• 물과 미래
• /
• 제46권6호
• /
• pp.55-60
• /
• 2013

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제31권4호
• /
• pp.439-448
• /
• 1998

대규모의 배수관망 시스템에서 유량해석을 위한 기법들이 많이 있지만 가장 널리 사용되고 있는 기법은 선형화 기법이다. 이 방법은 연속방정식과 에너지 방정식을 연립하여 해석하므로 이론적으로는 간단하나 실제 시스템에 적용을 위해서는 연립방정식 해석시 생성되는 계수매트릭스의 대각행력에 '0'이 발생하는 등 매우 큰 이산화된 계수 매트릭스의 처리가 문제가 되었다. 본 연구에서는 ill-condition 계수매트릭스의 발생을 배제하기 위해 도학이론으로부터 선형독립적인 폐합회로를 찾는 기법을 상수관망해석에 적용하여 선형화기법의 positive-definite 계수매트릭스를 만드는 기법을 개발하였다. 개발된 알고리듬의 적용성을 시험하고자 22개 가상관로 및 142개 관로를 가진 대구 인근의 실제 관망자료를 이용하여 유량해석을 실시하였다. 유량해석 결과 본 알고리듬이 적용된 모형에서는 가상관망 및 실제관로에서 수렴의 실패없이 원활하게 계산이 이루어지고 있었다. 본 연구결과는 관로내 정상상태 유량해석을 위해 효율적으로 이용될 것이 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제52권10호
• /
• pp.719-728
• /
• 2019

상수도 관망 밸브는 평상시 관로의 유향을 변경하는 역할을 하지만, 관로 파손, 수질 문제 등 사고 발생 시 해당 구역을 격리하는데에도 이용된다. 밸브조작에 의한 구역 단수는 주변 지역의 압력 및 물 공급 성능 저하를 유발한다. 최근 안정적인 상수도 관망 물 공급을 위협하는 사고가 다양하고 빈번하게 발생하고 있으며, 이에 따라 다양한 시나리오를 고려하여 밸브 위치 결정을 하는 것이 필요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 밸브의 개수, 구역격리 시 물 부족량, 수리학적 거리 인자(Hydraulic Geodesic Index, HGI)를 통합한 목적함수를 개발하고, 다양한 물 부족 시나리오에 기반한 밸브 최적 위치 결정 방법론을 제안한다. 제안한 방법론은 페스카라 관망에 적용되었으며, 시나리오별로 도출된 최적 밸브 설계안의 차이점을 분석하였다. 최적 밸브 위치 탐색 과정 중 수행된 관망 수리해석은 압력 기반(Pressure Driven Analysis, PDA)으로 수행하였다. 개발된 방법론으로 도출한 최적 밸브 설계안은 기존 설계안 대비 밸브 개수가 최대 19개나 적었고, 세그먼트 격리 시 물 공급 부족량 또한 상대적으로 작았다. 수원 수두가 낮은 시나리오를 고려할수록 더 많은 밸브가 설치되었는데, 밸브 추가 설치에 따른 비용증가는 다양한 시나리오에서 물 공급 성능 향상으로 이어짐을 확인하였다. 또한, 세그먼트 격리 상황 모의를 압력 및 유량 기반 해석으로 수행한 결과를 비교하여, 밸브 최적 위치 설계 수행 시 압력 기반 해석이 필요함을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제57권4호
• /
• pp.277-287
• /
• 2024

상수도 관망은 운영 중 다양한 수질 사고 발생 위험요소에 노출되어 있다. 본 연구는 다양한 수질 사고 위험요소 중 상수도 관망 내로의 바이러스 유입에 따른 위험도 평가 방법론을 제시하고, 이를 활용하여 위험도를 최소화할 수 있는 재염소 시설의 위치와 운영에 대한 검토를 수행하였다. 위험도 평가를 위해 QMRA (Quantitative Microbial Risk assessment)를 적용하였으며, 염소 농도에 따른 Water Quality Resilience를 정의하여 바이러스가 유입되지 않은 정상 운영 상황과 바이러스가 유입된 비정상 상황에서 염소 농도가 목표 범위(0.1-1.0 mg/L)내 운영되는지 여부를 정량적으로 확인하였다. 본 연구에서는 바이러스와 염소간의 반응을 고려해야 하기에, 다양한 수질인자를 고려할 수 있는 EPANET-MSX를 활용하여 수리 및 수질 분석을 수행하였다. 제안한 방법론은 미국의 Bellingham의 관망에 적용하였으며, 재염소 시설의 경우 0.5 mg/L부터 1.0 mg/L까지 주입 가능한 것으로 하였다. 적용 결과 재염소 시설이 없는 경우 Average risk가 0.0154이었으며, 재염소 시설 설치 후 1.0 mg/L의 농도로 주입 시 39.1%의 Average risk를 저감할 수 있었다. 다만, 재염소 시설을 통한 과도한 염소 주입은 Water Quality Resilience를 저감하여, 최종적으로 0.5 mg/L의 재염소 시설을 선정하였으며, 이를 활용하여 20% 가량의 Average risk 저감이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 향후 잠재적 바이러스 유입에 대비한 재염소 시설의 설계에 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.6-6
• /
• 2019

상수관망시스템은 공급원으로부터 수요처까지의 용수공급을 위해 구축된 관수로 기반의 사회기반시설물로서, 주로 생활 및 산업 용수를 공급하므로 대규모 사회 경제적 피해를 방지하기 위해서는 안정적인 용수공급 능력이 요구된다. 네트워크의 다양한 특성에 의해 표현되는 상수관망시스템의 신뢰도(reliability)는 크게 시스템 내 구성요소의 안정성(mechanical reliability)과 용수공급의 기능적 안정성(hydraulic reliability)으로 구분할 수 있다. 특히, 시스템의 용수공급 안정성에 주목한 수리학적 신뢰도 연구는 많은 연구자들에 의해 지속적으로 수행된 바 있으며, 다양한 평가방법 및 지표들이 제시되어 활용 중에 있다. 기존의 수리학적 신뢰도 지표들은 주로 수요절점(demand node)에서의 공급가능 수량 및 수압을 바탕으로 산정되었다. 그러나, 절점(node)에서의 공급 상태는 결과에 해당하며, 원인 분석을 위해서는 관로(pipe)의 배치 및 규격을 분석해야 하는 번거로움이 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 본 연구에서는 직접 관로(pipe)의 공급 특성을 분석하여 네트워크의 신뢰도를 평가함으로써, 신뢰도 저하의 원인 분석 및 시스템 개선에 효율적으로 활용할 수 있는 신뢰도 지표를 산정하고자 하였다. 본 연구에서는 상수관로 내 수리학적 기울기가 전반적으로 균등할수록 설계 비용대비 공급 신뢰도, 즉 용수공급 효율이 개선되는 특징을 바탕으로, 네트워크 내 총 에너지 손실로부터 각 관로의 길이, 유량 등의 특성을 고려한 등가 수리경사(Equivalent hydraulic gradient)를 유도하여 모든 관로의 적정 수리경사로 제안하였다. 따라서 각 관로의 실제 수리경사를 대상으로 관로별 수리학적 균등성 지수(pipe hydraulic uniformity index)를 산정하였으며, 더 나아가 전체 시스템의 균등성 지수(system hydraulic uniformity index)를 산정하였다. 제안된 신뢰도 지표는 가상의 네트워크에서 지역 내 용수 사용량이 증가하는 등 용수공급 안정성을 저해하는 몇 가지 시나리오를 바탕으로 검증하였으며, 또한 기존 지표들의 신뢰도 평가 결과와 비교, 분석하였다. 본 연구는 향후 네트워크 최적 설계의 목적함수로 활용하거나, 네트워크의 보강계획 수립에 기여할 것으로 기대된다.

• 물과 미래
• /
• 제27권4호
• /
• pp.59-67
• /
• 1994

본 연구에서는 설계기준에 합당한 제약조건을 고려하여 최저경비의 관망시스템을 설계함을 목적으로 비선형계획법(NLP)을 적용하였다. 경기도 고양군의 고양배수지를 급수원으로 하는 배수유역에 실제 적용하여 기존의 설계와 비교한 결과 기존 수리모의모형에서 사용되고 있는 반복계산 과정이 필요없이 설계가 가능함을 알 수 있었고, 설계의 최적화를 도모하는 동시에 수요절점에서의 유량 및 수압조건을 만족시킬 수 있었다. 이상의 결과와 같이, 본 연구에서의 비선형계획법(NLP)을 이용한 상수도 관망설계가 실무에서도 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었고 최적화 설계로 인하여 경제적 측면까지도 고려할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제26권7호
• /
• pp.963-971
• /
• 2022

상수도 관망은 국가 수도 시설의 주요한 구성 요소이지만 대부분이 지중에 매립되어 있어 배관의 노후화 정도 및 누수를 파악하기 어려우므로 유지관리 하기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 관망에 설치된 다양한 센서 조합을 가정하여, 데이터 조합에 따른 관로 누수 판별 가능성을 검토하기 위하여 선형회귀분석, 뉴로퍼지 등의 인공지능 알고리즘을 통한 유량과 압력 예측을 실시하여 최적 알고리즘을 도출하였다. 공급압력 예측을 통한 누수판별의 경우 뉴로퍼지 알고리즘이 선형회귀분석에 비하여 우수하였다. 누수유량 예측에서는 뉴로퍼지를 이용한 유량예측이 우선 고려되어야 한다. 다만, 유량을 모사하기 힘든 경우에는 선형 알고리즘을 이용한 공급압력 예측이 이루어져야 할 것으로 사료 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.271-271
• /
• 2017

상수관망 수리해석 기법은 절점의 사용량 및 누수량을 기지의 값으로 고려하여 총 수요량이 모두 공급될 수 있다고 가정하여 해석하는 수요기반해석(Demand Driven Analysis, DDA)과 사용량과 누수량은 절점 압력수두에 의해 달라질 수 있어, 공급가능량 및 누수량과 절점의 압력수두 모두를 미지수로 고려하여 해석하는 수압기반해석(Pressure Driven Analysis, PDA)으로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 수압기반사용량 모의(Pressure Dependent Demand, PDD)와 수압기반누수량 모의(Pressure Dependent Leakage, PDL)기능이 모두 구현되고, 다양한 시나리오 분석이 가능한 소프트웨어(SW)인 K-NRisk를 개발하였다. K-NRisk는 2016년 7월에 공개된 상수관망 해석범용모형인 EPANET3 소스코드 기반으로 개량 개발되었으며, 기존 EPANET2와 비교하였을 경우 사용자 편의성 증대를 위한 입출력 기능 및 SW 활용도 제고를 위한 대표업무분석 기능이 신규 개발, 강화되었다. 개발된 SW를 관망정비 및 공급안정성 확보 목적을 위한 수리해석 시 적용하여 그 결과를 분석하였다. 적용결과 기존 수요기반해석이 가지고 있는 한계점을 보완하고, 실제업무 시 활용가능함을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제35권5호
• /
• pp.312-320
• /
• 2013

상수도관망에서의 입자성 물질들은 대부분 금속관로의 내부부식 및 퇴적물에 의한 영향으로 이를 해결할 수 있는 방법은 제한적이라 할 수 있다. 수중의 입자성 물질들은 입자크기, 화합물 성분 및 성상들이 다르며, 이들 특성은 시설별 종류, 관 상태, 외부적 요인 및 공급과정 등에 의해서 차이가 발생하게 된다. 본 연구에서는 상수도관망의 수질조사를 수행하면서 수중의 입자성 물질들에 대한 조사를 실시하고자 하였으며, 정수를 공급하는 각 계통들의 배수지 및 관말지역을 대상으로 실시하였다. 각 조사지점에서 입자성 물질을 포집하기 위해 $47{\phi}$ 의 유리섬유여지(GF/C)를 이용하여 여과를 수행하였다. 수중의 탁도에 영향을 미치는 물질들이 입자성 부유물질과 무기물질들에 의한 것으로 관말지역으로 갈수록 입자성 물질이 증가하는 것으로 조사되었다. XRD를 이용한 입자성 물질의 화합물 성분분석결과 상수도관망의 관말지역에서 가장 많은 화합물은 Goethite (${\alpha}$-FeOOH), Magnetite ($Fe_3O_4$) 등이고 정수와 각 배수지 유출수에서는 Quartz ($SiO_2$)와 Yeelimite ($Ca_4Al_6O_{12}SO_4$) 등도 있는 것으로 조사되어 각 상수도 시설별 용출되거나 잔존하고 있는 화합물 성분이 다르며, 침적물들에도 차이가 있었다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제40권4호
• /
• pp.325-334
• /
• 2007

본 연구에서는 점진적인 유량 및 압력이 변화하는 상수관망에서 Rigid Water Column Theory를 이용하여 정상모형의 확장기간 모의해석보다 정확하고 수충격 해석보다는 계산비용 및 노력 측면에서 효율적으로 장시간 부정류 해석 모형을 개발하였다. 개발된 모형을 이용하여 실제관망에 대하여 24 시간 열 수요량을 고려한 부정류 해석 및 밸브폐쇄로 인한 수충격해석 모의에 적용하였고 해석 결과는 다음과 같다. 24 시간 일변화 모의의 경우에 수요량이 증가할 경우 모든 관로에서 압력감소가 나타났으며 수요량이 감소할 경우 압력증가가 나타났다. 그리고 일 수요량의 변화에 따라 나타난 절점에서의 유량 및 압력 변화폭은 각 절점마다 다르고 수요량과 유량의 변화양상이 반대로 나타나는 관로도 발생하고 있으며 KYPIPE2의 결과와 본 모형의 유량 및 압력차이도 발생하고 있어 상수관망의 동역학적 해석의 필요성이 대두되었다. 밸브폐쇄로 인한 수충격모의에 본 모형이 적용되었을 때 본 모형은 유체의 압축성을 무시함으로 인해 밸브 완전 폐쇄와 동시에 압력과 유량의 변화가 전 관망에 발생하였고 수충격모형은 유체의 탄성으로 인해 발생된 압력파의 도달시간이 필요함으로 압력과 유량변화가 지체되어 나타났으나 전체적인 변화양상 및 변화폭의 크기 등은 유사한 경향을 나타내어 본 모형의 적용성을 입증하였다. 본 연구에서 개발된 프로그램은 장기간 점진적인 관로 부정류를 비교적 정확하게 해석할 수 있을 것으로 판단되며 이를 이용하여 관로내 오염물의 확산해석, 수요량을 고려한 절점에서의 압력제어 및 누수저감, 장기간 관로내의 유량 및 압력 변화를 고려한 관망관리 등의 분야에서 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 기대되었다.