• 대한토목학회논문집
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• 제29권4B호
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• pp.385-396
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• 2009

본 연구에서는 현재 업무, 영업, 욕탕, 공공용수 등으로 구분되어 있는 비가정용수의 업종을 국가산업표준분류에 근거하여 9개 대분류 40개 중 소분류로 세분화하여 각 업종별 사용량 원단위를 도출하였다. 논산, 서산 등 6개 도시의 비가정용수 월별사용량자료와 통계청에서 조사하는 사업장별 산업서비스조사 자료를 토대로 각 업종별 사용량 원단위, 면적, 종업원 등의 상관관계분석, 세부업종별 분산분석 등을 수행하여 통계적으로 의미있는 원단위 특성을 제시하였다. 비가정용수 주요업종의 사용량 원단위를 미국 5개 지역에서 조사된 자료와 비교한 결과, 모든 업종에서 단위면적당 사용량이 미국에 비해 적은것으로 나타났다. 조사자료 가운데 효과적인 물사용량(Efficiency Benchmarks)으로 추천되는 누적확률 25%에 해당하는 값의 경우에도 우리나라 물사용량이 적었으며, 특히 학교의 경우 단위면적당 1일 사용량($0.4{\sim}6.2l/m^2/d$)과 학생 1인당 1일 사용량(11.9-64.0 l/student/d)의 평균값과 범위가 매우 유사한 결과를 보였다. 비가정용수의 용수사용량에 영향을 미치는 내외부인자에 대하여 상관관계분석을 수행한 결과, 비가정용수사용량의 원단위 기준인자로서는 단위면적이 가장 적절한 것으로 나\widehat{타났으며, 다만 교육업의 경우 구성원의 물사용경향이 일정하기 때문에 단위면적보다도 학생수(교직원포함})와 물사용량사이의 상관관계가 더 높은 것으로 나타났다. 대표적인 외부인자인 기온에 따른 각 업종별 물사용량 변화를 분석한 결과, 학원업, 도소매업, 음식점업이 기온에 따라 물사용량 증감이 뚜렷하였고, 숙박업과 병원업은 기온과의 상관성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에서는 비가정용수의 합리적인 수요관리를 위해서 기존의 상수도통계에서 구분하고 있는 업종에 대한 재검토 필요성을 제기하였으며, 이러한 업종구분을 토대로 통계청의 산업서비스 조사자료와 지자체 수도요금부과자료를 이용하여 비가정용수의 세부업종별 물사용량을 추적하여 분석하고 관리할 수 있는 방안을 제시하였다.

• 수도
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• 통권36호
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• pp.23-36
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• 1986

본 논문은 한국의 급수 문제와 앞으로의 계획을 제시하고 있다. 한국의 지하수 사용량은 전체 상수원의 약 2%에 불과하며 인구 과밀지역이 주로 하천 하구에 위치하므로 많은 수처리 및 수질문제와 원거리 송수시설이 예상된다. 개발이 용이한 수자원은 이미 개발이 완료되었기 때문에 새로운 계획에 투자되는 단가는 과거에 비해 훨씬 높아질 것으로 예상된다. 본 논문은 앞으로의 문제점과 제약조건 등을 논의하였으며 특히, 주민참여의 필요성을 논의 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.638-638
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• 2015

스마트워터그리드는 기후변화 등 한정된 수자원을 효율적으로 활용하기 위해 정보통신기술을 이용하여 효율적인 물 관리 인프라 시스템 구축하는 연구로써 수자원관리에 필요한 여러 가지 프로그램들이 개발되어지고 있다. 수자원 관리와 정보통신기술의 패러다임 변화에 따라 양방향 통신의 다차원적인 접근 전략과 더불어 수자원의 효율적인 관리를 위해 스마트워터그리드의 여러 프로그램을 통합적으로 운영 관리하는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 시나리오 기반으로 스마트워터그리드 프로그램의 입 출력 데이터를 연계 운영하고, 동일한 개발환경인 플랫폼기반으로 구축하여 프로그램의 통합 운영이 가능하도록 하였다. 통합적인 운영을 위한 시나리오는 다중수원의 실시간 계측과 수용가의 상수도 사용량을 실시간 계측하여 DB서버에 저장되고, 이 자료를 물부족 위험평가 프로그램의 입력자료로 활용하여 다중수원의 부존량이 산정된다. 부존량은 다시 가용수량 산정프로그램에 입력 데이터를 사용되고, 출력데이터는 수처리조합공정을 걸쳐 워터루프를 통하여 배분 및 공급하도록 시나리오를 수립하였으며. 이러한 시나리오를 기반으로 스마트워터그리드의 여러 프로그램을 통합 운영하였다. 본 연구를 통해서 수자원 생산, 배분, 공급 등 관리에 필요한 각각의 스마트워터그리드 프로그램이 통합 운영됨으로써, 국내 통합 수자원 관리에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.381-381
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• 2022

본 연구에서는 실시간적으로 계측, 수집된 자료를 이용하여 도시지역 물순환 전 과정에 대한 개별 물리모델 구동을 실시하고, 수자원의 양적인 흐름을 연계하여 표출하는 도시 수자원 사이버 물리시스템(CPS) 시뮬레이터에 활용되는 입력인자 변동성 분석을 실시하였다. 도시 수자원 실시간 CPS 시뮬레이터의 시나리오 분석을 위한 변동입력인자는 취수량, 타 배수지 구역 공급량, 대상지역 수용가 사용량 변화, 오수전환률 및 오수배출 지연시간 등으로 설정하였으며, 변동입력인자 변화모의를 위한 발현가능한 시나리오를 구축하고, 분석결과를 정량화하여 제시하였다. 본 연구에서 활용된 발현가능한 시나리오는 가뭄 등 취수제한상황에 따른 양적인 공급 흐름모의, 수용가 물 사용 패턴 변화(예, 코로나로 인한 비대면 재택 근무 증가 등)에 의한 상수, 오수변화량 모의 등으로 설정되었다. 분석 결과 다양한 입력인자의 변화에 따른 도시수자원 흐름변화에 영향을 주는 구성요소의 파악과 정성, 정량적 영향을 직관적, 정량적으로 평가할 수 있음을 확인하였다. 도출된 변동성 평가 결과는 설정된 시나리오가 현실화될 경우 효과성 높은 대응책을 마련하는데 활용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.367-367
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• 2012

기후변화로 인해 기온, 강수량, 습도 등의 기후를 예측하고 변화하는 환경에 적응해가며 생활하고 있다. 또한 여러 가지 외부적인 요인들의 영향을 받아 상수도 시설에서의 에너지 사용량도 영향을 많이 받는다. 하지만 이러한 상수도 시설의 사용량 변화로 인해 상수도 수요량의 변화량을 예측하는데 있어서 국내 연구 및 방법이 많이 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 다중스케일을 기반으로 하는 비선형 예측 모형을 개발하고자 한다. 다중스케일 분석에서도 가장 우수한 분해 능력을 가지는 Wavelet Transform을 적용하여 시계열을 분해한 후 패턴인식 기반의 비선형 예측모형인 Support Vector Machine(SVM)을 적용하였다. 상수도 수요량의 예측 과정은 다음과 같다. 첫째, 상수도 수요량 자료를 Wavelet Transform 기법을 통하여 단순화 시킨다. 둘째, Global Wavelet Spectrum을 통하여 통계적으로 의미 있는 성분만을 추출하고 이를 해석 대상으로 한다. 셋째, 특정 주기를 갖는 유의한 독립성분들에 대해서 최적 지체시간을 결정한 후 SVM모형을 통해 예측 모형을 구축한다. 넷째, 나머지 성분에 대해서도 SVM 모형을 적용하여 예측을 실시한 후 앞서 예측된 성분과 모두 결합하여 최종적으로 예측시계열을 구성한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.156-156
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• 2012

최근 우리나라의 대부분을 차지하는 중소규모 하천 또는 도시하천은 하천수 및 하천변 지하수 이용의 증가와 토지이용변화 등으로 인해 하천의 건천화가 점증하고 있어 하천의 생태와 건전한 환경이 악화되고 있는 실정이다. 본 연구는 이러한 중소규모 하천 또는 도시하천의 도시화율에 따른 정량화된 건천화의 평가지표를 제시하고 하천 관리지표로 활용하며, 건천화 원인을 분석하여 실용적인 건천화 해소대책을 제시하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 건천화 원인조사 및 원인별 영향 평가에 대하여 국내외 연구사례를 조사, 분석하여 도시화율에 따른 건천화 평가 기준을 개발하고, 연구지역에 적용하여 도시화율에 따른 정량적인 건천화 평가를 수행하였다. 본 연구의 대상유역은 남천, 갑천, 경안천, 왕숙천으로 총 4개 유역으로 최근 도시화에 따라 불투수율 증가, 지하수 사용량 증가 등으로 건천화가 진행중인 하천이다. 각 유역은 본 연구에서 제안하는 건천화 평가기법에 따라 본 연구에서 제안하는 건천화 등급 1~5심도로 평가되었으며, SWMM_GE 프로그램으로 분석된 유출량과 다변량 분석 방법을 이용하여 불투수율과 지하수사용량에 따른 기저유출 관계식을 산출하였다. 연구 결과는 향후 대상유역의 하천유지유량 확보 등 유역의 물건전화 정책에 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.185-185
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• 2016

일반적인 송 배수시스템의 운영은 지대가 높은 곳에 위치한 배수지(tank)에 용수를 저장한 후, 자연유하에 의해 수요절점으로 용수를 공급한다. 이때 배수지에 용수를 송수하기 위한 펌프장 운영에서 많은 전기에너지가 소모된다. 일반적으로 송수펌프의 운영은 다년간의 운영자료를 기반으로 운영자의 판단에 의해 이루어지거나, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)시스템을 통해 관측되는 배수지 수위를 기준으로 펌프 작동여부를 결정하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 펌프운영방법을 개선하고 좀 더 효율적인 운영방법을 모색하기 위해 실시간 송수펌프 최적운영 모형을 개발하였다. 최적화 기법으로는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 사용하였으며, 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하고 급수지역의 24시간 용수사용량을 미리 예측하여 실제 시스템의 운영형태와 근접하게 반영하였다. 또한 최적화 과정에서 상수관망해석 프로그램(EPANET)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 시스템의 운영상황을 모의하였다. 개발된 모형을 국내 P시의 광역상수도 시스템에 실제 적용하였으며, 현장 실시간 운영 데이터를 입수하여 전력사용량, 배수지수위, 이산화탄소 발생량 등을 비교, 분석하였다. 개발 모형을 이용하여 펌프운영을 실시하였을 경우, 기존의 운영방식과 비교하여 경제적/환경적으로 뚜렷한 개선 효과를 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.271-271
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• 2017

상수관망 수리해석 기법은 절점의 사용량 및 누수량을 기지의 값으로 고려하여 총 수요량이 모두 공급될 수 있다고 가정하여 해석하는 수요기반해석(Demand Driven Analysis, DDA)과 사용량과 누수량은 절점 압력수두에 의해 달라질 수 있어, 공급가능량 및 누수량과 절점의 압력수두 모두를 미지수로 고려하여 해석하는 수압기반해석(Pressure Driven Analysis, PDA)으로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 수압기반사용량 모의(Pressure Dependent Demand, PDD)와 수압기반누수량 모의(Pressure Dependent Leakage, PDL)기능이 모두 구현되고, 다양한 시나리오 분석이 가능한 소프트웨어(SW)인 K-NRisk를 개발하였다. K-NRisk는 2016년 7월에 공개된 상수관망 해석범용모형인 EPANET3 소스코드 기반으로 개량 개발되었으며, 기존 EPANET2와 비교하였을 경우 사용자 편의성 증대를 위한 입출력 기능 및 SW 활용도 제고를 위한 대표업무분석 기능이 신규 개발, 강화되었다. 개발된 SW를 관망정비 및 공급안정성 확보 목적을 위한 수리해석 시 적용하여 그 결과를 분석하였다. 적용결과 기존 수요기반해석이 가지고 있는 한계점을 보완하고, 실제업무 시 활용가능함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2015

최근 중소규모 하천은 하천수 및 하천변 지하수 이용의 증가와 토지이용변화 등 유역 내 수문인자의 특성 변화로 인해 하천의 건천화가 점증하고 있어 하천 환경이 악화되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 격자기반의 분포형 장기수문 모델(PGA-CC)을 이용하여 과거 수십년동안 토지이용변화에 따른 하천 건천화 영향을 평가하였다. 실제 건천화가 진행되고 있는 삽교천 상류유역($358.8km^2$)을 선정하였고 토지이용변화분석을 위해 과거 1975년 토지이용도(Past), 현재 2008년 토지이용도(Present)를 구축하였다. 각각의 토지이용 항목 중 변화율이 가장 높은 도시비율은 과거 토지이용도에서는 2.6 %였으며 현재 토지이용도에서는 11.3 %로 8.7 %가 증가하였다. 모델 검보정은 최근 7년(2005-2011)동안 최종유역출구지점에서 유출 검보정을 실시하였다. 그 결과 NSE (Nash-Sutcliffe model efficiency)은 평균 0.71로 유출량의 모의값과 실측값이 유효한 것으로 나타났다. 건천화를 평가하기 위해 시험유역에서의 5 WPs (Watching Points)를 선정하여 과거 및 현재 토지이용조건을 모의하고 유황분석을 통한 갈수 변화량 분석을 실시하였다. 건천화 빈도분석을 위해 GEV (Generalized Extreme Value) 갈수빈도분석을 실시하여 과거 토지이용 모의결과 산정된 평균 갈수량($m^3/s$) 이하로 낮아지는 유출량 일수를 계산하였다. 최종유역출구에서 과거 및 현재 토지이용도에서 모의된 평균갈수량은 각각 $3.27m^3/s$ 및 $3.11m^3/s$로 나타났다. GEV 갈수빈도분석결과 과거 토지이용조건에서의 평균갈수량은 $3.20m^3/s$(재현기간 2.33년)으로 나타났다. 도시증가에 따른 인구증가는 지하수 사용량에 증가를 가져온다. 이는, 건천화에 영향을 미치며 본 연구에서는 지하수이용량 자료(1998-2011)를 이용하여 도시면적과 지하수이용량의 선형회귀분석을 실시하여 과거 22년 지하수 사용량을 예측하였다. 그 결과 지하수사용량 증가는 토지이용변화와 복합적으로 상류유역에 하천의 변화를 가속시키는 것으로 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.32-32
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• 2021

넥서스는 물, 에너지, 식량, 토지, 기후 및 환경 등의 부문 간 연관성과 상호의존성을 나타내며, 이러한 넥서스 개념은 최근에 학계와 정책결정자들에게 많은 관심을 받고 있다. 더 나아가 넥서스 관점의 도입으로 단일 부문별로 자원을 관리하는 기존의 정책 결정 체계의 한계를 극복하고, 관련 있는 부문 간의 시너지와 트레이드오프를 고려한 지속가능한 발전을 위한 의사 결정이 가능하게 되었다. 일반적으로 취수-도수-정수처리-송수-분배·급수-물이용-하수집수-하수처리-물재이용으로 구성되는 도시 물순환 시스템에서 공급과정에서 발생되는 물손실 관리를 위한 전략 및 프로그램은 물부문 만에서 평가를 통해 수립되고 있다. 본 연구에서는 시스템 다이나믹스(System Dynamics)를 적용하여 물, 에너지 및 환경 부문을 동시에 고려한 도시 물순환 시스템 모델을 개발하여, 넥서스 관점에서의 합리적인 도시 물손실 관리 방안을 도출하고자 하였다. 그리고 모델 내 부문 간 자원의 사용량 및 이동량의 정량화를 위해 물, 에너지, 환경 지표로 각각 물발자국(Water Footprint), 총 에너지 사용량(Total Energy Use) 및 탄소발자국(Carbon Footprint)이 적용되었다. 개발된 모델을 3개의 도시 에너지 인텐시티 현황(낮음, 보통, 높음)과 4개의 물손실 현황(낮은 물손실, 높은 물손실&낮은 명목손실비, 높은 물손실&보통 명목손실비, 높은 물손실&높은 명목손실비)을 고려한 12개의 시나리오에 적용하여 분석하였다. 그 결과 기존의 경제적인 측면 중심의 의사결정 과정에서는 명목손실이 물손실 관리 전략 수립 및 적용의 우선순위였으나, 넥서스 관점에서는 실손실 부분의 개선이 중요함을 알 수 있었다. 또한, 도시의 단위 물공급 에너지 인텐시티가 자원 사용 및 이동에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되어서, 넥서스 관점의 의사결정시 사전적으로 분석해야 하는 중요 항목인 것으로 도출되었다. 이와 같은 범용적이고 포괄적인 도시 물순환 물-에너지-환경 넥서스 모델을 통해, 지속가능하고, 체계적이며, 구체적이고, 실현가능한 넥서스관점의 물손실 관리가 가능할 것으로 판단된다.