상수관망의 신뢰도 산정을 위한 개별 관의 파괴 확률을 고려한 상수관 파괴모의 기법

전환돈,Jun. Hwandon 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.4

상수관망의 신뢰도 산정은 상수관망의 정확한 운영상황을 파악하기 위해서 중요지만 널리 받아들여지는 상수관망의 신뢰도 산정을 위한 방법은 없다. 관파괴와 이에 따른 영향을 바탕으로 한 Jun 등이 제안한 모델은 상수관망의 운영주체에서 실질적으로 활용이 가능한 기법이다. 그러나, Jun 등의 모델에서는 각 관의 파괴확률을 같게 설정하여 관파괴 모의를 실시하였기 때문에 실제 상수관망에서 발생하는 관파괴 양상을 정확하게 반영하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 각각의 관별 파괴확률을 고려하여 관파괴 모의를 가능케 Jun 등의 모델을 개선하여 상수관망의 신뢰도를 산정할 수 있는 모델을 제안하였다. 각각의 관별 파괴확률을 관경과 관길이를 바탕으로 산정하는 회귀식을 이용하여 산정한 후 이를 상수관망 신뢰도 산정을 위한 관파괴 모의에 적용하였다. 제안된 모델을 실제 상수관망에 적용하여 Jun 등의 모델과 본 연구에서 제안된 모델에 의해 산정되는 상수관망의 신뢰도를 비교하였다. 비교 결과 개별 관의 관파괴 확률을 반드시 고려하여야만 정확한 상수관망의 신뢰도 산정이 가능한 것으로 나타났다. Estimation of the reliability of a Water Distribution System(WDS) is important to understand the current operating condition of the system. Although, there is no widely accepted method to estimate the reliability of a WDS, the Jun`s model which is based on the pipe failure simulation and its impact can be efficiently adopted for the purpose by the water utility. In the model, however, it is assumed that the pipe failure probability of each pipe is even and this assumption may bring unrealistic estimation of the reliability of a WDS since with this assumption, the actual pipe failure characteristics occurred in the WDS cannot be simulated. For this reason, in this study, we suggest a modified method of the Jun`s model to consider the individual pipe`s failure probability. The regression equation which is based on diameter and length of the pipe is used to estimate the failure probability of the individual pipe and then, the pipe failure simulation is performed. The suggested model is applied to a real WDS to compare the results of the two models. Comparing them, it is concluded that the failure probability of the individual pipe should be considered to estimate the accurate reliability of a WDS when it is estimated by the pipe failure simulation.

CPS 기반 도시 수자원 시스템 실시간 시뮬레이션 및 운영관리 의사결정 지원기술 개발

전환돈(Hwandon Jun) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

비상시 수계전환에 따른 적정공급률 결정 방안

김수리(Kim, Suri),김아린(Gim, ARin),하정태(Ha, Jeongtae),전환돈(Jun, Hwandon) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

상수관망의 노후화에 따라서 관파괴와 같은 운영중단 사례가 자주 발생하고 있다. 발생하는 사고의 종류에 따라서 대규모단수가 발생할 수 있어서 이를 방지하기 위한 비상시 수계전환을 통한 용수공급 계획이 수립되어 있다. 그러나 비상시 수계전환을통한 물공급 방안은 대부분 비상관을 통한 인근 지자체나 급수구역에서 물을 공급하는 계획만 수립되어 있고 실질적으로비상시에 물공급이 가능한 범위(연계공급범위)와 시간(연계공급시간)을 평가하지 않고 있다. 또한 비상시 물을 공급해 주는인근 지자체나 급수구역에서 충분한 수량을 확보할 수 없을 경우에는 단수지역에 공급률을 조절하여 연계공급시간을 늘리도록운영하는 것이 단수피해 저감에 효과적인 방법일 것이다. 본 연구에서는 단수지역에 충분한 물공급을 하기 위한 수량이확보되지 않은 경우에 비상시 적정공급률을 결정할 수 있는 방안을 제시하였다. 물공급이 충분하지 않은 상황을 모의할수 있는 A-PDA 모형을 사용하여 비상시 수계전환에 따른 연계공급범위와 연계공급시간을 모의하였으며 모의결과를 수요자만족도 지수를 적용하여 공급률별 수요자 만족도를 정량화하였다. 이를 통하여 수요자 만족도를 높이고 연계공급시간을늘릴 수 있는 적정공급률을 산정하였으며 제안된 방법을 실제 관망에 적용하였다. The deterioration of water supply networks leads to frequent accidents, such as pipe failure, which result in water service interruptions. Depending on the type of accident, a large-scale water service interruption can occur. Therefore, an emergency interconnection plan has been established to prevent interruptions in water service. However, most emergency interconnection plans only consider whether water can be supplied to the region of water service interruption. The area that can actually supply water, emergency water supply area (EWSA), and the possible time required to supply water, emergency water supply time (EWST) are not usually considered. Furthermore, in cases wherein the adjacent local governments or adjacent water supply blocks have insufficient water for the region of water service interruption, it is a good practice to increase the possible water supply time by the reducing the water supply rate (WSR) in order to minimize the damage from the water service interruption. In this study, a method is suggested to determine the proper WSR required to minimize the damage when the amount of emergency water is insufficient. Since it is a case where the amount of emergency water is not sufficient, A-PDA is used to simulate EWSA and EWSA for each WSR. The simulation results are subsequently converted into the customer satisfaction index for each WSR. Through this procedure, the proper WSR can be determined, thereby improving both customer satisfaction and water supply time. Finally, this method is applied to a real water supply network to verify its applicability.

비상시 수계전환에 따른 공급성능 개선방안

김아린(Gim, ARin),김수리(Kim, Suri),최세중(Choi, Seajoong),전환돈(Jun, Hwandon) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.3

상수관망은 다양한 사고에 따른 단수가 필연적으로 발생한다. 대규모 단수의 발생은 상수관망의 신뢰도를 저하시키므로 이를 방지하기 위하여 비상시 수계전환이 도입되어 운영되고 있다. 비상시 수계전환 계획을 수립할 때 대부분 비상관로를 통한 운영 계획만 수립된다. 그러나, 비상시 수계전환의 목적을 달성하기 위해서는 실질적인 비상시 연계공급가능범위에 대한 평가가 필요하다. 비상시 연계공급가능범위는 상수관망의 구조, 연계 배수블록간 고도차, 비상관로의 제원, 위치 및 가압펌프 유무등 다양한 원인에 의해서 결정된다. 본 논문에서는 비상시 수계전환 운영을 실시할 때 충분한 공급범위를 확보할 수 없는 원인을 정리하였고 이를 개선하기 위한 개선방안으로 비상관로 관경 증가, 가압펌프 추가, 비상관로 추가 및 감압밸브 추가 방안을 제안하였다. 제안된 개선방안의 효과를 정량화 하기 위하여 실제 상수관망을 대상으로 개선방안별비상시 공급가능률을 산정하였다. 수리해석은 PDA 기법을 이용하였다. 적용결과 개선방안별 효과를 알 수 있었고 비상시 수계전환의 설계와 운영시 더 나은 효과를 도출하기 위한 기본 방안으로 활용될 수 있음을 알 수 있었다. When operating a water supply network (WSN), pipe failures and water service interruptions are inevitable. A large-scale water service interruption decreases the reliability of a WSN; therefore, an emergency interconnection plan (EIP) is adopted to prevent it. To establish an EIP involving emergency interconnection pipes, in most cases, only the operation plan is considered. However, it is required to evaluate possible interconnected supply areas (PISAs) from the EIP to achieve the purpose of the EIP. It is obvious that PISA is dependent on the structure of the WSN, elevation difference between the adjacent interconnected blocks, size and location of the emergency interconnection pipes, and inline pumping station. In this study, we categorized the reasons resulting in insufficient PISA from the EIP and suggested improvement methods such as increasing the pipe diameter, new pumping stations, adding emergency interconnection pipes, and adding pressure relief valves. To quantify the effect of the improvement methods on the performance of the EIP, we applied them to a real WSN and estimated the emergency supply rate for each improvement method by using Pressure Driven Analysis (PDA) was used as the hydraulic simulation tool. Consequently, each improvement method increased the PISA and the emergency supply rate on the network. Thus, the suggested method will be used in the design and operation of EIPs to improve their performance.

비상시 수계전환 수리해석을 위한 A-PDA모형의 적용

옥수연(Oak SueYeun),백승철(Baek SeungCheol),이호민(Lee Ho Min),전환돈(Jun HwanDon) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

상수관망 시스템은 중요 사회기반시설로 안정적이고 안전한 공급을 추구하나, 내/외적인 요인들로부터 발생하는 각종 비정상상황으로부터 자유롭지 못하다. 비정상상황으로 인한 용수공급에 차질이 생길 시, 수계전환에 따른 비상급수는 매우 효율적인 대비책 중 하나로서 수리해석을 통해 공급능력 평가 및 관망의 설계 보완 방안을 제시할 수 있다. 하지만 기존의 수리해석 모형들은 무한수원의 가정을 적용하고 있는 바, 비상연계 수리해석 시 비현실적인 결과를 도출할 수 있다. 이에 배수지의 저류량과 유입량을 고려한 Advanced-Pressure Driven Analysis(A-PDA) 모형을 적용하여 A시의 수계전환 시나리오를 모의하였으며, 기존 PDA 모형의 결과와의 비교를 통하여 A-PDA 모형이 현실적인 결과를 도출하였음을 확인하였다. The water distribution system is an important social infrastructure providing customers with stable and safe water supply. The fact, however, is that it is not free from various abnormal situations arising from internal / external factors. In case of a water supply failure due to an abnormal situation, the emergency interconnected operation between adjacent blocks in the system is one of the most effective countermeasures. To simulate these types of emergency operations, existing hydraulic analysis model which are based on infinite source assumption may result in unrealistic results such as negative pressure at demand nodes. Having more realistic simulation results from these situations, it is required to use an A-PDA model considering the reservoir volume and the inflow volume of the reservoir. With this consideration, the A-PDA model can simulate the condition of the limited amount of water supply. We apply the A-PDA model to the emergency interconnected operation between adjacent blocks in a city in Korea and find that more realistic results can obtained comparing with the results obtained from the PDA model which is based on the unlimited water supply.

상하류 유출특성을 고려한 수위관측망 평가

김수전,주홍준,이지호,전환돈,김형수,Kim,Soojun,Joo,Hong Jun,Lee,Jiho,Jun,Hwandon,Kim,Hung Soo 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 상하류간의 유출특성을 고려하여 관측망을 구축하는 방법에 초점을 맞추어 수위관측망을 평가하였다. 최적 수위관측망을 구축하기 위해 상하류의 유출특성을 반영한 대표단위도를 실제 강우-해석을 바탕으로 유도한 후 확률밀도함수로의 전이를 통해 엔트로피 이론에 적용하였다. 이를 충주댐 유역에 대해 상하류간의 유출특성을 고려한 경우와 기존 방법론인 경험식을 이용하여 수위관측망을 구축한 경우를 비교하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 상하류간의 유출특성을 고려한 수위관측망의 경우는 경험식을 이용한 경우보다 적은 수위관측소가 선정됨에도 불구하고 더 큰 정보전달량이 산정되었다. 이는 구축된 수위관측망의 정보전달량이 상류 및 하류단의 수위관측소의 유출특성을 보다 잘 대변하기 때문으로 판단된다. 아울러 대상유역인 충주댐 유역에서는 총 18개의 수위관측소 중 12개의 수위관측소가 필요한 것으로 판단되며, 이는 상하류간의 유출특성을 반영한 최적 수위관측망이다. This study has evaluated the stream gauge network with the main emphasis on the methodology of optimal stream network which is considered the discharge characteristics between upstream and downstream. To evaluate the optimal stream gauge network, the representative unit hydrograph which is considered the discharge characteristics between upstream and downstream is transferred into probability density function for application of the entropy concept. This study has been compared the case of considering discharge characteristics between upstream and downstream and the case of the conventional methodology of using empirical formula and applied to the Chungju dam basin. Summarizing the results are as follows. It can be found that the large total information content is estimated at the case which is considered discharge characteristic between upstream and downstream more than the case which is applied empirical formula even though the few stream gauge stations is selected. It means that the total information of selected stream gauge stations is represented well the discharge characteristic between upstream and downstream. The Chungju dam basin is found to need at least 12 stream gauge stations, which was derived by considering the discharge characteristic between upstream and downstream.

복합원인을 고려한 연안도시 지역의 침수해석

최종원(Choi Jongwon),전환돈(Jun Hwandon) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.6

연안도시 지역의 침수는 내륙지방과는 다르게 복합적인 원인으로 인해 발생할 수 있다. 이는 폭풍 해일로 인한 해수면 상승과 함께 강우가 발생할 수 있기 때문입니다. 따라서 도시 유역의 유출수문모형인 XP-SWMM을 이용하여 연안도시 지역(제주 산지천)의 침수 해석을 수행 하였다. 본 연구는 복합원인으로 해수면 상승과 하천의 홍수위 상승, 내수배수체계의 유출을 함께 고려하였다. 또한 그 결과를 통해서 인적 및 건물에 대한 침수 피해 평가를 수행하였다. 이 연구는 해수면 상승에 따라 같은 강우에서도 인적 및 건물에 대한 침수 피해가 보다 큼을 확인하였다. 또한 연안도시 지역에서는 복합원인에 대한 침수 해석이 필요함을 확인하였다. Unlike that in inland regions, inundation in coastal urban areas can be caused by multiple factors because storm surge can cause rainfall with increased sea level. Therefore, inundation analysis of a coastal urban area in Jeju Sanji stream was conducted by using XP-SWMM, an outflow hydrologic model of the city watershed. This study considers increases in sea level and river flood level caused by outflow of a domestic drainage system, and the results were used to assess flood damage relative to people and buildings. This study confirmed that when the rainfall amount was constant, flood damage to buildings and injuries to humans were greater owing to sea level rise. In addition, we confirmed that flood analysis in coastal urban areas needs to consider multiple factors.

유한수원을 고려한 Advanced-Pressure Driven Analysis 모형의 개발 및 적용

이호민(Lee Ho Min),전환돈(Jun Hwandon),백승철(Baek Seung Cheol),김중훈(Kim Joong Hoon) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

상수도 관망해석 모형은 크게 두 가지로 구분되며, 주로 정상상황의 시스템 해석에 적용되는 Demand Driven Analysis (DDA)와, 수압이 저하되는 비정상상황 해석에 적용되는 Pressure Driven Analysis (PDA)가 있다. 하지만 DDA와 PDA의 경우, 수원이 무한한 용량을 갖는다는 가정을 포함하므로, 수원의 저류량 변화에 따른 영향을 고려하지 못하는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 유한수원 개념을 도입한 Advanced-Pressure Driven Analysis (A-PDA) 기법을 제안하였으며, 가상의 상수도 관망의 해석에 적용하여 그 적합성을 검증하였다. 적용 결과 본 연구에서 제안된 A-PDA는, 수원의 시간에 따른 저류량 변화를 효과적으로 반영하여 보다 신뢰도 높은 시간 및 공간적 공급량을 산정할 수 있는 것으로 나타났다. Hydraulic analysis model of water distribution systems can be divided into two types, one is Demand Driven Analysis (DDA) which applies to a normal condition, and the other is Pressure Driven Analysis (PDA) for abnormal condition modeling with pressure deficiency. However, both of hydraulic analysis models, the storage capacity of water source is assumed as infinite, and therefore, the effect by water storage variation of source is not considered. In this study an Advanced-Pressure Driven Analysis (A-PDA) with limited reservoir concept is proposed, and it applies to hydraulic analysis of hypothetical water distribution system for verification of proposed method. The results show that, the A-PDA can effectively consider the water source storage variation over time, and it can calculate more reliable temporal and spatial water supply.

유출곡선지수(CN)를 이용한 침투시설 간편 설계법 개발

최소현(Sohyun Choi),전환돈(Hwandon Jun),이동엽(Dongyeop Lee),황수덕(Soodeok Hwang),박종표(Jongpyo Park) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.4

최근 기후변화가 가속화되어 자연재해의 규모 및 강도가 커지고 있으며 특히 국지적 집중호우의 발생빈도가 급증하고 있다.도시유역은 불투수면적 비율이 높아 집중호우 발생 시 상대적으로 침수발생가능성이 높으며 인구 및 물적자원이 집중되어 있어 대규모 피해를 야기할 수 있다. 홍수피해를 저감하기 위해서 기존에는 하천개수, 하수도정비, 우수저류지 설치 등의 방법을사용하였으나 최근에는 저영향개발 기법의 사용이 제안되고 있다. 그러나 저영향개발(Low Impact Development, LID) 시설은소규모로 여러 위치에 설치하며 강우유출 분석을 위한 매개변수가 많으므로 설계에 많은 인력과 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 보다 간편하고 효율적인 LID시설의 설계방안을 제시하기 위해 LID시설 규모에 따른 우수유출 저감효과를 분석하고 각 시설능력에 상응하는 유역의 유출곡선지수(Curve Number)를 추정하여 시설면적비와 유출곡선지수의 상관관계를 분석하였다. 결과적으로 LID시설 설치 전 유역의 유출곡선지수와 시설이 전체 유역에서 차지하는 면적비를 통해 LID시설을 설치한것과 동일한 우수유출 저감효과를 가지는 유출곡선지수를 산정할 수 있는 관계식을 도출하였다. 이를 통해 LID시설을 SWMM에직접 입력하지 않고 재산정한 유출곡선지수를 이용해 모델을 구축 및 분석하는 LID시설의 간편 설계법을 제시하고자 한다. As climate change accelerates, the scale and intensity of natural disasters are increasing, and the frequency of localized heavy rains is increasing rapidly. Urban watersheds have a high ratio of impervious areas. So there is a high possibility of flooding in the event of torrential rain, and large-scale damage can occur because the population and material resources are highly concentrated. River improvements, sewerage maintenance, and rainwater storage installations are frequently used to reduce flood damage. More recently, low-impact development (LID) techniques have been proposed; however, LID facilities are installed on a small scale and in various locations. In addition, they require many parameters for a rainfall-runoff analysis; consequently, the design of these facilities require too much manpower and time. In this study, we analyze the rainfall-runoff reduction effect based on the size of a facility to present a simpler, more efficient design method. Next, the curve number (CN) corresponding to the capacity of each facility is estimated and the correlation between the facility’s area ratio and the CN is analyzed. As a result, a relational expression that can calculate the new CN with the same rainfall-runoff reduction effect as the installed LID facility was derived by using the CN before the installation of the LID facility and the facility area ratio. Thus, we present a simple design method using the recalculated CN without directly entering LID facilities into a storm water management model (SWMM).

다기준의사결정기법을 이용한 도시 중소유역 홍수위험도 평가

이지호(Lee Jiho),전환돈(Jun Hwandon),최종원(Choi Jongwon),박재범(Park Jaebeom) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

본 연구에서는 다기준의사결정기법인 프로메티(PROMETHEE) 기법과 가중치 산정기법인 엔트로피(Entropy) 기법을 적용하여 도시 중소유역의 홍수위험도를 평가하였다. 도시 중소유역의 홍수위험도 평가와 관련된 지표를 강우, 유출, 지역 요인에 따른 항목으로 구분하였다. 강우 요인으로는 경보강우량, 유출 요인으로 유출수문곡선의 상승부경사, 홍수량 비, 홍수지속시간을 선정하였으며, 지역 요인으로 불투수율, 첨두홍수 기여율, 단위면적당 기여량을 선정하였다. 이에 따라 도시 중소유역인 수영강 20개 소유역을 대상으로 홍수위험도와 가중치를 산정하고 6개, 14개, 6개의 고ㆍ중ㆍ저 홍수위험 구역으로 구분하고 적용성을 검토하였다. 고위험군에 해당하는 14번 소유역은 과거 집중호우로 피해가 발생한 지역으로 본 연구에서 제안한 평가기법이 적용성이 높은 것으로 확인되었다. This study has performed the relative flood risk assessment in the urban small watershed using entropy method and PROMETHEE (Preference Ranking Organizing METHod for Enrichment Evaluations) which is one of the multi criteria decision making method. The evaluation criteria are classified into three categories according to the rainfall and runoff characteristic and regional characteristic. Those are flood warning rainfall, rising curve gradient, flood magnitude ratio, flood duration time, flood contribution rate per unit area, impervious cover rate. Suyeong basin is separated to 20 subbasins and the suggested method is applied to verify its applicability. Out of twenty subbasins, six, fourteen and six basins are evaluated as high risk, medium risk and low risk. The flood occurred in one of high risk subbasins in the past and it is found that the method of this study is higher applicability.