• 한국GIS학회:학술대회논문집
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• 한국GIS학회 1999년도 추계학술대회 발표요약문
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• pp.21-25
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• 1999

Planning support systems(PSS) add more advanced spatial analysis functions than Geographic information systems(GIS) and intertemporal functions to the functions of spatial decision support systems(SDSS). This paper reports the continuing development of a PSS providing a framework that facilitates urban planners and civil engineers in conducting coherent deliberations about planning, design and operation & maintenance(O&M) of water-distribution networks for urban growth management. The PSS using dynamic optimization model, modeling-to-generate-alternatives, value engineering(VE) and life-cycle cost(LCC) can generate network alternatives in consideration of initial cost and O&H cost. Users can define alternatives by the direct manipulation of networks or by the manipulation of parameters in the models. The water-distribution network analysis model evaluates the performance of the user-defined alternatives. The PSS can be extended to include the functions of generating sewer network alternatives, combining water-distribution and sewer networks, eventually the function of planning, design and O&H of housing sites. Capacity expansion by the dynamic water-distribution network optimization model using MINLP includes three advantages over capacity expansion using optimal control theory(Kim and Hopkins 1996): 1) finds expansion alternatives including future capacity expansion times, sizes, locations, and pipe types of a water-distribution network provided, 2) has the capabilities to do the capacity expansion of each link spatially and intertemporally, and 3) requires less interaction between models. The modeling using MINLP is limited in addressing the relationship between cost, price, and demand, which the optimal control approach can consider. Strictly speaking, the construction and O&M costs of water-distribution networks influence the price charged for the served water, which in turn influence the. This limitation can be justified in rather small area because price per unit water in the area must be same as that of neighboring area, i.e., the price is determined administratively. Planners and engineers can put emphasis on capacity expansion without consideration of the relationship between cost, price, and demand.

• 상하수도학회지
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• 제29권3호
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• pp.293-303
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• 2015

Optimal design of the water supply pipe network aims to minimize construction cost while satisfying the required hydraulic constraints such as the minimum and maximum pressures, and velocity. Since considering one single design factor (i.e., cost) is very vulnerable for including future conditions and cannot satisfy operator's needs, various design factors should be considered. Hence, this study presents three kinds of design factors (i.e., minimizing construction cost, maximizing reliability, and surplus head) to perform multi-objective optimization design. Harmony Search (HS) Algorithm is used as an optimization technique. As well-known benchmark networks, Hanoi network and Gyeonggi-do P city real world network are used to verify the applicability of the proposed model. In addition, the proposed multi-objective model is also applied to a real water distribution networks and the optimization results were statistically analyzed. The results of the optimal design for the benchmark and real networks indicated much better performance compared to those of existing designs and the other approach (i.e., Genetic Algorithm) in terms of cost and reliability, cost, and surplus head. As a result, this study is expected to contribute for the efficient design of water distribution networks.

• 상하수도학회지
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• 제12권2호
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• pp.90-98
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• 1998

The optimal rechlorination in water distribution systems was investigated by incorporating optimization techniques into a numerical water quality model. For a hypothetical system that consists of 10 junctions including a storage tank and 12 links, the bulk ($k_b$) and pipe-wall ($k_w$) decay-rate constants of chlorine residual are assumed to be 2.0 1/day and 1.5 m/day, respectively. It was also assumed that the lower and upper limits of chlorine residual in the network are 0.2 mg/L and 0.6 mg/L. When the chlorine source is only the storage tank (without rechlorination), the high levels of chlorine residual appear near the storage tank to maintain the chlorine residuals above the lower limit over the junctions. On the other hand, the chlorine residuals in the network are distribute within the desirable range (0.2 - 0.6 mg/L) after the optimal rechlorination through five injection sites including the storage tank. In case of a real water distribution system that comprises 28 junctions including a clear well and 27 links, the bulk and pipe-wall decay-rate constants are 0.3 1/day and 0.2 m/day, respectively. Before rechlorination, the required chlorine residual at the clearwell is 5.1 mg/L to keep the chlorine residuals above the minimum level (0.6 mg/L) over the junctions. By the optimal rechlorination at five injection sites, the chlorine residuals are distributed within a desirable range of 0.6 mg/L through 2.0 mg/L, which can avoid the excess of chlorine residuals near the clear well. Consequently, total chlirine doses are decreased by 81% in the hypothetical distribution network and 69 % in the real distribution network for satisfying the minimum chlorine residuals.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.59-70
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• 2022

상수도관망은 대표적인 사회기반시설로 수원에서 수용가에게 물을 공급하는 과정에서 병원성 미생물을 소독하기 위해 염소를 주입한다. 안전한 물의 공급을 위해 잔류염소 농도 기준(0.1-4.0 mg/L)을 유지하도록 규정하고 있으나, 사용자의 사용 패턴, 수령, 상수도관망의 형식 및 특징은 수리학적(i.e., 절점의 압력, 관로의 유속) 및 수질적(i.e., 잔류염소 농도) 특징에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 Multi-objective Harmony Search (MOHS)를 사용하여 수질-수리 인자를 고려한 상수도관망 최적 설계 기법을 개발하였다. 설계인자로는 설계비용과 시스템 탄력성을 고려하였으며, 절점의 압력과 잔류염소 농도를 제약조건으로 적용하였다. 도출된 최적설계안은 상수도관망의 형식 및 특징에 따라 분석하였다. 이러한 최적설계안은 경제적인 측면과 수질 측면의 안전성을 충족할 수 있으며, 사용자의 사용성을 증가시킬 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.500-504
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• 2008

The objective of this paper is to evaluate the feasibility of using an optimization model as a effective way to search conjunctive operation scheme to meet two conditions; one is to minimize the electric cost for pumping and another is to meet the water demand for satisfying customers. The feasibility is confirmed as comparing the best combinations of pumps between multi-regional water supply networks from multiple sources which are obtained through an optimization modeling and EPAnet modeling. KModsim model, a network optimization model, was used to determine conjunctive operation scheme in the pipe system. KModsim, based on Lagrangian Relaxation algorithm, is useful for modeling network system and obtaining simultaneously pump combination and water allocation with given input option such as energy unit cost supplying from a source into a consumer, operating pumping combination. This study develops the procedure of determining optimal conjunctive operation scheme with using KModsim model. As a study region, the water supplying systems of the Geojae-city in the Geongsang Namdo Province was selected and investigated. The EPAnet hydraulic simulation result(Ryu et al, 2007, KSWW) gave input data for optimization model; energy unit price(won/$m^3$), water service available area etc.. It was assured that the combination of pump operation through optimum conjunctive operation is to be optimum scheme to obtain the best economic water allocation with comparison to the hydraulic simulation result such as electric cost and pump combination cases. The results obtained through the study are as follows. First, It was found that a well-allocated water supply scheme, the best combination of pump operation through optimum joint operation, promises to save the electric cost and satisfy all operational goals such as stability and revenues during the period. Second, an application of KModSim, a network model, gave the amount of water allocation from each source to a consumer with consideration of economic supply. Finally, in a service area available to supply through conjunctive operation of existing inter-regional water supply networks within short distance, a conjunctive operation is useful for determining each transmission pipeline's service area and maximizing the effectiveness of optimizations in pumping operation time.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권4호
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• pp.291-300
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• 2019

상수관망시스템 내 관로가 파손될 경우, 수리를 위해 파손 관로와 인접한 밸브를 차폐하게 된다. 이때, 밸브 차폐로 인해 관망의 일부분이 고립되어 용수공급이 차단되는 단수구역이 발생하게 된다. 단수구역은 파손 관을 포함한 직접고립지역과 직접고립지역으로 인해 의도치 않게 수원으로부터 물 공급이 차단되는 간접고립지역으로 구분된다. 따라서, 관 파손에 의한 단수구역 및 단수용량은 시스템 내 설치된 밸브의 개수와 위치에 크게 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 상수관망시스템 내 최적의 밸브위치를 결정하기 위해 최적화 모형을 개발하고 적용하였다. 예시 관망을 대상으로 단수용량 최소화를 목적함수로 설정한 단목적 최적화와 단수용량과 밸브 설치비용을 동시에 최소화하는 다목적 최적화를 각각 수행하였으며, 두 가지 모형을 통해 도출된 최적 밸브설치 결과를 비교, 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권spc1호
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• pp.1197-1210
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• 2022

최근 국내에서는 관로 노후화 및 다양한 수질사고 발생으로 인해 상수도 분야에 대한 관심이 급증함에 따라, 상수도 서비스에 대한 이용자들의 수질민원 또한 증가하고 있다. 수질민원의 경우 실제 수질오염뿐만 아니라 소독을 위한 잔류염소농도에 대한 불편을 포함하고 있으며, 따라서 사용자에게 공급되는 잔류염소농도를 균등하게 유지하기 위해 재염소 처리와 같은 다양한 노력이 시도되고 있다. 본 연구에서는 상수관망 내 잔류염소농도 모의를 위해 적용 대상지역의 수질반응계수를 추정하였으며, 수질기준을 만족시키는 동시에 잔류염소농도 균등화를 고려하기 위한 염소 투입 및 재투입 최적화 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 국내 대규모 지방상수도를 대상으로 적용하였으며, 격자탐색법을 통해 다양한 염소 투입/재투입 계획을 비교 분석하고, 공급 잔류염소농도의 적합성 및 균등성을 중심으로 최적화한 결과를 제시하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.73-80
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• 2010

상수도관망의 최적설계는 단목적함수와 고정된 수리학적 변수로 구성된 비용최소화의 문제로 시작되었다. 하지만, 미래의 불확실한 수요량의 변동과 같이 상수도관망 내에 존재하는 여러 불확실성을 고려하여 설계하는 것이 실제 상수도관망의 거동을 보다 적절히 예측하는 것이다. 따라서 상수도관망 내 존재하는 불확실성을 양적으로 고려하는 다양한 방법이 연구되어 상수도관망의 최적설계에 반영되었고, 다목적함수를 사용한 최적화문제도 다루게 되었다. 본 연구에서는 관망의 절점에서의 수요량과 관의 조도계수를 불확실성을 가진 변수로 두고, 비용 최소화와 관망의 강건성 (Robustness)을 최대화 하는 두 가지 목적함수를 가진 다목적함수 최적화 문제를 다루었다. 최적화 과정은 비용최소화와 불확실성을 고려한 최종 최적화의 두 과정으로 나뉜다. 각 절점에서의 수요량과 관의 조도계수는 베타확률밀도함수 (Beta PDF)를 사용, Latin Hypercube 샘플링 방법으로 불확실성을 고려하였고, 다목적함수의 최적화는 유전자 알고리듬 (Multi-objective Genetic Algorithms, MOGA)을 사용하였다. 제안된 방법은 New York Tunnels이라는 실제 상수도관망에 적용하여 적용성을 검증 하였고 그 결과를 분석하였다. 다목적 최적화 문제에서 최적화가 진행될 수 록 초기 값에 모여 있던 점들이 그 점 주위를 시작으로 해 공간에 최적 해를 찾아 오른쪽 아래 부분으로 탐색해 나가는 것을 확인할 수 있었고 최적설계의 해는 해 공간에서 Pareto Front를 구성하며 파레토 최적해를 구하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.222-222
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• 2011

안전한 수질의 용수를 안정적으로 공급하기 위해 대단위 농업단지를 중심으로 농업용 관수로 건설이 고려되고 있는 환경에서 보다 경제적으로 관수로를 건설하기 위한 연구가 수행되었다. 관수로의 최적 관경설계는 전통적으로 비선형성을 고려하여야 하므로 수리학적 해석모형과 추계학적 탐색기법을 이용한 연구가 수행되었다. 그러나 본 연구에서는 비선형성을 가진 최적 관경시스템의 선형화를 시도한 후, 농지이용에 따른 대표작물에 대한 설계용수량을 사용한 농업용 관수로 관경 최적화를 시도하였다. 제안된 모형을 이용하여 농지의 크기, 작물의 형태, 동수경사선의 기울기에 따라 적합한 관경을 산정하였으며, 그 결과를 이용한 설계 표준화를 시도하였다. 표준화된 설계지침을 이용하면 향후 보다 편리하게 농업용 관수로를 설계할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 실제 관수로에의 적용성을 입증하기 위해 실제 건설되는 농업단지의 설계에 제안된 모형을 이용하고, 시행착오법으로 산정된 결과와 비교하여 그 경제성을 입증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1375-1383
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• 1994

관수로시스템 문제는 수리학적 및 시스템운영 제약조건아래서 시스템의 전체비용을 최소비용으로 구하는 것이다. 관수로시스템 문제는 수많은 국지해(local minimum)을 갖는 비볼록(nonconvex) 이므로 종래의 최적화 기법은 임의의 국지해만을 구할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 좀더 나은 국지해를 구하기 위해 외부탐사 및 내부최적화 단계 즉 2 단계 분해기법을 제안하였다. 외부탐사 단계에서는 관로들의 최적유량을 찾기 위해 여러 국지해 사이를 이동하면서 좀더 나은 국지해를 찾는 방법인 추계학적탐사방법(stochastic probing method)을 이용 하였고 내부최적화 단계(local minimizer)에서는 외부탐사 단계에서 구한 국지해를 증진시킨다. 이 제안한 방법은 신설 관수로시스템 설계와 기존 관수로시스템의 확장에 적용할 수 있으며, 제안한 방법의 효율성을 검증하기 위해 어느 관수로시스템을 표본으로 채택하여 제안한 방법을 적용한 결과 먼저 발표된 연구자들의 결과보다 적은 비용으로 설계할 수 있었다.