선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 수압모니터링 지점선정은 상수관망의 수압유지관리 차원에서도 상당히 중요한 문제이며 누수나 이상징후 포착을 위한 실시간 모니터링에서도 매우 중요한 문제일 것이다. 본 연구에서는 상수관망의 실시간 모니터링을 위한 지점선정방법 으로 압력기여도분석과 민감도분석방법을 제시하였다. 실제 2개의 테스트베드에 압력기여도분석방법을 적용하여 최적의 모니터링지점을 선정하였다.
제안 방법
- 그러나 신뢰성 있는 매개변수 값의 산정을 위해 수압 모니터링 지점선정방법으로 마찰계수 변화에 따른 수압의 민감도를 나타내는 민감도 함수와 그에 대한 검증방법의 일환으로 엔트로피 함수를 소개하였다.
- 제안된 방법을 미국의 Cherry Hill 상수관망에 적용하여 적용성을 검증하였다.
- 유량변화로 인한 압력기여도분석을 통하여 모니터링 지점을 선정하였다. 각 절점마다 일정한 유량을 필요유량에 합산하여 유량에 변화를 주었으며 이로 인한 다른 나머지 모든 절점의 압력변위를 계산하였다. 이렇게 계산된 결과는 어느 절점에서의 유량변화가 나머지 절점에 어느 정도의 압력변위를 발생시키는지 확인하는 방법으로써 압력기여도가 큰 절점을 우선순위로 선정한다.
- 0001 m3/sec씩 추가로 배출하는 조건으로 148번에 걸쳐서 정류해석을 수행하였다. 각 절점에서의 압력수두변위와 유량변화가 발생한 절점의 최초압력의 비를 합산하고 평균한 값을 비교하여 한 절점의 압력이 다른 모든 절점의 압력에 기여하는 정도를 정량적으로 산정하여 비교하였다. 압력기여도분석 결과 우선순위가 아래 Table 2와 같이 우선순위가 결정되었으며 1∼10위까지의 우선순위를 나타내었다.
- 우선순위 선정을 위하여 앞서 서술한 동일한 방법으로 각 절점에서의 위압수두와 각 관로에서의 유량을 산정한다. 그리고 각 절점에서 소요유량(demand)이 추가로 필요하다는 조건으로 정류해석을 수행한다. 예를 들면 특정절점의 필요유량은 평소 0.
- 는 특정 절점에서 발생한 유량변화로 인한 각 절점에서의 압력수두변위, h는 특정 절점의 최초압력수두(m)이다. 따라서 각 절점에서 유량을 변화시킨 후 그로인해 생긴각 절점의 압력수두변위와 유량변화가 생긴 절점에서의 압력수두의 비를 합산 후 평균하여 각 절점의 압력기여도를 분석한다. 그리고 기여도가 큰 절점을 우선순위로 선정한다.
- 또한 대부분의 연구가 상수관망 모형의 정확도를 높이며 측정비용을 최소화하는 절점을 제안하였으며 이는 상수관망 유지 관리를 위한 압력 계측기 위치 결정목적과는 다소 차이가 있다. 본 연구에서 제안된 방법으로 특정 절점에서의 유량변화에 의한 다른 절점에서의 압력변화를 정보량인 엔트로피로 정의하여 객관적이고 정량화된 기준을 제시하였다. 절점에서 비정상상태가 발생했을 때 전체 상수관에 미치는 영향 정도를 정량화된 수치인 엔트로피로 나타내며, 각 절점에서 실제적으로 변동하는 압력을 반영하고자 EPANET의 에미터 (Emitter)기능을 사용하여 실제 압력변화 패턴을 파악하였다.
- 그리고 몇 개의 센서를 설치해야 하는가도 중요한 관건일 것이다. 본 연구에서는 상수관망의 센서 최적설치지점 선정 알고리즘이 개발되었고 실제 2개의 상수관망 테스트베드에 적용하여 수압계를 설치하였다. 본 연구에서 개발된 모니터링 지점선정방법은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 앞서 제시한 압력기여도분석방법을 이용하여 실제 도시 상수관망의 테스트베드에 최적모니터링 지점을 선정하였다. 경기도의 광탄지역 소블럭 상수관망과 베트남의 호치민시 소블록 상수관망을 대상으로 압력기여도분석방법을 적용하여 모니터링 지점을 선정하였고 실제 수압계를 설치하였다.
- 본 연구에서는 정류해석 프로그램을 이용하여 베트남 호치민 상수관망을 정류해석 하였다. 배수지의 총수두는 14.
- 상수관망이 노후화됨에 따라 파괴나 누수와 같은 운영상의 문제가 빈번하게 발생하고 상수관망의 상태를 보다 정확히 파악하여 운영할 경우 안정적인 상수관망의 운영이 가능할 것이다. 상수관망의 실시간 모니터링을 위한 압력계를 모든 지점에 설치할 경우 과다한 초기투자 비용이 소요되며 시스템의 유지관리 측면에서도 적절치 않기 때문에 상수관망의 실시간 모니터링지점과 압력계대수 선정방법을 제안하였다. 제안된 방법은 영향행렬지수(Effect Index Matrix)를 기반으로 하며 영향행렬지수 내 column search를 수행하여 Online 압력계의 위치를 선정한다.
- 본 연구에서는 상수관망의 실시간 모니터링을 위한 지점선정방법 으로 압력기여도분석과 민감도분석방법을 제시하였다. 실제 2개의 테스트베드에 압력기여도분석방법을 적용하여 최적의 모니터링지점을 선정하였다.
- 필요유량의 변화로써 두 가지 경우가 고려되 었는데 첫째 모든 절점에서의 필요유량이 최고치의 경우와 기본필요유량에 근거한 정규분포를 갖는 필요유량의 경우로 구성되어있다. 실제 압력변화패턴은 각 절점에서 변하는 압력을 반영하기 위하여 EPANET의 에미터기능을 사용하여 결정하였다. 최적의 압력계설치위치는 엔트로피기준에 의해 전체 시스템으로부터 제일 많은 정보를 주거나 받는 절점을 우선순위로 정하는 방법으로 결정된다.
- 실제 테스트베드의 소블럭 상수관망에 모니터링 지점선정방법을 이용하여 수압계설치지점을 선정하였다. 첫 번째 테스트베드는 경기도 파주시 광탄면에 한개의 배수지를 갖고 있는 소블럭 상수관망이고 두 번째 테스트베드는 베트남 호치민시의 소블럭 상수관망이다.
- 압력기여도분석방법을 이용하여 실제 도시 상수관 망인 베트남 호치민시 상수관망에서 유량변화에 따른 압력기여도분석을 수행하였다. 유량변화는 각 절점에서 소요유량을 0.
- (2012)는 엔트로피 이론을 이용하여 상수관망에서 압력계설치위치의 최적화에 대해 연구하였다. 엔트로피이론을 이용하여 특정절점에서 필요유량의 변화에 따른 결과로써 다른 절점에서의 압력변화를 규정하는 것에 의해 압력계의 최적설치위치를 선택한다. 필요유량의 변화로써 두 가지 경우가 고려되 었는데 첫째 모든 절점에서의 필요유량이 최고치의 경우와 기본필요유량에 근거한 정규분포를 갖는 필요유량의 경우로 구성되어있다.
- 압력기여도분석방법을 이용하여 실제 도시 상수관 망인 베트남 호치민시 상수관망에서 유량변화에 따른 압력기여도분석을 수행하였다. 유량변화는 각 절점에서 소요유량을 0.0001 m3/sec씩 추가로 배출하는 조건으로 148번에 걸쳐서 정류해석을 수행하였다. 각 절점에서의 압력수두변위와 유량변화가 발생한 절점의 최초압력의 비를 합산하고 평균한 값을 비교하여 한 절점의 압력이 다른 모든 절점의 압력에 기여하는 정도를 정량적으로 산정하여 비교하였다.
- 첫 번째 테스트베드는 경기도 파주시 광탄면에 한개의 배수지를 갖고 있는 소블럭 상수관망이고 두 번째 테스트베드는 베트남 호치민시의 소블럭 상수관망이다. 유량변화로 인한 압력기여도분석을 통하여 모니터링 지점을 선정하였다. 각 절점마다 일정한 유량을 필요유량에 합산하여 유량에 변화를 주었으며 이로 인한 다른 나머지 모든 절점의 압력변위를 계산하였다.
- 002 m3 /sec로 변화시켜서 정류해석을 수행한다. 이때 변한 각 절점에서의 수두변 위와 유량변화가 발생한 절점의 최초압력의 비를 합산하고 평균한 값을 비교하여 식 (1)과 같이 한 절점의 압력이 다른 모든 절점의 압력에 기여하는 정도를 정량적으로 산정하여 비교하였다.
- 이때 특정 절점에서 유량의 변화가 생겼으므로 최초 계산하였던 각 절점에서의 위압수두와 각 관로에서의 유량이 변하게 된다. 이때 변한 각 절점에서의 수두변위와 유량 변화가 발생한 절점의 최초압력의 비를 계산하고 정류해석 회수만큼 합산 후 평균한 값을 비교하여 식 (2)과 같이 한 절점의 압력변위와 최초압력의 비를 민감도로 규정하고 정량적으로 산정하여 비교하였다.
- 부정류 해석을 위하여 특성선법(the method of characteristics)을 사용하였으며 time-lagged calculations 이라는 기법을 사용하였다. 이러한 기법을 혼합하여 누수지점을 역추적하는 방법을 개발하였다. 하지만 너무나 많은 계산과정과 노력이 필요하며 그에 따른 결과는 효과적이지 못한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제안된 방법으로 특정 절점에서의 유량변화에 의한 다른 절점에서의 압력변화를 정보량인 엔트로피로 정의하여 객관적이고 정량화된 기준을 제시하였다. 절점에서 비정상상태가 발생했을 때 전체 상수관에 미치는 영향 정도를 정량화된 수치인 엔트로피로 나타내며, 각 절점에서 실제적으로 변동하는 압력을 반영하고자 EPANET의 에미터 (Emitter)기능을 사용하여 실제 압력변화 패턴을 파악하였다. 최적 압력계 설치 지점은 엔트로피 기준에 의해 전체 시스템으로부터 제공받는 정보량이 가장 큰 절점을 우선으로 설치해야 한다고 제시하였다.
- 최적의 압력계설치위치는 엔트로피기준에 의해 전체 시스템으로부터 제일 많은 정보를 주거나 받는 절점을 우선순위로 정하는 방법으로 결정된다. 제안된 모형은 가상의 관망과 실제의 상수관망에 적용되었고 최적의 압력계 위치 조합이 민감도분석에 의해 계산되었다. 위 연구 결과 중 Jun et al.
- 상수관망의 실시간 모니터링을 위한 압력계를 모든 지점에 설치할 경우 과다한 초기투자 비용이 소요되며 시스템의 유지관리 측면에서도 적절치 않기 때문에 상수관망의 실시간 모니터링지점과 압력계대수 선정방법을 제안하였다. 제안된 방법은 영향행렬지수(Effect Index Matrix)를 기반으로 하며 영향행렬지수 내 column search를 수행하여 Online 압력계의 위치를 선정한다. 제안된 방법을 미국의 Cherry Hill 상수관망에 적용하여 적용성을 검증하였다.
대상 데이터
- 2는 파주시 광탄면 중블록의 위치도이다. Fig. 3과 같이 파주시 광탄면 소블록 상수관망은 총 582개의 관로, 1개의 배수지, 1개의 펌프, 그리고 564개의 절점으로 이루어졌다. 관로번호는 각각의 관로에 대한 고유번호를 의미하며, 분기점, 합류점, 혹은 절점이란 관로와 관로가 연결된 지점을 의미한다.
- 또한 본 대상의 상수관로는 1999년에 대부분 PVC관과 PE관으로 매설되었고 2014년 기준으로 사용연수가 15년 된 관로이다. Fig. 4는 베트남 호치민의 위치도이며 호치민 소블럭 상수 관망은 총 162개의 관로, 1개의 배수지, 그리고 148개의 절점으로 이루어졌다.
- 본 연구에서는 앞서 제시한 압력기여도분석방법을 이용하여 실제 도시 상수관망의 테스트베드에 최적모니터링 지점을 선정하였다. 경기도의 광탄지역 소블럭 상수관망과 베트남의 호치민시 소블록 상수관망을 대상으로 압력기여도분석방법을 적용하여 모니터링 지점을 선정하였고 실제 수압계를 설치하였다.
- 또한 본 대상의 상수관로는 1999년에 대부분 PVC관과 PE관으로 매설되었고 2014년 기준으로 사용연수가 15년 된 관로이다.
- 73 m, 최소 2 m의 관로를 가지고 있다. 또한 본 연구의 상수관로는 대부분 덕타일주철관(DCIP) 재질로 매설되어있으며 유속 계수 C는 90을 나타내고 있다. Fig.
- 본 상수관망은 직경이 50∼200 mm로 보통 100 mm의 직경이 많이 매설되어 있으며 최장 길이 298.45 m, 최소 길이 0.78 m의 관로를 가지고 있다.
- 본 상수관망은 직경이 50∼500mm로 매설되어 있으며 최장길이 961.73 m, 최소 2 m의 관로를 가지고 있다.
- 주거형태는 2∼3층의 주택지역으로 대부분 옥상 물탱크를 사용하는 간접급수 방식으로 수돗물을 공급하고 있다. 본 연구대상의 상수관망은 국내의 높은 해발고도를 갖는 배수지와는 달리 다소 낮은 해발고도 15 m의 배수지를 갖고 있으며 약 0.125 km2의 면적에 0.009292 m3/sec (802.83 m3/day)의 유량을 공급하고 있다. 본 상수관망은 직경이 50∼200 mm로 보통 100 mm의 직경이 많이 매설되어 있으며 최장 길이 298.
- 광탄면 중블록 상수 관망은 문산정수장의 용수를 공급받아 광탄배수지를 이용하여 광탄면의 수용가에 용수를 공급하고 있으며 3개의 소블록으로 이루어져있다. 본 연구의 상수관망은 신산리, 방축리, 창만리, 발랑리, 오산리를 포함하는 급수전수 1,282전 정도의 소블록으로 해발고도 84m의 배수지를 갖고 있으며 0.0677662 m3 (5855 m3 /day)의 유량을 공급하고 있다. 발랑리계통의 경우 해발고도 50 m이상의 고지대에 위치되어 가압폄프를 통하여 용수를 공급하고 있다.
- 실제 테스트베드의 소블럭 상수관망에 모니터링 지점선정방법을 이용하여 수압계설치지점을 선정하였다. 첫 번째 테스트베드는 경기도 파주시 광탄면에 한개의 배수지를 갖고 있는 소블럭 상수관망이고 두 번째 테스트베드는 베트남 호치민시의 소블럭 상수관망이다. 유량변화로 인한 압력기여도분석을 통하여 모니터링 지점을 선정하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 최적 압력계측 위치결정에 기존 연구의 단점을 보완하기 위하여 정보이론인 엔트로피 이론을 사용하였다.
- Liggett and Chen(1994)는 역 부정류 해석기법을 동원하여 상수관망의 모니터링 기법을 제안하였다. 부정류 해석을 위하여 특성선법(the method of characteristics)을 사용하였으며 time-lagged calculations 이라는 기법을 사용하였다. 이러한 기법을 혼합하여 누수지점을 역추적하는 방법을 개발하였다.
- (2003)은 최적의 압력측정지점을 선정하는 방법을 제시하고 있다. 제시된 세 가지 방법 중 두 가지는 A-optimality 그리고 D-optimality 기준 그리고 나머지 하나는 압력수두의 민감도에 기반을 두고 있다. 이러한 방법은 두 가지 경우의 연구에 의해 재현되었는데 첫 번째는 비교적 작은 크기의 상수관망 그리고 두 번째는 큰 상수관망으로 나뉘어 재현되었다.
성능/효과
- 오리피스의 유량변화에 따른 압력의 측정결과와 실제 누수로 인한 압력의 비교를 통하여 누수를 감지하게 되며 민감도 행렬이 측정지점선정에 지대한 공헌을 하게 된다. 누수의 지점과 양은 압력측정결과의 크기나 정밀도, 그리고 조도계수가 얼마나 정확히 측정되었는가에 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.
- 관로번호는 각각의 관로에 대한 고유번호를 의미하며, 분기점, 합류점, 혹은 절점이란 관로와 관로가 연결된 지점을 의미한다. 배수지 위치는 84 m이며 정류해석 결과 발랑리 가압장 전 까지의 511개 절점에서 수두가 평균 83.29 m이었다.
- 본 연구에서는 정류해석 프로그램을 이용하여 베트남 호치민 상수관망을 정류해석 하였다. 배수지의 총수두는 14.975 m이며 정류해석 결과 148개 절점에서 수두가 평균 14.092 m로 나타났다. 베트남 호치민의 상수관망은 평지에 분포되어 고도가 낮기 때문에 압력이 1.
- 실제 상수관망에 적용한 결과 우선순위가 높은 절점이 많은 구역을 찾을 수 있었으나 실제 센서의 설치는 가까운 절점에 집중하는 것을 지양하여야 할 것이다. 본 연구결과에서 개발된 상수관망 모니터링 지점선정 방법은 실제 상수관망에 적용하여 실효성을 입증할수 있었다.
- 따라서 3, 4, 5 순위와 가까운 절점인 937번 절점에 수압계를 설치하였다. 본 연구에서는 모니터링 지점선정방법을 실제 테스트베드에 적용해 본결과, 베트남 소규모 상수관망에서는 관말부분이 아닌 중간 부분에서 최우선 순위가 결정되었으나 광탄 상수관망에서는 우선순위가 관말에서 결정되었다. 실제 상수관망에 적용한 결과 우선순위가 높은 절점이 많은 구역을 찾을 수 있었으나 실제 센서의 설치는 가까운 절점에 집중하는 것을 지양하여야 할 것이다.
후속연구
- 상수관망에서 수압모니터링 지점선정은 누수 혹은 이상징후의 포착을 위해서 뿐만 아니라 상수관망의 효율적 운용을 위해 매우 중요한 일이다. 다른 절점에 대한 압력의 기여도가 큰 절점과 압력과 유량변화에 대해 압력이 매우 민감하게 반응하는 절점에 대해서는 좀 더 관심을 기울여 관리해야 할 것이다. 또한 압력기여도나 민감도분석결과는 상수관망에 꼭 필요한 시설물의 설치여부나 설치위치선정을 위해서도 판단 근거가 될 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.