 위한 것이고 유량계는 그 블록에 전체 공급량 등을 파악하기 위한 것이다. 상기와 같은 배 급수 블록에서 일반적으로 그 블록의 공급량과 수용가에서 계량하여 수도 요금이 징수되는 유수수량과는 차이가 발생한다. 그 차이는 여러 가지 원인으로 인하여 발생한다. 그 중 주요한 요소는 관로의 파열로 인한 누수와 관 접합부 등에 의한 누수이며 이를 누수량으로 정의하고, 관로에서의 도수량, 정수장이나 수도 사업소 등에서 사용하는 수도사업 사용수량, 공공수량 및 유량계 계량기 에러로 인한 불감수량 등은 무수수량이라 한다. 따라서 이러한 누수량과 무수수량은 정확한 유수량 산정뿐만 아니라 누수량 파악과 누수 지점의 파악 등을 위하여도 중요하다. 종래 이러한 누수량의 산출 방법은 통합유량 접근법과 최소유량 접근법이 있다. 통합유량 접근법은 일정기간의 상수 공급량과 계량기 검침 측정량을 유효 수량으로 간주하여 공급량과 유효수량과의 차이를 누수량으로 계산하는 방식이다. 또한 최소 야간유량 측정법은 심야 시간에 수용가에서 상수를 사용하지 않는다는 것을 전제로 하여 심야에 블록별 측정 계측 값을 누수량으로 산정하는 방식이다. 그러나 상기와 같은 방법은 실제 누수량의 정확한 산정이 어려울 뿐 아니라 산정 방식 자체가 유추하는 부분이 많고 수작업으로 이루어지므로 실질적으로 이용하는데 한계가 있을 수 밖에 없다.

본 발명은 상기와 같은 누수량 산정의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 누수량 산정을 단계별로 구분하여 시스템에서 자동으로 산정되어지도록 한 것이다. 그 첫 단계는 누수 산정에 관련되는 데이터를 수집하여 손실량을 계산하는 단계이다. 일정기간 내 측정하고자 하는 블록에 존재하는 수용가별 검침량, 그 블록의 공급량 등을 수집하여 공급량에서 수용가별 검침량 합계 차이를 손실량으로 계산하는 단계이다. 둘째 단계는 그 블록을 관리하는 근무자의 경험이나 그 블록의 현황을 참고로 한 시스템 사용자 정의에 의한 무수수량 정의와 구역 야간 평균압력, 최소야간수량 등의 블록 기본정보, 관망상태 인자, 누수산정 엔진 선택 등과 같은 입력요소를 결정하는 단계이다. 셋째 단계는 선택된 엔진을 이용하여 누수량을 산정하 고, 무수수량을 정의하며 누수 패턴을 형성하여 누수 블록을 파악하는 단계이다.

상기와 같은 단계를 통하여 시스템상에서 보다 정확한 누수량을 산정함으로서 누수가 발생하는 블록을 탐색할 수 있을 뿐만 아니라, 블록별로 산정된 누수량을 추정할 수 있음으로 인하여 상기 블록의 관로 교체 공사 후에 공사 구간 블록의 누수량을 일정기간 측정함으로서 공사에 대한 성능 평가가 가능하고 준공의 근거 기준을 확보할 수 있는 것이다.

현재는 수용가 계량기 검침량, 수용가 수전수, 블록 유량계에 의한 블록 내 상수 공급량 등의 데이터를 이용하여 수작업으로 누수량을 산정하고 있으며 전근 등으로 근무자가 변경되는 경우 블록내의 유량계 불감율, 관로 상태 등을 알기 어려워 정확한 누수량 계산 및 무수수량을 결정하는데 어려움을 겪고 있다. 또한 상기와 같은 방법은 실제 누수량의 정확한 산정이 어려울 뿐 아니라 산정 방식 자체가 유추하는 부분이 많고 수작업으로 이루어지므로 실질적으로 이용하는데 한계가 있을 수 밖에 없다.

본 발명은 누수량 산정을 단계별로 구분하여 시스템에서 자동으로 산정되어 지도록 한 것이다. 그 첫 단계는 누수 산정에 관련되는 데이터를 수집하여 손실량을 계산하는 단계이다. 일정기간 내 측정하고자 하는 블록에 존재하는 수용가별 검침량, 그 블록의 공급량 등을 수집하여 공급량에서 수용가별 검침량 합계 차이를 손실량으로 계산하는 단계이다. 둘째 단계는 그 블록을 관리하는 근무자의 경험이나 그 블록의 현황을 참고로 한 시스템 사용자 정의에 의한 무수수량 정의와 구역 야간 평균압력, 최소야간수량 등의 블록기본정보, 관망상태 인자, 누수산정 엔진 선택 등과 같은 입력요소를 결정하는 단계이다. 셋째 단계는 누수산정 알고리즘을 선택하고 선택된 엔진을 이용하여 누수량을 산정하고, 무수수량을 정의하며 누수 패턴을 형성하여 누수 블록을 파악하는 단계이다.

본 발명인 PLA(Pressure - Leakage Analysis) 기반 전문가 시스템 방법에 의하면, 블록별 유수율/누수율의 정확한 산정을 위해 계량기 검침량을 적용하고 사용자에 의한 누수산정엔진을 설정하여 월별/일별/시간대별 사용량 패턴, 누수량 패턴 등을 산정할 수 있으며 산정된 누수량 패턴 및 사용량 패턴을 통하여 해당 블록의 지속적인 모니터링과 예측이 가능하며 또한 유수율/누수율 분석과 무수수량 분석에 필요한 다양한 이론 및 엔진, Parameter 등을 비전문가인 사용자가 쉽게 설정하고 의미를 알 수 있도록 전문가 시스템 기능을 제공하는 효과가 있는 것이다.

이하에서는 상기와 같은 과제 해결 수단에 대하여 구체적으로 첨부된 도면과 함께 설명한다.

도1은 블록별 상수 공급량(Q_IN)과 수용가 사용량(Q_use)의 산정을 위한 소블록의 예시를 나타내고 있다. 도1에서 ∑ Q_IN-A , ∑ Q_IN-B 등은 일정기간 소블록의 상수 공급량의 합계를 나타낸다. 그리고 ∑ Q_use-A ∑ Q_use-B 등은 소블록내의 일정기간 수용가의 상수 사용량의 합계를 나타낸다. 따라서 소블록내의 일정기간 동안의 상수 공급량에서 그 블록 내 수용가가 같은 기간 동안에 사용한 사용량(유효수량)을 제 외하면 상기 소블록에서의 손실량으로 간주할 수 있다. 그러므로 손실량은 무수수량과 누수량을 포함한 무효수량의 합이 된다.

다음에는 본 발명을 상세히 단계별로 나타낸다.
먼저 1단계는 손실량 산정도듈(102)에서 손실량을 산정하는 단계이다. 도2는 손실량 산정의 Flow를 나타낸다. 먼저 기본데이터를 입력 수집하는 것이다. 상수 수용가별 검침량(수용가 사용량)을 요금관리시스템(30)에 입력하여 수집하는 것이다. 수도 사업소 등에서 블록명, 시간대별 상수 공급 유량, 압력데이터 등을 수집한다. 그리고 블록내 수용가 시간대별 검침 데이터들과 함께 무선 또는 유선망을 통하여 상기 누수 산정 시스템으로 수집, DB화 한다. 일반적으로 누수/유수율 산정은 월 단위로 요금관리 시스템(30)에 저장되어 누수 산정 시스템 DB로 전송된다.

다음에 손실량을 산정하고자 하는 블록을 선택하여 그 블록 내의 수용가 검침량의 합계를 산정하고 시간대별 공급량(유량계 검침량)에서 수용가에서 사용한 검침량의 합계에 의한 사용량을 제외하여 손실량을 산정한다.

상기와 같은 손실량 산정을 단계별로 설명하면 첫째, 수용가별 시간대별 검침량(수용가 사용량)을 요금관리 시스템(30)에 입력하여 본 발명 누수 산정시스템으로 수신 DB화하는 단계이다.

둘째는 손실량을 산정할 해당 블록을 선택하는 단계이다. 셋째는 전체 급수구역 중에서 해당 블록내 존재하는 수용가 조회 및 선택을 하는 단계이다. 넷째는 선택된 수용가의 검침량 합계를 산정하는 단계이다. 다섯째는 블록의 실시간 공급량 데이터를 조회하여 합계를 산정하는 단계이다. 마지막 단계는 블록내 공급량(블록 유량계 계량기 검침량)과 수용가 사용량의 차이로 시간대별, 일별, 또는 월별 손실량을 산정하는 단계이다.

2단계는 사용자 정의에 의한 입력 parameter 결정과 누수 산정엔진의 결정 및 무수수량 산정 단계이다. 도3은 상기 산정단계를 나타내는 flow이다. 상수도 수도 사업소에서 해당 분야에 종사한 근무자가 입력하는 상수(Constant)에 의하여 무수수량을 결정한다. 수도 사업소에 근무하는 경험자들은 경험에 의하여 자기 관리 구역의 관로 상태, 공공사용량 현황, 도수량 등을 잘 알고 있다. 따라서 수도 사업소 근무자는 통상 자기 업무 범위에 속하는 블록에 설치되어 있는 유량계에 대한 유량계 불감율, 공공사용수량, 도수량 등을 보다 정확하게 입력할 수 있는 것이다. 상기에서 유량계 불감률이라 함은 유량계 오차로서 통상 실제 공급한 공급량보다 적게 계량되어지는 오차이다.

무수수량 중에서 유량계 불감수량은 가장 많은 비율을 차지하며 검침 또한 어렵다. 따라서 유량계 불감수량은 사용자 정의에 의하여 입력 저장된다. 예를 들어, 하루 24시간의 유량계 불감수량은 블록에 설치된 유량계의 불감율에 하루 동안의 공급량을 곱하여 불감수량을 계산하는데 여기서 유량계 불감율은 근무자가 경험에 의하여 요금관리 시스템(30)에 입력하는 상수이고 불감율을 입력하면 본발명 시스템은 요금관리 시스템(30)에서 불감율, 블록에 설치되어 있는 유량계 검침량(공급량)을 수신받아 본발명 메모리부(40)에 저장하고 있다가 무수수량 산정모듈(104)에서 하루의 불감수량이 계산되어지며 동시에 무수수량 산정모듈(40)에서 변화승수를 고려하여 시간대별 불감수량의 합으로 계산되어 지는 것이다. 그리고 유량계 불감수량을 제외한 기타 무수수량(수도사업용수량, 공공수량, 부정사용량 등)도 사용자가 요금관리 시스템(30)에 입력하면 상기의 기타 무수수량을 요금관리 시스템(30)으로부터 수신받아 본발명 시스템의 메모리부(40)에 저장하고 있다가 무수산정모듈(104)에서 상기의 유량계 불감수량을 포함한 전체 무수수량이 계산되어 지며 또한 무수수량 산정모듈(104)에서 변화승수를 고려하여 기타 무수수량도 시간대별 기타 무수수량의 합으로 계산되어 지는 것이다. 또한, 수집된 유량과 압력 데이터에 의한 누수량 산정은 BABE(Burst and background Estimate)개념을 도입하여 산정된다. BABE 개념에 의해 전체 발생 누수의 종류는 관망 파손에 의해 발생되는 누수와 관망의 접합부 및 작은 crack에서 발생되는 누수로 구분된다. 최근까지 다수의 국가에서 일반적으로 상수관망관리에 BABE개념을 사용하고 있으며 본 발명에도 누수산정의 기본 개념으로 적용한다. 누수량 산정 시 블록 및 관망상태 parameter는 사용자 입력에 의해 입력되거나 평가지표에 의하여 자동 산출된다. 상기의 사용자 정의의 각 단계를 구체적으로 설명한다. 첫째는 항목별 무수수량을 사용자가 정의하는 단계이다. 둘째는 유량계 불감수량을 제외한 수도 사업소 용수량, 부정 사용량, 공공 사용량 등을 유수율 산정항목에 포함할지 여부를 결정하는 단계이다. 셋째는 블록 및 관망의 기본 정보 입력모듈의 상수(Constant)를 입력하는 단계이다. 즉 아래의 <표1>의 비고란에 기재한 바와 같이 N1값(N1 값은 상수도 관의 종류에 따라 상이하게 적용되어야 함, <표2> 참조)을 사용자가 상수도 관망시스템(20)에 입력하면 본발명 시스템의 메모리부(40)에 저장되고, FAVAD와 Report 26에 의한 2가지 수압보정인자 산정모듈식 중에서 FAVAD 식을 선정하는 경우 메모리부(40)에 저장된 상기 N1값을 이용하여 수압보정인자(PCF)값을 구하게 되고, 또한 Report 26에 의한 수압보정인자 산정식을 선정하는 경우에는 최소야간평균압력(AZNP)에 의하여 수압보정인자(PCF)를 구하게 되는 것이다. 여기서 최소야간유량 발생시간을 측정하고 구역 최소야간평균압력(Average Zone Night Pressure : AZNP)을 자동으로 산정하여 누수산정엔진에서 사용할 수 있다. 또한 아래의<표4> 의 누수산정식에서 예시한 바와 같이 C1(배수관 손실량 계수),C2(인입배수관 손실량 계수),C3(옥내급수관 손실량 계수), N(급수전수), L(배관망연장), ICF(관망상태인자)등을 상수도 관망시스템(20)에 입력하면 상수도 관망시스템(20)으로부터 상기의 데이터을 수신받아 메모리부(40)에 저장하고 있다가 누수수량 산정모듈(103)에서 <표4>의 누수량 산정식중 하나를 선정하여 누수수량을 산정하게 되는 것이다.
넷째는 설정된 최소야간 유량시간에 의해 최소야간 유량(MNF)를 수집하는 단계이다. 다섯째는 수압보정인자 산정모듈(105)에서 수압 보정 인자(Pressure Correction Factor : PCF)를 산정하는 단계이다. 수압 보정 인자가 불필요한 경우 PCF는 1로 입력한다. 상기에서 언급한 바와같이 필요한 경우 사용자에 의한 수압 보정 인자 산정 엔진을 선택한다. 좀더 구체적으로 수압보정인자에 관하여 설명하면 수압 보정 인자 산정에는 다음과 같이 2가지의 엔진을 적용할 수 있는데 하나는 Favard Concept 방법이고 다른 하나는 The Report 26 방법이다.

표1은 본 발명에 적용되는 수압 보정 인자의 산정식의 예이다. 표2는 FAVAD Concept에 의한 수압 보정 인자의 산정 값을 나타내고, 표3은 The Report 26에 의한 수압 보정인자 산정값을 나타낸다.

<표 1> 수압 보정인자의 산정식의 예

구 분	Equation	비고
FAVAD Concept (Fixed and Variable Area Discharge)	PCF = (P1/P0)^N1 L1/L0=(P1/P0)^N1 L : Leakage P : Pressure	0.5≤N1≤2.5 (N1은 사용자에 의해 정의)
The Report 26 (Leakage index curve)	PCF = Leakage Index AZNP / 35.5 Leakage Index = 0.5 × AZNP + 0.0042 ×AZNP²	AZNP에 의한 PCF(수압보정인자) 산정

상기에서 P0 는 수압 50m 기준 값이고 P1 은 구하고자 하는 비교 수압 값이고 L0 는 수압 50m에서의 누수량이고 L1 은 P1 에서의 누수량임.

<표 2> FAVAD Concept : Pressure Correction Factors ^{1), 2)}

Average Zone Pressure(m)	Power Exp.=0.5 (Iron/Steel)	Power Exp.=1.0 (Mixed Pipes)	5Power Exp.=1.0 (Mainly Plastic)	Power Exp.=2.5 (All Plastic)
20	0.63	0.40	0.25	0.10
30	0.77	0.60	0.46	0.28
40	0.89	0.80	0.71	0.57
50	1.00	1.00	1.00	1.00
60	1.09	1.20	1.31	1.58
70	1.18	1.40	1.65	2.31
80	1.26	1.60	2.02	3.23
90	1.34	1.80	2.41	4.34
100	1.41	2.00	2.83	5.65
120	1.55	2.40	3.72	8.92
140	1.67	2.80	4.68	13.12
160	1.79	3.20	5.72	18.32
180	1.89	3.60	6.83	24.58
200	2.00	4.00	8.00	32.00

1) ECONOLEAK, Ronnie Mckenizie and Allan Lambert, WRc Report TT 169/02 (2002)

2) Pressure Correction Factors = (P1/P2)^{Power exp.}

<표 3> The Report 26 : Pressure Correction Factors ^{1), 2)}

Average Zone Pressure(m)	PCF
20	0.33
30	0.53
40	0.75
50	1.00
60	1.27
70	1.56
80	1.88
90	2.22
100	2.59
120	3.39
140	4.29
160	5.28
180	6.37
200	7.55

1) Managing Leakage Report E, WRc (1994)

2) Leakage Management and Control, WHO, (2001)

상기 표2에서 수압보정인자는 Pressure Correction Factors = (P1/P2)^{Power exp}를 적용하여 산정되어진다. 여기서 P2는 수압 50m 기준값이고, P1은 구하고자 하는 비교 수압 값이다.

상기 표3은 The Report 26에 의한 수압 보정인자 값을 나타낸다. FAVAD Concept과 The Report 26은 수십년전부터 영국, 일본 등 전세계적으로 연구되어왔으며 WRC, IWA 등과 같은 상수도 관련 학회, 연구기관에서 실증적으로 검증된 수압-누수량 관계식이다.

여섯째는 사용자에 의한 관망상태 인자 정의이다. 통상 관망상태에 따라 관망상태인자 (Infrastructure Condition Factor : ICF) 정의는 0.5～2.0의 범위에서 사용자가 결정하여 정할 수 있다. 일곱째는 누수량 산정 엔진에 의한 Background Leakage 산정 단계이다.

누수량 산정 엔진의 경우 UK Water Industry, WRC(Water Research Commission), IWA Task Force 또는 WHO에서 제시하는 누수 산정공식을 사용자가 현장 상황에 맞게 선택하면 메모리부(40)에 저장된 입력 Parameter 등에 의하여 무수산정모듈(103)에서 누수량을 산정한다. 표4는 누수량 산정식의 예시를 나타낸다.

<표 4> 누수산정식의 일부 예

구분	Background Leakage(L_B) Eq.
Method1	L_B(ℓ/hr)=ICF×PCF×C₁×L+(C₂+C₃)×N) 여기서, C₁ : 배수관 손실량 계수(ℓ/km/hr) 　　　　　　　 C₂: 인입급수관 손실량 계수(ℓ/conn/hr) 　　　　　　　 C₃: 옥내급수관 손실량 계수(ℓ/conn/hr) 　　　　　　　 N : 급수전 수(Connections) 　　　　　　　 PCF : 수압보정인자 　　　　　　　 L : 배수관 연장(km) 　　　　　　　 ICF : 관망상태인자
Method2	L_B(ℓ/hr)=ICF×(20×L_m+1.25×N_c+33×L_p)×(AZNP/50)^1.5 여기서, L_m : 배수관 연장(km) 　　　　　　　 N_c: 인입급수관 개수 　　　　　　　 L_p: 옥내급수관 연장(km) 　　　　　　　 (AZNP/50)^1.5 : (N1=1.5)일 때 PCF 0.5≤N1≤2.5(N1은 사용자에 의해 정의) 　　　　　　　 ICF : 관망상태인자

1) L_B의 단위는 ℓ/hr이고 실험을 통해 도출된 경험식이다.

상기 누수량 산정모듈(103)에서 누수량의 산출은 하나의 method1을 적용할 수도 있고 method2를 두가지 이상 적용하여 산정한 후 평균값을 누수량으로 산정할 수도 있다.

여덟째는 유량계 불감수량 및 기타 무수수량의 시간대별 발생량 정의 단계이다. 시간대별 발생량은 후술하는 변화승수(k_n)를 적용하여 구하여 진다.

3단계는 누수량, 사용량 산정과 패턴을 생성하는 단계이다. 도3에서와 같이 정의된 누수 산정 방식과 Parameter에 의해 누수량이 산정된다. 누수수량중에서 Background leakage(통상의 관로누수)는 표4의 Method 1 또는 Method 2를 이용하여 계산하고, Burst Leakage(관로 파열에 의한 누수 등)는 Water Balance에 의해 산정된다.

도4는 유/누수율과 무수수량 및 누수/사용량 패턴 산정 flow를 나타낸다. 무수수량은 사용자 정의에 의하여 결정된다. 도6과 같이 사용량 패턴을 보여주기 위하여 수행하여야 할 단계는 첫째는 사용자 정의에 의한 블록별 데이터 및 Parameter를 확인하여 입력하고 둘째는 Leakage 산정 시 수압보정인자 산정엔진과 누수 산정엔진을 결정하는 단계이고, 셋째는 BABE 개념에 의한 Background Leakage를 산정을 하는 단계이다. 상기의 누수 산정엔진은 표4와 같은 엔진을 사용할 수도 있고 다양한 산정 엔진으로 대체할 수도 있다.

넷째는 사용자 정의에 의하여 무수수량을 결정하는 단계이다. 산정하는 무수수량의 항목은 하기 표와 같다.

<표 5> 무수수량 항목

구분	항목	비고
무수수량	유량계 불감수량	% 또는 발생량 입력
	수도사업용수량	발생량 입력
	공공수량	발생량 입력
	부정사용량	발생량 입력

다섯째는 BABE Concept에 의해 블록내 파열 누수량(Bursts)를 산정하는 단계이다. 상기 표4의 Bursts Leakage 산정식에 의해 압력데이터에 기초하여 단위 파이프당 발생하는 파열 누수량을 산정하고 블록내 파열 파이프(Pipe)의 개수를 추정한다. Bursts Leakage 산정방법은 하기 표와 같다.

블록내 파열(Bursts)에 의한 총 누수량 = 공급량 - 사용량 - 누수량(Background Leakage) - 유량계 불감수량 - 기타 무수수량 Q_Leak(Bursts) = Q_In - Q_Use - Q_{Leak(Background Leakage)} - Q_Error - Q_Etc

여섯째는 패턴 생성을 하는 단계이다. 패턴 형성은 누수 산정식 중 FAVAD 산 정식으로 인한 패턴으로 나타낼 수도 있고 The Report 26에 의한 누수 산정식에 따른 패턴형성으로 나타낼 수도 있으며 추가적인 다른 엔진에 의해 형성될 수도 있다. 패턴 생성을 위하여 시간대별 공급량과 사용량, 누수량 및 불감수량을 정의한다.

일곱째는 상기 시간대별 공급량, 사용량, 누수량, 및 불감수량 등을 그래프에 도시한다.

여덟째는 상기 시간대별 공급량에서 누수량, 무수수량을 차감하여 사용량(QUse)을 계산하여 패턴을 생성한다.

상기에서 유수/누수율 산정할 수 있으며 그 계산식은 아래와 같다.

유수율 = (사용량/공급량) × 100 　　　　　　　　　　 = ( Q_Use / Q_In ) × 100

누수율 = (누수량/공급량) × 100 　　　= ( Q_Leak / Q_In ) × 100

도5는 압력 상관성을 고려할 경우(FAVAD Eq.) 생성된 누수패턴 및 무수수량 패턴을 나타낸 것이며 다음과 같은 방정식을 통하여 그래프상 패턴의 위치를 결정한다.

일반적으로 손실량(Q_Loss)

Q_Loss = 누수량 + 무수수량(유량계 불감수량 + 기타 무수수량)

　　　　　　　　　 = Q_Leak + Q_Error + Q_Etc

Q_Leak는 누수산정엔진에 의해 산정되며 무수수량은 유량계 불감수량과 기타 무수수량으로 구분하여 다음과 같이 산정된다.

① 유량계 불감수량

유량계 불감수량의 경우 사용자에 의한 입력값이므로 아래 식에 의해 산정된 값과 입력값이 일치되도록 한다. 시간별 변화 승수를 고려하여 블록내 시간별 발생하는 유량계 불감수량을 산정할 수 있다.

　 - 유량계 불감수량(Q_Error)

　　　　 Q_Error = 공급량(Q_IN) × 유량계 불감율(%)

　　　　　　　 여기서, Q_Error는 계측기간내 유량계 불감량의 적분값( m³또는 ℓ )

산정된 유량계 불감수량을 시간대별로 변화 승수(k_n)의 크기에 따라 배분한다. 변화승수(k_n)의 Default value는 최소야간유량 대비 시간대별 공급량 비율(%)로 가정한다. 일일 유량데이터에 의한 유량계 불감수량을 산정할 경우 다음과 같이 배분된다.

　　　　 Q_Error = Q_S × k₁ + Q_S × k₂ + Q_S × k₃ + ----- + Q_S × k_n =

　　　　　　여기서, Q_S는 유량계 불감수량의 단위 유량(ex. m³/hr)

　　　　　　　k_n은 변화 승수(사용자 입력 또는 Default value)

　　　　　　　: n은 계측 기간내 계측값 수집주기

　　　　　　　 -> 데이터 계측기간이 1일이고 데이터 수집단위가 1시간이면 n=24,

　　　　　　　　　1분 단위이면 n=1440

　　　　　　　: 변화 승수의 Default value는 최소야간유량 대비 시간대별 공급량 비율(%)

단위 유량(Q_S)이 산정되면 그래프에 유량계 불감수량 발생 경향을 도시할 수 있다. 마찬가지로 기타 무수수량의 경우도 다음과 같이 산정된다.

② 기타 무수수량

기타 무수수량은 사용자 정의에 의한 입력값으로 주로 계산하여 산정하며 아래 식에 의해 산정된 값과 입력값이 일치되도록 한다. 변화승수(k_n)의 Default value는 마찬가지로 최소야간유량 대비 시간대별 공급량 비율(%)로 가정한다.

　 - 기타 무수수량(Q_Etc)

　　　　 Q_Etc = Q_P × k₁ + Q_P × k₂ + Q_P × k₃ + ----- + Q_P × k_n =

　　　　　여기서, Q_Etc는 계측기간내 기타 무수수량의 합( m³ 또는 ℓ )

　　　　　　　　Q_P는 기타 무수수량의 단위 유량(ex. m³/hr)

　　　　　　　 k_n은 변화 승수(사용자 입력 또는 Default value)

　　　　　　　 : n은 계측 기간내 계측값 수집주기

　　　　　　　　　 1분 단위이면 n=1440

단위 유량(Q_P)이 산정되면 그래프에 기타 무수수량 발생 경향을 도시할 수 있다.

③ 변화 승수 산정 방법(k_n)

유량계 불감수량과 기타 무수수량은 시간대별 공급량과 상관성이 있다고 가정하여 산정된다. 이때 사용되는 시간대별 변화 승수는 사용자에 의해 정의되거나 다음과 같이 최소유량발생시점을 기준으로 하여 일정기간내 공급되는 유량에 대한 특정시점 유량이 차지하는 비율로 산정(=Default value)하여 적용할 수 있다.

기존에는 유량계 불감수량 및 기타 무수수량에 대한 시간대별 발생 변동을 고려하지 않았으나 변화승수에 의한 시간대별 변화를 감안하였으며 최종적으로 Water Balance에 의한 누수/사용수량 패턴 생성시 더욱 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다.

<표 6> 공급량을 이용한 변화승수 산정 예(=default value)

k	시간	유량	변화 승수	k	시간	유량	변화 승수
1	00:00	32.17	1.51	13	12:00	56.44	2.64
2	01:00	26.40	1.23	14	13:00	62.85	2.94
3	02:00	21.35	1.00	15	14:00	57.66	2.70
4	03:00	21.69	1.02	16	15:00	53.01	2.48
5	04:00	22.26	1.04	17	16:00	52.19	2.44
6	05:00	24.22	1.13	18	17:00	49.80	2.33
7	06:00	35.05	1.50	19	18:00	51.96	2.43
8	07:00	60.12	2.82	20	19:00	50.40	2.36
9	08:00	65.97	3.09	21	20:00	51.15	2.40
10	09:00	62.21	2.91	22	21:00	53.05	2.48
11	10:00	60.56	2.84	23	22:00	43.99	2.06
12	11:00	57.78	2.71	24	23:00	42.83	1.98

변화승수 Default value 값 산정 예 :

08:00 시점의 변화승수 = (08:00시점의 유량데이터) / (야간최소유량 데이터)

　　　　　　　　　　 = 65.97 / 21.35(02:00시점의 유량데이터)

　　　　　　　　　　 = 3.09

상기 변화 승수와 공급량과의 관계는 다음 그래프와 같이 나타낼 수 있다.

또한 도5는 누수량 산정에 의한 패턴을 보여주고 있으며, 누수산정엔진에 의해 누수량 등이 산정되면 패턴 형성 모듈(101)에서 패턴을 형성하여 누수량, 무수수량과 유량계 불감량, 및 사용량 등의 패턴을 함께 도시한 그래프이다.

도6은 시간대별 사용량 패턴을 나타낸다. 시간별 사용량(Q_Use) 패턴은 단위시간별 공급량(Q_IN)에서 단위시간별 누수량(Q_Leak), 유량계 불감수량(Q_Error) 및 기타 무수수량(Q_Etc)을 차감하여 산정된 값을 해당시간대별로 나열하여 패턴형성모듈(101)에서 생성된다.

Q_Use = Q_IN - (Q_Leak + Q_Etc + Q_Error)

도7은 본 발명의 시스템 구성도이다. 수용가 계량기 검침량 등 손실량 산정에 필요한 기초 데이터를 요금관리 시스템(30)으로부터 수신할 수 있고, 또한 관망인자, 수압, 유량 등의 누수량 산정과 직관적인 블록경계식별을 위한 기초 데이터는 상수도 관망(GIS) 시스템(20)으로부터 받을 수 있는 것이다. 상기의 수신 받은 데이터들을 메모리부(40)에 저장하여 공급량 산정, 수압 보정인자 산정, 누수 산정, 무수수량 산정, 사용량 산정 및 패턴 형성 등에 가공하여 이용하고 다양한 Parameter를 이용한 복잡한 계산과정을 비전문가에게 은닉하여 이해가 쉬운 형태의 설정 및 출력이 가능하도록 한 입출력부(50)를 제공한다. 도8은 중앙처리부의 상세도이다. 중앙처리부는 공급량과 사용량에 의한 손실량 산정 모듈(102), 수압보정인자 산정모듈(105), 누수수량산정모듈(103), 무수수량산정모듈(104) 및 패턴형성모듈(105)로 구성되어 있고 상기의 모듈과 입출력부(50), 메모리부(40)의 데이터 송수신, 가공 등을 제어하는 중앙처리부(10)로 구성되어 상기에서 설명한 바와 같이 누수량, 무수수량 등을 산정하게 된다.

도1은 일반적인 급수 시스템의 블록도.

도2는 손실량 산정 Flow.

도3은 사용자 정의에 의한 입력변수 산정 Flow.

도4는 무수수량 산정 및 패턴 형성 Flow.

도5는 공급량 및 누수량 패턴의 예.

도6은 사용량 패턴의 예.

도7은 본 발명 시스템 구성도.

도8은 중앙처리부 상세 구성도.

Claims

요금관리 시스템으로부터 수집되는 블록내의 유량계 계측량, 급수전 수, 계량기 검침량, 수압, 유량계 불감율, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정사용량과 상수도 관망시스템으로부터 수집되는 배수관망 연장, 배수관 손실량 계수, 옥내 급수관 손실량 계수, 인입급수관 손실량 계수, 관망상태인자 등의 데이터를 저장하는 메모리부와;

상기 메모리부에 저장된 상기 데이터를 수신하여 일정 시간대별로 블록내의 유량계 계측량과 상기 유량계 불감율에 따른 불감수량을 산정하고, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정 사용량에 의하여 기타 무수수량을 산정하고 상기 기타 무수수량에 상기의 유량계 불감수량을 합산 무수수량을 산정하고, 수압보정인자 산정식에 의하여 수압보정인자를 산정하여 상기의 수압보정인자와 누수 산정식에 의하여 누수량을 산정함으로써 전체 손실량을 산정하는 중앙처리부와;

상기의 중앙처리부에서 산정된 블록내의 무수수량, 누수량, 손실량 및 수용가 사용량 등을 그래프에 의한 패턴으로 보여주는 입출력 표시부로 구성된 것을 특징으로 하는 상수도 배급수 누수 산정 시스템
제1항에 있어서 중앙처리부는 블록내의 유량계 검침량과 수용가 사용량에 의하여 손실량을 산정하는 손실량 산정모듈;

블록내의 유량계 계측량과 상기 유량계 불감율에 의하여 불감수량을 산정하고, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정 사용량에 의하여 기타 무수수량을 산정하며 상기의 유량계 불감수량과 기타무수수량을 합산 무수수량을 산정하는 무수수량 산정모듈;

수압보정인자 산정식에 의하여 수압보정인자를 산정하는 수압보정인자 산정모듈;

상기의 수압보정인자와 누수 산정식에 의하여 누수량을 산정하는 누수산정모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 상수도 배급수 누수 산정 시스템
삭제
제2항에 있어서 중앙처리부는 무수수량, 누수량, 손실량, 사용량 등을 그래프 패턴으로 형성하는 패턴형성모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 상수도 배급수 누수 산정 시스템
상수도 급배수시스템의 누수량 산정하는 방법에 있어서

요금관리 시스템으로부터 블록내의 유량계 계측량, 급수전 수, 계량기 검침량, 수압, 유량계 불감율, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정사용량과 상수도 관망시스템으로부터 배수관망 연장, 배수관 손실량 계수, 옥내 급수관 손실량 계수, 인입급수관 손실량 계수, 관망상태인자 등의 데이터를 수집 저장하는 단계와;

수압보정인자 산정식에 의하여 수압 보정인자를 산정하는 단계와;

상기의 수압보정인자와 누수 산정식에 의하여 누수량을 산정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 누수량을 산정하는 방법.
삭제
요금관리 시스템으로부터 블록내의 계량기 검침량, 급수전 수, 수용가 사용량, 수압, 유량계 불감율, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정사용량과 상수도 관망시스템으로부터 배관망 연장, 배수관 손실량 계수, 옥내 급수관 손실량 계수, 인입급수관 손실량 계수, 관망상태인자 등의 데이터를 수집 저장하는 단계와;

유량계 불감율에 따른 불감수량을 산정하고, 수도사업소 사용량, 공공수량, 부정 사용량에 의하여 기타 무수수량을 산정하며 상기의 유량계 불감수량을 합산 무수수량을 산정하는 무수수량을 산정하는 단계와;

수압보정인자 산정식에 의하여 수압 보정인자을 산정하는 단계와;

상기의 수압보정인자와 누수 산정식에 의하여 누수량을 산정하는 단계와;

공급량, 사용량, 누수량, 무수수량 등의 패턴을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 상수도 배급수 시스템의 사용량 패턴 형성 방법.