• 한국수자원학회논문집
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• 제43권9호
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• pp.769-780
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• 2010

'위상적 평가'와 '수리학적 평가'를 통해 수요절점에서 필요한 수량을 필요한 압력으로 충분히 공급할 수 있는지의 여부를 정량화하고 이를 신뢰성의 산정을 위한 기준으로 사용하는 것은 대표적인 상수관망시스템의 신뢰성산정 방법이다. 하지만 '수리학적 평가'를 이용한 수요절점에서의 압력확보 여부를 신뢰성 산정에 사용한 기존의 연구들은 'Demand-Driven Analysis의 사용'과 '사용성의 미고려'라는 두 가지 측면에 있어서 문제가 있다. 또한 비정상상태인 상수관망시스템의 수리모의 적합한 Pressure-Driven Analysis를 이용한 연구들도 신뢰성 산정에 있어 가능공급량만을 고려하고 사용성을 고려하지 않아, Pressure-Driven Analysis의 장점이 효율적으로 사용되지 않은 단점이 있다. 본 연구에서는 기 개발 된 Pressure-Driven Analysis 모형인 HSPDA모형과, 거리척도 방법을 이용하여 수량과 수압을 동시에 고려하는 신뢰성 분석기법을 제안하였다. 제안된 기법을 상수관망에 적용하여 기존의 연구결과와 비교하였고 이를 바탕으로 수립 가능한 신뢰성 확보방안을 제시하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제4권4호
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• pp.21-28
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• 2001

본 연구에서는 기존에 개발된 상수도 관련 GIS(geographic information system)에서 관로해석을 위한 자료를 자동으로 입력할 수 있고, 사용자를 위한 GUI(geographic user interface)를 제공하는 GNLP(GIS linked non-linear pipe network analysis program)프로그램을 개발하였다. 관로시스템의 수리해석은 Hazen-Williams의 손실수두방정식을 기초로 한 비선형 해석기법을 이용하여 시행하였으며, 데이터베이스 응용 프로그램을 작성하기 위해서 관계형 데이터베이스 관리시스템(RDBMS ; relational database management system)인 Microsoft사의 Microsoft Access를 사용하였다. 이 GNLP 프로그램은 실제 관망설계자가 관로시스템의 수리해석에 필요한 자료의 입력을 용이하게 할 수 있도록 시스템환경을 개선하였다. 그리고 압력 및 유량 등 관로시스템의 수리적 해석 결과를 표 및 챠트 형태로 출력이 가능하고, Excel 파일로 변환이 가능하다. 또한 GIS의 중요 요소인 질의(query) 기능이나 분석된 자료를 확인하고자 할 때 이를 효과적으로 디스플레이가 가능하도록 개발되었다.

• 물과 미래
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• 제29권3호
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• pp.197-205
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• 1996

상수도 관망시설에서 각 관로는 시간이 경과함에 따라 각종 부식이 일어나 통수능이 저하된다. 그러므로 적절한 시기에 갱생이나 교체 등의 처리를 해주어야 한다. 본는 연구에서는 각 수요절점에서 요구수량, 요구압력 등 수리학적 조건을 만족시켜주며 동시에 최소의 비용으로 노구된 관로를 처리해주는 의사결정모형을 개발하였다. 교체비용, 관파열보수비용, 양수비용, 관 파열율, 연이율 등은 각 관로의 교체시기를 경제적으로 결정하는데 이용된다. 그리고 배수시설의 수리학적 만족여부는 관망계산 프로그램 KYPIPE에 의해 점검된다. 시스템이 수리학적 조건을 만족지 못할 경우 교체시기는 조건이 만족될 때까지 앞당겨진다. 본 모형은 기존 송배수시설인 수도권 광역상수도 제1단계에 적용되었다. 모형을 이용해 산출한 최적교체시키는 수리학적으로 모의해본 결과 문제가 없으며를 알 수 있었다.

• 한국습지학회지
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• 제18권2호
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• pp.148-153
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• 2016

하도 홍수추적과 관련하여 하천에서의 시 공간적 홍수파를 해석하는데 수리학적 방법과 수문학적 방법이 일반적으로 많이 이용되어 왔다. 수문학적 홍수추적 방법은 수리학적 방법에 비해 수행하기에는 비교적 간단하면서도 합리적인 정확성을 지닌다. 수문학적 홍수추적 방법 중 광범위하게 적용되어지고 있는 Muskingum 모형의 중요 변수인 저류상수는 유하시간과 매우 유사한 값을 가진다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 저류상수를 산정하기 위해 HEC-RAS를 이용한 유하시간을 산정하고, 하도거리, 하도경사, 유량 자료를 이용하여 유하시간에 대한 비선형 회귀곡선식을 개발하였다. 비선형 회귀곡선에 의해서 산정된 저류상수를 Muskingum 모형에 대입하여 구한 유출량은 HEC-RAS 1차원 부정류 모의를 적용하여 산정된 유출량과 비교하였다. 이와 함께 본 연구에서는 가중인자에 대한 영향 및 상하류 사이의 구간 분할에 대해서 검토하였는데, 그 결과 가중인자 값이 클수록 첨두홍수량이 올라가는 것으로 나타났으며, 구간 분할을 많이 할수록 RMSE가 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2015

자연하천의 주요한 특징 중 하나인 하천의 사행은 직선수로에서 예측되는 유속분포를 왜곡시키며 매우 복잡한 흐름구조를 형성한다. 이는 하상 경계면에서 발생하는 전단응력 분포의 변화를 야기하는데 하상 경계면에서의 전단응력은 다양한 경험적 관계에 의존하는 유사이동의 한계 소류력 산정 및 오염물질 거동해석의 분산계수 산정에 많은 영향을 미치게 된다. 물리적인 관측을 통한 하상 경계면에서의 전단응력의 관측은 다소 제한적이며 많은 비용을 요구한다. 따라서 하상 경계면에서 발생하는 전단응력의 경우 수심의 20% 이하의 연직 유속분포를 벽법칙에 적용하여 추정하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 벽법칙을 이용한 하상 경계면의 전단응력을 계산하는 경우 대수중복층의 유속 분포 $u/u^*=(1/{\kappa})ln(zu^*/{\nu})+B$에서 무차원상수 ${\kappa}$와 B의 적절한 추정이 요구되어 진다. 일반적으로 무차원상수 ${\kappa}$와 B는 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 대략 ${\kappa}=0.4$, B=5.5로서 경험적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 직선수로 및 다양한 사행수로의 3차원 흐름장 모의를 수행하여 벽법칙의 대수 중복층을 따르는 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교하였다. 수치모의 소프트웨어로서 Linux 기반의 OpenFOAM이 사용되었으며 모델의 검증을 위해 Chang(1971)에 의해 수행 된 사행수로에서의 유속장 관측 결과와 비교하였고 수치모의 결과가 실험 관측치와 잘 일치하는 것으로 판단되었다. 수치모의에 적용 된 사행수로의 형상은 Hey(1976)에 의해 제안 된 사행하천의 지형학적 인자들 간에 관계를 이용하여 사행도 1.03에서 2.42까지 총 7개의 사행수로 지형을 생성하였다. 사행도의 변화에 따라 만곡부 정점에서 대수중복층 구간의 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교한 결과, 본 연구에서 생성 된 모든 사행수로에서 대수중복층 구간의 무차원 유속 $u^+$와 무차원 거리 $z^+$가 로그 분포를 따르는 것으로 나타났으나 경험적으로 사용되었던 무차원상수 B의 경우 사행도가 증가 할수록 대수적으로 감소하는 경향이 나타났다. 본 연구에서는 이러한 관계가 무차원 상수 B값에 미치는 영향을 반영하여 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 적용이 가능한 수정된 대수중복층 식을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.309-309
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• 2017

EPANET은 U.S. EPA(U.S. Environmental Protection Agency, 미 환경청)에서 개발한 상수관망 시스템의 수리해석 모의 프로그램으로서, 다양한 상수관망의 설계 및 운영을 모의하기 위해 세계적으로 활발히 활용되고 있다. EPANET 프로그램은 사용자 친화적인 GUI(Graphic User Interface) 환경으로 개발되었으며, 직관적인 네트워크 요소와 폭 넓은 모의 옵션을 제공한다는 장점이 있다. 특히, 상수관망의 실무 및 연구 분야에서는 공학용 분석프로그램과 프로그래밍 언어의 활용이 활발해짐에 따라, 이를 EPANET 프로그램과 연계시킬 수 있는 EPANET Toolkit이 개발되면서 그 활용도는 계속해서 확장될 전망이다. 그러나 지속적인 보완에도 불구하고, 기존의 EPANET Toolkit에서 제공하고 있는 기능은 EPANET 프로그램을 전부 반영하지 못하고 있어 실용성 있는 프로그램의 개발이 제한되고 있는 실정이다. 기존 연구에서는 EPANET Toolkit의 미비한 기능에 대해, "프로그램 수행 - 결과 확인 - EPANET 네트워크 수정"을 반복 수행하여 문제를 해결하였으며, 따라서 복잡하고 세밀한 상수관망 모의 연구에 많은 제약이 존재하였다. 본 연구에서는 EPANET Toolkit의 내부를 수정, 보완하여 기존에 고려하지 못하였던 다양한 기능을 추가하여 관련 연구에 활용할 수 있도록 하였다. 구체적으로는 Pump Curve를 변경 및 입력하여 Pump 교체를 위한 최적 펌프용량을 결정하거나, Energy Pattern을 입력하여 손쉽게 전력비용을 산정하는 등의 기능이 개선되었다. 그밖에도 EPANET Toolkit의 활용성을 향상시키기 위한 다양한 함수들을 추가적으로 구성하였으며, 이는 펌프 용량 및 효율 곡선과 배수지 설계 등 상수관망 구성요소의 설계에도 폭 넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.389-392
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• 2005

Visual MODFLOW를 이용하여 서울지하철 7호선 706공구에 계획된 터널 굴착에 따른 지하수 유동계의 변화를 모사하였다. 경계조건은 모델 영역 내 하천(굴포천)의 경우 일정수두경계, 터널 굴착 구간의 경우 $0.39{\sim}0.58m^2/day$의 전도계수를 갖는 배수경계(Drain), 터널 개착구간은 Inactive cell이 존재하는 일정수두경계 조건으로 설정하였다. 모델 보정은 현장시험을 통해 구해진 수리상수는 일정하게 유지하고 함양률을 변화시키면서 실시하였으며, 정류모사를 반복 수행하여 최적의 함양률(150 mm/yr)을 결정하였다. 모사 결과 터널 구간으로의 지하수 유입량은 굴착 및 개착 완료 시 $623m^3/day$, 터널 완공 후 정류상태의 경우 $584m^3/day$인 것으로 나타났다. Zone Budget을 이용한 유출입량 분석 결과 정류 상태 시 터널 내로 유입되는 지하수의 69%는 터널 인근 하천수의 유입에 기인하며, 나머지 31%는 주변 지역에서 함양된 지하수에 의한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.280-280
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• 2020

지구 온난화 현상 및 이상기후로 지구환경 변화는 물환경 변화에 많은 영향을 미치고 있다. 특히, 지표수에 의존도가 높은 국내의 수자원 공급시스템은 지구환경 변화에 의한 강우 분포의 시간적, 공간적 불균질성에 대한 취약성이 높으며, 이에 기후변화에 따른 상대적 변동성이 적은 지하수자원의 활용 가능성이 높아지고 있다. 지하수 인공함양 기술은 강우, 지하수 및 하수 처리수 등의 잉여 수자원을 관정, 수로, 인공함양 분지 및 습지, 지하댐 등의 인공시설물을 활용하여 지하 대수층에 주입시킨 후 양질의 수자원을 확보하는 기술이다. 이번 연구에서는 수치해석을 활용하여 함양지역의 유역형상 및 지층경사, 대수층 두께, 체류시간, 수리상수 등 수리지질 인자를 고려한 인공함양 방식별 인공함양 효율성을 평가하고자 한다. 인공함양 방식은 수직관정 및 수로(Ditch)를 적용하였다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2008년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.771-775
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• 2008

상수관망의 유지보수와 파괴부분의 수리를 위해서 상수관망의 일부분을 차폐할 경우가 자주 발생한다. 상수관망의 노후화로 인하여 이와 같은 부분차폐의 필요성은 증대되고 있다. 상수관망의 부분적인 차폐는 설치된 제수밸브를 닫아야 한다. 그러나 상수관망에 설치된 제수밸브의 위치와 갯수를 미리 파악하여 대처하는 것이 추가적인 피해를 방지하는데 필수적이다. 본 연구에서는 차폐하고자하는 상수관망의 위치에 따라서 필요한 제수밸브를 결정하기 위하여 세가지 matrix에 기반을 둔 알고리즘을 개발하였다. 세가지 matrix는 상수관망의 network topology를 반영하는 node-arc matrix, 제수밸브의 위치정보를 담고 있는 valve location matrix, 그리고 제수밸브가 설치되지 않은 위치정보를 담고 있는 valve deficiency matrix로 구성된다. 개발된 제수밸브 결정 알고리즘을 캐나다 오타와시의 상수관망에 적용하여 이의 적용성과 효율성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.18-18
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• 2018

상수관망 시스템(Water Distribution System, WDS)은 이용자에게 양질의 상수도를 공급하기 위해 구축된 사회기반시설물로써, 정수된 물이 사용처에 도달하기까지 송수과정에서 발생 가능한 수질저하를 고려해야 한다. 일반적으로 정수장에서 염소처리를 한 후, 도달시간을 고려한 시스템 내 잔류 염소농도를 유지함으로써 수질저하를 예방한다. 여기서 상수도 내 잔류 염소농도는 미생물 번식 및 관내 부식물 등 다양한 생물 화학적 오염을 효과적으로 예방하는 반면, 과다할 경우 이용자의 음용성을 저해할 수 있어 시스템 전반에 걸쳐 염소농도의 적절한 관리가 요구된다. 특히, 상수관망에서는 공급경로 및 공급량에 따라 각 수요처의 도달 염소농도가 다르게 분포할 수 있으므로, 시설운영자는 균등하고 적절한 염소농도를 유지하기 위해 추가적인 염소 재투입시설을 설치하여 함께 관리하고 있다. 이 때, 염소투입 시설의 운영계획은 EPANET과 같은 상수관망 해석모형의 수질모의를 바탕으로 수립된다. 그러나 일반적으로 수질모의는 수리해석과는 달리 긴 시간이 소요되는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 개선하기 위해, 특정 네트워크의 수질모의 결과를 학습시킨 인공신경망(ANN) 모형을 구축하고 이를 이용하여 상수관망 수질모의 계산시간을 단축하고자 하였다. 여기서 ANN모형의 학습은 EPANET을 통해 미리 선정된 다양한 염소 투입지점의 염소 투입농도와 용수 공급량 자료, 그리고 주요 관측지점에서 측정된 염소농도자료를 이용하였다. 학습된 ANN모형을 EPANET 수질모의 결과와 비교 및 검증을 실시한 결과, 사전에 소요된 학습시간을 제외하면 수질모의 소요시간 측면에서 큰 개선효과를 보였으며, 대표지점에서의 수질모의 결과가 유사하였다. 추가적으로, 본 연구에서는 학습된 ANN모형과 최적화 알고리즘인 GA(Genitic Algorithm)를 연계하여 상수관망에서의 염소 재투입 스케줄링을 최적화하는 프로그램을 개발함으로써, 안전하고 경제적인 상수관망의 수질운영에 기여하고자 하였다.