Optimal Design of Municipal Water Distribution System

관수로 시스템의 최적설계

  • 안태진 (농어촌진흥공사 농어촌연구원) ;
  • 박정응 (서울산업대학교 토목공학과)
  • Received : 1994.06.16
  • Published : 1994.11.30

Abstract

The water distribution system problem consists of finding a minimum cost system design subject to hydraulic and operational constraints. Since the municipal water distribution system problem is nonconvex with multiple local minima, classical optimization methods find a local optimum. An outer flow search - inner optimization procedure is proposed for choosing a better local minimum for the water distribution systems. The pipe network is judiciously subjected to the outer search scheme which chooses alternative flow configurations to find an optimal flow division among pipes. Because the problem is nonconvex, a global search scheme called Stochastic Probing method is employed to permit a local optimum seeking method to migrate among various local minima. A local minimizer is employed for the design of least cost diameters for pipes in the network. The algorithm can also be employed for optimal design of parallel expansion of existing networks. In this paper one municipal water distribution system is considered. The optimal solutions thus found have significantly smaller costs than the ones reported previously by other researchers.

관수로시스템 문제는 수리학적 및 시스템운영 제약조건아래서 시스템의 전체비용을 최소비용으로 구하는 것이다. 관수로시스템 문제는 수많은 국지해(local minimum)을 갖는 비볼록(nonconvex) 이므로 종래의 최적화 기법은 임의의 국지해만을 구할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 좀더 나은 국지해를 구하기 위해 외부탐사 및 내부최적화 단계 즉 2 단계 분해기법을 제안하였다. 외부탐사 단계에서는 관로들의 최적유량을 찾기 위해 여러 국지해 사이를 이동하면서 좀더 나은 국지해를 찾는 방법인 추계학적탐사방법(stochastic probing method)을 이용 하였고 내부최적화 단계(local minimizer)에서는 외부탐사 단계에서 구한 국지해를 증진시킨다. 이 제안한 방법은 신설 관수로시스템 설계와 기존 관수로시스템의 확장에 적용할 수 있으며, 제안한 방법의 효율성을 검증하기 위해 어느 관수로시스템을 표본으로 채택하여 제안한 방법을 적용한 결과 먼저 발표된 연구자들의 결과보다 적은 비용으로 설계할 수 있었다.

Keywords