• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.459-459
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• 2018

서낙동강은 당초 낙동강 본류였으나 1934년 김해평야 일원의 농업용수 공급을 위하여 건설된 대저수문과 녹산수문의 완공 이후 현재의 상태로 유지되고 있다. 서낙동강은 대저수문을 통한 유입과 녹산수문, 녹산배수펌프장을 통한 방류가 시행되고 있으며, 이러한 운영은 외해 조위조건에 따라 간헐적으로 운영되고 있어서, 수체의 정체로 인한 오염도가 높은 실정이다. 또한, 서낙동강 유역은 에코델타시티 등 다양한 개발계획이 수립됨에 따라 수질관리를 위한 여건도 변화할 것으로 예상되며, 이러한 개발에 따른 다양한 수질개선에 대한 사회적 요구가 증대됨에 따라 이를 위한 물순환 개선과 유역에서의 오염부하 저감 등 다양한 수질개선 대책이 필요하다. 본 연구에서는 그간 서낙동강을 대상으로 시행되었던 연구결과와 현재 시행중인 물순환에 대한 효과를 검토하고, 이를 정량화하기 위한 2차원 수리 수질모형(CE-QUAL-W2)을 구축 활용하여 현행 물순환 방안의 운영 효과를 분석하고자 하였다. 당초 환경영향평가시 제시되었던 대저수문과 맥도수문을 통한 유입과 맥도배수펌프장을 통한 유출로 서낙동강, 평강천, 맥도강의 수질을 개선하고자 했던 물순환 계획은 여러 가지 여건으로 인해 시행되지 못하고 있으며, 현재는 매주 강서구청에서 맥도배수펌프장을 이용하여 평강천과 맥도강의 수위를 저하시킨 이후 서낙동강의 하천수를 유입시키는 형태로 물순환을 시행하고 있다. 이러한 현행 물순환 방안에 대한 분석을 위하여 서낙동강, 평강천, 맥도강 구간에 대하여 2차원 수리 수질모형(CE-QUAL-W2)을 이용하여 모의한 결과 현재의 물순환 방법으로는 물순환 유량이 증가하더라도 수질개선에 한계가 있는 것으로 나타났다. 이는 서낙동강에 낙동강 하천수가 대저수문을 통하여 유입된 이후 장기간 체류함에 따라 유역에서의 오염물질 유입의 영향이 크게 나타나며, 이에 따라 평강천과 맥도강에 유입되는 경우 수질개선이 제한적인 것으로 판단된다. 추가적으로 현재 서낙동강 대비 상대적으로 수질이 양호한 낙동강 본류의 하천수를 신규 수문 등의 시설물을 통하여 유입시키는 조건에 대한 분석 결과 현행 물순환 대비 효과가 크며 당초 예상했던 환경영향평가시 목표수질을 달성할 수 있을 것으로 판단보다 상세한 분석과 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권12호
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• pp.1001-1013
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• 2011

이웃한 상수도시스템의 공급 가능지역이 중첩될 경우, 이들 시스템을 연계함으로써 경제성과 수질 조건을 만족시키는 조건별 용수공급체계를 구축하는 것이 필요하다. 용수수요 조건별 경제적 급수구역과 최적 펌프운영율을 산정하기 위하여 관망수리해석 모형(EPAnet)과 네트워크 최적화모형(KModSim)을 연계 하는 최적 네트워크모형을 개발하였다. 개발된 최적 네트워크 모형을 사등가압장, 구천댐 그리고 연초댐의 3개 상수원이 존재하는 거제지역 상수도시스템에 적용하고 2007년 운영 결과와 비교하는 방법으로 모형을 검정하였다. 최적 네트워크 모형의 적용성을 검토하기 위하여, 2011년 용수자료를 이용하여경제적급수구역변경에따른펌프운영및 수질의 적정성을평가 하였다. 평가결과본 모형은 수량, 경제성 그리고 수질을 모두 만족하는 최적해를 구하는 것으로 나타나 송배수계통간의 최적 설계 혹은 최적연계운영율을 구하기 위한 모형으로 활용이 가능하다.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권1호
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• pp.63-75
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• 2013

본 연구의 목적은 에너지 절감 및 온실가스 감축을 위해 수도사업장에 도입된 펌프 스케쥴링 시스템의 온실가스 감축 효과를 객관적으로 분석하는데 있다. 이 목적을 달성하기 위해서 온실가스 감축량 산정시 CDM 방법론 AMS-II.C/Version 13을 적용하였다. 베이스라인과 프로젝트 배출량을 산정하기 위해 사업 전후의 유량, 흡수정과 써지탱크의 수위 차, 전력량 데이터를 이용하였다. 감축량 산정의 정확성을 높이기 위해 펌프 운영과 연관성이 적은 소내 소비 전력과 계통손실도 고려하여 계산하였다. 본 연구에서 적용된 방법론과 계산식은 수도사업장에서 온실가스 감축을 위해 적용되는 타 기술의 감축량 산정 시에도 일정 부분 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.31-31
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• 2011

해마다 반복되는 수해를 대비하여 배수펌프장을 설치하고, 취수보를 철거하는 방법으로 수해예방시스템을 고도화 시키고 있지만, 증가하는 홍수량에 대한 대비책으로는 역부족이다. 따라서, 홍수 피해에 대한 선제적 대응방안으로 강변저류지를 설치하여 상습 침수구역에 대한 대비가 진행되고 있다. 강변저류지 설치를 통해 유역의 홍수량을 분담하고 인접지역의 침수피해를 예방하는 역할을 기대할 수 있다. 국내에서도 영월군의 상습침수구역에 대한 대비책 중 하나로 국토해양부 및 강원도가 함께 영월강변저류지 조성공사를 추진하고 있다. 영월군은 지난 2002년과 2003년에 태풍 '루사'와 '매미'로 인해 심각한 피해를 입었으며, 2006년 집중호우시에도 현재 저류지 예정지역인 방절리 일대와 영월읍 시가지, 북쌍리 등이 대규모로 침수피해를 입은 바 있다. 해당 저류지의 총 넓이는 68만 8천 $m^2$로 물 290만 $m^3$을 가두어 둘 수 있는 규모이다. 하지만, 영월 강변저류지의 저류용량이 290만 $m^3$에 불과해 홍수예방 효과가 미흡하다는 지적이 잇따르고 있다. 따라서, 적절한 수문운영을 통해 홍수저감량과 저류효과를 증대시키는 홍수예방 방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 적용을 통하여 강변저류지에 설치된 수문의 운영 방법을 개선함으로써 홍수저감량을 최대화하고자 하였다. 수리 수문학적 모형인 HEC-RAS, HEC-I 모형을 연계 운용하여 평창강 유역을 대상으로 수문분석, 홍수유출량 분석, 하류 하천의 홍수영향 분석 결과를 도출하였다. 강변저류지 설치로 인하여 저류지 직하류부를 기준으로 약 $131\;m^3/s$의 첨두홍수량 저감 효과가 발생하는 것으로 검토되었지만, 본 연구에서 제안된 최적화 기법이 적용된 수문운영 방법을 병행하여 운영한다면 추가적으로 $24\;m^3/s$를 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 효율적으로 저류지를 운영하여 홍수피해를 사전에 방지하고 나아가 다른 저류지 유역에도 본 연구를 적용하여 홍수피해를 줄이고 합리적으로 용수를 이용하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.66-73
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• 2022

물산업 우수제품 지정제도는 우수제품의 기술규격을 만족하는 물산업 우수제품을 사용자가 우선 구매토록 유도하여 국내 물기업의 기술개발 촉진 및 시장 활성화를 통한 물산업 선순환 구조 조성을 목적으로 한다. 본 연구에서는 2가지 용량의 펌프를 대상으로 물산업 우수제품으로 지정된 제품과 일반제품의 비용측면의 장점에 대한 객관적인 근거를 사용자에게 제시하고자 하였다. 비용측면의 장점에 대한 분석방법으로 생애주기비용 분석(Life Cycle Cost; LCC)을 통한 경제성 평가를 실시하였고, LCC에 필요한 각종 자료를 조사하였다. 조사한 항목으로는 초기투자비용(펌프 구매비용, 설치비용), 운영비용(에너지비용, 유지관리비용) 및 철거비용(폐기 비용, 잔존가치)이다. 2가지 용량의 우수제품과 일반제품을 비교한 결과, 1,860m³/h 용량(이하 대용량)에서 15년의 운영기간동안 우수제품의 생애주기 비용이 대략 212백만원 정도 적게 소요될 것으로 예측되었으며, 360m³/h 용량에서는 우수제품의 생애주기 비용이 17백만원 정도 적게 소요될 것으로 예측되었다. 또한, 대용량 펌프의 우수제품에 대하여 민감도 분석을 추가로 실시하여 펌프 생산 시 제품의 생애주기 비용을 절감하기 위해 고려해야 할 사항을 살펴보았다. 그 결과 펌프의 효율 향상과 소모품의 교체주기를 증가시키는 방향으로 제품을 개발하는 경우, LCC에 미치는 효과가 클 것으로 예측되었다.

• 한국가스학회지
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• 제24권2호
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• pp.1-8
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• 2020

원심펌프는 통상적으로 임펠러를 고속으로 회전시켜 원심력을 통해 유체 에너지를 전달하는 설비로서 기화용 해수펌프, 공업용수 및 해수를 사용하는 소화펌프 등 많은 LNG 생산기지에서 사용하고 있는 주요 프로세스 설비이다. 현재 LNG 플랜트 현장에서의 펌프는 장기간 수요처가 원하는 공급량에 따라 운전조건이 변동되어 펌프의 성능이 저하되고 있다. 특히 펌프는 플랜트 현장에서 소비 전략량의 많은 부분을 차지하고 있어, 최적의 운전조건을 찾지 못한다면 장기간 플랜트 운영 시 막대한 에너지 손실비용을 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 펌프의 운전조건별 변동에 따른 유동해석 및 결과분석을 통하여 성능저하 요인을 파악하고 최적의 운전조건을 확인하는 기술이 필요하다. 실험기법을 통해 운전 효율성 평가를 하기 위해서는 현장의 운전조건과 실험장비 제작 등 상당한 시간과 비용이 발생되기 때문에 신속하고 정확한 전산유체역학(CFD) 기법을 활용하여 본 연구에서 결과를 도출하였다. 펌프의 성능이 현장의 사정에 맞지 않아 펌프 성능을 줄일 필요가 있는 경우, 회전수에 변화를 주거나 고점도 혹은 고형물이 함유된 특수액을 사용하는 방법 등이 사용된다. 특히 LNG 생산기지의 설비운영에 차질이 발생하지 않도록 하기 위해 단시간 내에 펌프의 기존 임펠러를 가공하여 필요한 성능 조건을 만족시키는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 펌프의 기존 회전차를 가공한 3D 모델링 형상을 적용하여 ANSYS CFX 프로그램으로 유동해석을 수행하였다. 유동해석 결과와 MATLAB 프로그램의 Curve Fitting Toolbox를 활용하여 수치 해석적으로 분석하여 회전차 외경수정 이론식을 검증하였다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2011년도 춘계학술논문발표회 논문집
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• pp.144-147
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• 2011

동시다발적인 산불발생시 한정된 진화자원을 효과적으로 운영하여 산불피해를 최소화하기 위해서는 산불상황에 맞는 진화자원 투입과 배치가 이루어져야 한다. 이를 위해서는 진화자원 투입 및 운영 의사결정을 할 수 있도록 각 진화자원별 진화능력단위에 대한 평가가 이루어져야 한다. 하지만 아직 국내 외적으로 산불진화자원에 대한 진화능력단위 산정에 관한 연구가 이루어져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 진화자원을 중심으로 진화능력단위 기준 설정과 함께 각 진화자원별 진화능력단위를 산정하였다. 우리나라 진화자원은 크게 지상진화자원과 공중진화자원으로 구분됨으로 지상진화에 투입되는 주요 진화자원인 등짐펌프 및 불갈퀴 등 손도구를 이용하는 진화인력과 산불진화차량, 이동식 동력살수장치와 산불진화헬기로 구성되는 공중진화자원에 대해 진화효과를 분석, 능력단위를 산정하는 방법을 제시하였다.

• 상하수도학회지
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• 제32권5호
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• pp.421-434
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• 2018

Water supply/intake pumps operation use 70~80% of power costs in water treatment plants. In the water treatment plant, seasonal and hourly differential electricity rates are applied, so proper pump scheduling can yield power cost savings. Accordingly, the purpose of this study was to develop an optimal water supply pump scheduling scheme. An optimal operation method of water supply pumps by using genetic algorithm was developed. Also, a method to minimize power cost for water supply pump operation based on pump performance derived from the thermodynamic pump efficiency measurement method was proposed. Water level constraints to provide sufficient disinfection performance in a clearwell and reservoirs were calibrated. In addition, continuous operation time constraints were calibrated to prevent frequent pump switching. As a result of optimization, savings ratios during 7 days in winter and summer were 4.5% and 5.1%, respectively. In this study, the method for optimal water pump operation was developed to secure disinfection performance in the clearwell and to save power cost. It is expected that it will be used as a more advanced optimal water pump operation method through further studies such as water demand forecasting and efficiency according to pump combination.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1739-1743
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• 2009

현재 국내에는 하천시설물의 인증과 관련한 제도와 법령이 마련되어 있지 않다. 하천시설물과 관련된 인증 제도는 효율적인 하천시설물의 유지관리를 가능하게 하고, 치수 안전성 증대에 기여할 수 있다. 본 연구는 미국의 제방 인증(levee accreditation) 제도를 분석하여 국내에 적용하는 방안에 관한 것이다. 미국의 연방 재난 관리국(Federal Emergency Management Agency; FEMA)은 국가 홍수 보험 프로그램(National Flood Insurance Program; NFIP)을 관리하고 있는데, 그의 일환으로 제방 인증 제도를 시행하고 있다. 제방의 인증은 제내지를 보호하는 제방 시스템이 100년 빈도의 홍수에 대한 방어 능력이 있는지를 기술적으로 검토하는 것이다. 여기서 제방 시스템이란, 제방, 홍수벽, 수문 장치, 펌프시설, 암거, 내수 배제 시설 등 홍수로부터 제내지를 보호하기 위한 모든 시설을 포함한다. 미국은 제방 인증을 위한 제도로서 연방 규정 조례(code of federal regulation; CFR)를 두어 제방 시스템의 설계, 운영, 유지관리의 기준을 마련하였다. 제방 인증을 신청하는 기관은 연방 규정 조례에서 정의된 제방 시스템의 운영 및 유지관리에 관한 문서를 갖추어야하고, 공학적인 설계 기준에 대하여 면밀히 검토되어야 한다. 운영 및 유지관리에 관한 사항은 수문과 내수배제 시스템을 포함한 제방 시스템의 홍수 시 운영 지침과 운영실적, 유지보수 지침과 점검 보고서 등이다. 공학적인 설계 기준에 대한 검토사항은 제방의 여유고, 수문, 호안, 제방과 기초의 안정성, 침하, 내수배제에 관한 분석 결과이다. 이러한 제방의 인증에 필요한 기술적인 검토 자료와 관련 문서는 등록된 전문 기술자나 제방의 설계와 시공능력을 갖춘 연방 기관을 통해 보증(certification) 되어야 한다. 현재, 미국에서 제방의 보증을 결정하는 대표적인 기관은 미 공병단(U.S. Army Corps of Engineers; USACE)이다. 제방 보증의 유효기간은 최대 10년이지만 검사와 평가가 지속되고, 유효 기간 만료 전이라도 언제든지 재검토될 수도 있다. 또한, 제방 시스템 전체에 대하여 보증 여부를 결정하고, 개별 시설에 대한 보증이나 조건부 보증은 수행하지 않는다. 국내에 제방 인증 제도를 도입하기 위해서는 제방 인증에 관한 절차, 수행 기관, 수행 방법 등에 대한 규정과 제도가 마련되어야 하고, 현재 국내에서 수행되고 있는 하천시설물의 안전도 검사 방법을 포함한 평가 지표와 평가 기술에 대한 인증 표준화가 요구된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.