• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.771-775
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• 2008

Concerns related to protecting, identifying, and isolating of subsystems of a water distribution network have led to the realization of the increased importance of valves in the system. The most important purpose of valves in water distribution systems is to isolate subsystems due to breakage, maintenance activities, or contamination. A subsystem called segment is isolated by the closure of adjacent valves and an efficient algorithm should identify the adjacent valves to minimize the pipe failure impact. In this paper, an algorithm to identify adjacent valves to be closed to isolate a subsystem from the remainder of a network in case of a pipe failure is presented. An application to the water distribution system in Ottawa, Canada demonstrates the developed algorithm efficiently locates the adjacent valves for the isolation of a broken pipe.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.290-290
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• 2018

본 연구에서는 수충격으로 발생할 수 있는 실제 상수도관망의 피해율을 신뢰성해석을 통해 정량적으로 비교분석하였다. 이를 위해서 먼저 실제 상수관망에 대한 수충격해석을 수행하였는데 기존의 가압장 운영조건을 적용하였고 가압장의 선택운영조건을 변경하여 수충격해석을 수행하였다. 이 결과물을 토대로 신뢰성해석을 수행하였고 두 조건에 대하여 정량적인 파괴확률을 산정할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 실제 상수관망은 가압장의 운영조건으로 24시간 75m 수두를 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 유량이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말부에는 적정할 수 있으나 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프압력수두를 75m와 65m로 선택적 운영을 가정하였다. 이로 인한 관말부의 압력이 수도압력으로 충분한 15m를 계속 유지하는 것을 확인하였으며 수돗물 사용량이 적은 야간에는 가압장의 수두를 낮추는 방법으로 선택적 운영조건을 사용하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성 해석모형을 사용하여 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 가압장의 운영조건을 최적화하여 효율은 증대하고 피해율을 저감할 수 있는 방법을 찾을 수 있었다, 이를 위해서 가압장의 인버터 설치는 물론이고 펌프의 최적운영을 위한 프로그램을 장착하여 가압장을 운영한다면 보다 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.65-65
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• 2017

상수관망 시스템(Water Distribution System, WDS)은 원활한 용수 공급을 위해 구축된 사회기반시설물로써, 물 공급절차에 따라 그 구성요소를 공급원, 공급 경로, 수요지 등의 범주로 구분할 수 있다. 원활한 물 공급이란 수요지에서 요구하는 수량과 압력 수준을 충족시키는 것을 의미하며, 따라서 상수관망의 용수공급능력은 요구 수량 및 압력과 실제 공급 결과를 비교함으로써 가늠할 수 있다. 과거에는 두 가지 기준을 별도로 산정하여 이를 평가하였으나, 유량과 압력을 함께 고려할 수 있는 에너지 기반의 평가 방법이 제시되면서 시스템 내 에너지 분포를 정량화하여 시스템의 용수공급능력을 평가하는 연구가 주목받고 있다. 세계적으로 많은 연구자들은 시스템 내 에너지 흐름 상태를 정량화함으로써 다양한 형태의 상수관망의 신뢰도지수(Reliability Index)를 제안한 바 있다. 이 때, 대부분의 신뢰도 지수 연구에서는 수요지에 공급된 에너지를 기본적으로 유지해야 하는 최소요구 에너지(Required Energy)와 비상 상황에 대응하기 위한 잉여 에너지(Surplus Energy)로 구분하고 있으며, 잉여 에너지를 상수관망의 공급 안정성을 나타내는 핵심 요소로 활용하고 있다. 확보된 잉여 에너지는 비상시 최소요구 에너지를 대체하는 개념에서 복원력으로 표현되어, 잘 알려진 Resilience Index(RI)를 비롯해 많은 복원력 지수가 존재한다. 본 연구에서는 복원력 지수를 포함한 세 가지의 신뢰도 지수를 적용하여 상수관망의 용수공급 상황 변화에 따른 시스템의 안정성을 분석하였다. 특히, 절점별 복원력 지수를 산정하고 그 분포를 공간적으로 도시하여 파악함으로써, 비상시 효율적인 운영을 위한 판단기준으로써 신뢰도 지수를 폭 넓게 활용할 수 있음을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.90-90
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• 2020

상수관망시스템은 관할 지역 내 생활 및 공업용수를 공급하기 위한 사회기반시설물로써, 비상시에도 사용자의 용수 수요를 충족하기 위한 안정적인 성능이 요구된다. 이러한 상수관망시스템의 용수공급능력은 비상시 용수공급가능량, 공급수압 등 여러 가지 수리해석 결과를 통해 판단할 수 있다. 그러나, 시스템의 설계 및 운영 과정에서 다양한 성능들을 시간·공간적으로 모두 고려하는 것은 매우 복잡한 과정을 거치므로, 복합적인 용수공급 성능을 집약적으로 평가하기 위한 신뢰도 지수들이 개발되었다. 여기서 신뢰도 지수들은 각각의 이론적 접근방법에 따라 시스템의 특정 성능에 다소 편중된 평가 결과를 갖는 것으로 알려져 있으며, 따라서 상수관망시스템의 설계 및 운영 시, 목적과 특성에 맞는 적합한 신뢰도 지수를 선정하고, 적용하기 위한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 상수관망시스템의 구조적 특성 및 핵심 성능에 따른 신뢰도 지수별 적용성을 평가하기 위해, 다양한 형태의 네트워크에서 몇 가지 공급부하 시나리오를 바탕으로 수리해석 결과와 신뢰도 지수 간의 상관성을 분석하였다. 또한, 다기준 분석기법을 통해 종합적인 시스템 핵심 성능에 대한 신뢰도 지수의 상관성을 분석함으로써, 시스템 전반에 대한 신뢰도 지수별 적용성을 함께 평가하였다. 본 연구 결과는 향후 상수관망시스템의 설계 또는 기존 시스템의 보강 및 운영계획 수립 등을 위한 연구에서 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1405-1409
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• 2006

본 연구는 다목적 유전자알고리즘을 이용해서 상수도관망의 펌프 스케쥴링을 최적화하는 방안을 도출하기 위한 연구이다. 상수도관망의 시스템을 모의하기 위한 방법으로는 EPANET을 이용해서 각각의 결정변수에 관한 펌프운영비용을 산정하였으며, 이렇게 계산된 편익함수의 값을 다목적 유전자알고리즘의 목적함수로 이용해서, 펌프스케쥴링에 관한 여러 가지 대안을 제시하였다. 상수도관망의 운영을 위해서는 안정적인 용수공급이 가능하면서도 최소한의 에너지비용을 필요로 하는 펌프운영방식을 필요로 하게 되는데, 이때 용수수요량의 변화 등 운영여건이 바뀌게 되더라도, 수리적 안정성이 확보되는 범위내에서의 최적 운영방안이 필요하게 된다. 이와 같은 펌프운영방안의 최적화는 상당히 많은 수의 결정변수를 요구하게 되고, 결정변수의 탐색범위 또한 상당히 넓은 경우가 대부분이기 때문에, 국부최적해에 수렴하는 현상이 나타나지 않고, 넓은 범위의 결정변수 영역을 빠르게 탐색할 수 있으며, 여러 가지 대안을 효율적으로 제시할 수 있는 다목적 유전자알고리즘을 사용하였다. 본 연구를 통하여 개발된 상수도 관망 펌프 스케쥴링 기법을 이용하면, 운영여건의 변화에 따른 펌프운영비용의 최소화 여부를 검토할 수 있으며, 이를 바탕으로 각 단계별 수도시설을 종합적으로 고려한 경제적 운영방안의 검토가 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.2
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• pp.201-210
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• 2010

In this study, new methodology to estimate the reliability of a water distribution system using HSPDA model is suggested. In general, the reliability of a water distribution system can be determined by estimating either the ratio of the required demand to the available demand or the ratio of the number of nodes with sufficient pressure head to the number of nodes with insufficient pressure head when the abnormal operating condition occurs. To perform this approach, hydraulic analysis under the abnormal operating condition is essential. However, if the Demand-Driven Analysis (DDA) which is dependant on the assumption that the required demand at a demand node is always satisfied regardless of actual nodal pressure head is used to estimate the reliability of a water distribution system, the reliability may be underestimated due to the defect of the DDA. Therefore, it is necessary to apply the Pressure-Driven Analysis (PDA) having a different assumption to the DDA's which is that available nodal demand is proportion to nodal pressure head. However, because previous study used a semi-PDA model and the PDA model which had limited applicability depending on the characteristics of a network, proper estimation of the reliability of a water distribution system was impossible. Thus, in this study, a new methodology is suggested by using HSPDA model which can overcome weak points of existing PDA model and Available Demand Fraction (ADF) index to estimate the reliability. The HSPDA can simulate the hydraulic condition of a water distribution system under abnormal operating condition and based on the hydraulic condition simulated, ADF index at each node is calculated to quantify the reliability of a water distribution system. The suggested model is applied to sample networks and the results are compared with those of existing method to demonstrate its applicability.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.1
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• pp.105-115
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• 2003

The computation model which evaluates combined hydraulic and mechanical reliability, is developed to analyze the integrated reliability in water distribution system. The hydraulic reliability is calculated by considering uncertain variables like water demand, hydraulic pressure, pipe roughness as random variables according to proper distribution type. The mechanical reliability is evaluated by analyzing the effect of pipe network with sequential failure of network components. The result of this study model applied to the real pipe network shows that this model can be used to simulate the uncertain factors effectively in real pipe network. Therefore, The pipe-line engineers can design and manage the network system with more quantitative reliability, through applying this model to reliable pipe network design and diagnosis of existing systems.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.11
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• pp.989-998
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• 2018

Connectivity between water source and demand node can be served as a critical system performance indicator of the degree of water distribution network (WDN)' failure severity under abnormal conditions. Graph theory-based approaches have been widely applied to quantify the connectivity due to WDN's graph-like topological feature. However, most previous studies used undirected-unweighted graph theory which is not proper to WDN. In this study, the directed-weighted graph theory was applied for WDN connectivity analyses. We also proposed novel connectivity indicators, Source-to-Node Shortest Pathway (SNSP) and SNSP-Degree (SNSP-D) which is an inverse of the SNSP value, that does not require complicate hydraulic simulation of a WDN of interest. The proposed SNSP-D index was demonstrated in total 42 networks in J City, South Korea in which Pearson Correlation Coefficient (PCC) between the proposed SNSP-D and four other system performance indicators was computed: three resilience indexes and an energy efficiency metric. It was confirmed that a system representative value of the SNSP-D has strong correlation with all resilience and energy efficiency indexes (PCC = 0.87 on average). Especially, PCC was higher than 0.93 with modified resilience index (MRI) and energy efficiency indicator. In addition, a multiple linear regression analysis was performed to identify the system hydraulic characteristic factors that affect the correlation between SNSP-D and other system performance indicators. The proposed SNSP is expected to be served as a useful surrogate measure of resilience and/or energy efficiency indexes in practice.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.10
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• pp.845-855
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• 2015

Studies of optimizing pump operation in water distribution networks (WDN) are receiving spotlight in recent days. However, the water networks are quite complex including thousands of or even tens of thousands of nodes and pipes, thus simulation time is an issue. In some cases, implementing a computer model for pump operation decisions is restrictive due to intensive computation time. To that end, it is necessary to reduce the simulation time of water networks by simplifying the network layout. In this study, WDN skeletonization approaches were suggested and applied to a real water transmission network in South Korea. In skeletonizing the original network, it was constrained to match the water pressure and water age in the same junction locations to maintain the hydraulic and water quality characteristics in the skeletonized network. Using the skeletonization approaches suggested in this study, it is expected to reduce the simulation time of WDN and apply for developing a computer module of WDN real-time optimal operation.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.spc1
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• pp.1271-1282
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• 2022

The optimal design of Water Distribution System (WDS) is used in various ways according to the purpose set by the user. The optimal design of WDS has various purposes, such as minimizing costs and minimizing energy generated when manufacturing pipes. In this study, based on the Modified Hybrid Vision Correction Algorithm (MHVCA), a cost-optimal design was conducted for various WDSs. We also propose a new evaluation index, Best Rate (BR). BR is an evaluation index developed based on the K-mean Clustering Algorithm. Through BR, a comparison was made on the possibility of searching for the optimal design of each algorithm used in the optimal design of WDS. The results of MHVCA for WDS were compared with Vision Correction Algorithm (VCA) and Hybrid Vision Correction Algorithm (HVCA). MHVCA showed a lower cost design than VCA and HVCA. In addition, MHVCA showed better probability of lower cost designs than VCA and HVCA. MHVCA will be able to show good results when applied to the optimal design of WDS for various purposes as well as the optimal design of WDS for cost minimization applied in this study.