• 한국수자원학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.585-593
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• 2005

최근의 상수관망의 안전도 확보, 부가적 용수공급로 확보, 그리고 관(管)내 배수를 위한 부분적인 상수관망의 격리문제가 대두 되면서 이를 위한 밸브역할의 중요성이 인식되고 있다. 기본적인 상수관망에서의 밸브역할은 물의 흐름과 압력조절 그리고 관 파괴와 오염물 확산시 부분적 관의 격리라고 할 수 있다. 이중 본 논문에서는 관의 격리 기능을 중심으로 밸브를 해석한다. 관의 파괴로 인한 부분적인 상수관망의 격리시에 일반적으로 그 관만이 아닌 주변의 다른 관들도 함께 격리가 될 수 있으며 이것은 격리하고자하는 관에 설치된 밸브배치에 따라 달라진다. 본 논문에서는 밸브의 배치에 따라 함께 격리되는 관들을 하나의 단위로 보며 이것을 "Segment"라 부른다. Segment에 따라 실제 격리되는 관의 범위가 주어지며 이것에 따라 전체 상수관망을 나눈 후 각 밸브의 중요도와 상수관망의 효율성 평가에 이용한다. 효율성 평가를 위해 7개의 효율성 지수를 제안하며 실제 상수관망에 적용하여 사용성을 검증한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.470-470
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• 2012

우수관거 시스템에서의 신뢰도 분석에 대한 기존 연구들은 시스템의 설계상에서의 각종 매개변수들에 대한 불확실성 분석에 기초하여 왔다. 그러나 본 연구에서는 동일한 설계빈도하에 설계된 우수관망이라 하더라도 관망의 노선 선정에 따라서 유출구에서의 첨두유출량 및 초과강우사상에 따른 침수 발생량이 달라질 수 있다는 점에 주목하였다. 그러므로 신뢰도 높은 우수관망을 설계하기 위해서는 이러한 침수 발생 확률을 줄일 수 있도록 하여야 하며, 이를 위해서는 관망 구성에 따라 달라지는 신뢰도를 하나의 정량화된 수치로 나타야 한다. 본 연구에서는 설계빈도를 초과하는 강우사상들에 대하여 해당 우수관망의 월류 발생 정도를 정량적으로 평가함으로써 상대적인 신뢰도를 하나의 지표로서 나타내고자 하였다. 이때 고려되는 것은 초과강우사상 발생 시 해당 관망에서의 월류 발생량 및 월류 발생 지점 개수이다. 또한 이때 고려 대상이 되는 월류량 및 월류 발생지점 수는 서로 다른 척도를 갖는 항목이므로 이에 대한 종합적인 고려를 위하여 본 연구에서는 다기준의사결정기법 중 하나인 DMM(Distance Measure Method)을 이용하였다. 본 연구에서 개발한 우수관망 신뢰도의 산정 절차는 다음과 같다. step 1) 초과빈도별 월류 발생량 및 월류 발생 지점 수 산정 step 2) 빈도별 월류발생량 비율( ) 및 월류발생지점 비율($N_i$) 산정 $$V_i$$ $$V_o/V/R$$ $$N_i=N_o/N_T/R$$ 여기서, $V_i$는 적용된 강우량당 유역의 전체 유출량 대비 월류발생량을 나타내며, $N_i$는 적용된 강우량당 해당 관망의 전체 지점 수 대비 월류 발생지점 수를 나타낸다. step 3) 중심점(central point)에 대하여 DMM을 이용한 치수안전성 산정 $$Reliability\;of\;Sewer\;Networks=1-\;{(1-N_i)^2+(1-V_i)^2\atop2}$$.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.120-120
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• 2017

인천지역의 상수도공급은 팔당댐을 취수원으로 하여 도수, 송수관을 거쳐 인천지역 내 정수장을 통하여 각 급수지역까지 일원화된 관로시스템으로 공급되고 있다. 관망에서의 적절한 수압관리, 노후관로 교체사업 등은 급수관망 내 관로 사고위험을 줄일 수 있고, 누수량을 저감하여 무수율의 감소로 이어질 수 있다. 상수관망 내 누수에 영향을 주는 물리적, 운영적 요소를 파악하고, 이를 이용하여 누수해결을 위한 방법론을 제시하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 인천시 배수관망 데이터를 활용하여 통계분석 및 인공신경망을 통하여 무수율에 영향을 미치는 인자를 선별하고, 무수율과의 연관성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 대상지역에 대한 시설현황 및 운영자료를 취득하고, 무수율 분석에 활용하였다. 인천시의 소블럭을 대상으로 관로노후도, 배수관연장, 평균관경, 급수전당 공급량, 누수발생 횟수, 용도지역, 관망구성 형태 등을 고려하여 무수율과의 관계분석을 위한 통계분석을 수행하였다. 특히 급수에 필요한 최소에너지와 관망에서 공급되는 에너지를 비교하기 위하여 관망해석 프로그램인 EPANET을 이용하여 관망내 절점에서의 수압과 수요량이 적용된 최소공급에너지를 활용하였고, 이를 통하여 블록 내 과잉공급에너지와 무수율의 영향성을 비교하였다. 최종적으로 산출된 주요인자에 대한 주성분분석, 분산분석, 다중회귀분석 등의 통계분석과 인공신경망에 의해 학습된 알고리즘을 통하여 산정된 무수율을 실측 무수율과 비교, 분석하였다. 인공신경망에 의해 산정된 무수율과 실측 무수율의 정확도를 평가하기 위하여 MAE, MSE, PBIAS 등의 정확도 평가와 산점도 분석을 수행하고, 상관계수를 도출하여 가장 정확한 방법을 결정하였다. 분석 결과 통계분석에 의한 다중회귀식으로 산출된 무수율 보다 인공신경망에 의한 무수율이 실측값에 더욱 근접한 것으로 나타났으며 이용된 뉴런의 수의 따라 산출결과가 상이하기 때문에 최적 뉴런의 수를 산정해야 할 필요가 있음을 확인하였다. 특히 사용된 상수관망 주요인자 중 주성분분석을 통하여 선정된 각 성분을 인공신경망에 적용시 더욱 정확한 무수율 예측이 가능한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.212-212
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• 2019

일반적으로 도시 우수 관망의 계획에 대부분 합리식 등을 이용하여 첨두유량만 검토하였기 때문에 설계 강우의 시간 분포 방법은 고려되지 않았다. 하지만 최근에는 집중 호우로 인한 침수 피해가 많이 발생함에 따라 하수도 시설물들의 연계를 통한 침수 해결이 요구되었고, 첨두 유출량뿐만 아니라 홍수 수문 곡선도 산정 할 수 있는 강우-유출 모형을 설계에 도입해야 할 필요성이 제기되었다. 그러나 현재까지 우수 관망 등 하수도 시설물에 대한 분석에 적합한 강우의 시간 분포 방법은 제시되지 않고 있다. 이에 본 연구는 실무적으로 널리 이용되고 있는 Huff 4분위 방법과 중 소규모 배수 시설물의 계획에 합리적이라고 알려져 있는 ABM(alternating block method) 방법을 비교 검토하여 도시 우수 관망 해석에 적합한 강우의 시간 분포 방법을 제시하는 것에 목적이 있다. 이를 위해 동해 기상 관측소의 관측 강우자료를 이용하여 강우-빈도 해석을 수행하였고, 다양한 유역 규모에 대한 적용을 위해 임의의 13개 유역을 대상으로 SWMM을 이용하여 홍수량을 분석하였다. 도시 유역의 우수 관망 계획에 적합한 확률 강우의 시간 분포 방법을 결정하기 위해 실제 강우 현상의 재현성, 소규모 배수 구역에 대한 첨두 홍수량 산정의 정확성, 우수 관망의 연속성을 고려한 계획의 3가지 관점에 대하여 검토하였다. 우선, 실제 강우 현상의 재현에 있어서 실제의 시간 최대 강우량의 발생분위가 대부분 강우의 지속기간 중 40~50% 사이에 위치하는 것을 감안할 때, ABM의 시간 분포 형태와 유사한 것으로 검토되었다. 두 번째 첨두 홍수량 산정의 정확성 면에서는 시간 단위 자료를 이용하여 유도되어 시간 단위 이하의 지속기간에 대한 확률 강우량 산정에 불확실성이 큰 Huff 방법보다는 ABM에 의한 시간분포 방법이 보다 적절한 것으로 분석되었다. 세 번째로 우수 관망의 연속성을 고려한 계획에서는 소규모 배수 구역 내에 존재하는 다수의 관거를 동시에 고려해야 하는 도시 우수 관망의 특성 상, 동일 지속기간의 확률 강우량에 대한 시간 분포를 적용하는 것이 합리적이다. 이에 배수 면적별로 임계 지속기간이 상이한 Huff 방법보다는 홍수량이 수렴하는 ABM의 24시간 시간 분포를 이용하는 것이 적용에 유리한 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 합리적인 도시 우수 관망 설계 기술을 구현하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.183-183
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• 2022

최근 몇 년 동안 기후변화에 대응하기 위한 탄소중립 혹은 저탄소 운영의 중요성이 강조되어왔다. 상수도 관망은 직접적인 탄소 배출 시설물은 아니지만, 상수도 관망의 운영 그리고 구성요소의 제조부터 폐기까지의 전 생애주기 동안 막대한 양의 에너지를 사용하는데, 이러한 에너지의사용이 탄소 배출에 간접적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 특히 수자원공사에 따르면, '17년 기준 수도사업 관련 전기 사용에 따른 간접 배출이 70만tCO2eq에 이르는 것으로 보고되고 있어, 에너지의 효율적인 운영 및 자산관리 체계의 필요성이 커지고 있는 실정이다. 상수도 관망의 에너지 효율에 영향을 주는 요인은 크게 구성요소의 노후와 누수로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 상수도 관망 관로 별 노후와 누수 여부를 판단하여 교체 전략을 수립할 수 있는 자산관리 모형을 제안하고 관로별 에너지 효율을 시각화하여 전반적인 자산관리에 근거를 제시하고자 한다. 모형은 최적화 기법을 통한 관로별 기능적 노후도 산정 및 누수 탐지, 관만 내 누수 지역화, 에너지 효율 시각화 등 총 3개의 모듈로 구성되어 있다. 제안한 모형은 고도의 차이가 큰 국내 D시 가상 관망에 적용하였다. 해당 관망에 다양한 관로의 노후 및 누수 상황을 가정하여 가상의 데이터를 생성하고 이를 토대로 관로별 기능적 노후와 누수 조건을 고려하여 해당 모형을 검증한다. 또한, 노후와 누수에 따른 가상 상황별 관로의 자산관리 의사결정 예시를 제공하여 향후 모형의 활용에 대한 가이드 라인을 제시한다. 마지막으로 관망 내 설치된 감압밸브를 터빈으로 전환하여 관망 운영 단계에서 무의미하게 소산되는 열에너지를 회수하는 방안을 검증하였다. 최적화 기법을 통해 비용 대비 최적 터빈 설치 지역을 선정하였고 향후 터빈 설치에 고려해야 할 사항을 정리한다. 본 연구에서의 결과는 향후 종합적인 저탄소형 상수도 관망을 위한 초석을 제공할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권10호
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• pp.777-786
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• 2011

우수관망의 최적 설계에 관한 기존의 연구 모형들은 설계강우에 대하여 관거의 연결, 관경 및 관 경사 등을 최소의 비용을 목적으로 최적화하여 왔다. 그런데 우수관망에서의 관거 내의 흐름은 관경, 관 경사와 특히 관망의 구성 형태에 따라서크게달라진다. 기존의최적우수관망설계모형들은설계유량을만족시키는것에국한되었으며, 설계기준을초과하는 강우에 따른 침수의 발생은 관망의 설계에 어떠한 고려도 되지 않았다. 본 연구에서는 우수관망을 구성함에 있어서 관거 내 흐름을 분산시키고 제어함을 목적으로 한다. 이것은 관망 구성에 따른 관거 내 흐름의 중첩효과를 제어함으로써 가능하며, 이러한 흐름의 제어를 통하여 설계기준을 초과하는 강우에 대해서 우수관망에서의 내수침수 발생은 저감될 수 있다. 본 연구에의 최적 우수관망 설계 모형(Optimal Sewer Layout Model, OSLM)은 내수침수 발생을 저감시키기 위해 흐름의 중첩효과를 고려하여 관거 내 흐름을 분산시키고 제어하기 위하여 개발되었다. 이 모형은 최적화를 위하여 유전자알고리즘(Genetic Algorithm, GA)를 이용하였으며, 수리학적 분석을 위하여 SWMM(Storm Water Management Model)을 연계하였다. 모형의 적용은 유역면적 44 ha의 서울시 하계 배수분구에 이루어졌으며, 현재의 우수관망 구성에 대하여 도출된 최적 우수관망에서는 지속기간 30분의 설계강우에 대하여 7.1%의 유출구 첨두유출량 감소와 20년 빈도의 지속기간 1시간 초과강우에 대하여 24.2%의 침수 발생량 저감 효과를 나타내었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권12호
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• pp.5151-5156
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• 2010

우수관망의 설계에 대한 기존의 연구들에서 관망의 노선은 최소의 건설비용을 목적으로 결정하게 되며, 기존의 연구들에서는 관망의 노선 변경에 따른 관거 내 흐름의 중첩효과는 관망 노선 결정에서 고려되지 않고 있다. 그러나 본 연구에서는 관망의 노선 결정에 있어서 관거 내 흐름의 변화를 고려하였으며, 관망 전체의 흐름을 제어 및 분산시킴으로써 내수침수 위험도를 감소시키고자 하였다. 이것은 관망 구성에 따른 관거 내 흐름의 중첩효과를 제어함으로써 가능하며, 이러한 흐름의 제어를 통하여 우수관망에서의 내수침수 위험도가 저감될 수 있다. 본 연구에서는 우수관망에서의 노선 결정에 따라서 달라지는 관거 내 흐름의 중첩효과와 그 결과로서 나타나는 유출구에서의 첨두 유출량 변화를 분석하였다. 관망의 노선 결정은 유전자알고리즘을 이용하였으며, 이때 목적함수는 유출구에서의 최소첨두유출량이 된다. 가상의 우수관망에 대하여 노선 결정에 따른 첨두유출량 변화를 분석한 결과 10년 빈도의 설계강우량에 대하여 강우지속시간 30분의 경우 관망 노선에 따른 최대 및 최소 첨두유출량 차이는 약 5.6%이며, 초과강우에 대한 내수침수 발생 분석을 위하여 2002년에 발생한 태풍 '루사'에 대한 적용 결과 월류량이 약 31% 감소되는 결과를 나타냈다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권2호
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• pp.201-210
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• 2010

본 연구에서는 HSPDA모형을 기반으로 한 상수관망의 신뢰도분석 방안을 제안하였다. 대표적인 상수관망의 신뢰도분석 방법으로는 수량과 수압의 확보가 불가능한 수요절점을 산정하고 필요수량/공급가능수량 혹은 압력확보절점수/전체절점수 등을 계산하여 상수관망이 얼마나 신뢰할 수 있는가를 판단하는 것이 있다. 이를 계산하기 위해서는 수리모형을 이용한 상수관망의 모의가 필요하나 절점의 압력과는 상관없이 항상 모든 용수량은 공급가능하다는 가정을 사용하는 Demand-Driven Analysis (DDA) 를 신뢰도 분석에 사용할 경우 신뢰도가 과소 산정될 수 있으며, 절점수요는 절점수두에 비례한다는 가정을 사용하는 Pressure-Driven Analysis (PDA)의 적용이 필요하다. 그러나 기존에 수행된 많은 연구에서는 관망의 특성에 따라 제한적인 적용성을 가지는 PDA 모형과 semi-PDA모형이 비정 상운영상태의 상수관망 수리모의에 이용되었고 이로 인하여 정확한 상수관망의 신뢰도 산정이 어려웠다. 본 연구에서는 기존의 PDA모형의 가지는 단점을 보완한 HSPDA 모형과 Available Demand Fraction (ADF) 지수를 이용하여 상수관망의 신뢰도 산정이 가능한 모형을 제안하였다. HSPDA를 활용하여 상수관망의 비정상운영상태를 모의하고, 이를 이용하여 절점별 ADF 지수를 산정, 상수관망의 신뢰도를 산정하였다. 제안된 신뢰도분석기법을 대상관망에 적용하여 기존의 연구결과와 비교하였으며, 이를 바탕으로 수립 가능한 신뢰도 확보방안을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권4호
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• pp.347-354
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• 2018

도시유역에서 발생한 유출은 지표면뿐만 아니라 하수관망을 통해 배수되며, 도시침수 모의 수행시 하수관망을 수문학적 배수 시스템의 한 구성요로서 고려하는 것은 매우 중요하다. 그러나 도시 침수 모의를 수행하는 대부분의 연구자들이 적절한 기준에 준하지 않고 직관적으로 하수관망을 단순화시켜 모의를 수행하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 1D-2D 결합 도시침수 해석 모형을 이용하여 수지상 구조에 구분법에 기반하여 단순화된 하수관망의 도시침수 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 하수관망 해석을 위한 1차원 모델은 Lee et al. (2017)에 의해 소개된 모형으로서 지표면과 하수관망 사이의 유입과 역류를 동시에 모의할 수 있고, 2차원 지표면 모델은 불규칙 삼각망을 이용하여 지표수 흐름을 모의하며 1차원 하수관망 해석모형과 연계되어 도시침수를 모의할 수 있다. 하수관망은 수지상 구조 구분법에 기반하여 2차, 3차 그리고 단순화 하지 않은 경우로 구분할 수 있으며, 구분된 각 하수관망은 서울시 사당역 인근에 많은 침수 피해를 발생시킨 2011년 7월 27일 강우 사상에 적용하여 제안된 방법의 적용성을 평가하였다. 모든 케이스에 대하여 침수면적, 지표면에서 하수관망으로의 유입 유량, 하수관망에서 지표면으로의 역류 유량 등을 비교하였으며, 마지막으로 하수관망 단순화를 위한 적절한 기준 제시에 대한 논의를 수행하였다.

• 지구물리
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• 제7권1호
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• pp.51-60
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• 2004

시간이 경과함에 따라 상수도 관망시설은 부식 혹은 파손 등의 이유에 의하여 통수능의 저하 및 통수 불가능의 위험에 처할 수 있다 이에 따라 계속적인 관리의 적용을 위해서는 각 관망의 교체 시기 및 개선 방안에 대한 연구가 필요하며 이의 효율적인 방안으로서 최적화 기법 혹은 의사결정 지원 시스템 등의 구성이 요청된다 그러나 현재의 연구 동향들로서는 수리특성의 변화만을 관망 교체의 주 고려 대상으로 인식하고 공업 경영학적 계획을 고려하고 있지 못하다 본 연구에서는 이들 두 가지 개념으로서의 관망 개량 프로그램을 제시하였으며 대전광역시에 대하여 기초적으로 적용하여 보았다