재해에 대비한 수자원 시스템의 지속가능성 및 복원성에 관한 연구

강두선,김태웅,안재현,Kang. Doosun,Kim. Tae-Woong,Ahn. Jae-Hyun 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

본 연구에서는 예기치 않은 재해에 대비한 물 공급 수자원 시스템의 재해대비성에 대한 지표로서 시스템의 지속가능성(sustainability)과 복원성(resilience)을 (이후, S&R) 산정하는 방안을 제안하였다. 물 공급 시스템을 크게 세 가지 규모(scale)로 구분하였는데, 1) 대규모 시스템은 수계 단위의 수자원 시스템을 의미하며, 2) 중규모 시스템은 권역별 상 하수 및 송 회수 시스템을 나타내고, 마지막으로 3) 소규모 시스템은 지역별 물 배분 시스템을 의미한다. 제안된 정량화 지표를 간단한 수자원 시스템에 적용, 그 활용가능성을 살펴보았으며, 향후 대규모 실제 시스템에 적용하여 재해에 대비한 시스템의 기능 평가/검증 및 설계에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 지금까지 개념적으로만 소개되었던 지속가능성과 복원성에 대한 정량화된 지표를 제시함으로써, 기존 물 공급 시스템의 장래 지속가능성 검증, 재해 및 사고에 대한 복원가능성을 판단하는 지표로 활용이 가능하며, 또한 새로 구축하고자 하는 시스템의 계획 및 설계에 있어서는 최적화기법등의 목적함수로 활용이 가능할 것이다. This paper sets forth key concepts and advances working definitions for sustainable and resilient infrastructures (S&R-Infra), specifically for water systems. Three water infrastructure scales, such as large, medium, and small scales are considered, each of which is represented by water resource system, regional water and wastewater infrastructure, and local water distribution system, respectively. All three scales are interconnected each other since water travels from sources to end users and returns the other way. This study is beneficial by suggesting indicators to evaluate system sustainability and resilience against outer disturbances. After S&R definitions and potential indicators are provided, application examples are examined to demonstrate the applications of the proposed indicators. Application results show that the proposed indices are useful for quantifying water system performance. While the approach is refined and applied to synthetic cases, it may be considered applicable to real-world systems as system performance indicators and/or system planning and design goals within an optimization framework.

상수관망 시스템의 지진재해 복구 프로그램 개발

강두선,유도근,김중훈,Kang. Doosun,Yoo. Do Guen,Kim. Joong Hoon 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.1

한반도가 더 이상 지진재해에 안전한 지역이라 확신할 수 없는 상황임에도 불구하고 사회기반시설인 상수관망 시스템의 지진재해에 대한 대응방안이 매우 미흡한 실정이다. 지진피해를 최소화하기 위해서는 시스템의 사전 보강 및 내진설계가 선행되어야 한다. 하지만, 자연재해를 완전히 대비할 수 없는 현실을 감안하면 재해가 발생한 이후에 상실된 시스템의 기능을 최대한 신속히 복구하는 노력이 더욱 중요하다 할 수 있다. 본 연구에서는 지진발생 시 시스템의 신속한 대응 및 복원을 위한 컴퓨터 기반 시뮬레이션 모형의 개발방안을 제시하였다. 이를 위해 과거 한반도에 발생한 지진자료와 일본, 대만, 미국 등 해외에서 발생한 과거 지진피해 사례, 관련 데이터, 연구 등을 종합적으로 검토하여 다양한 시나리오의 구성이 가능하도록 하였다. 또한, 정밀한 수리해석을 통해 지진발생 후 시간에 따른 시스템의 복구진행상황을 정량화하여 시간모의가 가능하도록 하였다. 개발 모형은 재해발생에 따른 시스템의 상태를 Risk-free, Virtual 환경에서 구현할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 사후 복구 측면에서의 시스템 복원력 증진을 도모하고 실무자들의 신속한 시스템 복구대책을 마련하기 위한 (복구순서 결정, 복구인력 및 장비 배치 등) 중요한 의사결정 수단으로 활용될 수 있을 것이다.

Water-Energy-Food Nexus 평가를 위한 데이터베이스 구축과 모형 개발

강두선(Doosun Kang),정기문(Gimoon Jeong) 대한토목학회 2018 대한토목학회지 Vol.66 No.6

수자원 시설 연계운영 기반의 물 부족 규모별 비상대응 체계 구축

강두선(Kang, Doosun),김연주(Kim, Yeonjoo),김영오(Kim, Young-Oh),박진혁(Park, Jin-Hyeok),이경도(Lee, Kyung-do) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

상수도 시스템 지진 신뢰성의 합리적 평가를 위한 적정 지반운동예측식 결정

최정욱,강두선,정동휘,이찬욱,유도근,조성배,Choi, Jeongwook,Kang, Doosun,Jung, Donghwi,Lee, Chanwook,Yoo, Do Guen,Jo, Seong-Bae 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.9

The water supply system has a wider installation range and various components of it than other infrastructure, making it difficult to secure stability against earthquakes. Therefore, it is necessary to develop methods for evaluating the seismic performance of water supply systems. Ground Motion Prediction Equation (GMPE) is used to evaluate the seismic performance (e.g, failure probability) for water supply facilities such as pump, water tank, and pipes. GMPE is calculated considering the independent variables such as the magnitude of the earthquake and the ground motion such as PGV (Peak Ground Velocity) and PGA (Peak Ground Acceleration). Since the large magnitude earthquake data has not accumulated much to date in Korea, this study tried to select a suitable GMPE for the domestic earthquake simulation by using the earthquake data measured in Korea. To this end, GMPE formula is calculated based on the existing domestic earthquake and presented the results. In the future, it is expected that the evaluation will be more appropriate if the determined GMPE is used when evaluating the seismic performance of domestic waterworks. Appropriate GMPE can be directly used to evaluate hydraulic seismic performance of water supply networks. In other words, it is possible to quantify the damage rate of a pipeline during an earthquake through linkage with the pipe failure probability model, and it is possible to derive more reasonable results when estimating the water outage or low-pressure area due to pipe damages. Finally, the quantifying result of the seismic performance can be used as a design criteria for preparing an optimal restoration plan and proactive seismic design of pipe networks to minimize the damage in the event of an earthquake.

하수 재이용수의 활용을 위한 경제성 분석: 용인시 소재 골프장 조경용수 공급

임갑율,강두선,Lim, Gabyul,Kang, Doosun 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.4

최근 물 사용량의 증가와 잦은 가뭄 발생으로 인해 물 부족 현상이 심화되고 있다. 따라서 기존 취수원에 대한 의존도를 줄이고 버려졌던 물의 재이용을 활성화하여 친환경적이며 지속가능한 대체수원을 확보할 필요성이 부각되고 있다. 국내에서 활용가능한 물 재이용 방법은 빗물재이용, 중수 재이용 및 하수재이용 등 크게 세 가지로 구분할 수 있으나, 아직 국내에는 물 재이용이 활발하게 추진되고 있지 않다. 본 연구에서는 세 가지 물 재이용 방안 중 연중 발생량이 일정하고 이용가능 수량이 많으며, 수질이 비교적 양호한 하수재이용수의 활용방안을 모색하였다. 적용대상 지역으로 선정한 용인시는 총 26곳의 골프장이 운영 중에 있으며 이는 전국에서 운영 중인 골프장의 약 10%에 해당한다. 골프장은 시설 운영을 위해 많은 양의 용수를 소비하는 대규모 수요처이므로 재이용수를 활용한다면 큰 경제적, 사회 환경적 편익을 얻을 수 있을 것이다. 본 연구에서는 용인시를 대상으로 하수처리장 인근에 위치한 골프장 내 조경용수로 하수재이용수를 활용하였을 경우의 경제적 효과를 비용 및 편익 추정을 통해 분석하였다. Recently, increased water demand and frequent droughts caused severe water shortages in South Korea. Thus, reusing the reclaimed water is receiving attention as an alternative water source rather than depending on the conventional water supply. In South Korea, three types of water reuse are mainly applied, such as rainwater reuse, gray water reuse and wastewater reuse. In this study, the wastewater reuse was analyzed since the amount of treated wastewater is relatively constant over the year and typically the water quality is acceptable for reuse. In Yongin-si, there are 26 golf clubs, which is about 10% of entire facilities currently operating in South Korea. The golf courses consume significant amount of water for landscaping; thus, if the reclaimed water used, the economic, social and environmental benefits would be tremendous. This study estimates the economic benefits and costs when supplying the reclaimed wastewater for landscaping of golf courses as a case study in Yongin-si.

계층적 수질모의기법을 이용한 상수관망시스템의 시공간 잔류염소농도 예측

정기문,강두선,황태문,Jeong, Gimoon,Kang, Doosun,Hwang, Taemun 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.9

최근 국내 상수도 관리 기술은 고도로 발달하고 있으며, 이 과정에서 상수관망 내 용수공급 현황을 파악하고 예측하기 위한 컴퓨터 수리·수질 해석 모형은 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 그러나 대규모 네트워크의 경우 컴퓨터 해석모형의 부담을 가중하고, 특히 짧은 계산시간 간격과 긴 모의 시간이 요구되는 수질해석의 경우, 막대한 계산시간이 소요되어 다양한 수질모의 및 분석이 어려운 경우가 발생한다. 본 연구에서는 대규모 상수관망시스템의 수질해석의 계산효율을 개선하기 위해 상수도 공급계통을 2단계로 계층화한 후, 계층화된 네트워크를 대상으로 수질모의를 수행하는 계층적 수질모의 기법을 제안하였다. 제안된 모의기법은 국내 대규모 상수도 네트워크에 적용하였으며, 다양한 염소투입농도 시나리오에 따른 잔류염소농도의 시공간적 분포를 모의하고 분석한 결과를 제시하였다.

상수관망 시스템의 골격화 기법 평가

최정욱,강두선,Choi, Jeong Wook,Kang, Doosun 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.10

대규모 상수관망 시스템의 운영비용 절감을 위한 펌프장 운영 최적화 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 이러한 상수관망 시스템 운영 최적화에 대한 연구를 수행하기 위해서는 짧게는 24시간, 길게는 1주일 이상의 시간모의가 필수적이며, 최적화 알고리즘과의 연계를 통한 시뮬레이션이 요구된다. 대규모 상수관망의 경우 관로 및 절점의 수가 수 천 혹은 수 만개에 달해 수리해석 및 최적화에 많은 시간이 소요되며 실시간 운영을 목적으로 하는 경우 모형의 적용에 한계가 발생한다. 이처럼 모의시간에 대한 문제를 해결하기 위해서는 해당 상수관망 시스템의 수리 거동, 수질 해석 결과를 변화시키지 않는 범위에서 관망을 간소화 할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내에서 실제로 운영되고 있는 송, 배수 시스템의 일부를 대상으로 시스템 간소화, 즉 골격화(Skeletonization) 연구를 진행하였으며, 모두 네 가지의 골격화 기법을 비교, 평가하였다. 본 연구에서 제안된 골격화 기법을 통해 대규모 상수관망의 해석에 소요되는 시간을 단축함으로써, 실제 상수관망의 실시간 운영 모듈 개발에 도움이 될 것으로 기대한다. Studies of optimizing pump operation in water distribution networks (WDN) are receiving spotlight in recent days. However, the water networks are quite complex including thousands of or even tens of thousands of nodes and pipes, thus simulation time is an issue. In some cases, implementing a computer model for pump operation decisions is restrictive due to intensive computation time. To that end, it is necessary to reduce the simulation time of water networks by simplifying the network layout. In this study, WDN skeletonization approaches were suggested and applied to a real water transmission network in South Korea. In skeletonizing the original network, it was constrained to match the water pressure and water age in the same junction locations to maintain the hydraulic and water quality characteristics in the skeletonized network. Using the skeletonization approaches suggested in this study, it is expected to reduce the simulation time of WDN and apply for developing a computer module of WDN real-time optimal operation.

선형계획법을 이용한 정수장 취수계획 최적화

정기문,이인도,강두선,Jeong, Gimoon,Lee, Indoe,Kang, Doosun 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.8

본 연구에서는 지능형 정수장 운영시스템 개발 연구의 일환으로 선형계획법(Linear Programming, LP)을 이용한 정수장 취수계획 최적화 모형을 개발하였다. 개발된 최적화 모형은 원수의 정수처리비용의 최소화를 목적함수로 설정하였으며, 취수 후 정수처리에 소요되는 지연시간과 시간별 전력단가를 고려하여 취수가능량, 예측수요량, 정수지 운영수위 등의 제약조건을 만족하는 최적 취수계획을 제시하였다. 국내 H 정수장을 대상으로 경제적이고 안정적인 정수장 운영을 위해 세 가지 최적화 전략을 적용하고, 그 결과를 경제성과 안정성 측면에서 비교, 분석하였다. 개발 모형은 국내 정수장의 보다 효율적인 취수계획 수립을 위한 의사결정 지원시스템의 형태로 실무에서 활용이 가능할 것으로 기대된다. An optimization model of water intake planning is developed based on a linear programming (LP) for the intelligent water purification plant operation system. The proposed optimization model minimizes the water treatment costs of raw water purification by considering a time-delay of treatment process and hourly electricity tariff, which is subject to various operation constraints, such as water intake limit, storage tank capacity, and water demand forecasts. For demonstration, the developed model is applied to H water purification center. Here, we have tested three optimization strategies and the results are compared and analyzed in economic and safety aspects. The optimization model is expected to be used as a decision support tool for optimal water intake scheduling of domestic water purification centers.

저류특성을 고려한 북한강수계 발전용댐의 유형 구분방안 제시

최정욱,정기문,강두선,안정환,김태순,Choi, Jeongwook,Jeong, Gimoon,Kang, Doosun,Ahn, Jeonghwan,Kim, Taesoon 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.8

Climate change threatens the security of domestic water resources in South Korea. To overcome the potential water shortage, various approaches are being studied by alterning the operation of dams or by integrated operation of multiple dams and reservoirs. However, most of the related researches were developed and applied for multi-purpose dams, and few studies were conducted for the hydropower dams. The main purpose of the hydropower dam is to generate electric energy; however, the potential water shortage due to prolonged droughts brings the idea to supply water from the hydropower dam in the basin. To that end, it is required to estimate the water supply ability of the hydropower dams. In this study, we proposed a methodology to classify the hydropower dam into a "storage-type" and "run-of-river type" dam. The proposed approach was demonstrated using the hydropower dams located in North-han River basin. The results of this study are expected to contribute for further analysis of the hydropower dams, such as evaluation of water supply capacity and drought mitigation purpose operation of the hydropower dams.