• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2017

본 연구에서는 배수분구를 기준으로 서울특별시의 총 239개 지역 배수관망의 네트워크 특성을 깁스모형(Gibbs' model)을 이용하여 분석하였다. 깁스모형은 추계학적 하천망 모형으로 배수관망 네트워크의 특성을 검토하는데 사용된다. 또한 추계학적 모형이므로 같은 특성을 가지는 배수관망의 모의에도 이용된다. 분석결과 배수분구를 기준으로 서울시 총 239개 중 배수관망이 미 발단된 2개 지역을 제외한 237개를 값에 따라 총 8단계로 구분하여 분석하였다. ${\beta}$값이 $10^{-4}{\sim}10^{-1}$으로 비교적 비효율적인 배수관망은 전체 배수관망의 약 68%를 차지하는 것으로 나타났고, ${\beta}$값이 $10^0{\sim}10^3$으로 비교적 효율적인 배수관망은 전체 배수관망의 약 32%를 차지하는 것으로 나타났다. 따라서 서울시의 배수관망 특성은 비효율적인 관망이 지배적인 것으로 나타났다. 2010년과 2011년의 침수 흔적도와 ${\beta}$ 값의 상관분석을 수행한 결과 비효율적인 네트워크 특성을 가진 유역보다 상대적으로 효율적인 네트워크 특성을 가진 유역이 침수가 발생할 확률이 높다는 것을 밝혀냈다. 이러한 결과는 지속가능한 도시지역 배수관망 설계에 도움을 주고, 방재 관련 사업수립 및 침수원인 분석을 위한 연구에 기여할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2020

자연 유역은 오랜 시간에 걸쳐 효율적인 하천망을 형성해왔다. 이와 유사하게 도시 유역의 배수관망은 강우 시 유역 내 강우를 빠르게 배수하는 것을 목적으로 발전해 왔다. 본 연구에서는 깁스모형을 이용하여 오랜 시간에 걸쳐 형성된 자연 유역의 하천망과 빠른 배수를 목적으로 인위적으로 형성된 도시 유역의 배수관망 간의 특성을 분석하여 비교하였다. 깁스모형은 추계학적 네트워크 모형으로, β 값을 기준으로 총 8 단계로 구분하여 네트워크 특성을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 미국 중서부의 70 개의 자연 유역과 국내 도시 유역인 서울특별시의 총 239개의 유역에 깁스모형을 적용하였다. 깁스모형을 이용하여 자연 유역의 하천망과 도시 유역의 배수관망 간의 네트워크 특성을 비교 분석하였다. 본 연구의 결과로 자연 유역과 도시 유역의 네트워크 특징을 확인하고, 재해로부터 안전하고 지속가능한 도시 배수관망 설계 및 도시 방재 관련 사업 수립에 도움을 줄 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.154-154
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• 2016

우리나라는 급격한 경제 발전과 함께 빠르게 도시화가 진행되었다. 하지만 도시화가 진행됨에 따라 불투수면적의 증가로 인해 도시지역 침수에 대한 위험이 야기되고 있다. 배수관망 체계는 지역 내의 강우를 빠르게 배출하는데 목적을 두고 발전해 왔다. 이러한 노력에도 불구하고 서울시는 2010년, 2011년과 같이 반복적인 침수로 인명과 재산 피해를 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 2010년과 2011년을 기준으로 침수된 서울시 100개의 유역을 선정하고 깁스모형을 적용하여 침수지역을 중심으로 한 배수관망체계의 특성을 분석하였다. 이와 함께 각 유역의 IA(Impervious Area)와 DCIA(Directly Connected Impervious Area)를 근거로 불투수면적의 공간적 분포 특성도 분석하였다. 깁스모형을 이용한 네트워크 특성과 불투수면적의 공간적 분포 특성을 근거로 침수지역과의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 도시 지역의 배수관망의 효율성을 판단하고 지역 특성에 최적화된 배수관망체계를 구축하는데 도움이 될 것이라 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.157-157
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• 2015

최근 들어, 송 배수 시스템의 펌프운영을 최적화하여 운영비용을 절감하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 펌프운영을 모의하기 위해서는 수 일간의 시간모의가 필수적이며, 최적화 알고리즘 등과의 연계를 통한 시뮬레이션이 필요한 경우가 많다. 하지만, 대규모 네트워크의 경우 관로 및 절점의 수가 수천, 혹은 수 만개에 달해 수리해석 및 최적화에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 발생한다. 이에 본 연구에서는 효율적인 수리해석을 위해 상수관망 네트워크를 골격화(skeletonization)하는 방법을 제안한다. 상수관망시스템의 골격화는 본래의 상수관망 수리 거동을 변화시키지 않는 범위에서 관로와 절점의 삭제, 통합을 통해 복잡한 상수관망을 단순화하는 과정이다. 이러한 골격화 방법은 단순골격화 방법과 등가길이관 방법(Equivalent Length Pipe Method)으로 구분할 수 있다. 단순 골격화 방법은 해당 상수관망 수리해석에 큰 영향을 미치지 않는 소구경관을 삭제하거나, 특정 구역의 여러 수요절점을 하나의 수요절점으로 통합하는 방법이다. 등가길이관 방법은 관경과 연장이 상이한 복수의 관에 동일한 유량이 흐르는 경우, 관경, 연장, 조도계수 등을 조절하여 동일한 수두 손실이 발생하는 하나의 관으로 통합하는 방법이다. 국내에 실제 운영되고 있는 지방상수도를 대상으로 골격화를 진행하였으며, 수리해석 프로그램은 미국 환경청에서 개발한 EPANET을 사용하였다. 본 연구에서 개발한 골격화 기법을 통해 대규모 상수관망의 해석에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 실제 상수관망의 운영에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.309-309
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• 2017

EPANET은 U.S. EPA(U.S. Environmental Protection Agency, 미 환경청)에서 개발한 상수관망 시스템의 수리해석 모의 프로그램으로서, 다양한 상수관망의 설계 및 운영을 모의하기 위해 세계적으로 활발히 활용되고 있다. EPANET 프로그램은 사용자 친화적인 GUI(Graphic User Interface) 환경으로 개발되었으며, 직관적인 네트워크 요소와 폭 넓은 모의 옵션을 제공한다는 장점이 있다. 특히, 상수관망의 실무 및 연구 분야에서는 공학용 분석프로그램과 프로그래밍 언어의 활용이 활발해짐에 따라, 이를 EPANET 프로그램과 연계시킬 수 있는 EPANET Toolkit이 개발되면서 그 활용도는 계속해서 확장될 전망이다. 그러나 지속적인 보완에도 불구하고, 기존의 EPANET Toolkit에서 제공하고 있는 기능은 EPANET 프로그램을 전부 반영하지 못하고 있어 실용성 있는 프로그램의 개발이 제한되고 있는 실정이다. 기존 연구에서는 EPANET Toolkit의 미비한 기능에 대해, "프로그램 수행 - 결과 확인 - EPANET 네트워크 수정"을 반복 수행하여 문제를 해결하였으며, 따라서 복잡하고 세밀한 상수관망 모의 연구에 많은 제약이 존재하였다. 본 연구에서는 EPANET Toolkit의 내부를 수정, 보완하여 기존에 고려하지 못하였던 다양한 기능을 추가하여 관련 연구에 활용할 수 있도록 하였다. 구체적으로는 Pump Curve를 변경 및 입력하여 Pump 교체를 위한 최적 펌프용량을 결정하거나, Energy Pattern을 입력하여 손쉽게 전력비용을 산정하는 등의 기능이 개선되었다. 그밖에도 EPANET Toolkit의 활용성을 향상시키기 위한 다양한 함수들을 추가적으로 구성하였으며, 이는 펌프 용량 및 효율 곡선과 배수지 설계 등 상수관망 구성요소의 설계에도 폭 넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국조경학회지
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• 제52권5호
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• pp.83-95
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• 2024

본 연구는 Storm Water Management Model(SWMM)의 저영향개발(Low Impact Development, LID) 시나리오를 활용하여 서울시 영등포구의 홍수 완화 효과를 평가하였다. 대상지를 산업지역(Block I)과 주거 및 상업 혼합지역(Block II)으로 구분하고, LID 시나리오 적용이 홍수 유출에 미치는 영향을 탐구하였다. 옥상정원과 빗물 저금통같이 건물에 설치 가능한 저영향 개발 시나리오(Scenario I)와 투수성 포장, 침투도랑, 식생수로, 빗물정원 등과 같은 옥외공간에 설치 가능한 시나리오(Scenario II)를 총 6가지로 구분하여 LID 시나리오를 설계하였다. 현재 서울시 영등포구의 배수 네트워크 지도와 과거 홍수 이벤트의 강우 데이터를 강수 시나리오로 해석하였다. 본 연구의 결과, 적용된 LID 시나리오는 Block I에서 유출량을 26.8%, 첨두 유출량을 7.5% 감소시킬 수 있었으며, Block II에서는 유출량 21.1%, 첨두 유출량 12.6%를 저감하였다. Scenario I에 비해 Scenario II가 관망 노드 홍수 저감에 더 큰 영향을 미쳤으며, 시나리오간 상호작용을 확인할 수 있었다. 건축물 기반의 LID 시나리오는 표면 유출량과 첨두 유출량을 효과적으로 줄이지 못한다는 결과를 확인할 수 있었다. 연구에서 제안된 방법론 및 결과는 도시의 홍수 회복탄력성 및 미래 도시 설계에 기여 가능한 솔루션으로 활용될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.497-497
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• 2023

정수장에서 소독 및 여과 처리가 완료된 깨끗한 물은 배급수시설로 전달되나, 실제로 관의 노후화, 갑작스러운 유향 변동, 특정 구역의 관 내 정체 시간에 따른 Water Age 상승 등 여러 요인으로 인해 실제 수용가에는 안전하지 않은 용수가 공급될 가능성이 있으며, 이에 따라 적절한 위치에서 지속적인 감시를 통한 조기 발견 및 조치가 필요하다. 상수도 시설기준(2010)에 배수시설의 주요 지점 혹은 관 말단 등 필요에 따라 적절한 위치에 수질 계측기를 설치할 수 있도록 제시되어 있으나, 계측기 설치 위치나 개수에 대한 기준이 모호한 실정이다. 모든 구역에 수질계측기를 설치하여 감시하는 것이 이상적이지만, 현실적으로는 지자체 환경 및 경제적인 한계가 있어 주요 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 대표적인 수리해석 모형인 EPANET을 사용하여 대상 관망의 노후도, 유속, 유향변동 등의 영향인자를 바탕으로 수질사고가 발생할 확률이 높은 관을 위험관으로 선정하고, 선정된 위험관을 대상으로 최단 경로와 Cost를 산출할 수 있는 Floyd Warshall Algorithm을 이용하여 각 Node(수용가)간 물이 이동할 때의 최소 도달시간과 경로를 파악하였다. 또한, 시간 서비스 수준(Level of T hour Serivice)의 개념을 도입하여 위험관으로부터 특정시간 이내에 흐름이 도달하는 Node를 파악한 뒤, 그 중 가장 많은 피해를 발생시킬 수 있는 위험관을 수질계측위치 지점으로 선정하였다. 제시된 수질사고 발생위험이 높은 위험관을 대상으로 수질계측 위치를 선정하는 방법이 전체 관망 네트워크를 대상으로 수질계측 위치를 판단하는 방법보다 결과 신뢰도 측면에서 더욱 효과적이고 효율적인 방법으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권12호
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• pp.1001-1013
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• 2011

이웃한 상수도시스템의 공급 가능지역이 중첩될 경우, 이들 시스템을 연계함으로써 경제성과 수질 조건을 만족시키는 조건별 용수공급체계를 구축하는 것이 필요하다. 용수수요 조건별 경제적 급수구역과 최적 펌프운영율을 산정하기 위하여 관망수리해석 모형(EPAnet)과 네트워크 최적화모형(KModSim)을 연계 하는 최적 네트워크모형을 개발하였다. 개발된 최적 네트워크 모형을 사등가압장, 구천댐 그리고 연초댐의 3개 상수원이 존재하는 거제지역 상수도시스템에 적용하고 2007년 운영 결과와 비교하는 방법으로 모형을 검정하였다. 최적 네트워크 모형의 적용성을 검토하기 위하여, 2011년 용수자료를 이용하여경제적급수구역변경에따른펌프운영및 수질의 적정성을평가 하였다. 평가결과본 모형은 수량, 경제성 그리고 수질을 모두 만족하는 최적해를 구하는 것으로 나타나 송배수계통간의 최적 설계 혹은 최적연계운영율을 구하기 위한 모형으로 활용이 가능하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권12호
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• pp.803-813
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• 2017

최근 송 배수시스템의 최적 펌프운영과 펌프 및 배수지의 적정용량 산정을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 시설물의 적정 용량을 선정하기에 앞서 송수펌프 용량 및 배수지규모에 따른 시스템 비용(건설 및 운영비용) 과 시스템 내 수질 변화를 분석하는 과정이 필요하다. 본 연구에서는 민감도 분석을 통해 송수펌프 용량과 배수지의 크기가 실제 시스템의 건설 및 운영비용, 그리고 시스템 전반의 수질에 미치는 영향을 분석하였다. 국내 대규모 지방상수도 시스템을 대상으로 분석을 실시하여 시설물 규모가 비용 및 수질에 미치는 영향을 명확히 파악하였다. 적용 네트워크의 경우, 시설물의 용량이 증가할수록 운영비용은 감소하지만, 설계비용은 증가하는 것으로 나타났으며, 이를 통해 비용최소화와 수질안정화를 동시에 만족하는 시설물의 적정용량 범위를 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.108-108
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• 2016

스마트워터그리드(Smart Water Grid; 이하 SWG)란 현재 직면에 있는 물 부족, 물 안보, 물 복지 등 물에 대한 문제를 ICT 기술을 활용하여 물관리의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 융합 기술이다. 즉, SWG는 기존의 수자원 관리 시스템의 한계를 극복하기 위해 첨단 정보통신기술을 이용하는 고효율의 차세대 인프라 시스템으로 다양한 수원을 활용하고 물을 효율적으로 배분 관리 운송하여 수자원의 불균형을 해소하고, 첨단센서네트워크를 이용해 용수관리 전분야에 걸쳐 양방향 실시간으로 용수정보를 감시 대응하여 용수관리와 에너지 효율의 최적화된 메가시티(mega-city)에 적합한 지능형 물관리가 가능할 것으로 예상되는 시스템이다. 따라서 국토교통부 과제로 추진중인 SWG 연구단에서 개발한 스마트 워터 기술을 영종도 112 블록에 적용하여 지역주민의 물복지 향상 및 물 사용자에 대한 소비자 만족도를 높이는데 목적을 두고 데모플랜트를 구축 방안을 수립하였다. 영종도 112블록(인천 운서동 및 운북동 일원)은 인천 공촌정수장에서 해저관로를 지나 영종통합 가압장에서 가압 후 공항신도시배수지에서 물을 공급받고 있는 지역으로 면적은 $17.41km^2$, 인구는 약 17,000명, 물사용량 $8,000m^3$/일, 총관로연장 약 55km, 유수율이 겨우 73.2% 지역이다. SWG 적용성 평가를 위해 영종도 112 블록에 유수율 제고 및 운영비용 저감을 목적으로 데모플랜트를 구축하였다. 스마트 계측을 위해 스마트미터 469개(15~20mm), 디지털미터 172개(25~200mm), 누수유무센서 1개소, 다항목 수질측정기 1개소, 유량계 3개소, 수압계 5개소, AMI 시스템 641개 및 물효율 운영프로그램과 물정보 App서비스 기능으로 구성하였다. 물효율 운영프로그램은 실시간 수요량 예측, 배수지 운영에 따른 취수량, 송수량, 펌프 대수조합 및 운전스케줄링이 가능한 경제적 물공급 스케줄링, 관망상태 감시 및 제어(실시간 유량/수압 분석을 통한 누수분석) 기능이 탑재되어 통합운영센터에서 운영할 계획이다. 데모플랜트 운영을 통해 수자원의 효율적인 배분 및 공급, 유지관리 향상, 운영 비용 최소화 등의 결과를 바탕으로 신도시 및 기존도시의 물관리 정책수립에 활용할 수 있을 뿐만아니라 시간적 공간적 불균형 해소 및 물시장 발전에 크게 기여할 것으로 사료된다.