• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.6
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• pp.4216-4227
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• 2015

In this study, a model is developed based on Life Cycle Energy Analysis (LCEA) method with Genetic Algorithm (GA) to determine optimal diameter of Water Distribution System (WDS). For hydraulic analysis the EPANET2.0 program is linked with developed model, pipe-aging equation and pipe-breakage equation are built in to developed model to simulate pipe change through life cycle. The model is then applied to two sample WDSs for optimal energy design. After determining optimal diameter for each WDS, the total cost is calculated based on determined diameter and compared with well-known optimal diameter set of each WDS. Results show that optimal energy design of WDSs through the developed model can be an alternative option for optimal design of WDSs for reducing energy with lower in cost.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.200-200
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• 2019

본 연구에서는 실제 가압장 및 가압장후단부의 상수도관망에 발생가능한 수충격해석을 수행하고 신뢰성해석을 수행하여 파괴확률을 정량적으로 산정하였다. 이를 위해 가압장의 펌프운영조건을 다르게 적용하였고 관말단부의 압력센서를 이용하여 토출압을 선택적으로 운영하면 수충격의 규모도 작아지고 파괴확률도 대폭 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 가압장의 토출압을 선택적으로 운영하기 위해서는 관말단부에 필수적으로 충분한 수압이 존재해야하며 이를 위해서 실시간 모니터링이 가능한 압력계를 설치하게 된다. 이 압력계로부터 수신되는 데이터를 통하여 펌프의 운영이 이루어지고 최소한의 에너지 사용을 통해 효율을 증대하고 피해율도 저감하게 된다. 본 연구에서 개발된 센서기반 펌프운영시스템이 적용된 실제 상수도관망은 현재 가압장의 운영조건으로 24시간 75m의 펌프 토출압을 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 수압이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말단부에 충분한 수압을 전달하기 위한 것이지만 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프토출압을 75m와 60m로 선택적 운영을 할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성해석모형을 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 위해 개발된 펌프운영 프로그램을 가압장 배전반에 장착하여 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 과도한 수압으로 인해 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서는 기존의 펌프장 토출압으로 운영되었을 때와 비교하여 에너지 절감율을 정량적으로 산정하여 비교분석하였다. 가압장 후단의 작은 마을을 대상으로 하여 절감된 전기요금은 적은 양이라 할 수 있겠으나 개발된 시스템을 전국에 적용한다면 에너지 절감으로 인한 경제적 파급효과는 크다고 할 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.1
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• pp.59-70
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• 2022

Water distribution systems (WDSs) are a representative infrastructure injecting chlorine to disinfect the pathogenic microorganisms and supplying water from sources to consumers. Also, WDSs prescribe to maintain the usual standard (0.1-4.0 mg/L) of residual chlorine. However, the user's usage pattern, water age, network shape, and type affect the hydraulic features (i.e. nodal pressure, pipe velocity) and water quality features (i.e., the residual chlorine concentration). Therefore, this study developed an optimization approach for optimizing WDSs considering water quality-hydraulic factors using Multi-objective Harmony Search (MOHS). The design cost and the system resilience were applied as the design objective functions, and the nodal pressure and the concentration of residual chlorine are used as constraints. The derived optimal designs through this approach were analyzed according to network characteristics such as the network shapes and type. These optimal designs can meet the safety of economic and water quality aspects to increase user acceptance.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.8 no.4
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• pp.61-66
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• 2008

As the water distribution system which is one of the critical lifeline system is deteriorated and pipe failures occur frequently, the more efficient pipe monitoring system becomes a critical issue in the water industry. One of the pipe monitoring systems is called "Smart-pipe System" which is permanent, comprehensive and an automated SIM (Structural Integrity Monitoring) system and has superiorities to existing monitoring system. To implement a smart-pipe system on a water distribution system, assessment of its indirect benefit obtaining from smartpipe such as the ratio of preventing water main failures must be preceded. However, only some researches on this field have been performed. In this paper, the concept of smart-pipe system is compared with the current monitoring systems for a water distribution system, and a method to quantify its benefit using the inconvenient time for customers is suggested. The suggested method was applied to a real water distribution system to estimate its applicability and benefit.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.7
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• pp.475-484
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• 2021

The optimal design for water distribution system (WDS) is not only satisfying the minimum required water pressure of the nodes, but also minimizing pipe cost, etc. The number of designs of WDS increases exponentially due to the arrangement of various pipes. Various optimization algorithms were applied to propose an optimized design of WDS. In this study, Modified Hybrid Vision Correction Algorithm (MHVCA) with improved self-adapting parameter was applied to optimal design of WDS. The performance was improved by changing the Hybrid Rate (HR) of the existing Hybrid Vision Correction Algorithm (HVCA) to nonlinear HR. To verify the performance of the proposed MHVCA, it applied to mathematical problems consisting of 2 and 30 decision variables and constrained mathematical problems. In order to review the application results of MHVCA, it was compared with Harmony Search (HS), Improved Harmony Search (IHS), Vision Correction Algorithm (VCA) and HVCA. Finally, MHVCA was applied to the optimal design problem of WDS and the results were compared with other algorithms. MHVCA showed better results than other algorithms in mathematical problems and WDS problem. MHVCA will be able to show good results by applying to various water resource engineering problems as well as problems applied in this study.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.239-239
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• 2019

상수도시설 중 배수관망시설은 해당 지역의 영향을 민감하게 받는 시설이므로 설계시 해당시설의 특성을 충분히 고려해야 한다. 배수시설은 설치된 해당지역에 따라 그 특성이 매우 다르기 때문에, 설계지표 또한 해당 도시마다 다르게 설정될 수 있다. 도시의 규모가 크거나, 그 특성이 해당 구역에 따라 다른 경우에는 같은 도시의 경우라도 대상구역에 따라 다른 지표를 사용하는 경우도 있다. 따라서 이런 상수도관망의 설계 및 관리를 위해서는 장기간 현장여건에 맞는 관측자료를 통한 정밀한 수리분석이 요구되며 국내의 경우 일반적으로 Hazen-Williams 공식을 사용하고, 이때 관내면의 마찰손실계수 C는 유속계수라 한다. 이러한 유속계수는 상수관로의 물리적 특성을 나타내며 관로 내의 흐름해석, 펌프 및 관로의 설계, 최적 운영 방안, 통수능력 및 관 노후도 평가 등에 사용되거나 영향을 미치는 중요한 요소라 평가되고 있다. 또한 다수의 현장 관측 자료를 확보하여도 분기 구간과 펌프 및 밸브 등으로 인한 손실 등의 오차가 발생하므로 유속계수 산정 시 발생되는 많은 오차들을 줄여 보다 신뢰성 있는 유속계수를 산정해야 하고, 현장 관측 자료를 이용하여 유속계수를 산정하기 어려운 구간에 대해서는 관망해석 모델링을 통하여 결정하고 있다. 본 연구에서는 전주권 광역상수도의 계통 특성에 맞는 관로의 유속계수를 결정하기 위해 관리주체에서 기존에 설치한 수압계와 유량계 및 관망도를 이용하여 기초자료를 수집하고 Hazen-Williams 공식을 이용하여 유속계수를 산정하였다. 계산된 상수관로 유속계수는 전주시의 10개 계통에서 최소 107.06, 최대 145.02, 평균 127로 계산되었으며, 유속계수에 영향을 미치는 물리적 요소들의 관계를 파악하고자 상관성 분석 실행하였다. 그 결과 관경과 경과년수의 상관계수 R은 0.011 관경과 유속계수의 상관계수는 -0.009로 두변수간의 상관성이 거의 없고, 경과년수와 유속계수의 상관계수는 -0.776로 음의 상관성을 갖는 것으로 분석되었다. 이와 같이 제시한 유속계수는 해당 지역의 참고자료나 기준으로서 활용할 수 있을 것으로 판단되며 비 대상 지역에서도 현장자료가 부족한 곳의 유속계수를 산정할 경우 보다 신뢰성 있게 유속계수를 산정할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.430-430
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• 2021

최근 상수관망 시스템에 ICT 기술을 접목하여 수돗물 공급에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 노력이 증가하고 있다. 특히, 관 내 수질이 일정 기준 미달인 경우 실시간 수질 감지를 통해 이상수질을 자동으로 배출하는 자동드레인 시스템이 수질사고 예방 및 대응 방안으로 주목받고 있다. 현재 자동드레인 시설은 관로 말단에서의 잔류염소 유지를 위한 목적으로 주로 사용되고 있고, 도시지역 내 수질사고에 대비한 설치, 운영사례는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 인천시 Z지역 내 자동드레인의 운영에 따른 상수관망의 수리적 특성을 분석하였다. EPANET 프로그램을 사용하여 배수지에서 수질오염이 발생한 조건을 가정하였고 배수지의 공급량에 따라 2가지 모의조건으로 나누었다. 첫 번째 모의조건은 배수지의 공급량을 일정하게 유지시킨 상태로 자동드레인의 배출량을 증가시키는 것이었고, 두 번째 모의조건은 급수구역의 공급량을 일정하게 유지시킨 상태로 자동드레인의 배출량을 증가시키는 것이었다. 각 조건별로 자동드레인의 배출량을 증가(배수지의 10%~90%)시키면서 관망 전체의 수리적 변화(압력, 에너지)를 비교·분석하였다. 첫 번째 모의조건에서는 자동드레인 배출량이 증가할수록 모든 절점에서 압력이 증가하였고 수두가 낮은 절점일수록 압력 변화가 커지는 것으로 나타났다. 또한, 인천 Z지역에서는 60% 이상 배출 시 에너지가 거의 증가하지 않고 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다. 두 번째 모의조건에서는 자동드레인의 배출량이 증가할수록 압력이 모든 절점에서 동일하게 감소하였으며 에너지는 일정하게 증가하였다. 본 연구 결과는 상수관망 내 수질관리 시스템 구축 시 기초자료로 활용될 수 있으며 스마트 물 관리에 도움이 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Geophysical Society
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• v.7 no.1
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• pp.51-60
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• 2004

Time pasages could deteriorate the flow ability and hold the flow in the water distribution facilities because of their erosion and breakdown. It is necessary that the study to determine the optimal change time and the improvement plan for the continuous management using optimization methods or decision support systems. But, the present study tendency only aware the changes of hydraulic characteristics without industrial management plans. This study shows the pipe replacement program in these two concepts and the elementary process to apply it to Daejeon city.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.9
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• pp.643-656
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• 2021

Recently, water supply management technology is highly developed, and a computer simulation model plays a critical role for estimating hydraulics and water quality in water distribution networks (WDNs). However, a simulation of complex large water networks is computationally intensive, especially for the water quality simulations, which require a short simulation time step and a long simulation time period. Thus, it is often prohibitive to analyze the water quality in real-scale water networks. In this study, in order to improve the computational efficiency of water quality simulations in complex water networks, a hierarchical water-quality-simulation technique was proposed. The water network is hierarchically divided into two sub-networks for improvement of computing efficiency while preserving water quality simulation accuracy. The proposed approach was applied to a large-scale real-life water network that is currently operating in South Korea, and demonstrated a spatiotemporal distribution of chlorine concentration under diverse chlorine injection scenarios.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.34 no.5
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• pp.427-438
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• 2001

A numerical model to analyze the unsteady flow in water distribution system was developed by using wave adjustment method. When analyzing the unsteady flow in the real water distribution system, the computational procedures are very complex due to the various boundary condition. Wave adjustment method, which can solve the boundary condition more simply and accurately, was introduced to overcome this difficulty and related equations to solve external flow directly were presented. Using these equations, the numerical model was developed to analyze water hammer. The suggested model was applied to a hypothetical distribution system and a real system with 26 pipes with various external flow boundary condition to evaluate the applicability of the developed model. The simulation results by this model agree with those by Karney's analysis in terms of discharge and pressure.