Flow Analysis of Urban Combined Sewer by Personal Computer

개인 전산기를 이용한 도시합류관거의 흐름해석

The management of sewage and rainfall runoff becomes an emerging problem with the growth of urban communities. From the uncontrollable excess intensity or amount of rainfall, the conditions of sewer surcharge or manhole overflow could be generated in the combined sewer network where municipal or industrial wastewaters and rainfall runoff flow. The predictive model far the prevention of property and human life losses from this inundation was studied in this research. In the development of a mathematical flow model for the combined sewer surcharge and overflow, the Preissmann Slot concept and the four-point implicit method of finite difference were utilized. For the usage in personal computer, the overlapping segment method that required less memory storage was adopted. Through the simulation of hypothetical sewer network, the conservation of discharge volume was checked, and the usefulness of the Preissmann Slot was assured from the temporal distribution of discharge and depth along the sewer network. Also the possible field application for the correction of sewer diameters and slopes in the design of sewer network which has no surcharge/overflow condition was suggested.

도시의 급속한 팽창에 따라 하수 및 우수관리에 대한 문제가 점점 대두되고 있다. 도시내의 가정과 공장 등에서 나오는 오수 및 폐수들은 지하의 하수관거를 통하여 처리장이나 일반하천으로 방출되는데, 합류식 관거의 경우에는 강우로 인한 유출수까지도 이동시키는 역할을 담당하게 된다. 그런데 강우로 인한 유출수는 폐수나 오수처럼 인위적인 비율로 취급될 성질의 것이 아니므로 강우강도의 차이나 강우량에 따라서 가용적을 초과하여 관거내 압력류(surcharge)나 맨홀상부 범람 현상(overflow)을 발생시키게 된다. 따라서 어느 정도의 하수나 우수량은 감당할 수 있지만 장마철과 같이 강도가 높은 강우가 발생할 때에는 관경이 작거나 경사가 완만한 곳으로부터 지표면상으로 하수 및 우수가 동시에 범람되어 지대가 낮은 지역의 침수현상을 흔히 볼 수가 있다. 이번 연구는 하수관거의 이러한 흐름특성(flow characteristic)을 수치해석방법을 이용하여 해석함으로써, 설계된 관거에 있어서 관경 및 관경사등의 보정에 참고자료로서의 가능성을 찾는데 있었다. 본 연구는 유한차분법(finite difference method) 중 4점 음해법(four point implicit method)을 이용하며 Preissmann Slot Concept를 컴퓨터 용량에 제약이 없는 중첩분할법(Overlapping Segment Method)에 도입함으로써 압력류(surcharge) 및 맨홀의 범람 현상을 용이하게 파악할 수 있도록 시도하였다. 가상관망에 대한 모델의 실행결과 각 관거내의 수위 및 유량곡선의 시간적 분포를 통해 Slot의 적용의 실효성을 확인할 수 있었으며, 관거의 입구 및 출구에서의 유량보존이 성립함으로써 모델의 합리성이 제시되었다.