[캐나다] 콘코디아대 연구팀, 수도관 파손 요인 밝혀낸 연구 발표

캐나다 7개 지역 13개 유틸리티가 제공한 데이터 분석

라이닝 및 코팅 유형, 연결부 유형, 토양 유형 등 새로운 파손 요인 발견 

유틸리티 기업이 인프라 위험 평가하는 새로운 방법 제시

『환경 시스템 연구(Environmental Systems Research)』 저널에 발표

캐나다 콘코디아대학교(Concordia Uiniversity)의 연구팀은 『환경 시스템 연구(Environmental Systems Research)』 저널에 발표한 새로운 연구에서 캐나다 전역의 수도 본관 파손의 원인을 파악함으로써 세계적이고 체계적인 관점에서 이 문제를 조사했다. 사진은 사다프 가라티(Sadaf Gharaati) 연구원(왼쪽)과 레베카 지에지치(Rebecca Dziedzic) 건축·토목·환경공학부 조교수. [사진제공(Photo Source) = Concordia Uiniversity]

 

캐나다인에게 수도관 파손을 낯설지 않다. 노후화, 수요 증가, 계절적 날씨 변화 등 다양한 요인으로 캐나다 전역의 유틸리티 인프라에 압박이 가중되고 있다. 

캐나다 콘코디아대학교(Concordia Uiniversity)의 연구팀은 『환경 시스템 연구(Environmental Systems Research)』 저널에 발표한 새로운 연구에서 캐나다 전역의 수도 본관 파손의 원인을 파악해 세계적이고 체계적인 관점에서 이 문제를 조사했다. 연구팀은 이 연구를 통해 유틸리티 기업이 미래의 잠재적 파손을 예측하고 이를 예방할 수 있는 모델을 개발하는 데 도움이 되기를 기대한다.

사다프 가라티(Sadaf Gharaati) 연구원과 레베카 지에지치(Rebecca Dziedzic) 건축·토목·환경공학부 조교수는 주요 파손 기록 및 인베토리를 포함해 캐나다 7개 지역의 13개 유틸리티가 제공한 테이터를 분석했다.

이 데이터는약 2만6천km에 달하는 배관과 6만2천 개 이상의 수도 본관의 파손을 다루고 있다. 또한 배관의 직경, 재료, 길이, 설치 연도, 파손 연도 등에 대한 정보도 담고 있다.

지에지치 교수는 “이렇게 많은 도시를 다루는 연구는 찾기 어려울 것"이라며 "이 데이터를 통해 다양한 관점과 데이터 수집 방법, 각 유틸리티의 다양한 목표와 결과를 확인할 수 있다"고 말했다.

새로운 발견

연구팀은 유틸리티가 제공한 데이터에 대한 상관관계 분석을 실시한 후 기존 가정과 일치하는 결과와 새롭게 발견한 결과 모두를 제시했다.

연식, 재료, 직경은 파손과 가장 높은 관련이 있는 요인들로 나타났는데, 이는 새로운 결과가 아니면 이미 유틸리티 기업이 이러한 상관관계를 알고 있다고 연구팀은 설명했다.

[그림 1] 배관 재료별 파손 발생 빈도

[그림출처(Picture Source) = Environmental Systems Research]

 

그러나 라이닝 또는 코팅 유형, 연결부 유형, 토양 유형 및 특정 유형의 파손이 어느 계절에 더 자주 발생되는 지와 같은 관 보호 방법 등은 이번 연구를 통해 새롭게 발견된 요인이다. 예를 들어, 캐나다는 건설 작업이 집중되는 여름철에 파손이 더 빈번하게 발생한다.

[그림 2] 다양한 토양 유형과 배관 파손 원인(a) 및 파손 유형(b) 간 연관성

[그림출처(Picture Source) = Environmental Systems Research]

 

기타 연구 결과

연결부 및 부속품 파손은 20년 미만의 배관에서 가장 많이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 일반적으로 배관 품질보다는 설치 불량으로 인해 발생하는데, 유니버셜 조인트(Universal joints)는 칼라 조인트(collared joint)보다 파손될 가능성이 더 높다. 점토 및 모래 토양의 배관은 댐퍼 환경의 배관보다 파손될 가능성이 더 높으며, 점토 토양에서의 파손은 일반적으로 베딩(Bedding) 문제와 관련이 있는 반면, 모래 토양에서의 파손은 구조물이 정착되는 방식과 관련있다.

지에지치 교수는 "유틸리티에서는 이 데이터를 사용해 특정 지역의 수도관 위치 및 유형에 대해 건설 작업자와의 의사소통을 개선하는 등 개선된 방법을 구현할 수 있다"고 말했다.

가라티 연구원은 “이 연구는 수도 본관 파손의 가장 중요한 요소를 식별한다"며 "앞으로 유틸리티 기업은 파손과 관련이 없을지도 모르는 정보를 담고 있는 막대한 양의 작업을 수행하는 대신 이 작업을 사용해 관련 데이터를 수집하는 데 도움을 받을 수 있다”고 설명했다.

끝으로 지에지치 교수는 "미래의 파손에 대한 개선된 예측을 제공하기 위해 유틸리티와 지속적으로 협력기를 기대한다"며 “이를 통해 유틸리티는 예산 내에서 시스템을 더 잘 유지 및 관리할 수 있다"고 말했다. 이어 "더 많은 요소를 조사하고 더 많은 사람들이 깨끗한 물에 접근할 수 있도록 도울 수 있는 모델을 만들 수 있기 바란다"고 덧붙였다.

[원문보기]

Water main breaks are rarely due to a single factor, new Concordia research finds

An analysis of failures across Canada signals a new way for utilities to assess risks to infrastructure

 

Canadians are no strangers to water main breaks. Aging equipment, increased demand and seasonal weather changes, along with many other factors, have added stress to the infrastructure of utilities across Canada.

These challenges are not new, but the usual approach to studying them has often focused on pipe attributes and general protection strategies. In a new paper published in the journal Environmental Systems Research, a pair of Concordia researchers looks at the problem from a global, systemic perspective by identifying the driving factors behind water main breaks across Canada. They hope their work will help utilities develop better models that can predict and therefore avoid potential breaks in the future.

Sadaf Gharaati, MSc 22, and Rebecca Dziedzic, an assistant professor in the Department of Building, Civil and Environmental Engineering, analyze data provided to them by 13 utilities in seven provinces, including inventories and histories of main breaks.

The data covers almost 26,000 kilometres worth of pipes and more than 62,000 water main failures. It also has information on pipe diameter, material, length, installation year and failure year, among other variables.

“It is very rare to find a study that includes so many cities,” Dziedzic says. “Having access to this kind of data allows us to see different perspectives and ways of collecting data, as well as each utility’s different goals and results.”

Fresh findings

After conducting a correlation analysis on the data provided by the utilities, the researchers found results that confirmed existing assumptions and revealed others that were not as well known.

Age, material and diameter were the factors most associated with breaks. This was no surprise — the researchers say utilities are already aware of these correlations.

But less well-known were the effects of other variables, including pipe protection methods, such as types of lining or coating, joint types, soil types and which types of breaks are more often found in which season: summer breaks are more often accidental, due to Canada’s short but intense construction season, for instance.

Other findings included:

Joints and fitting failures are most likely in pipes that are less than 20 years old. They are usually the result of poor installation rather than pipe quality.

Universal joints were more likely to fail than collared ones.

Pipes in clay and sandy soils are more likely to break than pipes in damper environments. Clay soil breaks are usually related to bedding issues, while those in sandy soil are linked to the way the structures settle.

“The utilities can use the data to implement better practices, such as improving communication with construction crews about the location and types of water mains in a particular area,” Dziedzic explains.

“This research identifies the most important factors in water main breaks. And so, going forward, utilities can use this work to help them collect relevant data instead of going through huge amounts that contain information that may not be relevant to their failures,” Gharaati adds.

“The hope is that we continue to work together with the utilities to create better predictions of future breaks,” Dziedzic concludes. “This way, they can maintain and manage their systems better within their budgets. Hopefully, we will be able to create better models that look at more factors and can help reduce the potential of restricting people’s access to clean water.”

Read the cited paper: “Analysis of factors driving water main breaks across 13 Canadian utilities ”.

[출처   = 콘코디아대학교(Concordia Uiniversity)(https://www.concordia.ca/news/stories/2024/04/16/water-main-breaks-are-rarely-due-to-a-single-factor-new-concordia-research-finds.html) / 2024년 4월 16일]

[연구논문출처 = 『환경 시스템 연구(Environmental Systems Research)』(https://environmentalsystemsresearch.springeropen.com/articles/10.1186/s40068-024-00334-x) / 2024년 3월 15일자 출판]