• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.479-483
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• 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
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• 2015.05a
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• pp.159-159
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• 2015

상수관망시스템의 신뢰도를 정량화하기 위한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 대부분의 연구는 절점의 공급가능수요량, 절점의 수두, 그리고 유량과 수두를 동시에 고려한 에너지(energy)를 이용하여 신뢰도 지수를 개발하였다. 이 중, Energy를 기반으로 하는 신뢰도지수로써 Resilience index(Todini, 2000), Network Resilience index(Prasad, 2004), Modified Resilience index(Jayaram, 2008)와 Entropy Resilience index(Raad, 2010) 등의 연구가 대표적이다. 상수관망시스템에 정상적인 상황을 넘어서는 부담이 가해졌을 때, 이를 완충하거나, 정상적인 용수공급 상황으로 빠르게 회복하는 능력인 복원력(Resilience)을 판단하기 위한 지표로써 제시된 Todini의 Resilience index를 기점으로, 상수관망의 신뢰도(Reliability)을 Energy 측면에서 판단할 수 있는 관련 지표에 대한 연구가 진행되어왔다. 특히, 상수관망의 최적설계 시, 상수관망의 기능적 요소로써 관련 지표들을 비용(Cost)과 함께 다중목적함수로 고려하는 연구까지 다수 진행되고 있으나, 이러한 지표들이 상수관망에서 핵심적인 몇 가지 요소들의 변화에 대하여 어떻게 반응하는지에 대한 분석은 제대로 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 동일한 상수관망시스템에서 용수의 흐름상황을 크게 좌우할 수 있을 것으로 판단되는 몇 가지 변동상황을 고려하여 이러한 지표들이 각각의 변동상황에 어느정도 민감하게 반영하는지 분석하였다. 여기서, 상수관망시스템의 중요 변화요소로써 1) 수요량의 변화, 2) Loop 개수의 변화, 3) 수원지(Source) 개수의 변화, 4) 해당시스템의 최소 요구수압 변화 등을 고려하였다. 본 연구를 통해, 상수관망시스템의 신뢰도 산정에 활용되고 있는 기존의 지수들이 다양한 변동 상황을 얼마나 잘 반영할 수 있는지를 파악하고, 기존의 지수들을 보완한 개선된 신뢰도 지수의 개발가능성을 모색하도록 한다.

• 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.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.5 no.2 s.15
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• pp.73-80
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• 2002

운영 자료의 조사$\cdot$분석을 위해 수도권 광역상수도의 취수장, 가압장 및 정수장들을 발문하여 각 펌프장에서 관리하고 있는 운전일보, 기기이력카드 등과 한국수자원공사에서 발간하는 월보 및 년보와 각 단계별 실시설계 보고서 및 준공도소를 수집하여 통계 처리한 결과를 요약하여 보면 다음과 같다. 각 단계별 수도권 광역상수도의 취수량 및 송수량은 운영을 시작한 초기부터 1990년까지 증가하다가 점점 수량이 감소하는 추세이다. 팔당 1 취수펌프장은 계획 취수량의 $95.5\%$, 2 취수펌프장은 $89.8\%$를 공급한 후 계속 감소되었고 설계 시 $100\%$의 용수량을 만족시키지 못하고 있다. 이러한 현상은 최근 IMF로 인하여 건설경기 둔화와 용수 수요량이 감소하였을뿐만 아니라 지방자치단체별로 취수펌프장을 독자적으로 건설하여 수요량 감소가 심화되었기 때문인 것으로 판단된다. 각 단계별 광역상수도 중 펌프의 운전토출압력과 운전흡입압력으로 부터 전양정을 계산하여 보면 설계된정격양정보다 낮은 수치인 저양정$\cdot$대유량으로 운전되고 있음을 알 수 있다. 이러한 운전은 캐비테이션을 발생시키고 이로 인하여 임펠러에 침식이나 균열이 발생하여 10년에 한번씩은 임페러를 교체한 것으로 나타났다. 그리고 펌프의 교체 주기는 $15\~20$년인 것으로 조사되었다.

• Journal of Digital Contents Society
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• v.11 no.2
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• pp.169-175
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• 2010

The important society facility to maintain daily lives and the various activity is the water service. In this paper, we propose a design and implementation method of water count management system for the measurement, distribution and control of water quantity. The proposed system for systematic facility management and effective water service administration is a design methodology for foundation facility of water service to provide good quality water and to prevent a leak of water, estimating the water capacity.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.10 no.1
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• pp.73-80
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• 2010

The optimal design of water distribution system have started with the least cost design of single objective function using fixed hydraulic variables, eg. fixed water demand and pipe roughness. However, more adequate design is accomplished with considering uncertainties laid on water distribution system such as uncertain future water demands, resulting in successful estimation of real network's behaviors. So, many researchers have suggested a variety of approaches to consider uncertainties in water distribution system using uncertainties quantification methods and the optimal design of multi-objective function is also studied. This paper suggests the new approach of a multi-objective optimization seeking the minimum cost and maximum robustness of the network based on two uncertain variables, nodal demands and pipe roughness uncertainties. Total design procedure consists of two folds: least cost design and final optimal design under uncertainties. The uncertainties of demands and roughness are considered with Latin Hypercube sampling technique with beta probability density functions and multi-objective genetic algorithms (MOGA) is used for the optimization process. The suggested approach is tested in a case study of real network named the New York Tunnels and the applicability of new approach is checked. As the computation time passes, we can check that initial populations, one solution of solutions of multi-objective genetic algorithm, spread to lower right section on the solution space and yield Pareto Optimum solutions building Pareto Front.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.3-3
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• 2019

최근 기후변화로 인한 집중호우, 가뭄 등 예측하기 어려운 사태가 발생하면서 깨끗하고 안정적인 용수공급 기술의 필요성이 대두되고 있다. 이에 IoT와 기존 물관리시스템을 결합한 스마트워터그리드 출범은 실시간으로 수요와 공급량의 정보를 취득하여 물 관리 효율성을 제고 할 수 있게 되었다. 실시간 수요량 자료를 이용하여 물 수요량 예측을 통한 최적의 물 공급량을 결정할 수 있다. 이 때 스마트워터그리드의 핵심 기술은 실시간으로 취득한 자료의 품질관리라 할 수 있다. 본 연구 대상지역인 영종도 112 블록에는 528개 AMI 스마트 미터를 이용하여 1시간 단위의 물 수요량 자료를 원격 검침하고 있다. 각 수용가에 설치된 AMI 센서를 통해 수집된 자료에는 오류를 포함할 수 있는데 통신 장애, 미터기 고장 및 교체 등으로 발생된다. 결측된 수요량 자료는 상수관망 수리해석에 사용되는 기본자료로서 비표본오차를 증가시켜 검정력과 정확성을 결여시키는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 수집된 자료를 가용할 수 있는 자료로 정제하고 대체하기 위해 완전히 관찰된 자료(complete data)만을 이용하여 각 시간에 따른 관경별, 용도별 그리고 요일별 수요패턴을 추정한다. 결측된 자료는 기존에 사용되는 평균대체법과 핫덱 대체(hot deck imputation) 등과 비교 검증한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1873-1877
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• 2010

최근 우리나라는 기상이변 및 국지성, 게릴라성 호우로 극심한 침수피해가 몇 년 동안 계속되어 왔다. 그 과정에서 치수에만 역량을 집중해서 재해방지 대책을 세워왔지만 가뭄이나 수자원확보에 상대적으로 소홀한 실정이다. 따라서 홍수피해 방지를 위한 치수대책 못지 않게 가뭄으로 발생되는 물 부족을 해결할 수 있는 이수대책 또한 중요하므로 가뭄에 대한 물 부족 연구가 더욱 필요하다. 본 연구에서는 2008년 가을부터 2009년 봄까지 강원도 A지역의 심한 가뭄재해 및 물 부족 사태를 겪으면서, 이를 바탕으로 가뭄에 따른 물 부족 요인을 연구하기 위해 강우지속기간 갈수우량 산정을 바탕으로 수문기상학적 특성을 분석하였으며, 광역상수도 시설의 운영분석을 통해 물 부족을 연구하였다. 또한 강수량을 분석을 통해 2008년 A지역으로 유입되는 양을 판단하고 광역상수도 수요량을 연구하였다. 그 결과, 강우지속기간별 빈도 갈수우량 산정결과 가뭄 발생시 A지역은 재현기간 20년빈도에 해당하는 가뭄이 발생 된 것으로 판단되었으며, 이를 바탕으로 취수댐 저류지의 저수율이 약 52%에 불과하였다. 또한, 강수량은 평균 강우량에 비해 현저하게 작고, 가뭄 발생 직전 시기의 A지역 상수 수요량은 평년보다 오히려 많아서 가뭄의 발생을 부추기는 결과가 나왔던 것으로 판단되었다. 본 연구를 통하여 물 부족 발생 원인을 연구하여, 가뭄시 물 부족에 대한 대책을 마련할 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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• 1995.12a
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• pp.9-21
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• 1995

A planning support system enhances our ability to use water capacity expansion as an urban growth management strategy. This paper reports the development of capacity expansion modeling of water supply as part of the continuing development of such a planning support system (PEGASUS: Planning Environment for Generation and Analysis of Spatial Urban Systems) to incorporate water supply, This system is designed from the understanding that land use and development drive the demand for infrastructure and infrastructure can have a significant influence on the ways in which land is developed and used. Capacity expansion Problems of water supply can be solved in two ways: 1) optimal control theory, and 2) mixed integer nonlinear programming (MINLP). Each method has its strengths and weaknesses. In this study the MINLP approach is used because of its strength of determining expansion sizing and timing simultaneously. A dynamic network optimization model and a water-distribution network analysis model can address the dynamic interdependence between water planning and land use planning. While the water-distribution network analysis model evaluates the performance of generated networks over time, the dynamic optimization model chooses alternatives to meet expanding water needs. In addition, the user and capacity expansion modeling-to-generate-alternatives (MGA) can generate alternatives. A cost benefit analysis module using a normalization technique helps in choosing the most economical among those alternatives. GIS provide a tool for estimating the volume of demanded water and showing results of the capacity expansion model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.395-395
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• 2022

본 연구는 머신러닝 기반의 상수도 모니터링 시스템의 예측 모델을 개발하고, 예측 모델의 적용이 가능성을 검토하였다. 상수도모니터링 시스템은 상수관망에 설치된 센서에서 수집된 자료를 모니터링 할 수 있어 운영자의 상수도 시설물의 관리 편의성을 높일 수 있다. 특히 수리학적 모델을 적용하여 계산된 값과 측정된 값을 비교해 이상치가 발생하면 운영자에게 이를 알려주므로 시스템내의 문제점을 빠르게 확인할 수 있다. 그러나 수리학적 모델은 입력자료가 증가됨에 따라 계산시간이 많이 소요되는 문제가 있고, 계산된 값의 정확도가 낮아지므로. 이러한 문제를 보완하기 위해 머신러닝 기반의 예측 모델을 개발하여 이를 해결하고자 하였다. 예측 모델은 GS 이니마 브라질(GS Inima Brazil)에서 운영중인 아라사투바(Aracatuba) 지역 주사라(Jussara) DMA(District Metered Area)의 2018년 1월에서 7월까지의 운영자료를 이용하였으며, 상수도 모니터링 시스템에서 상수관로 수압에 영향을 미치는 영향 인자들을 분석하고, 하이퍼파라미터 최적화를 통한 수압 예측 모델을 개선하였다. 금회 연구는 머신러닝 기반의 모델을 통하여 상수관망의 시간변화에 따른 장래 예측 수압을 검토할 수 있었다는데 큰 의의가 있다.