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표제지

요약

목차

1. 서론 18

1.1. 연구배경 및 목적 18

1.2. 연구방법 및 내용 20

2. 이론적 배경 22

2.1. 내구연한 및 내용연수 정의 및 개념 22

2.1.1. 내구연한 23

2.1.2. 내용연한 23

2.1.3. 내용연수 23

2.1.4. 사용수명(Useful life)의 정의 26

2.1.5. 미국수도협회(AWWA) 자산 수명(Asset Life)의 정의 26

2.2. 상수도관 노후 원인 및 영향인자 29

2.2.1. 노후 상수도관 정의 29

2.2.2. 상수도관 노후 원인 및 영향인자 30

2.2.3. 비금속 상수도관 노후 매커니즘 분석 33

2.3. 상수도관 노후도평가 관련 국내외 연구자료 35

2.3.1. 국내·외 상수도관 노후도평가 관련 연구 35

2.3.2. 수도관 개량을 위한 의사결정 시스템 36

2.3.3. 노후수도관 평가 및 관리 매뉴얼 39

2.3.4. 상수도관망 기술진단 42

2.3.5. 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법 44

2.3.6. 노후 상수관로 정밀조사 49

2.4. 인장강도 및 연신율 56

2.4.1. 인장강도 56

2.4.2. 연신율 57

2.5. 통계분석 58

2.5.1. 상관분석 58

2.5.2. 회귀분석 59

3. 연구 방법 64

3.1. 자료수집 64

3.2. 비금속 상수도관 노후도 평가 방법 64

4. 결과 및 고찰 68

4.1. 대상자료의 현장조사 및 분석 68

4.2. 대상관로 분석 72

4.2.1. PE관 자료 분석 72

4.2.2. PVC관 자료 분석 75

4.3. 대상관로 인장강도와 연신율 추정 77

4.3.1. PE관 인장강도와 연신율 추정 77

4.3.2. PVC관 인장강도와 연신율 추정 93

4.4. 노후도 평가지수 산정식 개발 108

4.4.1. PE관 노후도 평가지수 산정식 개발 108

4.4.2. PVC관 노후도 평가지수 산정식 개발 141

4.4.3. 노후도 평가지수 상관성 검토 172

4.4.4. 비금속 상수도관 내구연한 기준 제시 174

5. 결론 177

참고문헌 180

ABSTRACT 183

표목차

〈표 2.1〉 상수도관 내용연수 25

〈표 2.2〉 상수도관 노후화에 영향을 미치는 운영적 인자 31

〈표 2.3〉 상수도관 노후화에 영향을 미치는 물리적 인자 31

〈표 2.4〉 상수도관 노후화에 영향을 미치는 환경적 인자 32

〈표 2.5〉 상수도관 주요 파손 원인 37

〈표 2.6〉 상수도관 노후도 평가인자 및 조사방법 38

〈표 2.7〉 노후도평가를 위한 정성평가 인자 39

〈표 2.8〉 노후도평가를 위한 원인분석 인자 40

〈표 2.9〉 노후도평가를 위한 정량평가 인자 41

〈표 2.10〉 상수도관망 기술진단 진단 구분에 따른 노후도 평가 항목 43

〈표 2.11〉 상수도관 상태변화 점검항목 45

〈표 2.12〉 경과년수(설치년도)에 대한 상태평가 기준 45

〈표 2.13〉 토양종류에 대한 상태평가 기준 45

〈표 2.14〉 토양비저항에 대한 상태평가 기준 46

〈표 2.15〉 토양의 pH에 대한 상태평가 기준 46

〈표 2.16〉 황산이온 및 염소이온에 대한 상태평가 기준 46

〈표 2.17〉 관대지 전위차에 대한 상태평가 기준 47

〈표 2.18〉 관내·외면 도장에 대한 상태평가 기준 47

〈표 2.19〉 관체 변형률에 대한 상태평가 기준 47

〈표 2.20〉 관로부식에 대한 상태평가 기준 48

〈표 2.21〉 관로누수에 대한 상태평가 기준 48

〈표 2.22〉 상수도관 상태평가 절차 49

〈표 2.23〉 관상태 간접평가 항목 50

〈표 2.24〉 관상태 직접평가 항목 52

〈표 2.25〉 하중평가 및 안전계수 산정 53

〈표 2.26〉 비금속 상수도관 직접평가 등급별 상태조건 및 개량방안 55

〈표 3.1〉 매설기간별 관상태 보정계수 66

〈표 4.1〉 PE관 관벽 두께에 따른 시험편 유형 68

〈표 4.2〉 PE관 시험편 제작 규격 예시 69

〈표 4.3〉 PVC관 시험편 제작 규격 예시 70

〈표 4.4〉 PE관 현장자료 71

〈표 4.5〉 PVC관 현장자료 71

〈표 4.6〉 PE관 자료 분석 72

〈표 4.7〉 PVC관 자료 분석 75

〈표 4.8〉 PE관 인장강도 및 연신율 77

〈표 4.9〉 PE관 매설기간, 인장강도, 연신율 항목간 상관성 분석결과 79

〈표 4.10〉 PE관 인장강도 분석 79

〈표 4.11〉 PE관 매설기간에 따른 관경별 인장강도 80

〈표 4.12〉 PE관 지역별 인장강도 81

〈표 4.13〉 PE관 연신율 분석 81

〈표 4.14〉 PE관 매설기간에 따른 관경별 연신율 82

〈표 4.15〉 PE관 지역별 연신율 83

〈표 4.16〉 PE관 50mm 인장강도 및 연신율 85

〈표 4.17〉 PE관 75mm 인장강도 및 연신율 87

〈표 4.18〉 PE관 강원도 지역 인장강도 및 연신율 89

〈표 4.19〉 PE관 경상도 지역 인장강도 및 연신율 91

〈표 4.20〉 PVC관 인장강도 및 연신율 93

〈표 4.21〉 PVC관 매설기간, 인장강도, 연신율 항목간 상관성 분석결과 94

〈표 4.22〉 PVC관 인장강도 분석 95

〈표 4.23〉 PVC관 매설기간에 따른 관경별 인장강도 95

〈표 4.24〉 PVC관 지역별 인장강도 96

〈표 4.25〉 PVC관 연신율 분석 96

〈표 4.26〉 PVC관 매설기간에 따른 관경별 연신율 97

〈표 4.27〉 PVC관 지역별 연신율 97

〈표 4.28〉 PVC관 50mm 인장강도 및 연신율 99

〈표 4.29〉 PVC관 75mm 인장강도 및 연신율 101

〈표 4.30〉 PVC관 강원도 지역 인장강도 및 연신율 103

〈표 4.31〉 PVC관 충청도 지역 인장강도 및 연신율 105

〈표 4.32〉 PE관 인장강도 및 연신율 초기값 선정 108

〈표 4.33〉 PE관 전체 인장강도와 연신율에 대한 가중치 산정 109

〈표 4.34〉 PE관 노후도 평가지수 110

〈표 4.35〉 PE관 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 114

〈표 4.36〉 PE관 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 114

〈표 4.37〉 PE관 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 분석결과 116

〈표 4.38〉 PE관 50mm 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 117

〈표 4.39〉 PE관 50mm 노후도 평가지수 118

〈표 4.40〉 PE관 50mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 120

〈표 4.41〉 PE관 50mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 120

〈표 4.42〉 PE관 50mm 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 122

〈표 4.43〉 PE관 75mm 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 123

〈표 4.44〉 PE관 75mm 노후도 평가지수 124

〈표 4.45〉 PE관 75mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 127

〈표 4.46〉 PE관 75mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 127

〈표 4.47〉 PE관 75mm 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 128

〈표 4.48〉 PE관 강원도 지역 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 129

〈표 4.49〉 PE관 강원도 지역 노후도 평가지수 130

〈표 4.50〉 PE관 강원도 지역 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 132

〈표 4.51〉 PE관 강원도 지역 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 132

〈표 4.52〉 PE관 강원도 지역 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 134

〈표 4.53〉 PE관 경상도 지역 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 135

〈표 4.54〉 PE관 경상도 지역 노후도 평가지수 136

〈표 4.55〉 PE관 경상도 지역 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 138

〈표 4.56〉 PE관 경상도 지역 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 139

〈표 4.57〉 PE관 경상도 지역 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 140

〈표 4.58〉 PVC관 인장강도 및 연신율 초기값 선정 141

〈표 4.59〉 PVC관 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 142

〈표 4.60〉 PVC관 노후도 평가지수 143

〈표 4.61〉 PVC관 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정 결과 146

〈표 4.62〉 PVC관 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 146

〈표 4.63〉 PVC관 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 분석결과 148

〈표 4.64〉 PVC관 50mm 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 149

〈표 4.65〉 PVC관 50mm 노후도 평가지수 150

〈표 4.66〉 PVC관 50mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 모델 검정결과 152

〈표 4.67〉 PVC관 50mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 152

〈표 4.68〉 PVC관 50mm 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 154

〈표 4.69〉 PVC관 75mm 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 154

〈표 4.70〉 PVC관 75mm 노후도 평가지수 156

〈표 4.71〉 PVC관 75mm 노후도 평가지수 모델 검정 157

〈표 4.72〉 PVC관 75mm 매설기간에 따른 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 158

〈표 4.73〉 PVC관 75mm 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 159

〈표 4.74〉 PVC관 강원도 지역 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 160

〈표 4.75〉 PVC관 강원도 지역 노후도 평가지수 161

〈표 4.76〉 PVC관 강원도 지역 노후도 평가지수 모델 검정결과 163

〈표 4.77〉 PVC관 강원도 지역 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 163

〈표 4.78〉 PVC관 강원도 지역 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 165

〈표 4.79〉 PVC관 충청도 지역 인장강도 및 연신율에 대한 가중치 산정 166

〈표 4.80〉 PVC관 충청도 지역 노후도 평가지수 167

〈표 4.81〉 PVC관 충청도 지역 노후도 평가지수 모델 검정 결과 169

〈표 4.82〉 PVC관 충청도 지역 노후도 평가지수 회귀계수 검정결과 169

〈표 4.83〉 PVC관 충청도 지역 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 171

〈표 4.84〉 PE관 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 172

〈표 4.85〉 PVC관 매설기간, 연신율, 노후도 평가지수 상관성 검토 173

〈표 4.86〉 PE관 교체기준에 도달할 때까지의 기간 산정 174

〈표 4.87〉 PE관 신뢰구간 통계분석 174

〈표 4.88〉 PVC관 교체기준에 도달할 때까지의 기간 산정 175

〈표 4.89〉 PVC관 신뢰구간 통계분석 176

〈표 4.90〉 비금속 상수도관 내구연한(안) 기준 176

그림목차

〈그림 1.1〉 연구흐름도 21

〈그림 2.1〉 비금속 상수도관 노후 메커니즘 33

〈그림 2.2〉 자갈 등 외부하중을 받는 위치의 단면 33

〈그림 2.3〉 PE관 연성 파괴와 취성 파괴 예시 34

〈그림 2.4〉 비금속 상수도관 직접평가등급 결정 흐름도 54

〈그림 2.5〉 인장강도 56

〈그림 2.6〉 연신율 57

〈그림 4.1〉 PE관 관경별 분석 74

〈그림 4.2〉 PE관 매설기간별 분석 74

〈그림 4.3〉 PVC관 관경별 분석 76

〈그림 4.4〉 PVC관 매설기간별 분석 76

〈그림 4.5〉 PE관 매설기간별 인장강도 83

〈그림 4.6〉 PE관 매설기간별 연신율 84

〈그림 4.7〉 PE관 50mm 매설기간별 인장강 86

〈그림 4.8〉 PE관 50mm 매설기간별 연신율 86

〈그림 4.9〉 PE관 75mm 매설기간별 인장강도 88

〈그림 4.10〉 PE관 75mm 매설기간별 연신율 88

〈그림 4.11〉 PE관 강원도 지역 매설기간별 인장강도 90

〈그림 4.12〉 PE관 강원도 지역 매설기간별 연신율 90

〈그림 4.13〉 PE관 경상도 지역 매설기간별 인장강도 92

〈그림 4.14〉 PE관 경상도 지역 매설기간별 연신율 92

〈그림 4.15〉 PVC관 매설기간별 인장강도 98

〈그림 4.16〉 PVC관 매설기간별 연신율 99

〈그림 4.17〉 PVC관 50mm 매설기간별 인장강도 100

〈그림 4.18〉 PVC관 50mm 매설기간별 연신율 101

〈그림 4.19〉 PVC관 75mm 매설기간별 인장강도 102

〈그림 4.20〉 PVC관 75mm 매설기간별 연신율 103

〈그림 4.21〉 PVC관 강원도 지역 매설기간별 인장강도 104

〈그림 4.22〉 PVC관 강원도 지역 매설기간별 연신율 105

〈그림 4.23〉 PVC관 충청도 지역 매설기간별 인장강도 106

〈그림 4.24〉 PVC관 충청도 지역 매설기간별 연신율 107

〈그림 4.25〉 PE관 노후도 평가지수와 연신율 그래프 113

〈그림 4.26〉 PE관 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 115

〈그림 4.27〉 PE관 50mm 노후도 평가지수와 연신율 그래프 119

〈그림 4.28〉 PE관 50mm 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 121

〈그림 4.29〉 PE관 75mm 노후도 평가지수와 연신율 그래프 126

〈그림 4.30〉 PE관 75mm 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 128

〈그림 4.31〉 PE관 강원도 지역 노후도 평가지수와 연신율 그래프 131

〈그림 4.32〉 PE관 강원도 지역 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 133

〈그림 4.33〉 PE관 경상도 지역 노후도 평가지수와 연신율 그래프 138

〈그림 4.34〉 PE관 경상도 지역 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 140

〈그림 4.35〉 PVC관 노후도 평가지수와 연신율 그래프 145

〈그림 4.36〉 PVC관 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 147

〈그림 4.37〉 PVC관 50mm 노후도 평가지수와 연신율 그래프 151

〈그림 4.38〉 PVC관 50mm 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 153

〈그림 4.39〉 PVC관 75mm 노후도 평가지수와 연신율 그래프 157

〈그림 4.40〉 PVC관 75mm 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 159

〈그림 4.41〉 PVC관 강원도 지역 노후도 평가지수와 연신율 그래프 162

〈그림 4.42〉 PVC관 강원도 지역 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 164

〈그림 4.43〉 PVC관 충청도 지역 노후도 평가지수와 연신율 그래프 168

〈그림 4.44〉 PVC관 충청도 지역 노후도 평가지수와 매설기간 그래프 170

초록보기

 우리나라 상수도는 1908년 뚝도정수장 건설로시작되었다. 이후 상수도는 급속도로 확장되었지만, 전국 상수도관 30% 이상이 20년 이상 된 노후 상수도관이다. 상수도관의 노후화는 누수, 물 부족 등 수량과 수질 모두의 위험성을 증가시켜 최근 인천 등지에서는 대규모의 수질사고가 발생하기도 했다. 이에 사고 재발을 방지하고 소비자 중심의 물 복지 실현을 위해서 선제적인 노후관 정비 추진과 점검 및 정비, 유지관리 의무화 등 상수관로 관리를 강화할 필요가 있다.

2020년 기준 우리나라 상수도관 연장은 228,323km이다. 부식 영향을 받는 금속관(주철관 및 강관 등)이 114,129km로 약 50%를 차지하고, 비금속관은 98,134km로 약 43%를 차지한다. 금속관 대비 비금속관 비율이 점차 증가하고 있다. 최근 상수도용으로 매설된 비금속관의 물리적 상태변화에 대한 조사와 연구가 수행되고 있으나, 금속관에 비하여 자료가 많이 부족하고 현재 관상태를 직접적으로 알 수 없어 비금속 상수도관에 대한 연구가 필요한 실정이다.

비금속 상수도관 메커니즘은 매설기간 경과에 따른 재료적 특성 변화로 나타낼 수 있으며, 점점 물성이 변화하여 처음에는 연성 파괴가 일어나고 물성이 급격하게 감소하는 영역에 도달하면 취성 파괴로 이어진다. PE관 및 PVC관과 같은 비금속 상수도관 연신율과 인장강도는 매설기간이 경과함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소한다.

본 연구에서는 비금속 상수도관 내구연한 산정을 위해 지방상수도 현대화사업 및 노후상수관로 기본계획 수립 자료를 이용하였다. 표본굴착 후 시편을 제작하여 실제 측정된 연신율 및 인장강도 데이터를 사용하여 자료를 구축하였으며, 지자체 상수도관 관경 및 매설년도를 수집하였다. 시편제작은 관체를 절단하여 조사하기 때문에 민원이 발생할 수 있어 단수 및 이토가 용이한 지점을 선정하여 굴착 후 시편을 제작하였다. 시편 조사 시 개소 당 대략 700만원이 소요되었다. 최종적으로 PE관 22개 지자체의 114개소 자료와 PVC관 15개 지자체의 74개소 자료 데이터를 구축하였다.

비금속 상수도관에 대한 연신율과 인장강도 등을 분석하여 물성값에 대한 가중치를 산정하였다. 물리적 특성을 나타내는 물성값 변화 폭이 클수록 관체에 물리적 열화에 큰 영향을 미치는 것으로 판단하여 매설기간 경과에 따른 물성값 변동폭(기울기)에 비례하여 가중치를 산정하였다. 최종적으로 매설기간 경과에 따른 관상태 보정계수를 적용하여 노후도 평가지수를 산정하였으며, 연신율(PE관 200%, PVC관 40%)에 따른 상수관로 교체 시점을 계산하였다. 시간이 경과함에 따른 노후도 평가지수 감소 폭은 동일하다는 전제(기울기 일정)하에 매설기간과 노후도 평가지수 간 회귀모형 중 다중 상관계수를 통한 회귀 상수 신뢰구간 95% 범위에서 비금속 상수도관 노후도 평가지수가 교체기준에 도달할 때까지의 기간으로 내구연한을 산정하였다.

노후도 평가지수와 매설기간 상관관계를 분석한 결과 교체를 고려하는 연신율 기준에 부합하는 노후도 평가지수 값은 각각 PE관 46.5년과 PVC관 49.3년으로 산정되었다. 매설기간 경과에 따른 노후도 평가지수 감소 폭은 같다는 전제하에 매설기간과 노후도 평가지수 간 신뢰구간 95% 범위에서 교체기준에 도달할 때까지 기간은 PE관 38.7년~54.4년, PVC관 42.4년~56.3년으로 산정되었다. 상기 기간을 준용하여 내구연한을 검토한 결과 35년~60년이 타당할 것으로 판단된다. 제시한 내구연한은 물리적 안전성 측면에서 바라본 관점의 수명으로 지방공기업법상 회계적인 관점의 내용연수보다 공학적인 관점에서 도출한 결과를 나타낸다. 또한, 본 연구에서 제시한 내구연한 기준은 최근 생산되거나 매설된 신관이 아닌 매설기간이 장기간 경과된 비금속 상수도관을 대상으로 산정한 결과를 나타낸다. 따라서 상기 산정한 내구연한 기준은 수도사업자의 여건에 따라 지속적으로 발생하는 노후 상수도관 개량계획 수립 시 기존 관로의 갱생 및 교체를 위하여 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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