상수도시설의 생산량대비 요금징수량인 유수율은 2007년 현재 81.1%로 선진외국에 비해 매우 낮은 실정으로 이것의 대부분은 배·급수 관망에서의 누수(734백만㎥, 12.8%)에 기인한 것으로 보고되고 있다. 또한 이상기후에 따른 강수량의 변동 폭의 확대로 인하여 수자원의 안정적인 수급이 점점 더 어려워져가고 있는 상수도의 주변 환경을 고려할 때 향후 수자원의 효율적 사용이 그 언제보다도 매우 중요한 시점이라고 판단된다. 그러나 누수율 저감(즉 유수율 제고)사업은 막대한 사업비를 투자하여도 단시일에 효과가 나타나지 않고 지속적인 투자와 관리가 필요하기 때문에 정책입안자들이 투자를 꺼려할지도 모른다. 이에 본 연구에서는 상수도 관망에서의 누수량을 면적개념에서 예측하고 점의 개념으로 할당하여 누수저감대책의 도입시 누수저감효과를 정량화 할 수 있는 모델과 누수를 효과적으로 관리하기 위한 ...
상수도시설의 생산량대비 요금징수량인 유수율은 2007년 현재 81.1%로 선진외국에 비해 매우 낮은 실정으로 이것의 대부분은 배·급수 관망에서의 누수(734백만㎥, 12.8%)에 기인한 것으로 보고되고 있다. 또한 이상기후에 따른 강수량의 변동 폭의 확대로 인하여 수자원의 안정적인 수급이 점점 더 어려워져가고 있는 상수도의 주변 환경을 고려할 때 향후 수자원의 효율적 사용이 그 언제보다도 매우 중요한 시점이라고 판단된다. 그러나 누수율 저감(즉 유수율 제고)사업은 막대한 사업비를 투자하여도 단시일에 효과가 나타나지 않고 지속적인 투자와 관리가 필요하기 때문에 정책입안자들이 투자를 꺼려할지도 모른다. 이에 본 연구에서는 상수도 관망에서의 누수량을 면적개념에서 예측하고 점의 개념으로 할당하여 누수저감대책의 도입시 누수저감효과를 정량화 할 수 있는 모델과 누수를 효과적으로 관리하기 위한 최적화 모델의 개발에 관한 연구를 수행하고자 하였다. 첫 번째로, 물수지분석은 누수관리의 첫 단계라 할 수 있다. 본 연구에서는 연간 물수지분석법의 시기지연성과 야간유량조사의 현실적인 어려움을 해소함과 동시에 최근 활발히 도입되고 있는 소블록 중심의 누수관리체계에 효율적으로 접목시킬 수 있는 소블록 유입지점의 야간최소유량의 통계적 분석을 통한 누수량 예측모델을 개발하였다. 본 모델에서는 야간최소유량의 성분이 크게 수압에 종속적인 성분과 독립적인 성분으로 구분되어 2가지 분포가 혼합된 정규분포를 나타냄을 이용하여 이 둘의 성분의 혼합지점을 찾아내기 위한 모델을 개발하여 현장에 적용하여 야간유량조사를 통한 실측값과 비교․분석하였다. 두 번째로, 누수저감대책을 수립하기 위해서는 배수구역 전체의 관망해석을 통한 수압, 유량, 유속의 정확한 평가와 진단이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 관망해석에 가장 큰 영향을 미치는 수압에 따른 절점유량부하를 적절히 고려할 수 있도록 하기 위하여 EPANET의 연산알고리즘인 Gradient algorithm을 확장시킨 Global gradient algorithm(GGA)를 이용하여 수압중심(Head-driven simulation method)의 관망해석 모델을 개발하여 수압에 따른 누수량과 사용가능수량을 적절히 고려할 수 있도록 하였다. 절점별 누수량의 고려는 2장의 제안방법에 의하여 산정된 누수량에 기초하여 유전알고리즘을 이용하여 수압과 누수량의 관계식을 산정하여 연구대상지역에서의 누수량을 적절히 모의 할 수 있도록 하였다. 또한, 누수관리에 있어 가장 비용대비 효과가 높은 것으로 알려져 있는 수압관리 방법의 하나인 감압밸브 설치 및 운영을 위한 수압최적화 모델을 소블록이 구축되어 있는 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 2가지 형태로 각각 개발하고 현장에 적용하여 누수저감효과와 시설투자비용간의 단기 편익의 평가 및 분석을 실시하였다. 세 번째로, 블록시스템의 구축은 상수도 관망의 수량, 수질, 수요자 요구사항 등 수도사업의 기본목표를 달성하기 위한 가장 효율적인 유지관리 방법이라 알려져 있다. 본 연구에서는 배수구역을 블록경계설정 인자의 평가를 위한 작은 단위의 면적으로 분할하고 이것을 인자간의 관계행렬과 도달행렬, 군집분석의 계산을 통하여 종합해 나아가는 방법으로 소블록 최적경계설정 모델을 개발하였다. 또, 경계가 설정된 소블록 내 전체 절점의 수압 표준편차를 최소화시킬 수 있는 유입지점선정 모델을 개발하여 소블록별 상세한 수압관리가 가능케 함으로서 과잉수압에 의한 누수량의 증가와 새로운 누수발생 빈도를 최소화 시킬 수 있는 소블록의 관망배치에 관한 연구를 수행하였다.
상수도시설의 생산량대비 요금징수량인 유수율은 2007년 현재 81.1%로 선진외국에 비해 매우 낮은 실정으로 이것의 대부분은 배·급수 관망에서의 누수(734백만㎥, 12.8%)에 기인한 것으로 보고되고 있다. 또한 이상기후에 따른 강수량의 변동 폭의 확대로 인하여 수자원의 안정적인 수급이 점점 더 어려워져가고 있는 상수도의 주변 환경을 고려할 때 향후 수자원의 효율적 사용이 그 언제보다도 매우 중요한 시점이라고 판단된다. 그러나 누수율 저감(즉 유수율 제고)사업은 막대한 사업비를 투자하여도 단시일에 효과가 나타나지 않고 지속적인 투자와 관리가 필요하기 때문에 정책입안자들이 투자를 꺼려할지도 모른다. 이에 본 연구에서는 상수도 관망에서의 누수량을 면적개념에서 예측하고 점의 개념으로 할당하여 누수저감대책의 도입시 누수저감효과를 정량화 할 수 있는 모델과 누수를 효과적으로 관리하기 위한 최적화 모델의 개발에 관한 연구를 수행하고자 하였다. 첫 번째로, 물수지분석은 누수관리의 첫 단계라 할 수 있다. 본 연구에서는 연간 물수지분석법의 시기지연성과 야간유량조사의 현실적인 어려움을 해소함과 동시에 최근 활발히 도입되고 있는 소블록 중심의 누수관리체계에 효율적으로 접목시킬 수 있는 소블록 유입지점의 야간최소유량의 통계적 분석을 통한 누수량 예측모델을 개발하였다. 본 모델에서는 야간최소유량의 성분이 크게 수압에 종속적인 성분과 독립적인 성분으로 구분되어 2가지 분포가 혼합된 정규분포를 나타냄을 이용하여 이 둘의 성분의 혼합지점을 찾아내기 위한 모델을 개발하여 현장에 적용하여 야간유량조사를 통한 실측값과 비교․분석하였다. 두 번째로, 누수저감대책을 수립하기 위해서는 배수구역 전체의 관망해석을 통한 수압, 유량, 유속의 정확한 평가와 진단이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 관망해석에 가장 큰 영향을 미치는 수압에 따른 절점유량부하를 적절히 고려할 수 있도록 하기 위하여 EPANET의 연산알고리즘인 Gradient algorithm을 확장시킨 Global gradient algorithm(GGA)를 이용하여 수압중심(Head-driven simulation method)의 관망해석 모델을 개발하여 수압에 따른 누수량과 사용가능수량을 적절히 고려할 수 있도록 하였다. 절점별 누수량의 고려는 2장의 제안방법에 의하여 산정된 누수량에 기초하여 유전알고리즘을 이용하여 수압과 누수량의 관계식을 산정하여 연구대상지역에서의 누수량을 적절히 모의 할 수 있도록 하였다. 또한, 누수관리에 있어 가장 비용대비 효과가 높은 것으로 알려져 있는 수압관리 방법의 하나인 감압밸브 설치 및 운영을 위한 수압최적화 모델을 소블록이 구축되어 있는 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 2가지 형태로 각각 개발하고 현장에 적용하여 누수저감효과와 시설투자비용간의 단기 편익의 평가 및 분석을 실시하였다. 세 번째로, 블록시스템의 구축은 상수도 관망의 수량, 수질, 수요자 요구사항 등 수도사업의 기본목표를 달성하기 위한 가장 효율적인 유지관리 방법이라 알려져 있다. 본 연구에서는 배수구역을 블록경계설정 인자의 평가를 위한 작은 단위의 면적으로 분할하고 이것을 인자간의 관계행렬과 도달행렬, 군집분석의 계산을 통하여 종합해 나아가는 방법으로 소블록 최적경계설정 모델을 개발하였다. 또, 경계가 설정된 소블록 내 전체 절점의 수압 표준편차를 최소화시킬 수 있는 유입지점선정 모델을 개발하여 소블록별 상세한 수압관리가 가능케 함으로서 과잉수압에 의한 누수량의 증가와 새로운 누수발생 빈도를 최소화 시킬 수 있는 소블록의 관망배치에 관한 연구를 수행하였다.
The leakage rate in water distribution system was still 12.8% (734,000,000㎥/yr) in Korea at the end of 2007 and such higher ratio than the other advanced countries. It was equivalent to 525 billion won approximately when calculated on average tariff. And also the stable security of water resources w...
The leakage rate in water distribution system was still 12.8% (734,000,000㎥/yr) in Korea at the end of 2007 and such higher ratio than the other advanced countries. It was equivalent to 525 billion won approximately when calculated on average tariff. And also the stable security of water resources was difficult little by little more due to extreme weather instability. Therefore, it is essential to reduce water leakage in order to avoid this much economic loss and water deficiency. However, unfortunately, research on the topic of water leakage reduction is still in its infancy. Accordingly this study aimed to develop a optimal management models of water leakage based on the management system of small distribution block. First, leakage estimating model through statistical analysis of minimum night flow reading was developed. This model's objective is substitute for field survey like Option-A test and Option-B test with a lot of money and labor required and also inconvenient of night works and civil appeal. For the development of this model, the existing two method's applicability assessment was conducted in study area by compared with measure minimum night flow by modified Option-A test in 2 small blocks. And than the deducted problems and complementary through applicability assessment improved to make a suitable model in study area. And the estimated minimum night flow for 6 small blocks by developed model was compared with water loss performance indicators. The high correlation was founded between estimated results and water loss performance indicator which was able to considered block size. Second, water distribution analysis model was developed to reduce a analysis error and qualify a leakage distribution which able to consider variations of nodal flow and leakage with pressure as a type of extended global gradient algorithm using VB 6.0. Specially, to set the pressure-leakage relation equation which was appropriate in study area, the combination model of GA(genetic algorithm) and water analysis model was developed base on the measured minimum night flow in study area. As a case study for use a developed water network analysis model, optimal management model of water pressure was developed using PRV(pressure reduction valve). PRV's setting, location and number were considered a variable to optimize for leakage minimization. Third, design model of small distribution block boundary was developed based on the ArcGIS's ArcObject. This model used a bottom-up method for block construction by concatenated a small area according to area's property for block separation criteria. The combine methods fo small area was used reachability matrix and nonhierarchical cluster analysis method. The separated small block by this design model was needed relocation of injection point of water. For the setting up of optimal location, optimization model of injection point was developed by combined genetic algorithm with fitness function of nodal pressure's standard deviation and developed water analysis model.
The leakage rate in water distribution system was still 12.8% (734,000,000㎥/yr) in Korea at the end of 2007 and such higher ratio than the other advanced countries. It was equivalent to 525 billion won approximately when calculated on average tariff. And also the stable security of water resources was difficult little by little more due to extreme weather instability. Therefore, it is essential to reduce water leakage in order to avoid this much economic loss and water deficiency. However, unfortunately, research on the topic of water leakage reduction is still in its infancy. Accordingly this study aimed to develop a optimal management models of water leakage based on the management system of small distribution block. First, leakage estimating model through statistical analysis of minimum night flow reading was developed. This model's objective is substitute for field survey like Option-A test and Option-B test with a lot of money and labor required and also inconvenient of night works and civil appeal. For the development of this model, the existing two method's applicability assessment was conducted in study area by compared with measure minimum night flow by modified Option-A test in 2 small blocks. And than the deducted problems and complementary through applicability assessment improved to make a suitable model in study area. And the estimated minimum night flow for 6 small blocks by developed model was compared with water loss performance indicators. The high correlation was founded between estimated results and water loss performance indicator which was able to considered block size. Second, water distribution analysis model was developed to reduce a analysis error and qualify a leakage distribution which able to consider variations of nodal flow and leakage with pressure as a type of extended global gradient algorithm using VB 6.0. Specially, to set the pressure-leakage relation equation which was appropriate in study area, the combination model of GA(genetic algorithm) and water analysis model was developed base on the measured minimum night flow in study area. As a case study for use a developed water network analysis model, optimal management model of water pressure was developed using PRV(pressure reduction valve). PRV's setting, location and number were considered a variable to optimize for leakage minimization. Third, design model of small distribution block boundary was developed based on the ArcGIS's ArcObject. This model used a bottom-up method for block construction by concatenated a small area according to area's property for block separation criteria. The combine methods fo small area was used reachability matrix and nonhierarchical cluster analysis method. The separated small block by this design model was needed relocation of injection point of water. For the setting up of optimal location, optimization model of injection point was developed by combined genetic algorithm with fitness function of nodal pressure's standard deviation and developed water analysis model.
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