네트워크 효율 최적화를 위한 물분배 시스템에서의 격자 비율 선정 = Finding a grid ratio of water distribution system for an optimal network efficiency

국문 초록 (Abstract)

물 공급망은 사회기능에 필수적인 수자원을 수요지로 공급하는 중요한 사회기반시설로써, 시스템의 안정적인 기능을 유지하는 것은 필수적이다. 이러한 지속가능한 상수도관망의 기능성 향상을 위해, 구조적 및 기능적 취약도 분석을 통한 회복탄력성관련 연구들이 활발히 진행 중에 있다. 상수도 관망은 공급원과 수요원이 구성요소로써 존재하며, 관망을 노드와 엣지로 구성된 2차원 복잡계 네트워크로 표현할 수 있다. 또한, 복잡계 네트워크로 표현된 상수도관망은 격자 및 수지선 네트워크로 구성 되어있다. 하지만, 이러한 실제 상수도관망의 특성을 반영한 네트워크 모델은 거의 없다. 본 연구에서는 (1) 상수도관망 특성을 반영한 네트워크 모델 생성 및 다양한 격자비율에 따른 무작위 네트워크 생성, (2) 개선된 네트워크 지표를 활용한 기능성 분석, (3) 무작위 정적 파괴 시나리오에 따른 네트워크의 취약성 분석, (4) 도출된 결과들과 실제 상수도관망의 비교분석을 수행한다. 연구 결과, 상수도관망의 구조가 격자비율이 증가함에 따라 수지선에서 격자로 변할 때 구조적 지표의 변화가 선형성을 보인 반면, 기능적 지표들의 결과는 임계점을 갖는 비선형적 거동을 보였다. 또한, 파괴 시나리오에 따른 취약도 분석결과에서 격자비율에 따른 비선형성을 관측할 수 있었다. 특정 임계점 이전까지의 격자비율 증가는 네트워크의 기능성을 가파르게 상승시키나 임계점 이후의 증가는 상대적으로 일정한 기능성을 보였다. 이는 상수도관망 내 격자비율이 증가할 때 특정 임계점까지는 효율적인 기능성 향상을 기대할 수 있으나 그 이후에는 그만큼 효율적이지 못하다는 것을 의미한다. 실제 사례와의 비교분석 결과, 사례의 격자비율이 임계점보다 낮고 동일한 제원을 갖는 네트워크들 중 낮은 기능성을 보였다. 이는 격자비율을 임계점까지 증가시킴으로써 효율적으로 기능성을 확보할 수 있음을 암시한다. 본 연구의 분석결과를 토대로 향상시키고자하는 네트워크의 기능성에 대한 각각의 임계점을 식별할 수 있으며, 이를 통해 각 지표가 내포하는 관점에서 최적의 회복탄력적 설계 방향을 제시할 수 있다.