권호 표지

한국수자원학회논문집 (Journal of Korea Water Resources Association) (Journal of Korea Water Resources Association)

한국수자원학회 (Korea Water Resources Association)

  • 월간
  • /
  • 2799-8746(pISSN)
  • /
  • 2799-8754(eISSN)

Aim & Scope

The Journal of Korea Water Resources Association is an interdisciplinary journal, launched in 1968 and published monthly by the Korea Water Resources Association. Abbreviated title of the journal is ‘J. Korea Water Resour. Assoc.’. The journal is devoted to the publication of original scientific and technical papers, reviews, short communications, and discussions in the science of water resources. The Journal aims to provide a platform for the dissemination of research and engineering applications related to water resources, hydrologic, and hydraulic problems. The scope of the journal encompasses development of new experimental, numerical, theoretical, and analytical approaches in water resources. All submitted manuscripts are peer-reviewed by selected reviewers for their originality and contribution to water science and engineering.

http://submission.jkwra.or.kr/ KSCI KCI

제55권spc1호

  1. 이재현;이상목;박병수;권혁재 1167
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1167 PDF KSCI
    본 연구에서는 노후도를 보다 간단히 평가할 수 있는 운영지수 분석법을 개발하였고 이를 기존의 노후도 분석법과 비교 분석하였다. 청주시 상수관망에 적용하여 노후도를 비교 분석하였으며 사용성을 입증하였다. 기존의 간접평가법 분석결과, 율량동(구시가지), 내덕1동, 용암2동 상수관망의 노후도가 가장 높은 것으로 분석되었으며, 신뢰성해석을 통한 안전도 분석 결과 내덕1동 상수관망이 직경 200 mm, 300 mm 강관 모두 파괴확률 3.21%, 4.65%로 안전도가 가장 취약한 것으로 분석되었다. 운영지수 분석법의 경우, 내덕1동 상수관망이 직경 200 mm, 300 mm 강관 모두 위험도 0.2609, 0.2644로 가장 높은 것으로 분석되었으며, 개량 우선순위는 비슷한 것으로 나타났다. 따라서 향후 운영지수 분석법을 통해 상수도관을 보다 간단하게 노후도를 분석하여 상수관망의 운영관리에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
  2. 박동채;최영환 1177
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1177 PDF KSCI
    상·하수도 시스템은 사람들에게 안전하고 깨끗한 물을 공급해주는 사회기반시설이며, 특히 상·하수도 관로는 지중에 매설되어 있기 때문에 시스템의 결함검출이 매우 어렵다. 이러한 이유로 상·하수도 관로의 진단은 관로 내부에 카메라 및 드론을 통한 촬영을 하여 사후에 촬영된 영상을 바탕으로 시스템 진단하는 등의 사후 결함검출로 제한되기 때문에, 작업자의 업무 효율 증대와 진단의 신속성을 위해서는 관로의 실시간 탐지기술이 필요하다. 최근 첨단장비 및 인공지능 기법을 활용한 시설물 진단 기술이 개발되고 있지만, 인공지능기반 결함검출 기술은 결함 데이터의 종류 및 형태, 수가 검출 성능에 영향을 주기 때문에 다양한 학습데이터가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 상·하수도 관로의 결함검출 시 탐지 성능 향상을 위해 다양한 결함 시나리오를 3D 프린트를 이용하여 구현하고 이를 수집된 결함 데이터와 함께 학습데이터로 사용한다. 이후 수집된 이미지는 위험도에 따른 분류 및 객체의 라벨링 등의 전처리 작업이 수행되고 실시간 결함탐지를 수행한다. 제안된 기법은 상·하수도시스템 결함검출 시 실시간 피드백을 제공함으로써, 작업자의 진단 누락 가능성을 최소화하며 기존의 상·하수도관 진단업무 처리능력을 향상할 수 있다.
  3. 박수완;전예준;김경철;이현동 1187
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1187 PDF KSCI
    관망의 세그먼트를 파악하기 위한 알고리즘을 구동시키기 위해서는 관망의 주요 구성요소들인 절점, 파이프, 및 밸브 간의 상대적인 위치 관계를 세그먼트 탐색 알고리즘의 입력정보로 준비해야 한다. 실제 지자체 관망에 존재하는 세그먼트를 보다 정확하게 파악하기 위해서는 관망 수리해석 프로그램 구동을 위해 모델링된 관망 정보를 이용하기 보다는, 모든 제수밸브가 포함된 지자체 상수도 관망 GIS/CAD 데이터베이스를 이용하여 세그먼트 탐색에 적합하게 재구성된 관망 정보를 이용할 필요가 있다. 본 연구에서는 지자체 상수도 관망 GIS/CAD 데이터를 이용하여 관망 세그먼트 탐색에 적합한 노드-파이프-밸브 간의 상대적 위치관계를 수립할 수 있는 컴퓨터 계산 알고리즘을 개발하였으며, 이를 구현할 수 있는 MATLAB 프로그램을 개발하였다. 개발된 MATLAB 프로그램을 국내 지자체 상수도 관망에 적용하여 그 실효성을 확인하였다.
  4. 정기문;강두선;황태문 1197
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1197 PDF KSCI
    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.
  5. 박경진;신금채;이승엽 1211
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1211 PDF KSCI
    상수도 관망 운영 단계에서 비정상상황은 필연적으로 발생하며, 이때 밸브를 이용한 구역의 격리가 필요하다. 밸브를 이용한 구역 격리 시 흐름 경로와 유향, 유속의 변화와 같은 수리적 변화로 인해 수리적 피해는 불가피하며, 대부분의 기존 연구들은 수리적 피해를 최소화할 수 있도록 밸브의 위치를 결정하여 왔다. 다만, 수리적 변화는 예지치 못한 수질 사고를 유발할 수 있기에, 격리 시 수질 사고 발생 여부를 미리 판단할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 밸브 위치에 따른 예지치 못한 수질 문제를 예방할 수 있는 밸브 설계 방안을 제안한다. 이를 위한 격리 전후의 관로별 흐름 특성 변화율을 정량화하는 유향 변경률 인자(Flow Direction Change Ratio, FDCR)와 신뢰도(reliability)를 고려한 최적 설계 방법론을 제안하였으며, 해당 모형을 가상 상수도 관망에 적용하여 FDCR 고려 유무에 따른 설계안을 비교하였다. 설계 결과 FDCR을 고려한 경우 기존 설계안 대비 유향 변동이 없는 것을 확인하였으며, 세그먼트 격리에 따른 절점별 압력과 관별 유속의 평균과 변동성을 확인한 결과 기존 설계안 대비 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다. 또한 설계안 비교를 위해 그래프 이론 기반 인자인 수리학적 거리 인자(Hydrualic Geodesic Index, HGI)를 활용하였으며, HGI가 높은 설계안이 유향 변동성이 낮은 것으로 나타났다. 본 연구는 향후 수질 사고를 고려한 밸브 시스템의 설계 및 운영에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
  6. 최두용;김상현;김경필 1223
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1223 PDF KSCI
    기후변화에 대처하기 위한 온실가스 저감 노력은 상하수도 분야에서도 활발하게 진행되어 왔으며, 특히, 상수도 생산 및 공급과정에서 많은 에너지를 소비하는 상수관망의 에너지를 절감하기 위한 많은 기술개발이 이루어져왔다. 상수관망의 에너지 절감은 지형의 기복으로 발생되는 구조적 손실의 저감과 누수 및 마찰손실로 인한 운영 상 손실의 효율화를 통해 성취될 수 있음에도 실제 상수관망의 에너지 수지를 분석하는 단계에서 이들 인자들 상호간의 복합적 작용으로 인해 해석적인 접근뿐 아니라 수치모형을 이용한 모의에서도 한계를 노출하여 왔다. 본 연구에서는 지형의 기복, 누수 및 마찰손실의 유무에 따라 변화하는 유량, 압력수두 및 에너지를 5가지의 상수관망 상태(가설적 상태, 이상적 상태, 누수가 포함된 이상적 상태, 누수가 배제된 실제 상태, 실제 상태)에 대하여 수리 물리적 방정식을 도출하고, 이를 단순한 형태의 상수관망에 적용함으로서 에너지의 정량적 분석 및 분류, 각종 에너지 수지 구성요소별 분석과 이를 이용한 상수도 시스템의 에너지 진단이 가능하도록 하였다.
  7. 홍성진;유도근 1235
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1235 PDF KSCI
    본 연구에서는 웹 크롤링 방법을 이용한 자료수집, 텍스트 마이닝을 활용한 데이터 분석과 같은 빅데이터 분석기법을 이용하여 국내 상수도 수질사고에 대한 전개양상 분석을 수행하였다. 상수도 시스템의 수질사고 빅데이터 뉴스의 추출을 위한 웹크롤링 기법을 적용하고 정확한 수질사고 뉴스를 획득하고자 알고리즘을 절차화하여 제시하였다. 또한 대규모 수질사고의 경우 사고발생에 따른 사고인지, 사고확산, 사고대응, 사고해결 등과 같은 전개양상이 나타나므로, 각 단계에 따른 적절한 뉴스기사를 추출하고, 이에 따른 정보분석을 실시하였다. 즉, 각 단계 별 주요 키워드, 감성분석을 통한 수질사고 전개양상분석을 사례기반으로 상세히 실시하고 그 의미를 분석, 도출하였다. 제안된 방법론을 2020년 발생한 인천광역시 유충사고기간에 적용하여 분석하였다. 그 결과, 수질사고와 같은 소비자에게 직접적인 영향을 미치는 정보의 공개가 제한된 상황에서 사고발생시 장기간의 피해 지속성이 있는 수질사고에 대한 뉴스 기사 언론보도의 논조 및 소비자의 긍부정도가 시간에 따라 명확히 변화됨을 확인할 수 있었다. 이것은 공급자 입장에서의 수질사고의 전개양상은 시설물의 빠른 복구도 매우 중요하지만 소비자의 긍정도를 높이기 위한 소비자 중심의 정책마련의 필요성을 제시하고 있다.
  8. 김아린;이은환;이송이;김광현;전환돈 1251
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1251 PDF KSCI
    최근 상수관망은 노후화 및 관 내 스케일의 박리로 인해 적수 사고등 수질사고가 지속적으로 발생하고 있다. 관내 퇴적되어있는 스케일은 평상시엔 안정화되어 문제를 야기하지 않지만, 상수관망 시스템의 급격한 유속 및 유향 변화 등에 의해 발생하는 수충격에 의해 박리된 후 수용가로 유입되며 수질사고를 야기한다. 이를 사전에 방지하기 위해서는 주기적인 관세척으로 스케일을 제거할 필요가 있다. 관세척공법 중 가장 보편적으로 사용되는 방법은 플러싱으로 현재 국내·외에서 관세척을 위한 유속 및 세척기준 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 플러싱 공법 적용 시 적정유속 기준에 관한 연구가 주로 진행되어, 세척시 관내 적정유속 확보여부를 사전에 검토하기 위한 구체적인 방안에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 관 세척시 용수는 소화전 또는 이토변을 통과하면서 주손실과 미소손실이 발생하며, 이는 관 내 유속에 영향을 미치는 요인으로 세척효과 분석에 직접적인 영향을 준다. 이에 본 연구는 Minorloss Coefficient와 Emitter Coefficient를 적용한 모의를 통해 플러싱 적용 시 관 내 유속을 분석하는 수리해석 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 예시관망과 A시 일부구역에 적용하여 적절성을 검토하고, 소화전과 이토변의 세척효과를 비교하였다. 적용 결과 소화전을 통과하는 수리학적 조건을 고려하지 않은 경우, 실제 발생하는 손실을 고려하지 못해 소화전에서 방출 가능한 유량 대비 큰 유량과 유속이 산출되는 결과를 보였고, 이토변의 경우는 긴 세척구간에도 세척유속과 유량의 확보가 용이하여 소화전에 비해 시간적. 효율적으로 큰 세척효과가 있을 것으로 판단하였다. 하지만, 실제 상수관망의 적용 시 이토변은 소화전에 비해 설치 개수가 적어 적용이 제한적이다. 이와같은 특성을 이해하여 실무자의 판단과 대상지역의 특징에 따라서 적절한 세척계획을 수립하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
  9. 홍성진;유도근 1261
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1261 PDF KSCI
    본 연구의 목적은 사람들이 쉽게 접할 수 있는 포털의 뉴스 검색 결과를 활용하여 쉽게 접근, 활용하지 못하는 상수도 누수 관련 정보를 모아 분석하는 것이다. 상수도 시스템의 누수사고 빅데이터 뉴스의 추출을 위한 웹크롤링 기법을 적용하고 정확한 누수사고 뉴스를 획득하고자 알고리즘을 절차화하여 제시하였다. 또한 추출된 누수사고 기사에서 발생일시, 피해영향, 발생지점, 피해원인, 피해시설 등과 같은 추가적인 정보의 획득이 가능하도록 상수도 누수사고 정보 분석에 적합한 데이터 분석 기법을 개발하였으며 그에 따른 적용결과를 제시하였다. 본 연구에서 제안한 빅데이터 기반 누수 분석을 통한 가치 추출은 기존의 상수도통계 결과와 비교를 통한 유의미한 가치를 추출하는 데 1차적 목표가 있으며, 이와 같은 분석 결과를 활용하여 향후 누수 사고 대응에 있어 소비자의 반응에 효과적으로 대응하거나 서비스 수준을 결정하는데 활용할 수 있다. 즉, 이와 같은 분석결과의 제시를 통해 사고와 같은 정보를 대중에 조금더 알려야하는 필요성을 제시하고, 사고 발생시 빠른 대처가 가능할 수 있는 전파 및 대응 체계를 마련하는데 연계활용할 수 있다.
  10. 류용민;이의훈 1271
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1271 PDF KSCI
    상수관망 최적설계는 사용자가 설정한 목적에 따라 다양하게 사용된다. 상수관망 최적설계는 비용의 최소화 및 관의 제작 시 발생하는 에너지 최소화 등 목적이 다양하게 존재한다. 본 연구에서는 Modified Hybrid Vision Correction Algorithm (MHVCA)을 기반으로 다양한 상수관망에 대한 비용 최적설계를 진행하였다. 또한 새로운 평가지표인 Best Rate (BR)를 제안하였다. BR은 K-mean Clustering Algorithm을 기반으로 개발된 평가지표이다. BR을 통해 상수관망 최적설계에 사용된 각 알고리즘의 최적 설계안 탐색 가능성에 대한 비교를 하였다. 다양한 관망에 대한 MHVCA의 최적설계 결과를 Vision Correction Algorithm (VCA) 및 Hybrid Vision Correction Algorithm (HVCA)과 비교하였다. MHVCA는 VCA 및 HVCA보다 낮은 비용의 설계안을 탐색하였다. 또한 MHVCA는 낮은 비용의 설계안을 탐색할 확률이 VCA 및 HVCA보다 높았다. MHVCA는 본 연구에서 적용한 비용 최소화를 위한 상수관망 최적설계 뿐만이 아닌 다양한 목적을 위한 상수관망 최적설계에 적용할 경우 좋은 결과를 나타낼 수 있을 것이다.
  11. 김주환;이경혁;김수전;김경훈 1283
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1283 PDF KSCI
    본 연구는 정수장의 수처리 공정에서 계측되고 있는 수량 및 수질데이터의 활용과 수처리 공정제어의 지능화를 위한 것으로 정수장에서 전염소 공정이 수반되는 처리공정에서 침전지 유출수 잔류염소농도 안정화를 위하여 이를 추정할 수 있는 모형을 구축하고자 하였다. 정수장 침전지 유출수의 잔류염소농도를 예측하기 위하여 중회귀모형과 인공지능 알고리즘 중 다층퍼셉트론 신경망, 랜덤포레스트 및 장단기기억(Long Short Term Memory; LSTM) 모형을 활용하였고 그 결과를 비교, 평가하였다. 모형의 입력변수로는 전염소 공정이 도입된 정수장에서의 잔류염소농도, 수온, 탁도, pH, 전기전도도, 유량, 알칼리도 등이 사용되었고 전염소에 따른 침전지의 안정적 운영을 위해 요구되는 침전지 잔류염소농도를 출력변수로 구성하였다. 적용 결과에서는 랜덤포레스트 모형이 가장 양호한 결과를 보여 주었으며 다음으로 LSTM, 다층퍼셈트론 신경망 순으로 나타났다. 수학적 모형인 중회귀모형은 적합도 측면에서 가장 낮은 결과를 보여 주었는데, 이는 수량과 수질데이터의 수치적인 규모나 차원의 차이뿐만 아니라 계절별 수질특성에 따라 염소소비 특성이 매우 다양하게 반응하기 때문으로 판단된다. 따라서 정수장 수처리 공정에서 인공지능 알고리즘의 적용을 위해서는 랜덤포레스트와 같이 의사결정 트리구조의 도입과 적용이 타당한 것으로 나타났다. 본 연구에서 분석된 결과를 근거로 전염소 공정이 도입된 정수장 수처리 공정에서 염소주입량을 실시간으로 예측 가능하게 함으로써 침전지 유출수에서 잔류염소농도를 일정하게 유지하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
  12. 장혜운;정동휘;전상훈 1295
    https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.S-1.1295 PDF KSCI
    안정적인 수도 공급을 위한 상수도관망의 역할이 더욱 주목받음에 따라 비정상 상황에 대한 신속한 탐지와 적절한 대처 역시 중요시되고 있다. 장치에 의존한 탐지기법 등 기존의 방법론에는 한계가 존재하므로 데이터를 이용한 모델 기반의 방법이 개발되었다. 하지만 상수도관망 내 측정 데이터는 불확실성을 가져 실제 사용량과 다르다. 따라서 본 연구에서는 기계학습 방법의 하나인 인공신경망 모델을 이용하여 상수도관망 압력값을 예측함에 있어 데이터 불확실성의 영향을 조사한다. 정규분포를 따르는 임의의 값을 고려하여 데이터에 측정치 오류를 형성하고 측정치 오류 여부 및 종류에 따라 총 9가지 데이터를 인공신경망 모델을 통해 예측해 경향성을 비교한다. 분석을 통해 데이터 불확실성이 증가할수록 모델 성능이 감소하며, 출력데이터의 측정치 오류가 모델 성능에 미치는 정도가 더 큼을 확인하였다. 특히 입력데이터와 출력데이터의 측정 오차 크기가 동일한 경우 예측 정확도는 각각 72.25%, 38.61%로 큰 차이를 보였다. 따라서 ANN 모델 예측 성능 향상을 위해서는 입력 데이터보다 출력데이터인 주절점의 측정 오류 크기를 줄이는 것이 중요하다.