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효율적인 하수관거 개량을 위한 의사결정모형의 개발
Development of a Decision Making Model for Efficient Rehabilitation of Sewer System 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.41 no.2, 2008년, pp.127 - 135  

이정호 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학과) ,  전환돈 (한밭대학교 토목공학과) ,  주진걸 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학과) ,  김중훈 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학과)

초록
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하수관거 개량사업의 주된 목적은 Inflow/Infiltration (I/I)를 제거 및 통수능력 확보이다. 최근 노후 하수관거의 개 보수 및 신설 사업이 활발히 이루어지고 있으나 현재의 사업들은 관거 데이터의 부족, 유량 및 수질 자료의 장기적인 측정 미비 등으로 인하여 효율적인 사업을 진행시키기에 무리가 있다. 본 연구에서는 하수관거 개량사업을 보다 효율적으로 진행시키기 위하여 Rehabilitation Weighting Model (RWM)과 Rehabilitation Priority Model (RPM)로 구성된 의사결정모형을 개발하였다. RWM은 시간 및 예산상의 제약으로 인하여 주요 지점에서만 관측되는 I/I를 상류의 각 관거별로 I/I를 산정하며, 관거별 I/I는 Analytic Hierarchy Process (AHP)를 통하여 산정된 8개 결함항목별 가중치에 따라서 결정된다. RPM은 Genetic Algorithm (GA)를 이용하여 소유역별 최적개량우선순위를 산정한다. 이것은 공사 기간 중 발생하는 I/I를 최소화시키기 위한 소유역별 공사 순서를 설정함으로써 하수처리장의 처리비용을 절감시킴으로써 하수관거 개량사업의 효율적인 시행을 위한 판단 기준을 제시해준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of sewer rehabilitation is to improve its function while eliminating inflow/infiltration (I/I) and insufficient carrying capacity (ICC). Such rehabilitation efforts, however, have not been particularly successful due to a lack of sewer data and unsystematic field practices. The present...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서 적용된 대상 유역은 관거 개량 사업의 타당성 조사를 위하여 1998년 서울시에서 조사된 4개 배수분구별 I/I 총량에 대한 산정 결과를 인용하였다. 또한, 기존의 일반적인 사업 시행에 있어서는 I/I 조사결과를 토대로 4개 배수분구별 사업 순위의 책정만이 가능한 반면 본 연구에서는 RWM을 통한 보다 세분화된 소유역별 사업순위의 책정이 가능하다는 특징을 가지고 있다.
  • 본 연구에서 AHP는 실무 전문가들을 대상으로 I/I의 발생에 영향을 미치는 결함항목별 가중치 산정을 위하여 이용되었으며, 결함항목별 가중치는 유역 전체의 I/I 발생량을 각 관거별로 분배하기 위한 기준이 된다.
  • 본 연구에서 개발된 하수관거 개량에 대한 의사결정 모형은 RWM 및 RPM으로 구성되며 이것은 하수관거 시스템의 효율적인 개량 시행을 위하여 개발되었다. 여기서, RWM은 AHP를 이용하여 I/I에 대한 각 결함항목의 영향도를 고려하여 결함항목별 가중치를 산정하고 관거별 결함상태에 따라서 각 관거별 I/I를 추정하게 된다.
  • 또한 이를 바탕으로 전체 배수분구에 대하여 관측된 전체 I/I 발생량을 상류지역의 각 관거로 배분함으로써 각 관거별로 발생 가능한 I/I를 추정하게 된다. 이렇게 산정된 관거별 I/I 발생 가능량을 바탕으로 RPM은 배수분구내 소유역별 최적 개량 우선순위를 산정하게 되는데 최적화기법으로는 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용하였으며 개량사업 시행 기간 중 발생되는 I/I를 최소화함으로써 사업 기간중 하수처리장에서의 I/I에 따른 추가적인 처리 비용을 최소화하는 것을 목적함수로 한다.

가설 설정

  • ‘하수관거조사 및 정비 기본설계 보고서(서울시, 1998)’에서 제시된 2,965ha의 불광배수구역 전체에 대한 사업 기간은 13년으로 본 모형 적용을 위한 전체 사업 기간은 개량 대상인 관거연장 약 6km에 대하여 3년(56m/day)으로 가정하였다.
  • 또한, 통수용량이 부족한 관거에 대하여 우선적으로 시행하고 그다음 결정 요소들에 대한 점수평가를 통하여 개량 순위를 결정하게 된다. 따라서 본 연구에서는 대상 유역에서의 통수용량 부족 관거에 대한 교체를 시행이 완료되었다는 가정 하에 소유역별 개량 순위를 책정하였다. 그리고 본 연구에서 개발된 모형에 의한 결과를 현행 국내 사업시행에 따른 결과와 비교하기 위하여 위에서 언급한 국내에서 일반적으로 사용되어지는 점수평가법(Numerical Weighting Method, NWM)에 의한 결과를 ‘하수관거조사 및 정비 기본설계 보고서(서울시, 1998)’를 인용하여 추가적으로 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
관거의 통수능 부족은 어떤 원인 중 하나인가 하수관거 개량사업의 목적은 Inflow/Infiltration (I/I) 및 통수능 부족으로 인한 문제점들을 해결함으로써 관거 시스템의 기능을 향상시키는데 있다. 관거의 통수능 부족은 도시유역에서의 내수침수의 주요 원인중 하나이며, I/I는 하수처리장으로 유입되는 유입수의 농도를 희석시킴으로써 처리장의 처리 효율을 저감시킨다. 그러므로 관거 시스템의 기능 향상 및 하수처리장의 효율 향상을 위해서는 하수관거 개량사업이 필요하다.
하수관거 개량사업의 효율을 최대화하기 위해서는 개량 시행에 따른 효율을 고려함으로써 개량 우선순위를 결정하는 새로운 방법이 필요하다고 본 이유는? 일반적으로 배수분구내 I/I의 조사는 예산 및 시간의 부족으로 인하여 일부 지점에서 샘플링된 유량 및 수질 자료를 분구 전체로 확대 적용하고 있으며, 해당 배수분구에서는 오직 전체 I/I 발생량만 산정되고 각 관거별 I/I의 산정은 불가능한 실정이다. 그리고 하나의 배수분구에 대한 관거 개량 사업은 분구내 각 소유역별로 산정된 우선순위에 따라서 순차적으로 시행되며 우선순위 결정은 일반적으로 점수평가법에 의하여 이루어진다. 그러나, 기존의 이러한 우선순위 산정은 관거 개량에 따른 효율을 고려하지 않고 단순한 평가항목별 점수 배분에 의하여 이루어지고 있다. 따라서, 하수관거 개량사업의 효율을 최대화하기 위해서는 개량 시행에 따른 효율을 고려함으로써 개량 우선순위를 결정하는 새로운 방법이 필요하다.
하수관거 개량사업의 목적은? 하수관거 개량사업의 목적은 Inflow/Infiltration (I/I) 및 통수능 부족으로 인한 문제점들을 해결함으로써 관거 시스템의 기능을 향상시키는데 있다. 관거의 통수능 부족은 도시유역에서의 내수침수의 주요 원인중 하나이며, I/I는 하수처리장으로 유입되는 유입수의 농도를 희석시킴으로써 처리장의 처리 효율을 저감시킨다.
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참고문헌 (22)

  1. 구리시 (2001). 구리시 하수도정비 기본계획보고서 

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  5. 이정호, 김중훈, 김형수, 조덕준, 김응석 (2004). '최적도시유출시스템의 개발 : II. 도시유역의 최적 유출시스템 제어를 위한 의사결정모형의 개발.' 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제 7권, 제3호, pp. 207-217 

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  7. Brousseau, E (1997). 'Trenchless Sewer Rehabilitation vs. Reconstruction. DM Robichaud Associates' Ltd. http://www. dmrobichaud.com/rehabchoices.htm 

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  9. Chae, M.J. and Abraham, D.M. (2001) 'Neuro-Fuzzy Approaches for Sanitary Sewer Pipeline Condition Assessment.' Journal of Computing in Civil Engineering, Vol. 15, No. 1, pp. 4-14 

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  19. Thomas, L.S. (1990). 'How to make a decision : The Analytic Hierarchy Process.' European Journal of Operational Research, Vol. 48, No. 1, pp. 9-16 

  20. Thomas, L.S. (1994). 'Highlights and critical points in the theory and application of the analytical hierarchy process.' European Journal of Operational Research, Vol. 74, No. 3, pp. 426-447 

  21. Vargas, L.G. (1990). 'An overview of the analytic hierarchy process and its applications.' European Journal of Operational Research, Vol. 48, No. 1, pp. 2-8 

  22. Wirahadikusumah, R., Abraham, D.M., Iseley, T. and Prasanth, R.K. (1998). 'Assessment Technologies for Sewer System Rehabilitation.' Automation in Construction, Vol. 7, No. 4, pp. 259-270 

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