• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2017

상수관망을 통한 용수 공급에서는 송수펌프, 배수지 등의 수리 시설물이 중요한 역할을 수행한다. 우리나라의 송 배수 방식은 송수펌프를 통해 고지대의 배수지에 물을 확보하고, 이를 자연유하 방식으로 공급하는 것이 일반적이며, 따라서 송 배수시스템의 운영이란 송수펌프의 가동과 그에 따른 배수지의 수위 현황을 관리하는 것을 의미한다. 이 때, 펌프의 가동을 위한 전력소모에 많은 비용이 발생되므로 효율적인 펌프 운영을 위한 최적화 연구의 필요성이 제기되었다. 기존 연구를 통해 송 배수시스템의 운영을 모의하고, 펌프 가동비용을 최소화 하는 실시간 최적 펌프운영 모형이 개발되었으나, 미리 결정된 펌프와 배수지를 바탕으로 송 배수시스템을 모의하기 때문에 계획 및 설계 단계에서 이를 활용할 수 없는 한계점이 존재하였다. 본 연구에서는 최적화 알고리즘 중 하나인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 사용하여, 실시간 펌프운영뿐만 아니라 송수펌프와 배수지의 효율적인 용량을 제시할 수 있는 최적화 모형을 개발하였다. 특히, 개발 모형은 펌프와 배수지의 설계/운영 시, 국내 설계기준, 시설물 비용, 시간별 전력단가 등을 제약조건으로 고려하여 현실적인 결과를 도출할 수 있도록 개발되었다. 본 연구는 실제 운영 중인 S시의 광역상수도 시스템을 바탕으로 개발 모형을 적용하였으며, 또한 송 배수시스템의 계획 및 관리에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.799-803
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• 2004

본 연구에서는 파주시 일부지역으로서 시가지 밀집지역이고 외수의 영향이 심한 문산 배수펌프장 유역과 2000년에 신설된 선유3 배수펌프장 유역을 선정하여 2003년도 주요 호우사상에 대한 내배수시스템의 유출특성을 분석하였으며, 배수펌프장 설치 유무에 따라 우수유출량을 배수관망을 통해 하류 하천으로 배수시킬 수 있는지를 분석하여 배수펌프장이 내수침수저감에 미치는 영향을 평가하였다. 유출모의는 관거내 수면을 계산하고 배수, 역류, 압력류, 월류까지도 모의할 수 있는 SWMM의 EXTRAM 블록 이용하였다. 유출모의를 수행한 결과, 배수펌프장이 설치된 현재 상태에서는 우수유출량을 원활히 배수시킬 수 있었으나, 배수펌프장이 설치되어 있지 않다고 가정한 경우에는 비교적 작은 호우사상이더라도 첨두강우 발생후 수시간 경과후에 관거말단부 하천 외수위의 영향으로 배수 및 역류현상이 발생하였으며 일부지역에서는 상당한 유량이 지면으로 월류하여 침수가 발생할 가능성이 매우 큰 것으로 분석되었다. 결론적으로 하천 외수위에 의한 영향을 고려하여 하수관거의 통수능을 평가하고 배수펌프장 설치의 타당성을 평가하여야 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.213-213
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• 2019

소하천으로 지정된 작은 규모의 하천은 '소하천정비종합계획'에 따라 지정된 빈도 유량 내에서 범람에 의한 침수 피해를 예방하기 위해 주기적으로 정비되고 있다. 소하천으로 지정되지 않은 하천의 경우에는 하천 정비와 관련된 법이 없으므로, 하천 정비 및 하천 관련 자료들이 미흡하다. 경상남도 양산시 물금읍 증산리의 증산 배수펌프장 유역은 2016년 10월 5일 태풍 '차바'의 호우로 인해 그 일원(농경지 및 주거지)이 침수되었다. 증산 배수펌프장 유역에는 소하천으로 등록되지 않은 새도랑천과 새도랑천의 시점부로 합류되는 이름 없는 하천(무명천)이 있고, 해당 하천의 단면 및 침수 모의에 필요한 자료가 없거나 오차가 큰 경우가 있다. 본 연구의 목적은 침수 모의에 필요한 자료들이 부족한 소규모 하천 유역에 대하여 기초 자료를 구축하는 과정과 이를 이용한 침수 모의 결과를 제시하는 것이다. 증산 배수펌프장 유역에 대해 침수 모의 시 필요한 자료는 강우량, 펌프 유량, 펌프장 유수지 제원, 지반고, 하천 단면, 농수로 단면, 인근 도시 지역의 하수관거 제원 등이다. 증산 배수펌프장 유역은 유역 내 하천수의 대부분을 펌프장을 통해 배수가 가능하다. 이와 같은 유역특성을 활용하여 유수지 제원, 하천 단면, 지반고 자료는 유수지 및 하천에 있는 물을 배수해서 무인항공기 측량으로 구축하였다. 증산 배수펌프장 유역의 침수모의는 준2차원 침수 모의가 가능한 CHI 사의 PCSWMM을 이용하였다. 침수 모의를 위한 모형에서 펌프장 모의 시 입력한 수심-양수량 관계 자료는 펌프 가동 일지를 참고하여 시행착오법으로 추정하였다. 침수 모의 결과 평균 침수심은 0.226 m, 최대 침수심은 0.800 m, 침수면적은 $0.562km^2$이다. 태풍 '차바'로 인한 침수 상황에 대하여 탐문조사 결과는 침수심이 약 0.2 ~ 0.3 m이었으며, 모의된 평균 침수심이 조사결과에 부합하는 것으로 판단된다. 증산 펌프장을 통하여 양수된 양에 대한 기록 자료와 모의 결과의 차이는 펌프 모의 운영 종료 시점까지 약 0.5%이다. 본 연구의 검증 자료는 인위적인 펌프 운영 일지 및 침수 상황의 사진으로 검증했다는 한계가 있다. 그러나 무인항공기 측량 및 현장조사, 펌프 운영 일지를 활용한 수심-양수량 관계의 추정으로 생산된 입력자료를 이용하여 모의한 결과는 실제 상황에 부합하는 결과가 도출된 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2015

대부분의 대규모 배수지는 고지대에 위치함으로써 자연유하를 통해 배, 급수지역으로 용수를 공급한다. 이를 위해 배수지 전단에는 가압장이 위치하여 정수장에서 처리된 용수를 고지대에 위치한 배수지로 송수한다. 이때 가압장에서 발생하는 전력소비량이 매우 높은 것으로 알려져 있으며, 효율적인 펌프운영을 통해 상당한 전력비용 절감이 가능할 것으로 판단된다. 일반적인 가압장의 운영은 시스템 운영자의 경험을 토대로 해당 가압장에 연결된 배수지의 수위에 따라 펌프의 작동여부를 결정하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 운영방법은 용수공급의 안전성을 우선시함으로써 배수지의 수위를 일정하게 유지하고자 빈번하게 펌프를 작동하게 되고 따라서 가압장에서 소모되는 전력량이 커서 운영효율 측면에서는 바람직하지 않다고 할 수 있다. 또한 빈번한 펌프의 작동으로 인해 펌프의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 배수지내 용수의 수질저하 문제도 발생할 수 있다. 본 연구에서는 효율적인 펌프장 운영을 위해 급수지역의 24시간 용수사용량을 예측하고, 그에 따른 펌프장의 가압 유량 및 양정을 파악하여 적정용량의 펌프를 선정하고 운영함으로써 펌프의 운영비용의 최소화 및 안정적인 용수공급을 동시에 달성하고자 한다. 이를 위해, 실시간 최적화 모형을 개발하였다. 개발된 최적화 모형은 상수관망해석 프로그램(EPAENT)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 운영상황을 모의하였다. 최적화 기법으로는 유전자알고리즘을 사용하였으며, 실제 시스템의 운영상황를 반영하기 위한 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하였다. 개발된 모형은 정속펌프(혹은 On/Off 펌프) 뿐만 아니라, 최근 실무에서 널리 사용되고 있는 변속펌프(variable speed pump)를 추가적으로 고려하였다. 개발된 모형은 국내에서 실제 운영되고 있는 송, 배수 시스템에 적용하여 모형의 실무 적용가능성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.845-849
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• 2005

도시지역 공간의 한정성으로 인해 하천연변의 저지대에 까지 토지이용도가 극대화되고 있다. 이러한 상황은 치수방재의 측면에서 과거와 같은 외수의 범람에 의한 홍수피해가 아닌 내수의 배수불량으로 의한 침수피해의 증가를 가져 왔다. 서울특별시의 경우 유수지 및 빗물펌프장의 보강을 통해 치수안전을 확보하고 있다 빗물펌프장 운영에서 가장 중요한 요소는 펌프의 가동과 배수문의 개폐을 통한 외수의 차단과 내수의 방류에 있다. 특히 배수문의 개폐시기가 적절치 않은 경우, 외수가 유수지로 들어와 펌프장의 기능을 저해 할 수 있다. 그러나 배수문의 개폐는 현재 자동화 되지 못하고 운영자에 의하여 경험적으로 운영되고 있다. 본 연구에서는 수리학적 홍수추적(Hydraulic Flood Routing)방법 중 FLDWAV모형을 사용하여 한강변에 위치한 빗물펌프장의 외수위를 모의 하였다. 모형의 모의 결과와 한강흐름의 실측치를 비교 검토하고, 이를 기초로 각 빗물펌프장의 배수문을 가동해야 하는 팔당댐 방류량과 도달시간을 구하고, 하류에 위치한 빗물펌프장의 황해의 조위 영향등을 분석, 운영자가 배수문 개폐시기를 예측하여 빗물펌프장의 운영 자료로 이용과 유수지$\cdot$펌프장 운영체계의 자동화에 기여하고자 한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권3호
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• pp.248-254
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• 2015

국내에는 아직 침수선박 구조용 대용량 배수펌프에 대한 기술개발 사례가 없는 상황이다. 현재 침수선박 구조를 위해 농업용 배수펌프가 사용되고 있으나 실효성이 현저히 떨어지며, 낮은 배수량, 이물질 걸림 현상, 겨울철 운전 오작동 등의 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 해양에서 신속한 침수선박의 구조를 위해 현재 장비가 가지는 문제점을 개선하여 분당 20 톤의 배수량을 가지는 대용량 배수펌프 시스템을 개발하고자 한다. 대용량 배수펌프 시스템은 펌프 배출구를 통해 배출되는 흡입양정 8 m에서 분당 20 톤의 해수를 배출하는 것을 목표로 배수펌프 시스템 설계 및 개발을 수행하였다. 펌프종류는 조선해양 분야에서 액체를 이송하는데 가장 많이 사용되는 원심펌프를 채택하였으며, 요구 시방을 기초로 펌프를 설계하였다. 임펠러 블레이드는 요구 시방과 Stepanoff 설계 상수를 이용하여 임펠러 제원과 블레이드 입출구각을 도출하였고, 설계된 임펠러와 하우징 형상에서 목표 유량 만족 여부를 확인하기 위해 유동해석을 수행하여, 임펠러 회전수에 따른 유량을 검토하였다. 또한 실제 운전 중에 발생할 수 있는 제품에 대한 구조적인 취약성을 판단하기 위해 임펠러 구조해석을 수행하여 안전성을 검토하여, 침수선박 구조를 위한 배수펌프 시스템 개발을 완료하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.185-185
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• 2016

일반적인 송 배수시스템의 운영은 지대가 높은 곳에 위치한 배수지(tank)에 용수를 저장한 후, 자연유하에 의해 수요절점으로 용수를 공급한다. 이때 배수지에 용수를 송수하기 위한 펌프장 운영에서 많은 전기에너지가 소모된다. 일반적으로 송수펌프의 운영은 다년간의 운영자료를 기반으로 운영자의 판단에 의해 이루어지거나, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)시스템을 통해 관측되는 배수지 수위를 기준으로 펌프 작동여부를 결정하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 펌프운영방법을 개선하고 좀 더 효율적인 운영방법을 모색하기 위해 실시간 송수펌프 최적운영 모형을 개발하였다. 최적화 기법으로는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 사용하였으며, 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하고 급수지역의 24시간 용수사용량을 미리 예측하여 실제 시스템의 운영형태와 근접하게 반영하였다. 또한 최적화 과정에서 상수관망해석 프로그램(EPANET)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 시스템의 운영상황을 모의하였다. 개발된 모형을 국내 P시의 광역상수도 시스템에 실제 적용하였으며, 현장 실시간 운영 데이터를 입수하여 전력사용량, 배수지수위, 이산화탄소 발생량 등을 비교, 분석하였다. 개발 모형을 이용하여 펌프운영을 실시하였을 경우, 기존의 운영방식과 비교하여 경제적/환경적으로 뚜렷한 개선 효과를 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권12호
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• pp.1171-1180
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• 2018

국내 송 배수 시스템은 산지가 많은 지형적 특성을 이용하여 송수펌프를 통해 고지대에 위치한 배수지에 용수를 저장한 후, 급수구역으로 자연유하방식으로 배수하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 송수펌프 운영에 많은 전기 에너지가 소모되며, 이는 전체 상수관망 시스템 운영에서 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 송수펌프의 적정 용량과 운영방법은 하류단에 위치한 배수지의 크기에 영향을 받게 되므로 송, 배수 시스템의 경제적인 설계와 안정적인 운영을 위해서는 초기 시설물의 규모 결정 단계에서 송수펌프 및 배수지의 건설비용과 송수펌프의 장기간 운영비용을 함께 고려하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 활용하여 송수펌프와 배수지의 최적규모와 송수펌프의 운영스케줄링을 동시에 최적화 할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 송 배수시스템에 적용하여 검증을 실시하였다. 본 연구는 송 배수시스템의 초기 설계에 있어 송수펌프와 배수지의 최적규모 산정에 도움을 줄 것으로 기대한다.

• 물과 미래
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• 제28권6호
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• pp.203-215
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• 1995

본 연구는 도시유역에서 내수에 의한 침수를 경감시키기 위하여 유수지 및 빗물펌프장을 운영함에 있어 배수펌프를 효율적으로 조작할 수 있는 모형을 개발, 제시하였다. 유출량을 산정하기 위하여 설계강우의 재현기간을 10, 20, 30년으로 선정하였으며, 유수지로 유입되는 유출수문곡선은 SWMM모형을 이용하여 구하였고, 펌프의 동작확인을 위하여 페트리네트도 (Petri net diagrams)를 사용하였다. 또한 종합평가지표를 이용하여 펌프의 안정성과 효율성을 평가하였으며, 서울 시내 3개의 유수지에 모형을 적용하여 모형의 적용성을 확인하였다. 설계강우와 실적강우에 대한 수치실험 결과 본 연구에서 제시한 모형 중 모형 3은 기존의 배수펌프 조작모형보다 내수방재 측면에서 우수하였으며, 실시간 펌프운영조작에도 효과적으로 사용될 수 있다고 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제8권5호
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• pp.1192-1200
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• 2007

도시유역의 강우 유출은 대부분 불투수지역인 도시유역의 유출 특성상 빠른 도달시간을 갖는다. 일반적으로 도시유역에서의 강우 유출은 배수펌프장으로 집수되어 하천으로 배제된다. 그러나 설계강우를 초과하는 호우가 발생하였을 때에는 배수펌프장의 용량을 초과하여 전량 하천으로 배제하기가 어려우며 따라서, 도시유역에서의 내수침수위험성이 증가하게 된다. 현행의 배수펌프장에서의 펌프 운영 기준은 배수펌프장의 집수정 또는 유수지의 수위에 따라서 가동되도록 구성되어있다. 그러나 최근 빈번히 발생하는 국지적 집중호우는 배수펌프장의 설계용량을 초과하는 경우가 대부분이며 배수펌프장이 제어할 수 없는 강우 유출은 도시유역에서의 내수침수를 발생시킨다. 본 연구에서는 도시 지하차도에서의 실제 내수침수 사례에 대한 모의를 통하여 당시 침수 발생의 요인을 분석하고 펌프 운영에 대한 변화를 통하여 배수펌프장 강제배제시설에 대하여 평가하였다.