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장중석 ( Jungseok Jang ),황일환 ( Ilhwan Hwang ),김병규 ( Byounggyu Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-
산업사회의 발달과 더불어 농업경영과 관개배수에도 기존의 개수로식 용수로를 이용한 급수시설을 점차 관수로화 함으로써 용수의 효율적인 이용을 모색하고 있다. 그러나 농업용 용수로 설계요령 및 기준이 개수로 설계 위주로 되어 있어 관수로 설계시 관망해석을 해야 함에도 불구하고 관수로 마찰손실 공식에 의한 수두손실만을 고려하고 있는 경우가 많아 시공 후 많은 문제점이 발생하고 있는 실정이다. 본 연구는 이와 같은 문제를 해소하고자 최신의 최적화 기법을 이용하여 관수로 관경을 최적화하여 관망을 해석함으로써 농업용관수로의 최적설계를 구현할 수 있는 의사결정 지원시스템을 제시하고자 하였다. 최소 관경을 결정하기 위한 최적화 기법으로는 토목구조, 교통, 상수도 관망, 수문 등 많은 분야에 활용 중인 화음탐색법(Harmoney Search)을 선정하여 프로그래밍하고, 이를 오픈 소스 기반의 관망해석 프로그램(EPA-NET)과 연동함으로써 관경최적화 프로그램을 구현하였다. 관수로 최적설계의 모형은 임의의 관경을 갖는 관수로의 관경정보(Harmony Memory) 구성하고 EPA-NET 기반에서 수리학적 타당성을 검토한 후 최적관경 여부를 판단하여 최소 관경조건을 만족하지 않을 경우 HMCR, PAR를 적용하여 HM을 재구성한 후 다시 수리학적 타당성과 최적관경을 검토하는 과정을 반복하여 최소관경을 구하도록 하였다. 이때 최적관경을 결정하기 위한 목적함수로는 유량, 압력, 유속 및 경제성의 네가지 조건을 적용하였다. 관경최적화 프로그램의 적용은 EPA-NET 샘플 중 우리공사에서 많이 사용하는 수지형과 망형을 이용하였다. 망형 관수로의 경우 수로조직은 12개의 관로와 1개의 수원공, 1개의 조압수조로 구성되어 있으며 당초최대유속은 2.35feet/s, 최소유속은 0.19feet/s로 유속의 차이는 2.16feet/s, 전체 유속의 편차는 0.81이었으나 최적화 결과 최대유속은 1.26feet/s, 최소유속은 0.56feet/s로 유속의 차이는 0.7feet/s, 전체 유속의 편차는 0.20으로 각 관로에서 매우 고른 유속분포를 보이게 되었다. 이때 검토대상 관경은 최소 6인치에서 30인치까지 13개의 관경을 고려하였으며 이론적인 최적의 조합은 1312으로 약 23조(2.3E+13)번의 관망해석을 수행해야 찾을 수 있으나 최적화 기법을 이용하여 2,281회의 반복 계산을 통해 단 수초만에 최적의 해를 찾을 수 있었다. 수지형 관수로의 경우에도 당초 역방향 유향발생이 발생하고 최대최소 유속차이가 무려 28.62m/s, 평균유속 3.83m/s이었으나 최적화 결과 각 관로의 유향은 모두 정상이며 최대최소 유속차이는 2.23m/s, 평균유속 0.99m/s로 안정화 되었다. 이와 같이 최적화 알고리즘이 적용된 설계기법을 통해 용수 수요공급의 불균형을 해소하고 관경절감의 효과를 얻을 수 있음을 확인하였으며, 향후 최적설계기법을 실무에 적용하여 세밀한 검증을 거치고 보다 효율적인 최적화 기법 연구를 병행한다면 농업용관수로의 설계에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
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