• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.368-368
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• 2019

경제의 발전과 더불어 사회가 복잡해지면서 재난의 발생은 다양한 형태로 더욱 복잡하게 발생하고 있다. 최근들어 매년 발생하는 가뭄과 기후적 특성으로 인한 유량의 변동성으로 인해 수질오염이 심해지기를 반복하고 있다. 특히, 산업단지나 화재 등 여러 가지 원인으로 인해 수질오염사고도 빈번하게 발생하고 있으며 심한 경우 취수원의 취수중단과 같은 심각한 상황을 발생하기도 한다. 최근들어 심각한 가뭄과 폭염으로 인해 취수원의 수질이 악화되는 사고들이 발생하고 있으며, 과거 수질오염사고를 살펴보면 1991년에 낙동강에서 발생한 구미 두산전자의 페놀방류에 의한 사고로 18시간 동안 대구에 취수가 중단된 적이 있으며, 1994년 대구광역시 성서공단에서 배출된 유기용제에 의해 낙동강 수계 5개 정수장이 취수가 중단된 바도 있다. 또한 2008년 김천공단 (주)코오롱 유화에서 방류된 페놀에 의해 대구의 취수원 중 두류, 매곡취수장이 5시간동안 취수가 중단된바 있으며, 2009년 다이옥산 배출, 2015년 구미공단에서 불소, 암모니아성 질소, 1.4 다이옥산 배출사고, 2018년 과불화화합물에 낙동강 수질사고, 운문댐과 가창댐 유역의 가뭄으로 인한 취수정지 상태가 발생하는 등 대구광역시 시민들의 먹는 물에 대한 불안이 끊이지 않고 있다(Peacenews, 2018). 본 연구는 대구광역시의 상수도시설이 재난상황 발생에 따라 취수가 중단되어 물을 생산하는 취수장이 불능상태가 되는 가상의 시나리오를 설정하고 각 정수장에서 용수를 공급할 수 있는 대응에 대해서 검토하였다. 대구시에서 운영하는 정수장은 총 5개이며, 전체 공급량의 60.5%를 낙동강을 수원으로 하는 매곡과 문산정수장에서 취수하고 있다. 가상의 재난상황 시나리오는 각각의 정수장이 재난발생에 따라 운영이 불가능한 경우인 Scenario 1(a)~(e)와 매곡과 문산정수장이 운영불가능한 경우인 Scenario 2를 가정하여 용수공급 대응방안에 대해 검토하였다. 그 결과 Scenario 1(a)~(e)에서는 매곡정수장이 운영이 불가능한 경우 대구광역시 전체의 용수공급 신뢰도 80.4%로 250 lpcd를 공급할 수 있으며, Scenario 2의 경우에는 낙동강 오염사고로 인해 매곡과 문산정수장이 운영이 불가능할 경우 60.4%의 신뢰도로 205 lpcd를 공급할 수 있는 것으로 검토되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.376-376
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• 2019

최근 수공시설물의 설계규모를 넘어서는 극한 강우사상이 발생하여 치수 목적의 수리구조물이 파괴되는 등 사회경제적으로 많은 홍수피해가 발생하고 있다. 전 세계적으로도 지구온난화, 엘리뇨, 라니냐 등 지구 환경변화에 따른 기상이변의 영향으로 홍수 발생강도(magnitude), 빈도(frequency), 피해규모 등의 측면에서 지속적으로 증가 추세를 보이고 있다(2011년 태국 대홍수, 2013년 태풍 하이옌). 극한홍수에 대한 명확한 개념정립이 부재한 상황으로 극한홍수 개념을 보다 체계적으로 정립하고 이를 바탕으로 아시아-태평양지역 태풍위원회 회원국의 실제 현업에서 홍수관리 및 치수정책 수립시 활용 가능한 극한홍수예보시스템을 구축하였다. 극한홍수정의를 수문학적 측면과 사회-경제적 측면을 고려한 정의, 일반적 정의로 구분하여 다음과 같이 정리하였다. (1) 기존에 자주 발생하지 않던 홍수로 홍수량적으로, 침수시간적으로 지금까지는 경험하지 못한 홍수이며, 수문학적으로 500년 빈도 홍수량을 초과하는 홍수량을 말한다. (2) 사회-경제적 측면을 고려한 설계홍수량을 초과하는 홍수량을 말한다. (3) 홍수량 및 홍수지속기간 측면에서 자주 경험하지 못했던 홍수로 치명적인 인명, 재산피해를 야기한 홍수량을 말한다. 정의된 극한홍수 대응을 위한 극한홍수예보시스템은 가장 단순한 수위법(Stage Method)부터 집중형 수문모형을 이용하는 LEVEL2, 레이더강우자료를 활용하여 홍수예보를 구축한 LEVEL3, 댐, 저수지 등의 극한상황을 가정하여 극한상황에 대한 수문학적 분석과 Emergency Action Plan (EAP) 수립까지 수행 가능한 LEVEL4 단계로 구성되었다. 본 연구는 극한홍수에 대한 보다 체계적인 개념 정립을 시도하였으며 이를 바탕으로 가용데이터와 시스템 운영 측면에서의 실무역량 등을 고려하여 단계적으로 활용 가능한 총 4단계 구성의 극한홍수예보시스템을 설계, 개발하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.258-258
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• 2015

풍수해저감종합계획은 해당 지역의 풍수해 위험요인을 종합적으로 조사 분석하여 피해예방 및 저감을 위한 각종 구조적 대책과 비구조적 대책을 종합적으로 제시하는 방재분야 최상위 종합 계획이다. 풍수해저감종합계획은 자연재해대책법 제16조, 같은 법 시행령 제14조, 같은 법 시행 규칙 제4조의4에 따라 특별시 광역시 특별자치시 특별자치도 및 시 군에서 수립하고 있다. 또한 자연재해대책법 제16조 6항에서는 광역도시계획, 도시 군기본계획 및 도시 군관리계획의 수립 변경권자가 광역도시계획, 도시 군기본계획 및 도시 군관리계획을 수립하거나 변경하는 경우에는 시 군, 시 도 풍수해저감종합계획을 반영하도록하고 있다. 그러나 시설물 위주의 저감대책, 풍수해위험지구 정보의 한계, 풍수해위험지구의 자연재해위험개선지구 지정으로 인한 개별사업에 의한 재해저감 대책 수립 등의 이유로 현실적으로 반영이 잘 되지 못하고 있는 실정이다. 실제 경기도 도시기본계획의 방재 및 안전계획 부분의 풍수해저감종합계획과의 연계를 검토한 결과 대부분의 지자체가 방재대책과 관련하여서는 원론적인 측면에서만 언급하고 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 풍수해저감종합계획의 도시계획에서의 활용도를 높이고자 하천, 내수, 사면, 바람, 해안재해 등 재해유형별로 풍수해의 직접적 발생과 풍수해 발생에 영향을 주는 공간적 영역, 개발 상태, 개발예정 등 토지이용현황 및 계획 등을 고려하여 풍수해중점관리구역, 풍수해선제관리구역, 풍수해전략관리구역으로 구분하여 설정하는 방법론과 활용방안을 제시하고자 하였다. 또한 도시계획 수립 시 풍수해관리구역을 어떻게 활용할 것인지에 대한 방안을 제시하였다. 향후 풍수해관리구역 지정과 관련한 법제도 및 지침 등이 마련된다면 풍수해관리구역은 풍수해저감을 위한 토지이용 및 기반시설, 건축물 제한 등 도시계획적 대책 마련에 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.99-99
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• 2016

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였는데 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 현재 서울시에 건설중인 '신월 빗물저류배수시설' 연속강우 시 대심도 터널의 수리적 안정성 평가와 운영방안 수립을 위한 수리모형실험을 실시하였다. 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/50크기로 제작하였다. 모형의 전체 저류 가능량은 모형기준 $2.78m^3$ (원형 $347,778m^3$)이며, 터널 내 잔류수는 전체 저류 가능량의 0 ~ 100%까지 10%씩 변화시켜 실험 CASE를 선정하였다. 각 실험CASE별 수직 유입구 안정성 평가를 실시한 결과 터널 내 잔류수가 10%~80%까지 존재 할 때는 저지수직구1에서의 압축공기 폭발현상으로 인한 월류현상이 발생하였으며, 10%~40%까지는 저지수직구2에서 월류현상이 발생하였다. 하지만 고지수직구에서는 모든 CASE에서의 공기폭발 현상 및 월류현상이 발생하지 않아 유입성능 및 공기배출 성능이 충분히 발휘되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 저지수직구1에서의 월류현상 발생 시점은 5분55초에서 3분42초까지 빨라졌으며 저지수직구2에서의 월류현상 발생 시점은 5분57초에서 4분57초로 빨라졌다. 이는 터널 내 잔류수량이 증가할수록 터널 내 만관시점이 빨라져 발생하며, 저지수직구1,2에서의 압축공기 폭발현상 및 월류 현상은 터널 내에서 발생한 반사파의 영향으로 판단된다. 차후 터널 내 반사파 발생에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.136-136
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• 2018

최근 기후변화로 인해 설계 빈도 이상의 강우가 빈번하게 발생하고 있으며 이러한 집중호우에 의한 피해는 지역별로 토지이용, 사회 환경적인 조건에 따라 차이가 있다. 특히 인구와 경제 제반 시설이 밀집되어 있는 도시지역의 경우 홍수가 발생하게 되면 피해가 과거에 비해 큰 규모로 나타나고 있다. 현재 각 지자체는 홍수 대응을 위해 기상청에서 제공하고 있는 6시간, 12시간 강우량을 기준으로한 호우주의보 및 경보를 사용하고 있다. 하지만 도시지역의 경우 지속시간이 1~2시간인 짧은 호우에서 피해가 발생하여 기상청에서 제공하고 있는 홍수특보를 활용하는데 있어 한계가 있다. 또한 이러한 기준은 각 지역별 사회 경제적 특성을 반영하지 않아 지역별 실질적인 홍수 대응에 효과적이지 않다. 따라서 각 지역별로 특성을 파악하여 홍수에 대한 피해를 저감하기 위한 대책 수립이 필요한 실정이다. 본 연구의 공간적 범위로 한강권역에서 서울시와 인천시의 경우 '구 단위', 경기도와 강원도, 충청북도는 '시 군 단위'로 총 88개 행정구역으로 하고 도시별 특성에 따라 군집화를 위해 환경적, 사회적 및 경제적 특성 중 홍수에 대한 취약성을 반영할 수 있는 인자를 선정하였다. 선정된 인자들을 주성분분석을 통해 공통된 특성이나 유사한 성질에 따라 공통인자를 추출하고 이를 이용하여 각 도시별 군집분석을 시행하였다. 그 후 각 도시 군집별 특성에 따라 홍수에 의한 피해를 가장 잘 나타낼 수 있는 인자를 위험영향(Risk Impact)으로 산정하였다. 이때 위험영향은 강우규모에 따른 잠재 피해 정도를 나타내며 홍수위험도표를 작성하기 위해서는 이러한 위험영향을 정량적으로 설명할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 각 도시 군집별 특성에 따른 위험영향의 임계값을 추정하고 그에 따른 홍수위험도표를 작성하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.614-614
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• 2015

하천수는 하천의 지표면에 흐르거나 하천 바닥에 스며들어 흐르는 물 또는 하천에 저장되어 있는 물을 말하며, 인구의 증가나 산업화로 인하여 물 사용이 증대되고 있는 실정이다. 이에 따라 국가에서는 하천법 제50조에 의거하여 생활 공업 농업 환경개선 발전 주운 등의 용도로 하천수를 사용하려는 자는 국토교통부장관(홍수통제소장)의 허가를 받아야 한다. 우리나라 수문특성상 우기에 집중되어 있는 물을 갈수기에 이용할 수 있도록 분배하고 관리하는 것이 어려운 실정이다. 하천법 제51조에 의하면 하천유지유량은 생활, 공업, 농업, 환경개선, 발전, 주운 등의 하천수 사용을 고려하여 하천의 정상적인 기능과 상태를 유지하기 위한 최소한의 유량을 말하며, 2006년 고시된 낙동강 수계의 하천유지유량은 대부분 국가하천을 기준지점으로 산정되었고, 산정방법은 평균갈수량 13개, 기준갈수량 2개, 하천생태계 2개 지점이다. 또한, 하천관리유량은 하천유지유량과 이수유량의 합으로 산정된다. 본 연구에서는 2013년도 말 기준으로 하천수 사용허가 현황을 정리하였으며, 용도별, 수계별, 행정구역별, 하천등급별로 하천수 사용허가 건수와 허가량을 분석하였다. 낙동강본류를 대상으로 하천시설물을 고려하여 하천관리유량을 산정하였으며, 하천유지유량의 적절성을 검토함으로써 향후 낙동강권역의 물관리방안을 모색하였다. 낙동강본류구간은 하천관리유량이 기준갈수량에 비하여 큰 형태로써 하천관리유량 확보를 위한 노력이 필요한 것으로 나타났으며, 향후 하천수 사용허가 시설물의 회귀율에 대한 실제적인 자료 수집과 함께 정확한 분석을 통한 하천의 회귀유량을 산정하고, 하폐수 방류시설을 고려하여 산정한 결과와 비교하여 보다 정확한 물수지 분석 체계를 확립하여야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.252-252
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• 2017

지금까지 이수유량의 산정은 공급의 안정성을 보장하고자 보수적인 관리체계를 유지해왔다. 시공간적 하천유량의 변동에도 최대 용수수요를 만족할 수 있게끔 기준갈수량을 기준으로 이수유량을 산정하였다. 이는 공급의 안정성은 보장되나 연중 동일 기준을 적용하여 홍수기와 같이 물량이 많은 경우에 있어서 추가적인 유량사용이 불가능하였다. 이에 따라 기존 방법의 단점을 보완하고 시 공간적인 하천유량의 변화를 고려하여 가용수량을 확보하며 물사용 효율성을 증대시킬 수 있는 방안 모색이 필요하다. 이에 선행 연구인 시 공간적 유량변화를 반영한 탄력적인 하천수 사용허가 기준유량 설정방법에서는 홍수기/이수기, 관개기/비관개기를 고려하여 4개의 기간 구분하였다. 본 연구에서는 이수기/홍수기 구분을 제외하고 시기별 변화가 큰 농업용수 사용 시기를 기준으로 관개기/비관개기만을 고려하여 이수 유량의 산정방안을 검토하였으며, 이를 통해 각 기간별로 안정적인 공급이 가능한 기준유량 산정방법을 제시하여 기존의 방법을 개선하고자 한다. 위방법론을 적용한 결과, 기간별 탄력적인 기준유량의 산정으로 수량확보시설을 설치하지 않고 관리기준을 변경하는 것만으로 금호강 유역에서는 약 56.6백만$m^3$/년, 내성천 유역에서는 약 43.4백만$m^3$/년의 유량을 확보 가능한 것으로 분석되었다. 이는 추가적인 인프라를 구축하지 않고 관리기준을 변경하는 것만으로 가용유량의 추가 확보가 가능할 것으로 판단된다. 탄력적 이수유량 산정 방법을 통해 확보된 수량은 신규 수원 확보 사업의 추진 및 이를 위한 예산 확보 등의 정책적인 어려움을 개선할 수 있는 방안으로 될 수 있으며, 또한 용수공급 안정도를 유지하면서 하천수의 효율적인 활용에도 기여할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.402-402
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• 2019

최근 기후변화에 따른 용수사용량의 계절별 변화가 나타나고 있다. 따라서, 효율적인 용수 관리에 대한 관심은 배수지 및 송수 시스템의 운영을 넘어 정수장의 운영에서도 그 변화가 나타나고 있다. 수질관리 측면에 다소 집중되었던 정수장 운영의 중요도는 수량을 함께 관리하는 방향으로 변화할 것으로 전망되며, 따라서 취수 단계에서부터 용수 공급의 전 과정을 고려하는 지능형 정수장 관리시스템이 주목받고 있다. 상수도 공급을 위한 정수장의 운영은 크게 원수의 취수 및 도수, 정수처리, 정수된 용수의 저장, 배수 및 급수의 과정으로 구분할 수 있다. 이때, 원수의 취수와 도수, 정수처리 과정에는 상대적으로 긴 시간이 소요되므로, 정수장의 운영 관리자는 이러한 지연시간을 감안해서 배수지의 상태를 예측하여 취수계획을 결정해야 한다. 한편, 정수장 시설을 운영하기 위해서는 전력이 소모되며, 산업전력 단가는 시간대별 변동폭이 큰 것으로 알려져 있다. 따라서, 정수장의 효율적인 운영을 위해서는 용수의 수요예측과 배수지 수위변동, 취수 및 정수설비의 규모 등을 고려하는 동시에, 전력 단가가 낮은 시간대에 설비를 집중적으로 운영할 수 있는 계획을 수립해야 한다. 본 연구에서는 선형계획법(Linear Programming, LP)을 이용하여, 수요예측을 바탕으로 장기취수계획을 수립하기 위한 방안을 세 가지로 구분하였으며, 각각의 장단점을 다음과 같이 예상하였다. 1) 24시간 간격으로 시간당 취수계획을 수립하는 최적화 방안, 2) 24시간의 시간당 취수계획을 1시간 간격으로 수립하는 실시간 최적화 방안, 3) 전체 모의기간 동안의 시간당 취수계획을 한번에 수립하는 최적화 방안. 24시간 간격 최적화는 수립 및 적용이 간단한 반면, 실시간 수요변화를 고려할 수 없어 단위시간(24시간) 후반부의 최적화 효율이 떨어지는 단점이 있다. 1시간 간격의 실시간 최적화는 수요변화를 가장 정확히 반영하는 반면, 최적화 수행 횟수가 증가하는 단점이 있다. 전체 모의기간 최적화는 장기 수요예측을 고려한 탄력적 취수계획을 수립하는 반면, 수요예측의 불확실성에 따른 오차 발생위험이 크다. 본 연구에서는 국내 H 정수장을 대상으로 각각의 최적 취수계획 수립 방안을 정수장 운영의 안정성, 탄력성, 경제성 등을 기준으로 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.362-366
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• 2015

지난 백여 년 동안 인간은 과거의 그 어떤 선조들도 이루지 못한 지식과 기술의 발전을 통해 고도로 산업화된 사회를 이루었지만, 전 지구적으로 기후변화라는 부차적인 결과와 현실에 직면하고 있다. 이상기후 현상은 전지구 규모뿐만 아니라 일정한 소규모 지역에서도 관측되고 있으며, 국내에서는 특히 특정 지역에 국한되어 단시간에 발생하는 집중호우가 대표적인 사례이다. 현재까지 집중호우 발생 지역과 정도를 예측하기란 불가능한 상태이며, 산업화와 도시화가 진행될수록 그 피해는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 집중호우에 대비한 도시 배수 시스템을 재점검할 필요가 있으며, 기존의 배수시설을 대체할 만큼 효율적인 배수구조물의 개발이 시급하다. 기존 도시지역의 측구형 수로관에는 마감불량, 정밀시공의 어려움, 이물질의 누적과 물고임, 노출로 인한 파손, 포장층 침투수 배수문제 등 많은 문제점들이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 측구형 수로관의 단점을 보완하는 더욱 효율적인 집수정을 개발하고자 하였다. 집수정을 덮고 있는 포장층 상부면을 따라 흐르는 표면수를 처리할 뿐만 아니라, 포장층 내부로 스며드는 침투수를 처리 가능하도록 구조체 상부에 침투수 유입공을 설치하여, 표면수와 침투수를 동시에 고려하는 이중배수 시스템을 구성하였다. 본 연구에서 개발하는 집수정 구조체는 침투수에 의한 도로 및 구조체의 내구성 감소 및 겨울철 동파 현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 단순공정, 시공성 향상, 유지비용절감 등 기존 배수 시스템과 비교해 많은 장점을 내포하고 있다. 본 연구에서 개발하는 이중배수 집수정의 효율 및 배수능력 평가를 위해서는 기존의 구조체와 차별되는 침투수 유입공에 대한 평가가 선행되어야 한다. 이를 위해서 침투수 유입공에 대한 실내 실험 장치를 구축하였으며, 반복 실험을 통해 침투수 유입공을 통한 배출 능력을 평가하고자 하였다. 또한 실험 결과를 바탕으로 구조체의 효능을 결정짓는 기준을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.120-120
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• 2017

인천지역의 상수도공급은 팔당댐을 취수원으로 하여 도수, 송수관을 거쳐 인천지역 내 정수장을 통하여 각 급수지역까지 일원화된 관로시스템으로 공급되고 있다. 관망에서의 적절한 수압관리, 노후관로 교체사업 등은 급수관망 내 관로 사고위험을 줄일 수 있고, 누수량을 저감하여 무수율의 감소로 이어질 수 있다. 상수관망 내 누수에 영향을 주는 물리적, 운영적 요소를 파악하고, 이를 이용하여 누수해결을 위한 방법론을 제시하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 인천시 배수관망 데이터를 활용하여 통계분석 및 인공신경망을 통하여 무수율에 영향을 미치는 인자를 선별하고, 무수율과의 연관성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 대상지역에 대한 시설현황 및 운영자료를 취득하고, 무수율 분석에 활용하였다. 인천시의 소블럭을 대상으로 관로노후도, 배수관연장, 평균관경, 급수전당 공급량, 누수발생 횟수, 용도지역, 관망구성 형태 등을 고려하여 무수율과의 관계분석을 위한 통계분석을 수행하였다. 특히 급수에 필요한 최소에너지와 관망에서 공급되는 에너지를 비교하기 위하여 관망해석 프로그램인 EPANET을 이용하여 관망내 절점에서의 수압과 수요량이 적용된 최소공급에너지를 활용하였고, 이를 통하여 블록 내 과잉공급에너지와 무수율의 영향성을 비교하였다. 최종적으로 산출된 주요인자에 대한 주성분분석, 분산분석, 다중회귀분석 등의 통계분석과 인공신경망에 의해 학습된 알고리즘을 통하여 산정된 무수율을 실측 무수율과 비교, 분석하였다. 인공신경망에 의해 산정된 무수율과 실측 무수율의 정확도를 평가하기 위하여 MAE, MSE, PBIAS 등의 정확도 평가와 산점도 분석을 수행하고, 상관계수를 도출하여 가장 정확한 방법을 결정하였다. 분석 결과 통계분석에 의한 다중회귀식으로 산출된 무수율 보다 인공신경망에 의한 무수율이 실측값에 더욱 근접한 것으로 나타났으며 이용된 뉴런의 수의 따라 산출결과가 상이하기 때문에 최적 뉴런의 수를 산정해야 할 필요가 있음을 확인하였다. 특히 사용된 상수관망 주요인자 중 주성분분석을 통하여 선정된 각 성분을 인공신경망에 적용시 더욱 정확한 무수율 예측이 가능한 것으로 나타났다.