Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

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Development of a System Dynamics Model for the Efficient Operation and Maintenance of Sewerage Systems

하수도 시스템의 효율적인 운영 및 유지관리를 위한 시스템다이내믹스 모형의 개발

  • Park, Su-Wan (Dept. of Civil and Environmental Eng., Pusan National Univ.) ;
  • Lee, Tae-Geun (Dept. of Civil and Environmental Eng., Pusan National Univ.) ;
  • Kim, Bong-Jae (Ulsan Regional Office, Korea Water Resources Corporation) ;
  • Kim, Tae-Young (Dept. of Water and Sewerage, Jeongsu Enc.)
  • 박수완 (부산대학교 공과대학 사회환경시스템공학부) ;
  • 이태근 (부산대학교 대학원 사회환경시스템공학부) ;
  • 김봉재 (K-Water (한국수자원공사) 울산권관리단) ;
  • 김태영 (정수기술단 상하수도부)
  • Received : 2011.09.21
  • Accepted : 2011.11.23
  • Published : 2012.01.31
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Abstract

In this paper, the feedback loop mechanisms among the operational indices and exogenous variables of a sewerage system that are inherent in the operation and maintenance of a sewerage system were identified using the System Dynamics (SD) modeling methodology. The identified feedback loops were used to develop a SD computer simulation model that can be used to predict future operational conditions of a sewerage system and identified the efficient ways of operation. The data of Busan metropolitan city sewerage system was applied to verify the developed SD model and predict future operational conditions of the system. As a result, it was predicted that sewage treatment efficiency, volume of sewage treatment and cost recovery rate will be gradually increased, whereas service rate which was already very close to the target will remain almost the same as the current value. Furthermore, sensitivity analysis concerning some operational indices was performed in order to discover the policy leverage. As a result, it was found that the exogenous variables related to the pipe maintenance had a great effect on facility using rate, volume of sewage treatment as well as sewage treatment efficiency.

본 논문에서는 시스템 다이내믹스(System Dynamics, SD) 방법론에 입각하여 하수도 시스템의 운영지표들과 이에 영향을 미치는 외부변수들로 구성된 피드백 루프 메커니즘(Feedback Loop Mechanism)을 관로유지관리와 연관하여 규명하고, 외부변수의 변화에 따른 운영지표의 변화를 예측함으로써 하수도 시스템의 효율적인 운영 및 유지관리 방안을 모색할 수 있는 SD 컴퓨터 모의 모형(Computer Simulation Model)을 개발하였다. 개발된 모형에 부산광역시 하수도 시스템의 과거 운영 자료를 적용함으로써 모형을 검증하였고, 미래의 운영 상황을 예측하였다. 그 결과, 하수도보급률은 이미 목표치에 거의 도달하여 큰 변동이 없을 것으로 예측되었으며, 하수처리효율과 하수처리량, 요금현실화율은 점차 증가할 것으로 예측되었다. 또한 정책 지렛대의 발견을 위해 시스템에 큰 영향을 미치는 주요 운영지표를 선정하여 외부변수의 변화에 대한 민감도 분석을 수행하였는데, 그 결과 관로 유지관리와 연관된 외부변수는 하수처리효율의 변화뿐만 아니라 시설이용률, 하수처리량 등의 변화에도 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

Keywords

References

  1. 김신걸, 변신숙, 김영상, 구자용(2006). "시스템 다이내믹스법을 이용한 서울특별시의 장기 물수요 예측." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제20권, 제2호, pp. 187-196.
  2. 김신걸, 최태용, 구자용(2007). "수행능 지표(Performance Indicator)와 군집분석을 이용한 하수도시설 및 운영평가." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제21권, 제2호, pp. 165-175.
  3. 박수완, 김규리, 김봉재, 임기영(2010). "상수도 시스템의 운영 및 유지관리 의사결정 지원을 위한 시스템다이내믹스 모형의 개발." 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제43권, 제7호, pp. 609-623.
  4. 박수완, 김봉재, 전환돈, 김인철(2006). "활성슬러지 하수처리시설 운영 및 유지관리를 위한 시스템다이내믹스 모델의 모의에 관한 연구." 한국물환경학회지, 한국물환경학회, 제22권, 제5호, pp. 905-912.
  5. 박혜연(2006). 시스템 다이나믹스를 이용한 장래 수도사업 성과 예측. 석사학위논문, 한국과학기술원.
  6. 부산광역시(2005), 하수도정비기본계획변경보고서.
  7. 이상은, 차동훈, 박희경(2006a). "시스템 다이나믹스를 이용한 부에노스아이레스 수도사업 양여계약사례의 고찰." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제20권, 제1호, pp. 104-114.
  8. 이상은, 김현옥, 박희경(2006b). "시스템 다이나믹스를 이용한 투명성의 수도사업에 대한 영향 분석." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제20권, 제4호, pp. 605-616.
  9. 이상은, 박혜연, 박희경(2007a). "수도시스템 사업성과의 통합적 분석을 위한 시스템 다이나믹스 방법론 적용." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제21권, 제1호 pp. 65-73.
  10. 이상은, 최동진, 박희경(2007b). "시스템 다이나믹스를 이용한 도시 물수요 장기 예측의 동적모델연구." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제21권, 제1호 pp. 75-82.
  11. 이현동(2002). "Demo. Plant를 통한 발생하수량의 모니터링시스템 구축 및현장 적용성 평가." 수자원환경, 수자원환경신문사, 제159호, pp. 68-74.
  12. 조관형, 권지향, 김태근, 박기영, 손인식, 우달식, 이순홍, 이원호(2008). 최신 상하수도. 신광문화사, pp. 199-210.
  13. 환경부(1999-2010), 하수도통계.
  14. Ahmad, S., and Simonovic, S.P. (2000). "System Dynamics Modeling of Reservoir Operation for Flood Management." Journal of Computing in Civil Engineering, ASCE, Vol. 14, No. 13, pp. 190-198. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0887-3801(2000)14:3(190)
  15. Ahmad, S., and Simonovic, S.P. (2001). "A decision-support tool for evaluation of impacts of flood management policies." Hydrological Science and Technology, AIH, Vol. 17, No. 1, pp. 11-22.
  16. Li, L., and Simonovic, S.P. (2002). "System dynamics model for predicting floods from snowmelt in North American prairie watersheds." Hydrological Processes, Hydrol. Process, Vol. 16, No. 13, pp. 2645-2666. https://doi.org/10.1002/hyp.1064
  17. Simonovic, S.P. (2002). "World water dynamics : Global modeling of water resources." Journal of Environmental Management, Vol. 66, No. 3, pp. 249-267. https://doi.org/10.1016/S0301-4797(02)90585-2
  18. Simonovic, S.P., and Li, L. (2003). "Methodology for assessment of climate change impacts on large-scale flood protection system." Journal of Water Resources Planing and Management, ASCE, Vol. 129, No. 5, pp. 361-371. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2003)129:5(361)
  19. Stave, K.A. (2000). "Using system dynamics models to facilitate public participation in Water Resources management : a pilot study using the Las Vegas." NV Water System. 18th International Conference of the System Dynamics Society, Bergen, Norway, August 6-10.
  20. Teegavarapu, R.S.V., and Simonovic, S.P. (2000). "System dynamics simulation model for operation of multiple reservoirs." (CD ROM). Proc., 10th World Water Congress, Melbourne, Australia.

Cited by

  1. Development of a system dynamics computer model to assess the effects of developing an alternate water source on water supply systems management vol.28, pp.6, 2014, https://doi.org/10.11001/jksww.2014.28.6.755