도시유역에서 발생되는 내수침수를 방어하는 수단으로 구조적 대책인 빗물펌프장이 있으나 현실적 적용에 어려움이 있기 때문에 비구조적 대책 등이 보안되어야 한다. 본 연구에서는 빗물펌프장 실무운영 담당자의 의견을 반영한 최소의 월류량을 가지는 펌프의 최적운영수위를 결정하였다. 빗물펌프장의 최적운영수위를 산정하기 위해 최적화 기법인 GA(Genetic Algorithm)을 이용하였으며, 도시유역의 강우-유출 모형인 SWMM(Ver.5.1) DLL과 연계하였다. 제약조건으로는 펌프의 효율을 극대화하는데 까지의 걸리는 시간을 고려하였으며, 최적운영수위를 산정한 결과 전체적으로 기존운영수위보다 낮은 운영 수위에서 월류량이 감소하였다. 대부분 펌프의 경우 각 펌프 호기의 운영 범위에서 가장 낮은 운영 수위가 선정되었다. 초기 펌프의 운영하는 것이 월류량을 저감할 수 있는 것으로 판단되며 이 후 펌프 운영 조건 변경을 하여도 월류 저감에 변화는 없는 것으로 나타났다. 내수침수 저감정도는 약 1%~2%로 산출되었으며, 하류지역에서 발생되는 월류량을 저감하는 정도이지만, 펌프의 운영적 관점에서 기계적 및 실무적 관점의 접근에 따른 효과적인 운영이라 판단된다. 향후, 펌프의 운영조건 등을 고려한다면, 펌프의 효율을 증대하고 내수침수를 저감하는데 도움이 되리라 판단된다.
In large pump station, vortex generation such as free-surface vortex and submerged vortex occurring around pump intake, or at bell-mouth inlet has been an important flow characteristics which should be considered always to keep away the suction of air-entrained or cavitated flow. In this study, a commercial CFD code was used to predict accurately the vortex generation for the specified intake design. These result shows the preliminary result of submerged vortex prediction for the Turbo-machinery Society of Japan Sump Test CFD standard model. At bottom wall, air volume fraction (red color) was found in a large scale to explain the submerged vortex generation at particular operation and configuration condition. And these indicate the free surface formation behind the bell mouth. Particularly, non-uniform approaching flow is a major parameter to govern the occurrence of the free-surface vortex. Futhermore the comparison between turbulence ($k-{\epsilon}$ & $k-{\omega}$ model) mode were executed in this study.
본 연구는 도시홍수 피해저감을 위한 비구조적 대책의 일환으로 배수펌프장의 효율적인 운영방안을 제시하고자 한다. 배수펌프장 내의 수위를 뉴로-퍼지모형을 통하여 예측하고 예측되는 내수위에 따라 유전자 알고리즘 기법을 적용하여 배수펌프장의 운영룰을 결정하고자 한다. 뉴로-퍼지모형 구축시 배수구역의 지형적 특성을 반영하기 위하여 공간적 매개변수를 고려한 GeoANFIS모형을 개발하였고 배수펌프장 내 최고수위를 저하시키면서 반복적인 정지와 운영이 발생하지 않도록 벌칙유형의 유전자 알고리즘을 적용하였다. 마포 배수구역 내 5개의 배수펌프장(마포, 합정, 상수, 봉인, 당인)에 대하여 개발 모형의 적용성을 검증하였다. 이러한 운영룰의 개발로 효과적으로 내배수 시설을 운영할 수 있을 것으로 판단된다.
The waterhammer has recently become more important because the pumping stations were big and the systems conveying the fluid through the large and long transmission pipelines were complex. When the pumps are started or stopped for the operation or tripped due to the power failure. the hydraulic transients occur as a result of the sudden change in velocity. In this paper, the field tests on the waterhammer by the startup, stoppage, and power failure of a centrifugal pump were carried out for Yongma transmission pumping station in Seoul. The experimental results were compared with that of the numerical calculations. in which results the procedure of controlled pump normal shut-down and the two-step closing mode of controlling the ball valve for pump emergency stop are proposed to reduce the pressure surge.
도시 저지대에는 원활한 우수배제 및 내수침수의 방지를 위하여 빗물펌프장이 설치되어 있다. 특히 인구가 과밀화 되어있고 도시화가 완전히 진행된 서울시의 경우 빗물펌프장의 효율적인 운영을 위하여 자동운영시스템이 설치되어 있다. 그러나 현재 자동운영시스템은 유수지의 수위가 일정수위에 도달해야 순차적으로 펌프가 작동하게 되어 있어, 집중 호우 시 효과적인 펌프의 운영이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 전환돈 등(2007)에 의해 제안된 실시간 빗물펌프장 운영시스템을 개선하고 서울시 가산 1 빗물펌프장에 적용하였다. 다양한 확률호우사상에 대하여 본 연구에서 제안된 시스템과 현재 자동운영시스템에 의한 펌프장 운영을 비교한 결과, 유수지의 최대수위가 10-70 cm 저감되는 것으로 나타났으며, 상류유역의 월류량은 약 50% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 제안된 시스템을 설치함으로 얻을 수 있는 치수방지효과를 경제적 지표로 나타내었다. 펌프를 증설하여 동일한 효과를 얻기 위해서는 약 49억원의 펌프증설비용이 소요되는 것으로 나타났으며, 우수저류시설을 설치할 경우에는 3.2~6.9억원의 예산이 필요한 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 설치된 빗물펌프장 운영 프로그램은 기존의 빗물펌프장을 더욱 효율적으로 사용하여 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 빗물펌프장 증설이나 우수저류시설을 설치하는 것 보다 저렴하게 도시유역의 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
In this research, it is proposed that optimization method is introduced and applied to the design of pipeline system in multi-regional water supply project, which has been constructed to settle the regional unbalance problems of available water resources. For the purpose, interface programs are developed to integrate linear programming model and KYPIPE model which is used for optimization and hydraulic analysis, respectively. The developed program is applied to the pipeline system design of multi-regional water supply project. The optimal diameters from the application of linear programming technique are compared with those from conventional method that is time-consuming and tedious trail and error process. Since the conventional design largely depends upon the experience of designers and the results of general hydraulic analysis, it can not be reasonable and consistent. The application of linear programming technique can make it possible to design pipeline system optimally by using same design factors of general hydraulic models. The model can select commercial discrete pipe diameter as optimal size by using pipe length as decision variables. The developed model is applied to Pohang multi-regional water supply system design with two different objective functions, which are initial construction cost and annual cost including electric cost. As results, it is calculated that the initial construction cost of 1,449,740 thousand won is saved and annual cost of 128,951 thousand won is saved for a year within study year. Also, the optimal site of pump station is selected on 5th pipe, which is located between the diverging junction to Kangdong(2) province and the diverging junction to Cheonbuk province. It is explained that pump cost is less than pipe cost in this application case study due to little pump station scale. In the case of water supply with large pump capacity, it is reasonal that the increase of pipe size is more efficient instead the increase of pump station capacity to save annual cost.
An experimental study to establish a standard of sump model test of pump station was implemented. Comparison of foreign standard was also performed. Configuration condition around a bell mouth suction intake was easily adjusted by 3-axis traversing system and partition allocation. Operational condition was also varied widely to give accurate test data. PIV was also introduced to produce Quantitative analysis of flow field such as free-surface vortex and submerged vortex occurring in the model test. More detailed vortex behaviors were represented by PIV analysis.
This study is to determine the critical duration of design rainfall and to utilize it for the design of detention pond with pump station. To examine the effect of the duration and temporal distribytion of the design rainfall, Huff's quartile method is used for the 9 cases of durations (ranges from 20 to 240 minutes) with ten years return period, and the ILLUDAS model is used for runoff analysis. The storage ratio, which is the ratio of maximum storage amounts to total runoff volume, is introduced to determine the criticalduration of design rainfall. The duration which maximizes the storage ratio is adopted as the critical duration. This study is applied to 18 urban drainage watercheds with pump station in Seoul, of which the range of watershed area is 0.24~12.70$km^2$. The result of simulation shows that the duration which maximizes storage ratio is 30 and 60 minutes on the whole. It is also shown that the storage ratios of 2nd - and 3rd-quartile pattern are larger than those of 1st- and 4th-quartile pattern of temporal distribution. A simplified empirical formula for Seoul area is suggested by the regression analysis between the maximum storage ratio and the peak ratio. This formula can be utilized for the preliminary design and planning of detention pond with pump station.
In this study, the effect of design factors in a pump station on the pressure variations which are the main cause of water hammering has been investigated by numerical simulations. As design factors, the flow rate, Young's modulus, diameter, thickness, roughness coefficient of pipeline are considered. The relationships between the pressure variations and the design factors are analyzed. The results show that the pressure variation increases sensitively with the flow rate and Young's modulus, and increases gradually with the thickness and roughness coefficient of pipe, whereas it decreases with the pipe diameter. The wavelength of the pressure wave becomes longer for a smaller Young's modulus, a smaller pipe thickness and a bigger pipe diameter. These relationships are nondimensionalized, and logarithmic curve-fitted functions are proposed by regression analysis. Most effective factors on the nondimensional pressure variation is Young's modulus. Flow rate, roughness coefficient, relative thickness and pipe diameters are the next impact factors.
The efficiency of the flow mixed pump installed within the bell-mouth in the sump is reduced by the flow characteristics of around intakes. Strong submerged vorticies can be successfully suppressed by installing an AVD(anti-submerged vortex device) on the bottom of pump intake channel just below the bell-mouth. Sump model with AVD device basin is designed and the characteristics of submerged vortex is investigated in the flow field by numerical simulation. In this study, a commercial CFD code is used to predict the efficiency of the pump with the AVD installation in the pump station accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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