• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.4
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• pp.323-334
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• 2018

Recently, increased water demand and frequent droughts caused severe water shortages in South Korea. Thus, reusing the reclaimed water is receiving attention as an alternative water source rather than depending on the conventional water supply. In South Korea, three types of water reuse are mainly applied, such as rainwater reuse, gray water reuse and wastewater reuse. In this study, the wastewater reuse was analyzed since the amount of treated wastewater is relatively constant over the year and typically the water quality is acceptable for reuse. In Yongin-si, there are 26 golf clubs, which is about 10% of entire facilities currently operating in South Korea. The golf courses consume significant amount of water for landscaping; thus, if the reclaimed water used, the economic, social and environmental benefits would be tremendous. This study estimates the economic benefits and costs when supplying the reclaimed wastewater for landscaping of golf courses as a case study in Yongin-si.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.216-220
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• 2012

본 연구는 경기도 용인시에 위치한 공공하수처리장을 대상으로 소수력발전 성능특성을 예측하고 경제성을 분석하여 소수력발전소의 건설타당성을 제시하였다. 방류구에서의 수준측량 조사에 따르면 실제 유효 낙차는 4.3m로 나타났다. 최근 5년간 방류량 자료를 살펴보면 일평균 실제 처리량은 약 $30,000m^3/day$로 나타났으며, 우수 유입과 물 사용량이 증가하는 여름 및 가을에 처리량이 증가하였다. 설계유량은 유량변화에 따른 누적 확률밀도와 유량지속곡선에 근거해 산정하였으며, 시간빈도로 보았을 때 17%의 유량이 지속되는 $0.35m^3/sec$가 설계유량으로 나타났다. 예상되는 수차 발전용량은 11kW급이며, 시스템 가동율은 74%, 그리고 계통선에 송출될 수 있는 연 전력생산량은 71.3MWh로 나타났다. 경제성 평가는 신재생에너지 경제성 분석 도구인 RETScreen 프로그램을 사용하여 B/C ratio, IRR, 개발투자비 등의 경제성 평가지표들을 산정하였다. 편익(Benefit) 산정시 전력기준단가는 133.67원/kWh, 할인율 7%를 적용하였으며, 비용(Cost) 산정시 유지관리비는 초기 건설비의 1%, 사용연한 30년을 적용하였다. 경제성 분석결과 기흥레스피아의 소수력발전소 건설시 초기 건설공사비가 $165,000 일 때, B/C 1.0, NPV $3,534, 투자회수기간 15.1년으로 산정되었고 따라서 초기 건설비용이 $165,000 이하일 때 가장 경제적인 것으로 파악되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.292-292
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• 2011

전라북도 장수군 계북면 양악리 토옥동계곡의 초입에 위치한 양악호는 농업용 저수지로 관개수로를 통하여 약 $3.94\;km^2$의 몽리면적에 용수를 공급한다. 양악호는 1985년 건설공사를 시작하여 1991년에 준공되었다. 관개수로를 통해 공급된물은 다양한 경로를 통해 양악천으로 회귀되며, 회귀수량은 양악호로부터 약 8 km 하류에 위치한 양악1교에서 관측된다. 연구 대상지역은 행정구역상 전라북도 장수군, 무주군과 진안군이 경계를 이루며, 유역의 대표적인 거주지로는 당저, 파곡, 외림 그리고 주고마을이 있다. 본 논문에서는 용담댐 상류에 위치한 양악천 유역을 대상으로 관개수로를 통한 유입량, 하류하천에서의 배수량, 양악천 상류 양악호에서의 강수량, 농지에서의 경작현황 및 몽리면적 등 실측자료를 활용하여 농업용수 회귀율을 분석하였다. 농지의 면적은 현장에서의 직접조사 및 위성영상을 활용한 간접조사를 통하여 수혜지역으로부터 '인삼 재배 면적'을 제외하는 방법으로 산출하였다. 관개수로를 통한 용수공급이 없는 시기의 하천유지유량은 용수의 유입이 없는 1월부터 4월초까지의 자료를 분석하여 산정하였다. 하류하천에서의 배수량은 홍수기 전 후로 구분하여 조사하였다. 양악천 유역내 강우자료는 양악호 취수탑 입구에 설치된 우량계를 이용하여 측정하였으며, 원촌교 인근의 계북 우량관측소 자료를 검증용으로 활용하였다. 양악천 유역은 유역외 용수공급을 위하여 양수장을 운영하고 있으며, 생활용수 공급 시스템은 장수군, 무주군과 진안군 등 행정구역별로 각각 다르다. 그러므로 회귀율 산정시 양수장 운영일지 및 마을 일부의 정화조 사용량을 참고하였다. 양악천유역에서는 4월 말부터 9월 말까지 약 5개월간 용수공급이 이루어졌다. 초 여름인 6월 28일 부터 7월 03일까지의 회귀율이 43.66 %로 최저로 나타났으며, 4월 30일부터 5월 16일까지는 67.77 %로 제일 높게 분석되었다. 분석 결과 이 지역은 6월 말에서 7월 초순을 제외한 대부분의 기간에는 약 55 ~ 60 % 사이의 비교적 높은 회귀율을 보였다. 2010년 양악천 유역 전구간의 평균 회귀율은 56 %이며, 무강우시 회귀율 분석결과는 다음과 같다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.158-158
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• 2015

대부분의 대규모 배수지는 고지대에 위치함으로써 자연유하를 통해 배, 급수지역으로 용수를 공급한다. 이를 위해 배수지 전단에는 가압장이 위치하여 정수장에서 처리된 용수를 고지대에 위치한 배수지로 송수한다. 이때 가압장에서 발생하는 전력소비량이 매우 높은 것으로 알려져 있으며, 효율적인 펌프운영을 통해 상당한 전력비용 절감이 가능할 것으로 판단된다. 일반적인 가압장의 운영은 시스템 운영자의 경험을 토대로 해당 가압장에 연결된 배수지의 수위에 따라 펌프의 작동여부를 결정하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 운영방법은 용수공급의 안전성을 우선시함으로써 배수지의 수위를 일정하게 유지하고자 빈번하게 펌프를 작동하게 되고 따라서 가압장에서 소모되는 전력량이 커서 운영효율 측면에서는 바람직하지 않다고 할 수 있다. 또한 빈번한 펌프의 작동으로 인해 펌프의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 배수지내 용수의 수질저하 문제도 발생할 수 있다. 본 연구에서는 효율적인 펌프장 운영을 위해 급수지역의 24시간 용수사용량을 예측하고, 그에 따른 펌프장의 가압 유량 및 양정을 파악하여 적정용량의 펌프를 선정하고 운영함으로써 펌프의 운영비용의 최소화 및 안정적인 용수공급을 동시에 달성하고자 한다. 이를 위해, 실시간 최적화 모형을 개발하였다. 개발된 최적화 모형은 상수관망해석 프로그램(EPAENT)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 운영상황을 모의하였다. 최적화 기법으로는 유전자알고리즘을 사용하였으며, 실제 시스템의 운영상황를 반영하기 위한 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하였다. 개발된 모형은 정속펌프(혹은 On/Off 펌프) 뿐만 아니라, 최근 실무에서 널리 사용되고 있는 변속펌프(variable speed pump)를 추가적으로 고려하였다. 개발된 모형은 국내에서 실제 운영되고 있는 송, 배수 시스템에 적용하여 모형의 실무 적용가능성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.359-359
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• 2017

하천관리청은 유량변동이 큰 환경에서도 평상시 하천의 기능을 유지하고 안정적인 용수공급이 이루어지도록 하천수 허가관리를 수행하고 있다. 이때, 하천수 사용허가 검토시 기준으로 사용되는 유량은 자연상태의 기준갈수량에서 하천유지유량을 감안하여 적용하고 있는데, 이는 하천유량의 변동에도 최대 용수수요를 만족할 수 있게끔 관리하기 위한 것으로 최대 사용량일 때의 물의 과부족을 계산하여 허가 여부를 결정한다. 본 연구에서는 Park et al.(2016)이 제안한 시기별(홍수기/이수기, 비관개기/관개기 고려) 하천수 사용허가 기준유량 설정방법을 기반으로, 수질오염총량제(Total Maximum Daily Loads, TMDLs)에서 적용하는 안전율(Margin of Safety, MOS)의 개념을 접목하여 허가기준유량의 불확실성을 정량적으로 고려할 수 있는 방법을 제시하였다. 허가기준 유량은 수문모델에 의해 자연상태의 모의유량을 유황분석하여 도출하게 되므로 유량의 연도별 변도성(Margin of Variability, MOV)과 예측모델 매개변수의 불확실성(Margin of Uncertainty, MOU)을 고려하는 Walker Jr.(2003)의 안전율 산정방법을 적용하였다. 본 연구에서는 금호강 유역을 대상으로 시기별 자연유량 산정시 고려한 SWAT 모형결과를 기반으로 하였으며, 모의자료의 변이계수를 산정하여 시간적 변동성에 의한 불확실성을 도출하고 SWAT-CUP모형을 활용하여 모형의 불확실성을 도출하여 안전율을 계산하였다. 단, 기준갈수량이 허가기준유량으로 사용되는 기간(1월 1일~3월 31일)에는 안전율까지 고려할 경우 지나치게 보수적이라고 판단되어 적용에서 제외하였다. 본 연구에서 제안된 불확실성을 고려한 하천수 관리방법론은 시기별 하천수 허가기준유량 설정에 대한 의사결정자들의 판단을 지원하는데 기여함으로써 정책적 활용도를 높일 뿐만아니라 탄력적인 하천유량관리를 위한 기초연구로 활용될 수 있을 것이며, 타 분야 기술과의 융합이라는 점에서도 의의를 가질 수 있을 것으로 생각된다.

• 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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• 2019.05a
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• pp.414-414
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• 2019

농업으로부터의 비점오염은 지표수와 지하수 모두의 수질에 영향을 미친다. 특히, 비료, 퇴비, 농약 등의 인공적 질소가 살포된 토양은 강우시 화학 침출로 인한 수질오염이 발생되고 있다. 강우시 강우유출수와 함께 지표 수역으로 흘러들어오는 영양물질(질소, 인)은 저수지로 유입되어 침수시 작물이 죽게 되어 저수지의 부영양화 등의 수질 오염문제를 야기시킨다. 국내에서는 홍수조절용지에서의 영농활동의 전면 금지하고 있는 실정이지만, 불법적으로 경작활동이 진행되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 다목적댐 홍수조절지 내 경작지 토양 및 양분 특성 평가를 수행하였다. 홍수조절지 내 경작지 토양 특성 및 양분 조사를 위하여 경작이 집중적으로 이루어지고 있는 대청호 지역을 모니터링 지점으로 선정하였다. 모니터링은 경작지 내 토양 시료 및 주변 토양을 채취하여 분석을 수행하였다. 채취한 토양은 토양표준분석법(농촌진흥청, 2012) 및 농업토양분석방법(국립산림과학원, 2014) 기준을 바탕으로 물리 화학적 분석을 수행하였다. 모니터링은 2018년 5월부터 수행되었으며 현재까지 월 1회씩 모니터링을 진행하고 있다. 연구 결과, 밭 경작지 토양은 논에 비해 실트질 함량이 절반으로 침투성이 높은 토양으로 분석되었으며, 영양염류의 침투를 통한 이동 가능(기저유출)이 높게 나타나는 것으로 조사되었다. 이는 중간유출 및 기저유출 저감방안 도입이 필요한 것으로 평가되었다. 작물별 토양 양분분석 결과 고추, 마늘, 담배 경작지에서 화학비료사용량이 타 작물에 비해 높은 것을 분석되었으며, 경작지에 화학비료 및 퇴비의 과다 사용으로 염류농도가 증가할 경우 전기전도도가 높아지며 토양의 삼투압을 증가시켜 물의 흡수와 각종 양분 흡수를 방해하는 것으로 평가되었다. 인의 존재 형태별 비교시 대부분의 경작지에서 높은 값을 보였으며, 특히 경작지 토양의 Residual-P의 농도가 원지반 보다 2~5배 정도 높게 나타났다. 이러한 원인은 퇴비의 사용으로 인한 Residual-P의 누적으로 평가되며, 환경변화에 따라 수층으로 인의 용출이 쉽게 발생하므로 향후 수질에 미치는 영향이 더 클 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.6-6
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• 2019

상수관망시스템은 공급원으로부터 수요처까지의 용수공급을 위해 구축된 관수로 기반의 사회기반시설물로서, 주로 생활 및 산업 용수를 공급하므로 대규모 사회 경제적 피해를 방지하기 위해서는 안정적인 용수공급 능력이 요구된다. 네트워크의 다양한 특성에 의해 표현되는 상수관망시스템의 신뢰도(reliability)는 크게 시스템 내 구성요소의 안정성(mechanical reliability)과 용수공급의 기능적 안정성(hydraulic reliability)으로 구분할 수 있다. 특히, 시스템의 용수공급 안정성에 주목한 수리학적 신뢰도 연구는 많은 연구자들에 의해 지속적으로 수행된 바 있으며, 다양한 평가방법 및 지표들이 제시되어 활용 중에 있다. 기존의 수리학적 신뢰도 지표들은 주로 수요절점(demand node)에서의 공급가능 수량 및 수압을 바탕으로 산정되었다. 그러나, 절점(node)에서의 공급 상태는 결과에 해당하며, 원인 분석을 위해서는 관로(pipe)의 배치 및 규격을 분석해야 하는 번거로움이 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 본 연구에서는 직접 관로(pipe)의 공급 특성을 분석하여 네트워크의 신뢰도를 평가함으로써, 신뢰도 저하의 원인 분석 및 시스템 개선에 효율적으로 활용할 수 있는 신뢰도 지표를 산정하고자 하였다. 본 연구에서는 상수관로 내 수리학적 기울기가 전반적으로 균등할수록 설계 비용대비 공급 신뢰도, 즉 용수공급 효율이 개선되는 특징을 바탕으로, 네트워크 내 총 에너지 손실로부터 각 관로의 길이, 유량 등의 특성을 고려한 등가 수리경사(Equivalent hydraulic gradient)를 유도하여 모든 관로의 적정 수리경사로 제안하였다. 따라서 각 관로의 실제 수리경사를 대상으로 관로별 수리학적 균등성 지수(pipe hydraulic uniformity index)를 산정하였으며, 더 나아가 전체 시스템의 균등성 지수(system hydraulic uniformity index)를 산정하였다. 제안된 신뢰도 지표는 가상의 네트워크에서 지역 내 용수 사용량이 증가하는 등 용수공급 안정성을 저해하는 몇 가지 시나리오를 바탕으로 검증하였으며, 또한 기존 지표들의 신뢰도 평가 결과와 비교, 분석하였다. 본 연구는 향후 네트워크 최적 설계의 목적함수로 활용하거나, 네트워크의 보강계획 수립에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.53-53
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• 2019

최근 지구온난화로 인한 기상 이변의 이유로 우리나라뿐만 아니라 세계 여러 국가에서 홍수 및 가뭄이 빈번하게 발생하고 있다. 특히 우리나라에서는 게릴라성 호우가 빈번히 발생하여 저지대 및 많은 지역에서 홍수가 발생하고 있으며, 연평균 총 강우량은 매년 비슷하나 게릴라성 호우와 같은 폭우의 빈도가 증가되고 있어 상대적으로 과거에 비해 가뭄의 발생기간도 길어지는 실정이다. 다시 말하면 게릴라성 호우와 같은 폭우는 잦아졌지만 강수량 자체는 감소하는 추세이다. 이는 홍수와 가뭄의 위험이 더 커졌다는 것을 의미한다. 이에 우리지역의 전체 물 이용 및 관리의 효율화가 필수적이며, 물 이용량의 약 50%를 차지하는 농업용수의 효율적 이용 및 관리가 중요하다. 따라서 본 연구에서는 관개기에 필요한 물이 얼마나 사용이 되는지에 대한 작물의 생육시기별 필요수량을 산정하고, 산정된 필요수량의 갈수빈도분석을 실시하고자 한다. 갈수빈도분석을 통해 재현기간에 따른 작물의 순별 필요수량 따라 저류조에 유입되는 빗물의 양으로 얼마만큼 해결이 되는지 확인하여 빗물의 사용량을 산정하여 저류조의 적정 용량을 검토하고자 한다. 작물계수를 이용하여 작물별 필요수량은 HOMWRS　프로그램을 이용하여 산정하며, 작물별 생육시기에 따른 필요수량에 대한 갈수빈도분석은 수문 통계 분석과 적합도 검정을 통하여 GUM, PT3, GEV, GLO, GPA 및 GNO분포를 대상으로 적정 분포를 선정한다. 선정된 분포형을 통해 재배작물별 생육시기에 따른 필요수량 계열의 설계 필요수량을 산정한다. 이에 따른 필요수량과 갈수빈도분석 결과를 통해 재배작물의 순별 수요량을 추정한다. 재배작물의 순별 물 수요와 잠재적인 저류조의 높이를 통해 빗물을 얼마만큼 재이용할 수 있는지에 대한 수용 비율(sufficiency ratio)을 산정하고. 순별 수요량에 따른 밭 작물의 적정 빗물 저류조 용량을 결정하는 방법을 제시하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.10
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• pp.759-768
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• 2021

This work introduces a new approach that classifies individual household water usage by examining the characteristics of smart meter end-user demand data. Here, one of the most well-known unsupervised machine learning, K-means algorithm, is applied to classify water consumptions by each household. The intensity and duration of end-user demands are used as main features to determine the households with similar water consumption pattern. The results showed that 21 households are classified into 13 clusters with each cluster having one, two, three, or five houses. The reasoning why multiple households are classified into the same cluster is described in this paper with respect to the collected data and end-user water consumption behavior.