• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.247-247
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• 2011

도시유역에서의 일반적인 우수관거 설계 및 기존의 연구들은 수리학적 조건을 만족시키는 범위 내에서 최소의 비용을 위한 관거 설계에 초점을 맞추어왔다. 그러나 최적의 우수관거 설계는 우수관거의 근본적 목적인 내수배제를 최대화 하고자 하는 것이며, 이것은 관망 구성에 따른 시스템 내 유입 수문곡선들 간의 중첩효과를 제어함으로써 가능하다. 본 연구에서는 관내 흐름의 변화를 관망의구성에 따라서 제어될 수 있는 목적함수로서 다루고 있는 이정호(2010)의 우수관망 최적설계 모형에 대하여 각기 다른 유역 특성을 나타내는 실제 도시유역에서의 적용성을 검토하였다. 본 연구에서 이용한 최적 우수관망 노선 결정 모형은 이정호(2010)가 개발한 모형으로 도시유역에서의 우수관망의 노선 결정을 유출구 첨두유출량 최소화를 목적으로 최적화기법을 이용한 모형이다. 이정호(2010)는 개발된 모형을 통하여 관망 노선을 결정한 결과 설계빈도를 초과하는 강우에 대해서 내수침수 발생이 저감되는 효과를 가져올 수 있음을 분석하였다. 본 연구에서는 이러한 이정호(2010)의 모형에 대한 적용성을 검증하기 위하여 각기 다른 유역 특성을 갖는 실제 도시유역들에 대하여 해당 모형을 적용하였다. 이때 유역의 특성은 지표유출 및 첨두유출량에 지배적인 영향을 미치는 유역의 지표 경사에 대하여 고려되었다. 적용된 도시유역은 총 3개 배수분구로서 평균 지표 경사는 0.008, 0.006, 0.002로 각기 높은 경사, 보통 경사 및 완만한 경사 지대를 염두에 둔 유역 선정에 해당한다. 이에 따라 각 유역에 대하여 우수관망 노선을 최적화한 결과 설계빈도의 강우지속기간 30분 강우에 대하여 현재의 관망 대비 최적화된 관망에서의 첨두유출량 저감 비율은 지표경사 0.008인 유역에서는 약 7%, 지표경사 0.006인 유역에서는 약 17%, 지표경사 약 0.002인 유역에서는 약 8%로 나타났다. 따라서 본 연구결과 유역의 경사 특성에 따른 최적 우수관망을 통한 첨두유출량의 저감 비율간에는 상관관계를 정의할 수 없으며, 단지 우수관망에서의 노선 변경이 가능한 맨홀 지점이 어떤 중요한 지점에 얼마나 위치하느냐에 따라 달라지게 되는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.248-248
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• 2011

본 연구에서는 도시유역 우수관거 시스템의 근본적인 목적인 내수침수 방재 효과를 최대화하기 위하여 첨두 유출량 최소화를 목적으로 하여 개발된 우수관망 최적설계 모형(이정호, 2010)을 이용하여 실제 도시유역에 대하여 다양한 인공적인 강우 사상들을 적용하여 실제 강우 발생 시 첨두유출량 저감의 효과가 발생할 수 있을 것인가에 대하여 분석하였다. 본 연구에서 이용한 최적 우수관망 노선 결정 모형은 이정호(2010)가 개발한 모형으로 도시유역에서의 우수관망의 노선 결정을 유출구에서의 첨두유출량을 최소화하는 것을 목적으로 이루어지도록 최적화기법을 이용하여 개발한 모형이다. 이정호(2010)는 개발된 모형을 통하여 도시유역에서 유출구 첨두유출량을 최소화하여 관망 노선을 결정한 결과 설계빈도를 초과하는 강우에 대해서 내수침수 발생이 저감되는 효과를 가져올 수 있음을 분석하였다. 본 연구에서는 이러한 이정호(2010)의 우수관망 최적 설계 모형의 적용성을 검증하기 위하여 각기 다른 인공적인 강우를 적용하여 최적화된 우수관망에서의 유출구 첨두유출량의 저감 양상을 분석하였다. 분석에 적용된 강우사상은 설계빈도에 해당하는 강우사상에 대하여 강우의 첨두치가 일정한 시간 간격을 두고 연속되어 발생하는 강우사상들에 대하여 모의하였다. 분석 결과 강우의 첨두치가 연속되는 경우에도 최적화된 관망에서의 첨두 유출량은 현재의 관망에 비하여 감소치가 두드러지게 나타남을 알 수 있었다. 또한 강우의 첨두유출량 발생 시각은 각 우수관망별로 1분 및 2분 정도의 차이를 나타내고 있으며, 따라서 최적화된 우수관망이 시스템 내의 지체 현상에 따른 첨두유출량 감소를 유발하는 것이 아닌 관망 전체에서의 유입량의 적정 분배에 따른 것임을 나타낸다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.10
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• pp.777-786
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• 2011

In the previous researches for storm sewer design, the flow path, pipe diameter and pipe slope were determined to minimize the construction cost. But in the sewer networks, the flows can be changed according to flow path. The current optimal sewer layout models have been focussed on satisfying the design inflow for sewer designs, whereas the models did not consider the occurrences of urban inundation from excessive rainfall events. However, in this research, the sewer networks are determined considering the superposition effect to reduce the inundation risk by controlling and distributing the inflows in sewer pipes. Then, urban inundation can be reduced for excessive rainfall events. An Optimal Sewer Layout Model (OSLM) was developed to control and distribute the inflows in sewer networks and reduce urban inundation. The OSLM uses GA (Genetic Algorithm) to solve the optimal problem for sewer network design and SWMM (Storm Water Management Model) to hydraulic analysis. This model was applied to Hagye basin with 44 ha. As the applied results, in the optimal sewer network, the peak outflow at outlet was reduced to 7.1% for the design rainfall event with 30 minutes rainfall duration versus that of current sewer network, and the inundation occurrence was reduced to 24.2% for the rainfall event with 20 years frequency and 1 hour duration.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.471-471
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• 2012

도시유역에서 주로 침수피해가 발생하는 방류토구 인근의 저지대의 경우 유수지 및 빗물펌프장을 통하여 피해 발생을 방지할 수 있는 반면, 도심지 한복판에 이러한 상습 침수지역이 존재한다면 이에 대한 침수 방지 시설물의 설치에는 한계가 있다. 이러한 도심지 한복판의 침수위험지역의 경우 부지 확보의 어려움으로 인하여 유수지의 설치는 매우 제한적이며, 따라서 근래 대두되고 있는 것이 지하 저류공간의 건설 등이다. 그러나 본 연구에서는 이러한 지하 저류공간의 건설과 더불어 우수관망의 설계 자체를 침수피해 저감 측면에서 그 효과를 최대화하고자 하였다. 본 연구에서는 동일한 설계빈도하에 설계된 우수관망이라 하더라도 관망의 노선 선정에 따라서 초과강우사상에 따른 침수 발생량이 달라질 수 있다는 점에 주목하였다. 즉, 우수관망의 전체적인 구성에 있어서 설계빈도를 초과하는 강우사상에 대하여 그 부하량을 적정히 분배함으로써 관망의 전체적인 침수 발생 위험을 전반적으로 줄이는 것이다. 이를 통하여 확보되는 안전성은 지하 저류공간 등 각종 침수피해 저감 시설과 더불어 우수관망시스템의 침수피해 발생 위험을 전반적으로 줄일 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이러한 목적하에 도시유역에서의 침수위험도 분석을 실시하였으며, 선행 연구를 통하여 제안된 우수관망의 신뢰도 산정 식을 토대로 목적함수를 아래의 식과 같이 구성하였다. $$Max.\;liability\;of\;Sewer\;Networks=1-\;{(1-N)^2+(1-V_i)^2\atop2}\;\cdots\cdots\cdots\;\;\;(1)$$ 여기서, $V_i$는 적용된 강우량당 유역의 전체 유출량 대비 월류발생량을 나타내며, $N_i$는 적용된 강우량당 해당 관망의 전체 지점 수 대비 월류 발생지점 수를 나타낸다. 이를 통하여 우수관망의 신뢰도를 최대화할 수 있는 최적설계 알고리즘을 개발하였으며, 실제 도시유역에 대한 적용을 통하여 최적 설계에 따른 신뢰도 향상 정도를 정량화하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.521-521
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• 2016

상수도 관망은 수원에서 수요절점까지 물을 안정적으로 공급하는 것을 목표로 한다. 상수도 관망의 최적설계는 수리학적 제한조건 (절점의 수압, 관로의 유속)을 만족하는 범위에서 비용을 최소화하는 설계안을 얻는 것으로 Savic and Walters (1997)는 유전 알고리즘 (Genetic Algorithms, Holland 1975)을 적용한 상수도 관망 설계 프로그램인 GANET를 제안하였고, Maier et al. (1996)은 개미군집알고리즘 (Ant Colony Optimization Algorithm, Dorigo et al. 1996)을 상수도 관망 최적설계에 적용한 후 그 결과가 유전 알고리즘에 비해 우수함을 증명하는 등 상수도 관망 최적설계에 관한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 유전알고리즘은 선택, 교차, 돌연변이의 반복계산 과정을 통하여 최적해를 찾는 최적화 기법이다. 이 과정에서 결정변수는 유전자 (Gene)의 집합으로 표현되며, 염색체 (Chromosome) 내에서 근접한 유전 인자들은 일종의 Building Block을 형성하게 된다. Building Block은 좋은 해를 갖는 유전 인자를 높은 확률로 보관하여 지역해에 빠질 가능성을 줄이는 반면, 유전형 (Genotype)이 표현형 (Phenotype)을 충분히 모방하여 표현하지 못한 경우 오히려 최적해의 탐색을 방해할 수 있다는 한계점을 갖는다. 유전 알고리즘을 상수도 관망 최적설계에 적용하였을 때에도 이 한계점은 여실히 드러난다. 관로의 관경을 결정변수로 설정한 후 유전형으로 표현하였을 때, 관망도 상에서 근접하지 않은 두 관로가 염색체 내에서 연속으로 나열된다면 두 관로 간의 연관성이 실제보다 크게 고려되기 때문이다. 한편, 하모니써치 (Harmony Search, Geem et al. 2001) 알고리즘은 즉흥 연주 (Improvisation)를 통해 최상의 화음을 만들어내는 현상으로부터 착안하여 만들어진 최적화기법으로 연산 기법은 무작위선택, 기억회상, 피치조정 등으로 구성되어 있으며, 결정변수에 해당하는 연주자가 독립적으로 행동하며 해를 탐색한다는 점에서 유전알고리즘과 큰 차이를 갖는다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 Building Block에 의해 발생하는 오류를 개선하고자, 상수도 관망 최적설계 연구에 많이 사용되는 Hanoi 관망 (Fujiwara and Khang 1990) 관로의 정렬 순서를 여러 가지 기준으로 설정하여 관망데이터를 구축한 후 하모니써치와 유전 알고리즘을 적용하여 최적화를 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 그 결과 유전 알고리즘과 달리 하모니써치 알고리즘의 경우, 관로의 나열 순서와 상관없이 우수한 최적해 탐색 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.12 s.161
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• pp.1029-1037
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• 2005

Urban Storm Sewer Optimal Design Model(USSOD) was developed to compute pipe capacity, pipe slope, crown elevation, excavation depth, risk and return cost in the condition of design discharge. Rational formula is adopted for design discharge and Manning's formula is used for pipe capacity. Discrete differential dynamic programming(DDDP) technique which is a kind of dynamic programming (DP) is used for optimization and first order second moment approximation method and uncertainty analysis is also for developing model. USSOD is applied to hypothetical drainage basin to test and verify. After testing the model, it is also applied to Ulsan drainage basin which was developed by Korea Land Cooperation(KOLAND). Comparing the design results of USSOD with those of KOLAND, discharge capacity 0.35 $m^3/sec$, the crown elevation is 0.77m higher and return cost is $9\%$ less than design results of KOLAND, which verify the improvement of USSOD. Layout design model using GIS and optimization including detention or retention effect are needed in the future study.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.1
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• pp.1-7
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• 2009

Most developed models are designed to determine pipe diameter, slope and overall layout in order to minimize the cost for the design rainfall for the optimal sewer layout. However, these models are not capable of considering the superposition effect of runoff hydrographs in the sewer pipes. The flow characteristics in the sewer pipes, such as the sewer layout, pipe diameter and slope, vary according to the design of the sewer system. In particular, when the sewer network is modified, the shapes of the runoff hydrographs in the sewer pipes also change because of the superposition effect. In this study, the sewer layout is designed to control and distribute the flows in the sewer pipes, while considering the runoff superposition effect, in order to reduce the inundation risk at each junction. This is accomplished by separating the inflows that enter into each junction by changing the way in which pipes are connected between junctions. And this model combines SWMM (Storm Water Management Model) to perform the hydraulic analysis for the flows in the sewer network. The current sewer layout was modified to minimize the peak outflow at outlet in Garak basin, Seoul, South Korea. As the results, the peak outflows at the outlet were decreased by approximately 20% for the design rainfall during 30 minutes and the total overflows were also decreased for the excessive rainfalls.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.12 no.4
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• pp.1976-1981
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• 2011

In this study, the optimal sewer layout model(Lee, J.H., 2010)[1] was applied to verify the reduction effect of urban inundation in the optimal sewer networks, which designed by this optimal model, for various artificial rainfall events in urban areas. Then the optimal model was developed by Lee, J.H. to minimize the peak outflow at outlet in sewer network. The applied rainfall events are two types. One is the rainfall event which the double peak occurs between specific time distance continuously. The other is the continuous rainfall event with specific rainfall intensity. As the result, in two applied rainfall types, the peak outflows at outlet were reduced in the optimal sewer networks which designed the optimal sewer layout model of Lee, J.H.. Therefore, the peak outflow is reduced because the inflows at each manhole are distributed in the whole sewer networks, it's not delay of inflows by this optimal model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.343-343
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• 2022

강우의 유출은 하늘에서 발생한 강우가 다양한 유역을 거쳐 하천 및 해안 등으로 방류되는 일련의 과정을 의미한다. 강우의 유출과정에서 좀 더 효율적인 유량처리를 위하여 대부분의 도시 유역에는 우수관망이 설치되어 있다. 우수관망은 일정 빈도 이하의 강우량 방재를 목적으로 설계하며, 해당 강우량을 초과하는 경우 침수피해가 발생한다. 우수관망의 목표 강우를 초과하는 경우를 위하여 우수 저류지, 펌프장 및 LID(Low Impact Development) 시설물 설치 등 다양한 노력이 지속되어 왔으며, 이를 더욱 효율적으로 관리하기 위한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 강우 발생유역을 격자로 분할하여 우수의 흐름을 파악하여 효율적인 저류지 및 LID 시설물의 설치 위치를 지정하고자 한다. 분석지역은 경상남도 창원시 마산합포구 인근이며, ArcGIS 10.8을 이용하여 해당 지역의 지형을 3D로 구현하였으며 EPA-SWMM 5.1을 이용하여 침수분석을 진행하였다. 또한, 구성된 TIN(Triangulated Irregular Network)를 10m × 10m 크기의 격자로 분할하여 지표고에 따른 유량의 흐름 및 중첩을 판단하였다. 분할된 격자들 중 유량의 중첩 정도가 가장 높으며 침수피해 정도가 높은 지역을 대상으로 종류 및 크기를 고려한 최적의 비용과 효율을 갖는 저류지 및 LID 시설물 설치 위치를 결정하였다. 우수관망 시스템, LID 시설물, 우수 저류지 각각의 시선에서 접근한 기존의 연구와 달리 다양하고 포괄적인 방재시설물 설치를 통해 더욱 효율적이고 경제적인 우수 방재 시스템 구현에 도움이 될 것으로 기대된다. 우수관망 시스템, LID 시설물, 우수 저류지 각각의 시선에서 접근한 기존의 연구와 달리 다양하고 포괄적인 방재시설물 설치를 통해 더욱 효율적이고 경제적인 우수 방재 시스템 구현에 도움이 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.6 no.2 s.21
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• pp.51-60
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• 2006

The objective of this research is to develop a least cost system design method for branched storm sewer systems while satisfying all the design constraints using heuristic techniques such as genetic algorithm and harmony search. Two sewer system models have been developed in this study. The SEWERGA and SEWERHS both determine the optimal discrete pipe installation depths as decision variables. Two models also determine the optimal diameter of sewer pipes using the discrete installation depths of the pipes while satisfying the discharge and velocity requirement constraints at each pipe. Two models are applied to the example that was originally solved by Mays and Yen (1975) using their dynamic programming(DP). The optimal costs obtained from SEWERGA and SEWERHS are about 4% lower than that of the DP approach.