EPANET용어설명

3. 관망의 구성요소

1) 격점(Node) 요소

(1) 절점(Junction)

절점은 관망을 연결해주는 연결자 역할을 하는데, 관경이 변하는 지점, 분기지점, 유량의 유출입이 있는 지점을 절점으로 한다.

절점의 기본적인 입력자료(Input data)는 다음과 같다.

- 표 고 : 통상 관상고(管上高, EL. m)를 입력한다.

- 사용량 : 절점에서 유출되는 사용량으로 유량단위는 수리단위에서 정의한(Project >> Defaults >> Hydraulics 참조) 것을 사용하며, CMD(Cubic Meters per Day, ㎥/일)을 사용하는 것이 보통이다. 만일 수용가 관로까지 고려하여 관망도를 작성할 경우 분기점에서의 사용량은 0으로 두고, 최종 수용가 지점에서 사용량을 입력한다.

- 초기 절점 수질 : 절점에서 투입되거나 알고 있는 수질 또는 반응물질의 농도(㎎/ℓ, 또는 ㎍/ℓ)를 입력한다.

절점에 대하여 계산된 결과 값은 다음과 같다.

- 동수두(動水頭, Hydraulic head, m), 압력(m)

- 수질(수질농도, 다수원일 경우 수원의 유량분포(%), 취수원으로부터의 물 이동시간 등)

※ 절점자료에서 절점번호(Junction ID)와 표고(Elevation)는 반드시 입력하여야 하며, 절점번호를 포함한 모든 요소의 번호는 컴퓨터가 자동으로 부여한 것을 사용할 수 있다. 이때 자동으로 부여된 번호를 변경하고자 할 때 변경코자 하는 번호가 존재하면 변경이 불가능하므로 기존의 번호를 미리 바꾸어 놓은 후에 변경하여야 한다.

 

(2) 저수지(Reservoir)

저수지는 수위가 고정된 저수지, 취수장, 또는 정수장의 정수지 등 최초의 알고 있는 수위지점(고정수두절점, Fixed Grade Node)을 말하는데, 통상 해석을 시작하고자 하는 시점으로서 그 지점의 수위 또는 수두를 알고 있어야 한다. 저수지의 기본적인 입력사항은 동수두(표고 + 수위)이다.

만일 시간별 수위변화를 고려하고자 할 경우 저수지 편집기내의 수두패턴(Head Pattern)에서 시간별 공급량 변화패턴과 같이 수위를 입력하여 주면 된다. 이때 수두패턴은 수두(Total Head)의 승수이므로 만일 수위를 직접 입력하고자 하면 저수지의 총 수두를 “1”로 두고 수두패턴을 수두에 맞추어 시간별로 입력하면 된다.

 

(3) 탱크(Tank)

탱크는 관망내 배수지, 조절지, 터널 입출구 등 자유수면을 가지고 있으면서, 시간별 유량 변화에 따라 수위와 체적이 변화는 절점요소를 말한다. 탱크에 대한 기본적인 입력자료는 다음과 같다.

- 탱크번호

- 바닥표고(수위가 0인 곳, 또는 관로와 연결된 지점)

- 직경(또는 원형이 아닐 경우 모양에 따라 원형의 직경으로 환산, 수위에 따라 저수량이 변하면 곡선(Curve)을 이용하여 별도로 입력)

- 초기, 최저 및 최고 수위

※ 바닥표고를 EL.m로 입력하였으면, 이 수위는 상대 값을 입력한다 (바닥으로부터 1.0m 등).

- 초기 수질 또는 반응물질 농도

계산된 기본적인 결과 값은 다음과 같다.

- 동수두, 압력, 수질 또는 반응물질 농도변화 값

 

2) 연결(link) 요소

(1) 관로(Pipe)

관로는 물을 한 절점(node)에서 다른 절점으로 물을 운송하는 연결요소이다. 흐름의 방향은 동수두가 높은 지점으로부터 낮은 곳이다. 관로에 대한 기본적인 입력자료는 다음과 같다.

- 관로번호

- 시작 및 끝 절점번호(컴퓨터에서 자동으로 설정 가능)

- 관직경(mm)

- 관길이(m)

- 조도계수(C값)

- 상태(개방, 닫힘 또는 역지밸브(check valve) 작동)

상태를 나타내는 것은 사고 등으로 관로를 닫아야 할 경우 관로 편집기의 ‘초기상태(Initial Status)’ 항에 닫힘(Closed)을 선택하고 또 역류를 허용하지 않을 경우 역지밸브(CV)를 선택한다.

곡관, 밸브 등에 의한 미소손실을 고려하고 할 때에는 “미소손실계수(Loss Coef.)”항에 미소손실계수( 에서 f)를 입력한다.

수질해석을 위한 입력자료는 다음과 같다.

- 용적 반응계수(bulk reaction coefficient)

- 관체 반응계수(wall reaction coefficient)

관로에 대한 계산된 결과는 다음과 같다.

- 유량 및 유속

- 손실수두

- 평균 수질농도 및 반응율

 

(2) 펌 프(Pump)

펌프는 관망에 에너지를 가하여 동수두(動水頭, Hydraulic head)를 높여주는 연결(link)요소이며, 절점(node) 요소가 아님을 명심하여야 한다. 주요 입력자료는 시작과 끝 지점의 격점번호와 펌프특성곡선이다. 펌프특성곡선 대신에 펌프에 에너지 양(마력 또는 kilowatts)을 입력할 수 있다.

변속펌프가 설치되어 있는 곳에 대해서는 통상 속도를 1이라고 하였을 때, 속도가 2배가 되면 펌프 설비편집기의 '속도(Speed)' 항에 2를, 절반의 속도가 되면 0.5를 입력하여 해석할 수 있다.

EPANET는 또한 펌프의 에너지 소비와 원단위를 계산할 수 있다. 각 펌프는 에너지곡선과 원단위를 설정할 수 있다.

 

(3) 밸브(Valves)

밸브는 관망내 특정 지점에서 압력 또는 유량을 제어하는 연결(link) 요소이다. 밸브의 기본적인 입력자료는 다음과 같다.

- 시작 및 끝 절점

- 직 경(mm)

- 설정치(setting)

- 상태(status)

EPANET에서 해석할 수 있는 밸브 형태는 다음과 같다.

- 압력강하밸브(PRV, Pressure Reducing Valve)

- 압력유지밸브(PSV, Pressure Sustaining Valve)

- 압력파쇄밸브(PBV, Pressure Breaker Valve)

- 유량조절밸브(FCV, Flow Control Valve)

- 손실조절밸브(TCV, Throttle Control Valve)

- 일반목적밸브(GPV, General Purpose Valve)

 

3) 가동(Non-Physical) 요소

EPANET에서 관망의 가동을 묘사하는 요소는 곡선(Curves), 패턴(Patterns) 및 제어(Controls)의 3가지 형태가 있다.

 

(1) 곡선(Curves)

곡선은 변화량에 따른 상관관계를 표시하기 위한 것이다. EPANET에서는 다음과 같은 곡선을 해석할 수 있다.

∙ 펌프곡선(Pump Curve)

∙ 효율곡선(Efficiency Curve)

∙ 체적곡선(Volume Curve)

∙ 수두손실곡선(Head Loss Curve)

 

① 펌프 곡선(Pump Curve)

펌프 특성곡선은 한지점 곡선(Single-Point Curve), 3지점 곡선(Three- Point Curve) 및 다지점 곡선(Multi-Point Curve)으로 다양하게 선택할 수 있다.

한지점 곡선은 펌프의 정격양정 지점을 지정하여 입력한다.

3지점 곡선은 체절양정, 정격양정 및 낮은 지점 등 3곳을 지정하여 입력한다.

다지점 곡선은 여러 지점으로 나누어서 입력할 수 있다.

※ 펌프 특성곡선에서 유량과 양정의 2지점(2지점 곡선)을 입력하면 특성곡선이 직선으로 표시되며, 이때는 EPANET 프로그램에서 입력오류 메시지를 나타내므로 1점 또는 3점을 입력하는 것이 적절하다.

펌프 곡선의 편집은 관로망도의 펌프 편집기의 "Pump Curve"에 해당 번호를 입력하고 자료 브라우저(Data Browser)에서 "Curves"를 선택한 다음 밑에 있는 ‘추가버튼(Add) ’을 클릭하면 나타나는 아래와 같은 그림을 이용하여 입력하면 된다.

 

② 효율곡선(Efficiency Curve)

효율곡선은 펌프유량에 따른 효율을 결정하기 위하여 사용한다. 이 곡선은 단지 에너지를 계산하기 위한 것이다. 효율곡선을 입력하고자 할 때는 펌프특성곡선의 방법과 같으나, 먼저 곡선 편집기(Curve Editor)의 'Curve Type'을 'EFFICIENCY(효율)'을 선택하고, 유량-효율을 입력하여야 한다. 다음 그림은 곡선의 사례를 나타낸 것이다.

 

③ 체적곡선(Volume Curve)

체적곡선은 탱크에서 직사각형이나 원형이 아닌, 수위에 따라 체적이 변할 때 이를 미리 정하여 유량이 변할 때 계산하여 자동으로 수위를 다시 설정해 주는 기능을 한다.

 

④ 수두손실 곡선(Headloss Curve)

수두손실 곡선은 일반목적밸브(General Purpose Valve, GPV)를 선정하였을 때 유량에 따른 수두손실을 설정하여 계산하는 방식이다.