• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
• /
• v.34 no.5
• /
• pp.311-321
• /
• 2020

In this study, a model to optimize residual chlorine concentrations in a water supply system was developed using a multi-objective genetic algorithm. Moreover, to quantify the effects of optimized residual chlorine concentration management and to consider customer service requirements, this study developed indices to quantify the spatial and temporal distributions of residual chlorine concentration. Based on the results, the most economical operational method to manage booster chlorination was derived, which would supply water that satisfies the service level required by consumers, as well as the cost-effectiveness and operation requirements relevant to the service providers. A simulation model was then created based on an actual water supply system (i.e., the Multi-regional Water Supply W in Korea). Simulated optimizations were successful, evidencing that it is possible to meet the residual chlorine concentration demanded by consumers at a low cost.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.402-402
• /
• 2023

상수관망은 충분한 양질의 수돗물을 공급하기 위한 사회기반 시설물이다. 상수관로의 노후화, 누수 등은 수도 사고 발생의 가능성을 증가시키고, 수돗물 안전성에 대한 신뢰도를 감소시킨다. 수돗물 공급 전 과정을 인공지능(AI), 정보통신기술(ICT)과 결합한 지능형 상수도관 예측 및 관리 시스템을 구축하여, 상수도 수질 사고를 조기에 감지하고 사전에 취약지점을 예측할 필요가 있다. 이를 위해서는 상수관로의 위험도를 평가하기 위한 체계적인 데이터와 기준이 필요하다. 본 연구에서는 상수관로의 위험도 예측모델을 개발하기 위해 상수관로 위험도와 관련된 평가 인자를 선정하고 분류하였으며, 각 인자의 명확한 기준을 제시하였다. 국내·외 상수도 위험도 평가 항목에 대한 자료를 비교 및 분석하였고, 전문가 자문을 통해 인자를 정립하여 상수관로 위험도 평가 지표를 개발하였다. 개발된 평가 지표의 현장 적용성과 실효성 검증을 위해 정량적인 데이터 확보가 가능하고 상태를 평가할 수 있는 대상 지역을 선정하였다. 문헌 자료의 평가항목들과 전문가 의견을 바탕으로 상수관로 위험도 평가 인자를 31개의 직접 인자와 5개의 간접 인자로 구분하였고, 인자별 평가 기준을 제시하였다. 직접 인자는 노후화 정도를 파악할 수 있는 노후도 평가 항목, 지역 특성을 반영한 토양 부식성 항목, 실시간으로 측정하여 결과를 제공하는 실시간 계측 항목, 직접적인 수질 결과를 제공하는 정수장 수질 항목, 상수관로의 건전성을 평가하는 자산관리 항목으로 분류하였다. 추후, 위험도 평가 운용을 위한 알고리즘을 개발하면 상수도 사고 위험에 대한 예방 및 대응 전략을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.522-522
• /
• 2016

우리나라의 488개 유인도 중 강수량 부족 혹은 지하수의 수질문제 등으로 상습적 식수난을 겪고 있는 도서지역은 237개에 이르고 있다. 이들 도서지역은 생활용수를 우물, 간이상수도, 운반급수 등에 의존하고 있지만 이중 47%의 도서는 간이급수시설이 전무한 실정이다. 2015년에는 인천시 옹진군의 소청도, 대청도에 장기간 지속된 가뭄으로 식수원이 고갈되어 3일에 1시간으로 급수를 제한하였고 이로 인해 식수난 문제 외 관광산업의 소득저하 등의 문제가 발생되어 원활한 물공급문제가 해결되지 않으면 도서지역의 위기는 심각할 것으로 우려된다. 도서지역의 기본권인 먹는 물 문제를 해결하기 위해 정부 및 지자체에서는 소규모 유인도서에 해수담수화시설을 설치하여 유지관리 및 운영을 위한 인력을 배치하고 수동으로 조작하거나 단순 자동운전에 의해 운영 및 관리되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 해수담수화시설의 안정적이고 효율적인 운영을 위해 지능적 수운영 알고리즘을 개발하였다. 제어시스템, 감시시스템, 계측시스템 등의 ICT 기술과 연계하여 수요를 정확히 예측하고, 실시간 전력비용과 저류량, 사용량 등을 통합적으로 고려하였으며 적시정량을 생산하여 저장 및 공급하며, 목표수질과 수량을 원활하고 안정적으로 공급할 수 있도록 제어 및 감시를 통한 지능적 수운영을 목적으로 연구하였다. 데이터의 수집과 전송, 분석, 제어, 감시 활동이 유기적으로 결합되어 용수의 생산과 분배, 공급활동을 자동화함으로 운영상의 리스크를 줄여주며, 필요시 통합운영센터에서의 의사결정을 지원할 수 있도록 개발하였다. 향후, 해수담수화시설뿐이 아닌 일반 상수도 수운영에 있어서의 취수, 도수, 정수, 배수지관리, 송수, 관망관리까지 자동화된 시스템을 개발하여 지능적 운영관리가 가능하도록 알고리즘 모델 및 프로그램을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2005.05b
• /
• pp.981-985
• /
• 2005

상수도 관망은 상수도 운용시스템에서 가장 중요한 부분이다. 그러므로 항상 수요자의 필요에 부응하는 충분한 수량과 좋은 수질로 공급할 수 있도록 적정한 압력 유지와 수량 확보가 되도록 유지 관리 되어야 한다. 이를 위해서는 상수도 관망의 합리적인 해석과 최적의 설계를 통해 수요자가 필요로 하는 양질의 물을 원활히 공급하고 재원의 낭비를 줄여야 한다. 그러나 우리나라의 많은 대도시들의 경우처럼 특히 상수도 시설이 거대해 지고 급수구역이 광범위하며 복잡한 배수시설을 가지고 있는 지역에 있어서는 모든 현상을 정확하게 파악하고 유지관리하기가 매우 어렵게 되므로 운영관리상 많은 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제점에 보다 효율적으로 대처하기 위해서는 가장 기본적으로 현재의 상수도 시설에 대한 수리적 상태를 파악하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 대도시 상수도 시설의 효율적 운영 및 확장에 기본이 되는 현재의 상수도 시설에 대한 시설현황, 운영, 수리상태를 파악 하고, 밸브의 개폐에 따른 수리학적 특성 변화를 제시하고자 하였다. 관망 해석에 필요한 입력 자료는 실제 운영되고 있는 광주광역시의 상수도 급배수 관망 시설을 대상으로 산출 하였고 관망해석 프로그램인 Pipenet 98을 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다. 본 논문에서 대상 구역에 대해 수리적 특성 변화를 모의한 결과 상수 관로내의 밸브 개폐도를 $100\%$ 유지시켰을 때 평균 수압은 $4.4kg/cm^2$으로 나타났으며 밸브 개폐도 $80\%$일 때의 평균 수압 $4.7kg/cm^2$, 밸브 개폐도 $60\%$일 때의 평균 수압은 $4.69kg/cm^2$으로 나타났다. 밸브 개폐도가 $100\%$일 때가 밸브를 $60\%$와 $80\%$ 개폐시켰을 때보다 $0.3kg/cm^2,\;0.29kg/cm^2$ 낮게 나타나 밸브를 전체 개방 했을 때 관로내의 수압이 상수설계기준에 적합한 수압을 유지함을 알 수 있다. 상수관로 설계 기준에서는 관로내 수압을 $1.5\~4.0kg/cm^2$으로 나타내고 있는데 $6kg/cm^2$보다 과수압을 나타내는 경우가 $100\%$로 밸브를 개방하였을 때보다 $60\%,\;80\%$ 개방하였을 때가 더 빈번히 발생하고 있으므로 대상지역의 밸브 개폐는 $100\%$ 개방하는 것이 선계기준에 적합한 것으로 나타났다. 밸브 개폐에 따른 수압 변화를 모의한 결과 밸브 개폐도를 적절히 유지하여 필요수량의 확보 및 누수방지대책에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.39 no.1 s.162
• /
• pp.35-46
• /
• 2006

In this study, we proposed a layout of the integrated decision support system in order to prevent the contamination and to manage risk in water supply networks for safe and smooth water supply. We evaluated the priority of risk factors to detect anomaly in water supply networks using PROMETHEE and ANP techniques, which are applied to various Multi-Criteria Decision Making area in Europe and America. To develop the model, we selected pH, residual chlorine concentration, discharge, hydraulic pressure, electrical conductivity, turbidity, block leakage and water temperature as the key data item. We also chose pipe corrosion, pipe burst and water pollution in pipe as the criteria and then we present the results of PROMETHEE and ANP analysis. The evaluation results of the priority of risk factors in water supply networks will provide basic data to establish a contingency plan for accidents so that we can establish the specific emergency response procedures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.18-18
• /
• 2018

상수관망 시스템(Water Distribution System, WDS)은 이용자에게 양질의 상수도를 공급하기 위해 구축된 사회기반시설물로써, 정수된 물이 사용처에 도달하기까지 송수과정에서 발생 가능한 수질저하를 고려해야 한다. 일반적으로 정수장에서 염소처리를 한 후, 도달시간을 고려한 시스템 내 잔류 염소농도를 유지함으로써 수질저하를 예방한다. 여기서 상수도 내 잔류 염소농도는 미생물 번식 및 관내 부식물 등 다양한 생물 화학적 오염을 효과적으로 예방하는 반면, 과다할 경우 이용자의 음용성을 저해할 수 있어 시스템 전반에 걸쳐 염소농도의 적절한 관리가 요구된다. 특히, 상수관망에서는 공급경로 및 공급량에 따라 각 수요처의 도달 염소농도가 다르게 분포할 수 있으므로, 시설운영자는 균등하고 적절한 염소농도를 유지하기 위해 추가적인 염소 재투입시설을 설치하여 함께 관리하고 있다. 이 때, 염소투입 시설의 운영계획은 EPANET과 같은 상수관망 해석모형의 수질모의를 바탕으로 수립된다. 그러나 일반적으로 수질모의는 수리해석과는 달리 긴 시간이 소요되는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 개선하기 위해, 특정 네트워크의 수질모의 결과를 학습시킨 인공신경망(ANN) 모형을 구축하고 이를 이용하여 상수관망 수질모의 계산시간을 단축하고자 하였다. 여기서 ANN모형의 학습은 EPANET을 통해 미리 선정된 다양한 염소 투입지점의 염소 투입농도와 용수 공급량 자료, 그리고 주요 관측지점에서 측정된 염소농도자료를 이용하였다. 학습된 ANN모형을 EPANET 수질모의 결과와 비교 및 검증을 실시한 결과, 사전에 소요된 학습시간을 제외하면 수질모의 소요시간 측면에서 큰 개선효과를 보였으며, 대표지점에서의 수질모의 결과가 유사하였다. 추가적으로, 본 연구에서는 학습된 ANN모형과 최적화 알고리즘인 GA(Genitic Algorithm)를 연계하여 상수관망에서의 염소 재투입 스케줄링을 최적화하는 프로그램을 개발함으로써, 안전하고 경제적인 상수관망의 수질운영에 기여하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.229-229
• /
• 2023

강화학습은 에이전트(agent)가 주어진 환경(environment)과의 상호작용을 통해서 상태(state)를 변화시켜가며 최대의 보상(reward)을 얻을 수 있도록 최적의 행동(action)을 학습하는 기계학습법을 의미한다. 최근 알파고와 같은 게임뿐만 아니라 자율주행 자동차, 로봇 제어 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 상수도관망 분야의 경우에도 펌프 운영, 밸브 운영, 센서 최적 위치 선정 등 여러 문제에 적용되었으나, 설계에 강화학습을 적용한 연구는 없었다. 설계의 경우, 관망의 크기가 커짐에 따라 알고리즘의 탐색 공간의 크기가 증가하여 기존의 최적화 알고리즘을 이용하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구는 강화학습을 이용하여 상수도관망의 구성요소와 환경요인 간의 복잡한 상호작용을 고려하는 설계 방법론을 제안한다. 모델의 에이전트를 딥 강화학습(Deep Reinforcement Learning)으로 구성하여, 상태 및 행동 공간이 커 발생하는 고차원성 문제를 해결하였다. 또한, 해당 모델의 상태 및 보상으로 절점에서의 압력 및 수요량과 설계비용을 고려하여 적절한 수량과 수압의 용수 공급이 가능한 경제적인 관망을 설계하도록 하였다. 모델의 행동은 실제로 공학자가 설계하듯이 절점마다 하나씩 차례대로 다른 절점과의 연결 여부를 결정하는 것으로, 이를 통해 관망의 레이아웃(layout)과 관경을 결정한다. 본 연구에서 제안한 방법론을 규모가 큰 그리드 네트워크에 적용하여 모델을 검증하였으며, 고려해야 할 변수의 개수가 많음에도 불구하고 목적에 부합하는 관망을 설계할 수 있었다. 모델 학습과정 동안 에피소드의 평균 길이와 보상의 크기 등의 변화를 비교하여, 제안한 모델의 학습 능력을 평가 및 보완하였다. 향후 강화학습 모델을 통해 신뢰성(reliability) 또는 탄력성(resilience)과 같은 시스템의 성능까지 고려한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

• Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
• /
• v.16 no.1
• /
• pp.103-110
• /
• 1998

This study deals with the effective management system on the underground facilities by Geographic In-formation System (GIS). For this purpose,"Management System on the Water Supply Network by GIS in Kwangju" was analylized. Following results were obtained in this study. This system could be practically used for the inquiry of water supply and distribution pipes, check valves, pipe equipments and parcel identification numbers. Inquiry of addresses using the parcel identification numbers were effective for the database management system of the water supply facilities. The poits at issue for the performance of this study were the security and education of experts, the security of revenue source, the discord between GIS companies concerned. Establishments of GIS software technologies and database systems, and the settlement between GIS companies were required for the solution of these poits. Development of computer management systems on the water sup-ply network by GIS enabled the replacement of outworn pipes and the leakage inquiry techniques in pipes. in pipes.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.479-483
• /
• 2012

최근 국내외에서 기상이변에 따른 물 부족에 대응하고 먹는 물의 생산과 공급 효율성 향상을 위하여 스마트워터그리드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 경향으로 이는 상수도 인프라시설의 운영오류, 자연재해, 사이버를 통한 의도적 공격 등에 대해 안전하고 신뢰성이 높은 시스템을 구축하기 위한 것이다. 또한 상수도 분야에서는 스마트 미터링 개념을 도입하여 상수관망에서 발생되는 각종 사고나 물 손실을 저감하기 위한 노력이 시도되고 있는 실정이다. 일반적으로 누수량이 많을 경우에는 누수의 징후가 지표면에서 확인이 가능하나 미세한 경우 탐사장비의 운영이나 인력의 투입을 통해 가능하다. 물 공급계통인 상수관망에서 물 손실을 저감시키기 위한 방법중 하나로서 수도미터로부터 기록되는 물 사용량 데이터를 이용하여 누수패턴을 추출함으로써 누수감시가 가능하도록 하는 모형을 개발하고자 하였다. 이는 탐사장비에 의한 누수감지와 상호 보완적을 활용할 수 있는 것으로서 사용량 자료를 분석하여 사전에 처리된 자료의 노이즈와 결함 있는 계측값을 필터링시키는 기법이 도입된 것이며 신속한 감지를 통해 누수 지속시간을 감소시킴으로서 누수량의 저감을 목표로 한다. 물 공급 네트워크를 보다 더 효율적 만들 수 있는 누수 감시모형은 상수관망의 운영에 필요한 정보를 도출하기 위하여 보다 정확하고 다양한 수학적 및 통계적 분석을 기반으로 구성되어 누수 외에도 각종 결함을 찾아내는 역할을 수행할 수 있다. 향후 다양한 지역을 이러한 수용가의 물 사용량 미터링 결과를 토대로 실제 사용량과 누수량을 분리하여 분석함으로써 국내 실정에 적합한 누수감시 기술배발 토대를 마련할 수 있을 것으로 판단되며, 누수저감을 위한 실질적인 상수관망의 운영관리 효율향상의 정보로서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.213-213
• /
• 2012

인류의 문명과 함께한 재난 중에서 가뭄은 역사를 거슬러 올라가면 국가의 존폐 위기를 가늠할 정도의 큰 재앙이었다. 우리나라의 가뭄상황을 파악하고 가뭄정보시스템을 구축하기 위해 국내 외의 가뭄관련 기관인 국토해양부, 기상청, 농림수산식품부, 환경부 뿐만아니라, 미국 네브라스카주 링컨대학교내에 설립되어 있는 국립가뭄경감센터(NDMC) 등에 대하여 살펴보았다. 본 연구에서는 우리나라 재난전담기관인 소방방재청에서 가뭄정보시스템을 구축함에 있어 실용적으로 유용한 시스템이 되기 위한 구축방안을 제시하고자 하였다. 국내의 물 관련 기관들이 구축해놓은 다양한 실시간 관측시스템을 연계 활용하기 위하여 가뭄관련 부처인 행정안전부, 국토해양부, 기상청, 농림수산식품부, 환경부 및 소방방재청 등에서 물 관련 현황을 파악하여 실시간 관측정보들을 파악하였다. 소방방재청에서는 국가가뭄정보시스템을 구축하기 위하여 2008년부터 연구를 시작하였으며, 우리나라 각 부처에서 구축한 가뭄관련 시스템들의 조사를 통해 생활 공업 농업용수 분야별로 시스템 구축을 위한 시사점들을 살펴보았다. 가뭄정보시스템의 구축방향 제시에 있어서는 동시접속으로 인한 인터넷 과부하를 예방하면서 실시간으로 수신되는 자료를 활용하여 좀 더 정확한 현황정보를 제공함으로써 시스템 활성화를 기하고자 하였다. 가뭄정보시스템을 구축함에 있어 내부 계산부문과 외부 표출부문으로 나누는 것이 합리적인 것으로 판단되었다. 내부 계산 부문에서는 여러 기관으로부터 수신되는 실시간 자료를 행정안전부 국립방재연구원 분석 평가 센터에서 관리하고 있는 서버에 집적하여 가뭄관련 정보를 수치적으로 계산하는 부문이다. 여기서는 강우자료를 토대로 하여 가뭄지수의 산정과 생활 공업 농업용수 분야별로 지역별 수요량과 공급량의 상태를 파악하여 실시간 가뭄지수(RDI)를 산정할 수 있도록 한다. 실시간 가뭄지수(RDI)는 지역 주민들이 가뭄으로 인한 용수량 현황을 알 수 있는 가뭄지수가 되도록 하고자 한다. 특히, 가뭄지수의 산정제시에 있어서는 가뭄지수에 따른 재해피해 상황을 제시하여 피해를 체감할 수 있도록 하며, 농어촌공사 관할 저수지의 실시간 저수율을 활용하여 공간적 분포를 고려하고 가뭄발생에 대한 간이상수도 및 마을상수도 등의 지역별 용수공급 가능성에 대한 전조정보를 파악하여 가뭄발생 이전에 사전 대응할 수 있도록 구축하고자 한다. 외부 표출 부문은 내부에서 계산된 결과 값을 인터넷의 부하를 줄이면서 자치단체 담당자들이 쉽고 빠르게 관할지역의 궁금한 정보를 파악할 수 있게 인터넷 홈페이지에 게시하여 가뭄정보를 공유하고자 한다.