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상수관망의 신뢰도 산정을 위한 Segment 기반의 Minimum Cutset 방법
A Segment-based Minimum Cutset Method for Estimating the Reliability of Water Distribution Systems 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.40 no.9 = no.182, 2007년, pp.735 - 742  

전환돈 (한밭대학교 토목공학과) ,  박재일 (고려대학교 부설 방재과학기술연구센터) ,  백천우 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학과) ,  김중훈 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학과)

초록
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본 연구에서는 실제 대형 상수관망에서 보다 효율적이면서도 정확한 신뢰도를 추정할 수 있는 segment를 기반으로 한 minimum cutset 방법을 제안하였다. 기존의 상수관망에서 minimum outset을 기반으로 한 모형은 상수관을 minimum outset의 최소단위로 다루어 상수관 파괴에 따른 피해영역을 과소산정할 수 있는 문제점을 가지고 있다. 그러나 제안된 신뢰도 추정 모형은 기존 신뢰도 추정 모형과 달리, 상수관 파괴에 따른 피해영역을 현실적으로 추정하기 위하여 segment와 unintended isolation, 그리고 수리학적 피해인 압력저하영역을 도입하였다. 또한 minimum cutset 방법에서 정의될 수 있는 minimum cutset을 상수관망 내 일부 절점의 비정상 상태를 야기하는 segment 1개로 정의하였으며 정의된 minimum outset의 동시파괴조합의 확률을 고려하기 위하여 success mode approach를 적용하였다. 제안된 모형은 제수밸브의 위치와 수를 고려하여 상수관 파괴에 따른 피해영역을 추정하며, 실제 대형 상수관망인 Chester Water Authority에 적용한 결과, 기존 신뢰도 추정 모형과 비교할 때 보다 실제적인 피해영역의 추정과 이에 따른 신뢰도의 추정이 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a methodology which is based on segments and minimum outsets to estimate the reliability of a real water distribution system efficiently and accurately is suggested. The current reliability assessment models based on minimum cutset consider a pipe as only area impacted by a pipe failu...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 상수관망의 신뢰도 산정 방법의 문제점인 상수관 파괴로 인한 피해영역 산정의 오류와 신뢰도 추정 방법의 접근론적 오류를 개선할 수 있는 방안을 제시하였다.
  • 이러한 단점을 보완하기 위하여 Mays(2004) 는 minimum cutset method 를 정상상태접근방법 (success mode approach)로 신뢰도를 추정함으로써 신뢰도 계산상의 오차를 감소시켰다. 본 연구에서도 그가 제안한 정상 상태접근 방법을 도입하여 대형 상수관망의 신뢰도 계산의 정확도를 높였다. 그러나 그의 논문에서 minimum cutset의 최소단위를 상수관으로 정의하여 제수 밸브에 의해 많은 상수관이 함께 차폐되는 가능성을 고려하지 않았다.
  • 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 정상 상태접근 방법 (sucess mode approach)를 이용하여 상수 관망의 신뢰도를 추정하고자 한다. Eq.
  • 이와 같은 기존의 신뢰도 추정모형의 단점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 실제 대형 상수관망에서 보다 효율적이면서도 정확한 신뢰도를 추정할 수 있는 segment를 기반으로 한 minimum cutset 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 segment, 비의도적 구역고립 및 수압 저하 영역을 고려하여 산정된 정확한 피해영역을 바탕으로 minimum cutset을 정의하고, 신뢰도의 계산상 오차를 최소화할 수 있는 정상상태접근방법과 정의된 minimum cutset를 이용하여 신뢰도를 추정한다.

가설 설정

  • 정의되는 segment는 총 5개이며, segment S4의 경우 파이프 하나로 구성되는 다른 segment와 달리 두 개의 파이프 (P4와 P6)로 이루어져 있다. Segment와 비의도적 구역고립 이외에 압력저하로 인한 피해영역 산정을 위해 P3 가 파괴된 경우 3번 절점의 수압이 기준 수압이하로 저하된다고 가정하고 iriiiniinum cutset을 정의하였으며, Table 1은 각 segment의 격리에 따른 피해 영역(절점) 을 나타내고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. 전환돈 (2005). '상수관 파괴시 관망의 부분적 격리를 고려한 피해범위 산정.' 한국수자원학회지, 한국수자원학회, 제39권, 제2호, pp. 89-98 

  2. 전환돈, 김중훈 (2006). '상수관망의 부분적 격리를 위한 제수밸브 탐색 알고리듬.' 상하수도학회지, 한국상하수도학회, 제20권, 제1호, pp. 35-43 

  3. Billinton, R. and Allan, R.N. (1983). Reliability evaluation of engineering systems: concepts and techniques. Pitman Books Limited, London 

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  6. Jamil, A.T.M. and Ahmad, S.H. (1985). 'Reliability derivation by cutset approach.' Microelectronics and reliability, Vol. 25, No.4, pp. 789-795 

  7. Mays, L.W, (1996). 'Review of reliability analysis of water distribution systems.' Stodastic Hydraulics '96, K. K. Tickle et al., eds., Balkema, Rotterdam, The Netherlands, pp. 53 -62 

  8. Mays, L.W. (2004). Water supply systems security. The McGraw-Hill companies, New York 

  9. Ross, S.M. (1985). Introduction to probability models. Academic Press Inc., Orlando 

  10. Schabe, H. (1995). 'An improved algorithm for cutset evaluation from paths.' Microelectronics and Reliability, Vol. 35, No.5, pp. 783 -787 

  11. Su, V.C., Mays, L.W., Duan, N. and Lansey, K.E. (1987). 'Reliability based optimization model for water distribution systems.' Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 12, pp. 1539-1556 

  12. Walski, T.M. (1993). ''Water distribution valve topology for reliability analysis.' Reliability Engineering & System Safety, Vol. 42, No.1, pp. 21-27 

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