• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1271-1274
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• 2006

지하레이다(Ground Penetrating Radar, GPR)를 이용하여 지표하의 상수관로를 지표에서 송신안테나와 수신안테나를 이용해서 손쉽게 측정하게 된다. 송신안테나는 지표하에 전자기파를 송신하고 지하 매질을 투과한 파가 수신안테나에 도달하는 시간을 측정하여 지표하 매질의 특성을 파악할 수 있다. 수신파의 도달시간은 지표하 매질의 특성에 따라서 변화하며, 이를 통해 지표하 매질과 매질 깊이 등을 파악할 수 있다. 일반적으로 상수관로를 매설할 경우 관로 주변의 토양은 균등하게 되므로 기 매설된 상수관로 주변에 누수가 발생하게 되면, 관로 주변의 토양은 포화상태이거나 수압으로 인해서 공동이 형성될 경우가 많다. 이때 반사에너지의 유전율 증가 혹은 감소 특성으로 인해서 주변 매질과는 매우 상이한 결과를 보이게 된다. GPR탐사는 단순히 반사된 신호진폭의 크기를 나타내며 이러한 반사에너지의 크기에 관계되는 것은 매설물의 유전율이 주위 지반이 갖는 유전율과의 차이에서 기인하기 때문이다. 탐사 대상 상수관로에 대한 정보를 확보하여 GPR 탐사를 수행한 결과 관로 탐사를 위한 GPR의 결과는 매우 유용하게 사용될 것으로 판단되며, 이를 바탕으로 누수 발생 이력이 있는 다양한 관로주변 조건을 대상으로 탐사를 실시할 경우 상수관망시스템의 효율적인 관리 및 보수에 매우 유용한 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.182-182
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• 2022

4차산업 기술이 상수도 관망 분야에도 활발히 도입되며 스마트워터 구축에 기술적인 기반이 마련되고 있다. 이중 디지털트윈의 경우 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 미리 예측하는 기술로 정의된다. 즉, 디지털트윈의 핵심기술은 시각화와 시뮬레이션 모형의 연계로 실시간 상황 표출뿐만 아니라 시뮬레이션 모형 입력값의 미래 변화를 추정하여 해당 사물의 상태를 예측하는 것이라고 할 수 있다. 상수도 관망의 경우도 디지털트윈 모형 구축 시 정교한 시뮬레이션 모형과 연계를 통해 관측 데이터의 표출과 함께 미관측 지점의 데이터를 추정 및 표출하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 디지털트윈 모형 구축에 가장 필수적이라고 할 수 있는 상수도 관망의 해석 프로그램 매개변수 검보정 모형을 소개한다. 대표적인 상수도 관망해석 프로그램인 EPANET2.2의경우 입력값으로 주로 수요량과 관로의 조도계수를 요구하며, 본 연구에서는 수요량은 알고 있는 것으로 가정하고 관로의 조도계수만 Markov-Chain Monte Carlo (MCMC)를 사용하여 검보정한다. 해당 모형은 (1) 실시간 조도계수 추정이 가능하면, (2) 동시에 누수 탐지가 가능하고, (3) 관로의 기능적 노후를 정의하여 향후 디지털트윈 모형 구현 시 관로 노후를 표출할 수 있는 기반을 구축한다. 우선 실시간 조도계수 추정은 데이터베이스와 연동하여 진행하며, MCMC 모형을 활용한 관로 별 조도계수의 분포에 따라 정상범위 내 변동이 발생하는지 여부를 판단한다. 이때 정상범위를 벗어난 변동이 발생하는 경우 잠재적 누수가 존재하는 것으로 가정하며, 콜모고로프-스미르노프(KS) 테스트를 통해 이를 판단한다. 기능적 노후는 관로의 통수능과 연관이 있으며, 추정한 조도계수에 따른 관로의 통수능을 산정하여 결과를 표출한다. 본 연구에서 제안한 모형은 향후 상수도 관망 디지털트윈 구현에 핵심 요소기술로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.521-521
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• 2016

상수도 관망은 수원에서 수요절점까지 물을 안정적으로 공급하는 것을 목표로 한다. 상수도 관망의 최적설계는 수리학적 제한조건 (절점의 수압, 관로의 유속)을 만족하는 범위에서 비용을 최소화하는 설계안을 얻는 것으로 Savic and Walters (1997)는 유전 알고리즘 (Genetic Algorithms, Holland 1975)을 적용한 상수도 관망 설계 프로그램인 GANET를 제안하였고, Maier et al. (1996)은 개미군집알고리즘 (Ant Colony Optimization Algorithm, Dorigo et al. 1996)을 상수도 관망 최적설계에 적용한 후 그 결과가 유전 알고리즘에 비해 우수함을 증명하는 등 상수도 관망 최적설계에 관한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 유전알고리즘은 선택, 교차, 돌연변이의 반복계산 과정을 통하여 최적해를 찾는 최적화 기법이다. 이 과정에서 결정변수는 유전자 (Gene)의 집합으로 표현되며, 염색체 (Chromosome) 내에서 근접한 유전 인자들은 일종의 Building Block을 형성하게 된다. Building Block은 좋은 해를 갖는 유전 인자를 높은 확률로 보관하여 지역해에 빠질 가능성을 줄이는 반면, 유전형 (Genotype)이 표현형 (Phenotype)을 충분히 모방하여 표현하지 못한 경우 오히려 최적해의 탐색을 방해할 수 있다는 한계점을 갖는다. 유전 알고리즘을 상수도 관망 최적설계에 적용하였을 때에도 이 한계점은 여실히 드러난다. 관로의 관경을 결정변수로 설정한 후 유전형으로 표현하였을 때, 관망도 상에서 근접하지 않은 두 관로가 염색체 내에서 연속으로 나열된다면 두 관로 간의 연관성이 실제보다 크게 고려되기 때문이다. 한편, 하모니써치 (Harmony Search, Geem et al. 2001) 알고리즘은 즉흥 연주 (Improvisation)를 통해 최상의 화음을 만들어내는 현상으로부터 착안하여 만들어진 최적화기법으로 연산 기법은 무작위선택, 기억회상, 피치조정 등으로 구성되어 있으며, 결정변수에 해당하는 연주자가 독립적으로 행동하며 해를 탐색한다는 점에서 유전알고리즘과 큰 차이를 갖는다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 Building Block에 의해 발생하는 오류를 개선하고자, 상수도 관망 최적설계 연구에 많이 사용되는 Hanoi 관망 (Fujiwara and Khang 1990) 관로의 정렬 순서를 여러 가지 기준으로 설정하여 관망데이터를 구축한 후 하모니써치와 유전 알고리즘을 적용하여 최적화를 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 그 결과 유전 알고리즘과 달리 하모니써치 알고리즘의 경우, 관로의 나열 순서와 상관없이 우수한 최적해 탐색 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1391-1394
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• 2006

노후 상수도관의 개량사업이 지속적으로 시행되고 있지만 노후관 개량사업은 경험적 판단에 의존하는 노후관 평가 및 대안의 선정, 사고예방을 위한 대응적 차원의 개량 사업을 실시함으로 인해 경제적 손실은 물론 시스템의 유기적 기능향상이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 상수관로 중에서 아연도 강관, 도복장 강관, 닥타일 주철관을 선정하여 현장조사를 실시하였으며, 직접 채취된 관체 시편을 대상으로 육안분석, 관체분석, 그리고 토양부식성 등을 평가하여 채취한 관의 노후도를 종합적으로 평가하였다. 기본적으로 노후도 평가를 점수 평가법을 사용하였으며, 평가된 결과를 바탕으로 향후 노후 수도관 개량사업 추진 내용에서 개대체 우선순위를 결정하기 위한 모델을 제안하였다. 상수관로 노후도 영향 인자 및 가중치 추정은 현재 매설된 상수관로의 노후진척도를 평가하기 위한 노후도 예측모형의 기본 요소이며, 모형의 정확도를 향상시키기 위해 필수적인 사항이다. 관로 노후진척도 분석의 정확도는 장기간의 자료 수집을 통하여 이루어져 이에 대한 분석이 필요하며, 대상관로를 이용하여 개발된 제안식은 향후 지속적으로 현장조사를 실시하여 보완이 필요하겠지만, 노후수도관의 개량 우선순위를 분석하기 위한 매우 유용한 자료가 될 것으로 판단한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.6
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• pp.665-675
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• 2002

It is very closely related with the reliability of the pipe network to predict pipe burst and diminish burst effect in water distribution system. Most of the engineers have not consider pipe layout and the effect of pipe burst in conservative pipe network design. In this study, The effect of pipe burst in the network is analyzed with respect to pipe network geometric topology and the method of increasing the system reliability is presented by reducing pipe-burst effect. In existing pipe system, it is only designed to the closed loop system but in case of each pipe burst, it cannot transmit appropriate water to consumers and occurs severe hydraulic head drop in many nodes. The techniques developed in this study allow proper pipe diameter and pipe layout to pipe system through the analysis of pipe-burst effect. Thus, when each pipe is bursted, pipe system is prevented from severe pressure head drop in demand nodes and can supply stable flowrate to consumer.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.7
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• pp.609-623
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• 2010

In this paper the feedback loop mechanisms that are inherent in the management of water supply systems were identified based on the system dynamics modeling methodology. As a result, a system dynamics (SD) computer simulation model that can be used to aid efficient management of water supply systems was developed. The developed SD model can be used to predict operating conditions of water supply systems including the effects of pipe maintenance on the entire system. The developed model is consisted of water supply, pipe maintenance and water supply business finance model. The operation and maintenance data from a study water supply system were used to verify the model and to predict the past and future operating conditions of the system. The policy leverage that greatly affects the operating condition was evaluated by the sensitivity analyses for the operational indices due to changes in the exogenous variables. It was found that while the pipe maintenance related exogenous variables had great effects on the leakage and conditions of pipes, they did not have great effects on the major operational indices such as revenue water ratio. It is considered that the social costs due to leaks and pipe breaks and the corresponding mechanism of propagation of the costs must be modeled to better evaluate the effects of pipe maintenance on the operational conditions of water supply systems.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.8 no.6
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• pp.31-36
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• 2008

A water distribution system should be constructed reasonably to supply water for the customer with proper quality and pressure as demands at nodes fluctuate with time. Also it should be reliable to minimize undesirable effects on the customer when various accidents happen such as pipe failures. A new method is presented here to reduce damages by pipe failures. For the work, two methods, namely, the method for estimating practical extent of damage by pipe failures and for estimating water distribution reliability, are adopted to analyze a water distribution system and to explore the damage reduction by pipe failures. As the results from the analysis of the model, the damage can be reduced effectively by increasing durability of each pipe in minimum cutsets according to the order of priority. The suggested method was applied to the Cherry-Hill network to verify its applicability.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.296-300
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• 2006

도시에 매설된 상수관망의 노후화와 매설된 주변 환경의 변화로 관 보수와 파괴가 자주 발생하게 된다. 이때 보수 또는 교체를 위하여 상수관망의 일부를 격리하여야 하며 이를 위해서 제수밸브를 차폐해야 한다. 그러나 제수밸브가 격리하고자 하는 영역 주변에 적절히 배치되어 있지 않은 경우 필요한 부분보다 많은 영역이 격리되게 되며, 이는 격리로 인한 피해범위를 증가시키게 된다. 이와 함께 적절치 못한 제수밸브 관리로 인해 제수밸브가 차폐되지 않는 경우 해당 제수밸브 주변에 위치한 제수밸브를 추가로 차폐해야 하는 경우가 발생하게 되며 추가적인 상수관의 격리로 인하여 처음의 상수관 격리에 의한 피해를 증가시키는 결과를 야기한다. 이러한 문제는 제수밸브의 효율적 배치로 감소할 수 있으나 효율적 배치를 위한 선행과제로 현재 설치되어 있는 제수밸브 배치의 적정성을 평가하는 것이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 상수관 격리와 제수밸브가 차폐되지 않는 경우를 동시에 고려한 모의방법(simulation)을 제안하였다. 상수관망 전체 대한 상수관 파괴당 평균적인 단수인구로 제수밸브의 적정 분포를 정량화하여 다양한 제수밸브 분포사이의 적정성을 비교할 수게 하였다. 이러한 비교를 바탕으로 새로운 상수관망에서 효율적인 제수밸브 분포가 가능하며 기존 상수관망에 제수밸브를 추가할 경우에도 유용한 결과를 얻을 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.5-5
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• 2019

상수관망시스템은 정수장으로부터 각 수요처에 음용수를 공급하기 위한 사회기반시설물이며, 광범위한 지역에 걸쳐 주로 지하에 시설물이 매설되어 있다. 상수관망시스템을 설계하고 운영함에 있어 노후화로 인한 유수율 저하, 갑작스런 수요량의 증가, 관로 파손 등 비정상상황에의 용수공급을 항상 대비하여야 하며, 이를 통한 지속적인 관리와 개량이 필요하다. 상수관망시스템에서 발생할 수 있는 다양한 비정상상황들 중 상수관망시스템 내 관로가 파손될 경우, 파손 관로의 보수 혹은 교체를 위해서는 해당 관로의 용수흐름을 일시적으로 차단할 필요가 있다. 이 과정에서 파손관로와 인접한 밸브를 차폐하게 되며, 이로 인해 용수공급이 중단되는 단수구역이 발생하게 된다. 단수구역은 파손 관로를 차폐함으로써 파손 관로와 함께 용수공급이 차단되는 직접고립지역과 직접고립지역으로 인해 의도치 않게 수원으로부터 물 공급이 차단되는 간접고립지역으로 구분할 수 있다. 따라서, 관 파손에 의한 단수용량을 정확히 산정하기 위해서는 시스템 내 설치된 밸브의 개수와 위치에 따른 직, 간접고립지역(단수구역)을 정확하게 산정할 필요가 있다. Jun and Loganathan(2007)은 단수구역을 직접고립지역과 간접고립지역으로 구분하여 정의하고 각각을 탐색하는 알고리즘을 제시한 바 있다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시한 간접고립지역 탐색 방법의 문제점을 파악하고, 이를 개선한 새로운 알고리즘을 제안 및 검증하였다. 또한, 개선된 알고리즘을 이용하여 상수관망시스템 내 최적 밸브위치를 결정하기 위해 단수용량과 밸브설치비용을 동시에 최소화하는 다목적 최적화 모형을 개발하였으며, 예시 관망을 이용하여 모의를 수행하고 결과를 분석하였다.