• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1425-1430
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• 2006

상수도 관망해석에 있어 수요량 추정 방법은 자료의 형태와 관망해석의 정확도 추구 정도 등에 따라 다양한 방법으로 추정할 수 있다. 통상 상수도관망해석을 수행할 때에 사용되는 수요량추정 방법은 과거사용량을 추세분석하여 장래 계획에 필요한 목표연도까지의 원단위를 산정하고 이 자료를 바탕으로 행정구역상 동단위나 병합계량구역(Block system)단위까지 수요량을 산출한 후 수요량 산출 구역 내 해석 관망상에 위치하는 격점 또는 관로에 적정한 수요량을 분배하는 방법을 사용한다. 결국 산정된 수요량 자료는 행정동 단위나, 병합계량구역 단위 정도의 수요량을 산출하고, 해당 구역내에 분포하는 관망 구성상 절점수에 따라 등분하여 배분하거나, 절점이 담당하는 면적별로 수요량을 산출하여 관망해석을 실시하게 된다. 이러한 방법은 작업시간이 오래 걸리고 수요량 추정 단위에 따라 정확도가 달라지는 문제가 있다. 본 연구에서는 인천시를 대상으로 MIKE-NET 프로그램에서 제공하고 있는 수요량 배분 기능을 이용하여 각 절점의 수요량을 배분하는 방법과 기존 수요량 배분 방법을 비교함으로 수요량 적용 방법이 배수관망해석에 미치는 영향을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.961-965
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• 2004

본 연구에서는 상수관망의 신뢰도 기반 최적화설계에서 시스템 구성물의 기계적 고장의 영향뿐만이 아니라 관로의 수리학적 능력과 절점수요에서의 불확실성이 결합되어 인식할 수 있는 새로운 방법을 제시하였다. 수질과 연관된 신뢰도 문제는 고려하지 않았고 단지 수량의 항으로 수요자들의 요구량을 충족시키기 위해 급수관망의 공급능력을 고려하였다. 수량의 관점에서 관망의 신뢰도의 측정은 절점 수요량들이 항상 만족되어진다고 가정한 상태에서 불충분한 수두의 정도를 이용한다. 따라서 절점신뢰도는 공급되는 절점수두가 미리 규정된 최소수두를 상외하거나 충족시키는 확률로 정의되어진다. 이 모형에 의해 설계된 상수관망은 정상관망 상태구성(구성물의 고장이 발생하지 않았을 경우)와 미리 정해진 고장 시나리오의 범위와 연관된 관망의 악화된 구성상태 모두에서 절점에서의 임의의 수요량과 임의의 수리학적 능력하에서 상수공급량의 항으로 규정된 수준의 서어비스의를 제공할 수 있다. 본 모형은 다양한 관망구성에 내해 상수관망의 신뢰도의 정도를 결정하기 위해서 Monte-Carlo 모의를 이용하였다. 실제 상수관망에 내해 본 인구모형을 이용하여 신뢰도 및 최적화 해석이 수행되었다. 해석결과 본 모형은 합리적으로 관망 전체에 대해 합리적인 범위의 신뢰도를 유지하면서 관망의 건설비용의 치적화가 수행될 수 있었다.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.16 no.6
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• pp.726-732
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• 2002

Pressure drop could happen in the water distribution systems due to pipe breaks or maintenance. The pressure drop causes the water service shutdown and nodal water demands should be reduced in some areas. The conventional analysis method of water distribution systems can not consider the change of nodal water demands caused by these pressure drops. This study is to investigate the variation of nodal water demands according to the nodal water pressure and its effect on the analysis of water distribution systems. For these purpose, one real water service district was selected as a study area. As a result, nodal water demand patterns according to the water pressure could be suggested. Also, we could confirm that the suggested new analysis method for the water distribution systems which considering water pressure drops could be more reliable than the conventional method.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.393-393
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• 2022

상수도관망의 압력은 물공급 서비스의 질을 나타내는 중요한 인자이다. 압력이 낮으면 물 사용성이 크게 저하되며, 이러한 이유로 보통의 수도사업자는 압력을 중요한 모니터링 변수로 고려하고 있다. 압력을 기반으로 여러 가지 변수를 계산할 수 있지만, 그 중에서도 압력경사(Pressure Head Gradient)는 수요량, 관경, 관의 파괴 등 독립변수 또는 독립요인의 변화에 따른 종속변수로서의 압력 민감도를 나타낸다. 압력경사의 계산은 매우 간단하면서도 활용도가 높다. 따라서, 다양한 종류의 압력경사를 계산하고, 상수도관망 설계, 운영, 관리 목적에 어떻게 사용할 것인가를 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 먼저 관의 상태, 관경, 절점수요량을 독립변수로 하고 이를 변화시켜 그 결과로의 압력종속변수를 계산, 압력경사를 결정하였다. 이를 기반으로, 히트맵을 구축하여 결과를 비교하였다. 그 후 각각의 압력경사에 대한 모듈을 구축하였으며, 개별 압력경사 모듈의 특징을 고려하여 활용방법을 수립하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.4
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• pp.325-334
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• 2007

In this study, a long-term unsteady simulation model has been developed using rigid water column theory which is more accurate than Extended-period model and more efficient comparing with water-hammer simulation model. The developed model is applied to 24-hours unsteady simulation considering daily water-demand and water-hammer analysis caused by closing a valve. For the case of 24-hours daily simulation, the pressure of each node decreases as the water demand increase, and when the water demand decrease, the pressure increases. During the simulation, the amplitudes of flow and pressure variation are different in each node and the pattern of flow variation as well as water demand is quite different than that of KYPIPE2. Such discrepancy necessitates the development of unsteady flow analysis model in water distribution network system. When the model is applied to water-hammer analysis, the pressure and flow variation occurred simultaneously through the entire network system by neglecting the compressibility of water. Although water-hammer model shows the lag of travel time due to fluid elasticity, in the aspect of pressure and flow fluctuation, the trend of overall variation and quantity of the result are similar to that of water-hammer model. This model is expected for the analysis of gradual long-term unsteady flow variations providing computational accuracy and efficiency as well as identifying pollutant dispersion, pressure control, leakage reduction corresponding to flow-demand pattern, and management of long-term pipeline net work systems related with flowrate and pressure variation in pipeline network systems

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.229-229
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• 2023

강화학습은 에이전트(agent)가 주어진 환경(environment)과의 상호작용을 통해서 상태(state)를 변화시켜가며 최대의 보상(reward)을 얻을 수 있도록 최적의 행동(action)을 학습하는 기계학습법을 의미한다. 최근 알파고와 같은 게임뿐만 아니라 자율주행 자동차, 로봇 제어 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 상수도관망 분야의 경우에도 펌프 운영, 밸브 운영, 센서 최적 위치 선정 등 여러 문제에 적용되었으나, 설계에 강화학습을 적용한 연구는 없었다. 설계의 경우, 관망의 크기가 커짐에 따라 알고리즘의 탐색 공간의 크기가 증가하여 기존의 최적화 알고리즘을 이용하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구는 강화학습을 이용하여 상수도관망의 구성요소와 환경요인 간의 복잡한 상호작용을 고려하는 설계 방법론을 제안한다. 모델의 에이전트를 딥 강화학습(Deep Reinforcement Learning)으로 구성하여, 상태 및 행동 공간이 커 발생하는 고차원성 문제를 해결하였다. 또한, 해당 모델의 상태 및 보상으로 절점에서의 압력 및 수요량과 설계비용을 고려하여 적절한 수량과 수압의 용수 공급이 가능한 경제적인 관망을 설계하도록 하였다. 모델의 행동은 실제로 공학자가 설계하듯이 절점마다 하나씩 차례대로 다른 절점과의 연결 여부를 결정하는 것으로, 이를 통해 관망의 레이아웃(layout)과 관경을 결정한다. 본 연구에서 제안한 방법론을 규모가 큰 그리드 네트워크에 적용하여 모델을 검증하였으며, 고려해야 할 변수의 개수가 많음에도 불구하고 목적에 부합하는 관망을 설계할 수 있었다. 모델 학습과정 동안 에피소드의 평균 길이와 보상의 크기 등의 변화를 비교하여, 제안한 모델의 학습 능력을 평가 및 보완하였다. 향후 강화학습 모델을 통해 신뢰성(reliability) 또는 탄력성(resilience)과 같은 시스템의 성능까지 고려한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.159-159
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• 2015

상수관망시스템의 신뢰도를 정량화하기 위한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 대부분의 연구는 절점의 공급가능수요량, 절점의 수두, 그리고 유량과 수두를 동시에 고려한 에너지(energy)를 이용하여 신뢰도 지수를 개발하였다. 이 중, Energy를 기반으로 하는 신뢰도지수로써 Resilience index(Todini, 2000), Network Resilience index(Prasad, 2004), Modified Resilience index(Jayaram, 2008)와 Entropy Resilience index(Raad, 2010) 등의 연구가 대표적이다. 상수관망시스템에 정상적인 상황을 넘어서는 부담이 가해졌을 때, 이를 완충하거나, 정상적인 용수공급 상황으로 빠르게 회복하는 능력인 복원력(Resilience)을 판단하기 위한 지표로써 제시된 Todini의 Resilience index를 기점으로, 상수관망의 신뢰도(Reliability)을 Energy 측면에서 판단할 수 있는 관련 지표에 대한 연구가 진행되어왔다. 특히, 상수관망의 최적설계 시, 상수관망의 기능적 요소로써 관련 지표들을 비용(Cost)과 함께 다중목적함수로 고려하는 연구까지 다수 진행되고 있으나, 이러한 지표들이 상수관망에서 핵심적인 몇 가지 요소들의 변화에 대하여 어떻게 반응하는지에 대한 분석은 제대로 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 동일한 상수관망시스템에서 용수의 흐름상황을 크게 좌우할 수 있을 것으로 판단되는 몇 가지 변동상황을 고려하여 이러한 지표들이 각각의 변동상황에 어느정도 민감하게 반영하는지 분석하였다. 여기서, 상수관망시스템의 중요 변화요소로써 1) 수요량의 변화, 2) Loop 개수의 변화, 3) 수원지(Source) 개수의 변화, 4) 해당시스템의 최소 요구수압 변화 등을 고려하였다. 본 연구를 통해, 상수관망시스템의 신뢰도 산정에 활용되고 있는 기존의 지수들이 다양한 변동 상황을 얼마나 잘 반영할 수 있는지를 파악하고, 기존의 지수들을 보완한 개선된 신뢰도 지수의 개발가능성을 모색하도록 한다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.10 no.1
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• pp.73-80
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• 2010

The optimal design of water distribution system have started with the least cost design of single objective function using fixed hydraulic variables, eg. fixed water demand and pipe roughness. However, more adequate design is accomplished with considering uncertainties laid on water distribution system such as uncertain future water demands, resulting in successful estimation of real network's behaviors. So, many researchers have suggested a variety of approaches to consider uncertainties in water distribution system using uncertainties quantification methods and the optimal design of multi-objective function is also studied. This paper suggests the new approach of a multi-objective optimization seeking the minimum cost and maximum robustness of the network based on two uncertain variables, nodal demands and pipe roughness uncertainties. Total design procedure consists of two folds: least cost design and final optimal design under uncertainties. The uncertainties of demands and roughness are considered with Latin Hypercube sampling technique with beta probability density functions and multi-objective genetic algorithms (MOGA) is used for the optimization process. The suggested approach is tested in a case study of real network named the New York Tunnels and the applicability of new approach is checked. As the computation time passes, we can check that initial populations, one solution of solutions of multi-objective genetic algorithm, spread to lower right section on the solution space and yield Pareto Optimum solutions building Pareto Front.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.1 no.1
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• pp.56-63
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• 1997

This paper presents a hybrid network model(HY-PIPENET) implementing a minimum cost spanning tree(MCST) network algorithm to be able to determine optimum path and constrained derivative(CD) method to select optimum Pipe diameter. The HY-PIPENET has been validated with the published data of 6-node/7-pipe network. Networking system and also this system has been optimized with MCST-CD method. As a result, it was found that the gas can be sufficiently supplied at the lower pressure with the smaller diameters of pipe compared to the original system in 6-node/7-pipe network. Hence, the construction cost was reduced about $40\%$ in the optimized system. The hybrid networking model has been also applied to a complicated domestic gas pipeline network in metropolitan area, Korea. In this simulation, parametric study was peformed to understand the role of each individual parameter such as source pressure, flow rate, and pipe diameter on the optimized network. From the results of these simulations, we have proposed the optimized network as tree-type structure with optimum pipe diameter and source pressure in metropolitan area, Korea, however, this proposed system does not consider the environmental problems or safety concerns.