하수도 시스템의 운영 및 유지관리를 위한 시스템다이내믹스 방법론의 적용에 관한 연구

이태근 부산대학교 2012 국내석사

Sewer system has performed important roles for many people's life such as improvement of health hygiene by excluding sewage, protection of overflow by excluding rainfall, preservation of water quality in rivers, reservoirs. Significance of sewer system has been also emphasized since heavy rainfall has been frequently occurred due to abnormal climate and water demand has increased continuously. According to this tendency, the efficiency of operation and maintenance for sewer system and the necessity of establishing the policies in order to efficiently operate sewer system have been consistently demanded. In order to perform the efficient operation and maintenance, it is required to find the relations among many factors in sewer system and to make a structure regarding these relations. System dynamics(SD) methodology is very suitable to perform this study. In this study, the entire feedback loops mechanism of sewer system was identified based on SD methodology. After that, SD model which able to predict future conditions for the operation and maintenance of sewer system was developed based on the identified mechanism. The operation data of busan metropolitan city's sewer system was applied to verify the developed SD model and to predict future conditions. By performing the sensitivity analysis, it is also able to find policy leverage for the efficient operation and maintenance of sewer system. In addition, scenario analysis for the operation of sewer system was performed to predict how main operational indices would be changed depending on some cases by changing some exogenous variables since future conditions are difficult to predict and have uncertainty.

BIM을 활용한 시설물유지관리시스템 개발

박미경 부산대학교 2011 국내석사

건설공사의 규모가 대형화, 복합화 되어감에 따라서 유지관리의 중요성이 더욱 커지고 있다. 유지관리의 효과를 높이기 위해서는 유지관리단계의 정보뿐만 아니라 설계․시공단계에서 생성된 정보를 신속하게 조회하고 활용할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 3D 그래픽 모델을 활용한 교량 구조물 유지관리 정보 시스템을 제시한다. 3D 환경의 유지관리 정보 시스템은 시설물 부재의 속성정보를 저장하고, 이와 관련하여 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 추출함으로써 필요한 자료를 신속하게 조회할 수 있다. 연구의 목적을 달성하기 위해서 캐드와 웹 환경으로 구성된 프로토타입을 개발했다. 개발된 프로토타입은 시공 중인 교량 구조물에 적용하여 유지관리 시 적용성을 검증했다. 현장에 대한 적용결과 유지관리자는 웹 환경에서 사무실과 현장에서 필요한 데이터를 찾을 수 있으며, 작업 시 실시간으로 데이터를 활용하여 유지관리의 시간을 단축하고, 의사결정의 정확성을 높일 수 있었다. Construction projects are becoming larger in size and higher in complexity. Operation and maintenance, therefore, is an important part in providing the serviceability of the built facility from the perspective of life-cycle. This paper presents a 3D graphic model-integrated data extraction for bridge maintenance. The 3D graphic model environment assigns attributes to the member blocks in CAD, and link the attributes to the data stored in a database. Then, the user can click the member block to extract the data associated with the attributes. A prototype has been developed to test the applicability of the 3D graphic model environment using CAD and web. Application of the system in an actual bridge construction showed that the 3D graphic model environment can help the user find necessary data at a shorter time, thereby increasing the effectiveness of operation and maintenance in bridge structures.

동화댐의 환경용수량 산정

이상윤 건국대학교 대학원 2008 국내석사

최근 환경친화적인 도시 공간 마련 또는 생태공원 및 친수환경 조성에 대한 국민의 기대가 높아지는 등 자연환경 및 생활환경 개선을 위한 용수, ‘환경용수’ 의 도입 필요성이 제기되고 있다. 또한 물이 부족한 우리나라에 있어 기존 수리시설물에 저장된 용수를 최대한 활용하는 것은 부족한 수자원의 효율적인 사용으로 매우 중요한 사항이다. 본 연구는 환경용수의 개념을 정립하고 비교적 수량이 풍부한 대상지구의 여유수량을 산정하였다. 또한 계획공급량 이외의 추가공급 가능량을 환경용수로 판단하여 대상지구에 활용하고 가치를 판단하는 등 용수이용률 제고에 관하여 연구하였다. 환경용수는 하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 해당 하천에 흘러야 할 최소의 유량인 하천유지용수와 구분하였다. 또한, 환경용수는 농촌지역 수변공간의 경관 및 기능보전 또는 수변공간 중의 산책, 스포츠, 물놀이, 낚시 등 레크리에이션을 통한 심리적, 정서적 만족을 얻을 수 있는 용수로 판단하였다. 댐 건설당시 계획된 관개수량과 기타용수량 이외에 발생하는 추가적인 여유수량을 산정하기 위하여 동화댐의 최소 확보 저수위를 사정하였으며, 이를 통해 추가공급 가능량을 산정하였다. 생활ㆍ공업용수와 하천유지용수의 이용률을 높여 동화댐의 물수지 분석결과, 1998년부터 2005년까지 평균 15,297×10³m³ 의 추가공급 가능량이 발생하였다. 강우량이 가장 많았던 2003년에 36,581×10³m³ 로 가장 많은 추가공급 가능량이 발생하였고, 극심한 가뭄해인 2001년과 2002년에는 용수공급에 어려움이 있는 것으로 분석되었다. 환경용수의 대표적인 사례인 청계천을 간접비교하여 추가공급 가능량의 가치를 측정한 결과, 1998~2005년까지 총 8개년의 평균 추가공급 가능량은 41,910m³/일로 하루 83만원, 연간 약 3억3백만원의 가치가 있는 것으로 나타났다. 또한 한국농촌공사 전국지사 평균 용수단가 68.81원/㎥를 기준으로 하였을 경우에는 연간 약 10억 5천만원, 수자원공사 댐용수 단가 47.7원/㎥를 기준으로 하였을 경우는 약 6억 4천만원의 가치가 있는 것으로 분석되었다. 동화지구는 2010년을 목표연도로 하여 수변공원조성사업을 계획하고 있으므로, 앞으로 수변공원조성사업의 각 시설물에 공급할 동화댐의 추가공급 가능량은 모두 환경용수량이라 할 수 있으며, 댐에서 환경용수량이 차지하는 비중은 더 커질 것이다. 따라서, 향후 연구에서는 환경용수 개념의 정립과 소규모 댐에서 환경용수량을 산정할 수 있는 구체적인 기준의 정립이 이루어져야 한다. There is a recent surge in national expectation of establishing environment-friendly urban spaces or ecological parks and aquatic environments, as part of the needs to implement using water, i.e., "environmental water," to improve natural and residential environments. This, considering Korea is one of the countries with water shortage, maximization of utilizing water stored in current water facilities is crucial, corresponding to efficient use of the insufficient resource. The purpose of this study was to re-define the definition of environmental water and estimate water storage (allowance) of the target area where water resource is relatively sufficient. Additionally, this study examined the ways to raise water usage rates, i.e., regarding not only the planned supply but also the additional supply available as environmental water, designing and evaluating ways to utilize such for the targe area. This researcher differentiated environmental water from the river management flow referring to the minimum amount of water flow to be present in a river to maintain its normal functioning and condition. Environmental water was also regarded as the water, utilization of which includes agricultural areas' aquatic space aesthetics and functioning preservation or recreation activities including walking, sports, water activities, fishing, etc. to ensure residents' psychological and emotional satisfaction. To estimate the additional water storage generated in addition to the irrigation water and the water for other purposes planned at the time of the dam construction, the minimum water level guaranteed of the Dongwha Dam was calculated, upon which the additional water supply available was estimated. The results of analysis of the Dam's water balance by increasing the usage rates of residential and industrial water and water management flow showed that from 1998 to 2005, mean additional supply available was 15,297×10³m³, with 36,581×10³m³ in 2003, where the largest rainfalls were present, demonstrating the largest amount of additional water supply available. Analysis also showed that there were difficulties with water supply in 2001 and 2002, where severe drought took place. Via indirect comparison of the Cheonggyecheon River, a representative case of environmental water, and calculation of the value of the additional supply available, this researcher found out that from 1998 to 2005, mean additional supply available for the eight-year period was 41,910m³/day, corresponding to 830,000 won per day and approximately 0.303 billion won per year. In addition, based on the mean water fee of 68.81won/㎥ adopted by national offices of the Korea Rural Community and Agricultural Corporation, the analysis resulted in the estimation amounting to about 1.05 billion won per year, and using 47.7won/㎥, the Korea Water Resources Corporation's dam water fee, to approximately 0.64 billion won. The Dongwha area, which is planning a waterside park installation project by 2010, all additional water supplied available to be provided for each facility of the project can be regarded as environmental water, with the percentage of environmental water for the Dam operation expected to increase further. Therefore, for future studies, establishment of specific standards is recommended that will allow for clear definition of environmental water and the estimation of environmental water in small-scale dams.

시스템다이내믹스 모델링 방법론을 활용한 상수도 시스템의 운영 모형

김규리 부산대학교 2011 국내석사

Effective construction and management of water supply facilities is the most promising industry as an important issue of the 21 century. Besides, it is expected that the water industry will be developed more earnestly in the future, as the global competition in the water industry is being gradually severe. In this paper, mechanisms for operating water supply systems which are related to the income of water supply business and maintenance model of its piping were investigated. Then, SD computer simulation model was developed to manage water supply systems effectively using the system dynamics method. The developed model is consisted of water supply, pipe maintenance and water supply business financial model. After applying operation and maintenance data of water supply systems in the targeted area to developed computer model, they were verified and then, system's management status in the past and the future were estimated. Constructed model as above were helpful to predict changes in the major management index of the long-term future such as supply rate, leakage, revenue water ratio and cost recovery rate.

하수처리장 반류수의 고농도 질소 처리를 위한 파일럿 규모 단일 탈암모니아 공정 운전 전략 개발

김정미 부산대학교 2023 국내박사

배수로의 수리적 안정성을 고려한 수질정화체의 효율성 연구

강승묵 건국대학교 대학원 2008 국내석사

최근 들어 환경에 대한 인식의 고조와 인간과 자연의 상호관계에 대한 재고로 인해 우리의 생활주변에서 많은 변화들을 관찰할 수 있다. 우리의 생활 터전인 하천과 예외는 아니다. 1980년대 고도의 경제성장과 더불어 하천은 홍수가 재해의 대부분을 차지하는 우리나라의 재해 특성에 맞추어 치수중심으로 직강화 되고 하천의 주변이 콘크리트로 변화기 시작하였다. 이러한 하천정비 및 수리시설정비는 예기치 않은 환경적 문제점을 야기하며 오늘날 우리에게 많은 불편을 주고 있다. 90년대에 이르러서 하천훼손과 수리시설 훼손의 심각성을 인식하게 되고, 그에 따라 하천, 수리시설의 환경기능에 대한 중요성이 많이 부각되었다. 최근 몇 년 사이에 자연친화적인 하천복원과 수리시설정비의 관심이 고조되면서 자연형 하천공법의 적용 초기단계를 걷고 있는 우리나라에서는 생태계 복원과 더불어 인명과 재산을 보호할 수 있는 안전한 자연형 하천공법 및 수리시설 정비의 개발을 위해 수리적 안정성을 지속적으로 관찰하고 분석할 필요가 있다. 그러나 우리나라에서는 수리적 및 치수 방재적 측면에서 자연형 하천공법의 안정성에 대한 표준화되고 일관된 분석 체계가 아직 구성되지 못하여 자연형 하천정비 공법이 실무적용에 많은 어려움을 겪고 있다. 소규모 하천 유역은 지역적 특성이 두드러지고 계절에 따른 유량변화가 심하여 하천의 수리적 안정성에 대한 분석체계가 적절하게 갖추어지고 있지 못한 실정이다. 친환경 공법의 수리적인 안전성 검토는 식생 및 자연재료의 물리적 특성, 하천의 수리?수문학적 특성, 유사특성과 이들의 상호관계 등에 대한 분석이 요구되며, 이에 선행하여 분석에 이용되는 장기간의 충분한 자료가 구축되어 있어야 한다. 그러나 우리나라의 경우 이러한 자료는 부족한 실정이며, 주로 시범구간을 통한 제한된 자료만이 이용되고 있을 뿐이므로 수리학적?치수방재적 측면에서 친환경 공법의 안전성 평가에 있어 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서 수질정화체의 배치 변화를 통한 수치해석 통하여 수심 및 유속분포를 비교?분석하여 수로의 3차원적 흐름특성을 파악하고, 수리모형시험과 수리모형시험을 통해 실제 대상수로에 수질정화체를 설치하여 수로의 수리적 안정성을 연구하였다. 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하였으며 수로내의 국부적인 흐름 파악이 가능하도록 세밀한 격자를 구성하였다. FLOW-3D와 수리모형시험 그리고 대상수로 모니터링을 각 경우에 따라 유속, 수위를 측정하여 다양한 조건에 대한 흐름 특성을 분석하였다. 연구의 결과 값들은 국내에서의 자연형 하천공법에 적용에 따른 하천 및 수로의 안정성을 판단하는 표준화된 분석체계를 마련하는데 기초 자료를 제공할 것이며 자연형 하천정비 및 수로의 기준과 적용을 확립하는데 중요한 의미를 가질 것으로 판단된다. Recently, we can observe many changes around our living, along with the increasing awareness of environment and the consideration of mutual relations between human beings and nature. Streams, the site of our living, are not an exception. Along with the remarkable economic growth in 1980s, streams became straightened suitably for the characteristics of Korean disasters (mostly, floods), focused on water control, and the surroundings of streams were changed into concrete. These maintenance works for streams and irrigation facilities caused unexpected environmental troubles, which have given a lot of inconveniences to us. With 1990s coming in, the seriousness of the damage of streams and irrigation facilities got recognized and accordingly, the importance of the environmental functions of streams and irrigation facilities was highlighted. For the past several years, the interest in the environmentally-friendly stream recovery and maintenance of irrigation facilities has increased, and under this circumstance, Korea, which is in the early stage of the natural stream construction method, needs to continuously observe and analyze irrigation stability for the development of a safe natural stream construction method and of maintenance of irrigation facilities that can recover the ecosystem and further, can protect human life and properties. However, in Korea, in terms of irrigation, flood control, and prevention of disasters, a standardized and consistent analysis system of the stability of a natural stream construction method has not been made yet so the practical application of a natural stream maintenance method is very difficult. The valley of small-size streams has remarkable regional characteristics and has serious fluctuation of flow so an appropriate analysis system of the irrigating stability of streams has not been made. For the examination of the irrigating stability of an environmentally-friendly construction method, the physical characteristics of living and natural materials, the irrigating and water scientific characteristics of streams, and the correlations among those characteristics and similar characteristics should be analyzed, and prior to this, sufficient database should be constructed for a long time. However, Korea is lack of those database and only the restricted database through sample sections are being used so it is quite much difficult to evaluate the stability of an environmentally-friendly construction method in terms of irrigation, flood control, and prevention of disasters. This paper compared and analyzed water depth and the distribution of the velocity of moving fluid through the numerical interpretation based on the changes in the arrangement of a water purification system. And then, it examined the characteristics of three-dimensional flow of a waterway. Through the test of an irrigation model, it installed a water purification system on a waterway in question and researched the irrigation stability of the waterway. It used FLOW-3D, a 3D flood control model, and constructed a minute lattice to examine the local flow in the waterway. It measured the velocity of moving fluid and the water level for FLOW-3D, irrigation model test, and monitoring of the waterway respectively, and analyzed the flow characteristics based on various conditions. It is judged that the research results will become basic data for preparing a standardized analysis system that judges the stability of streams and waterways to which a natural stream construction method is applied. And further, they will have important meanings in formulating the standards and the application of natural stream maintenance and waterways.

u-City 구축을 위한 발전된 상수관망 운영시스템의 개발 : Smart Water Network

조문수 고려대학교 대학원 2007 국내석사

본 연구에서는 u-City 구축을 위한 발전된 상수관망 운영시스템을 개발하였으며 이 시스템을 SWN(Smart Water Network)로 지칭하였다. SWN은 관의 누수 및 파괴와 시스템의 비정상상태를 실시간으로 감지할 수 있는 시스템이다. 연구는 크게 3부분으로 구성되어 있다. 첫번째는 국내 상수관망의 특성에 알맞은 한국형 SWN이 갖추어야할 요소들을 제안하였다. 두번째는 기존 상수관망 시스템에 SWN의 적용시의 이익을 정량화하기 위하여 수용가불편시간이란 개념을 사용하였으며 수용가불편시간은 관의 누수 및 파괴로 인한 압력저하와 복구 공사로 인한 단수로 인해 수용가가 불편을 느끼는 시간이다. 마지막으로 SWN의 주요 센서인 Smart Pipe와 On-line 압력계의 설치 위치를 선택하는 방법을 개발하였다. Smart Pipe의 설치위치는 전환돈(2005)이 개발한 알고리즘을 사용하였으며 On-line 압력계의 경우 영향지수행렬(Effect Index Matrix)와 행렬의 Column Search를 통하여 설치위치를 결정하는 방법을 개발하였다. 그리고 수용가불편시간과 SWN의 주요센서의 적용성을 확인하기 위하여 미국과 국내의 상수관망에 적용하였다.

건설시공 안전을 위한 USN 기반의 실시간 모니터링 시스템

최병영 부산대학교 2009 국내석사

건설 시공현장에서 콘크리트 타설은 거푸집, 동바리 등 가설 구조물만으로 유동상태의 콘크리트 자중 및 각종 시공하중을 지지한 상태에서 진행된다. 그러므로 콘크리트 타설 직후부터 콘크리트 양생기간 동안은 구조적으로 가장 취약한 시기이다. 작업 중 복잡한 동선이나 타설 충격, 지반 침하 등으로 인해 가설구조물에 하중집중이 발생할 수 있고, 이러한 하중의 집중으로 인한 가설구조물의 불안정은 시공 중 붕괴사고의 원인이 된다. 콘크리트 타설 및 양생과정에서 거푸집의 안전성을 높이기 위해서는 콘크리트 타설 프로세스를 지속적으로 모니터링 해야 한다. 본 연구는 건설 시공현장에서 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 활용한 시공 모니터링 시스템을 제시한다. 이 시스템은 다양한 센서를 이용하여 하중의 변화나 거푸집의 변형 등을 실시간으로 측정하고, 계측값을 무선으로 전송한다. USN을 통해 전송된 데이터는 현장 상황을 실시간으로 확인할 수 있게 하고, 측정값 각각의 허용수준과 비교하여 하중의 과다 재하나 거푸집의 이상변형 발생을 파악하는 등의 분석을 가능하게 한다. 이렇게 건설 시공현장의 계측 결과를 실시간으로 모니터링함으로써 시공 현장이 위험한 상황에 처할 경우, 경고조치를 통해 작업자의 작업 중단 및 즉각적인 대피, 신속한 사후 대처 등이 가능하다. USN을 활용한 모니터링 기술은 건설 산업에서 시공관리의 과학화, 시공환경의 개선 및 안전성 제고에 기여할 것으로 기대된다. Temporary structures such as formworks, supports, etc. are crucial elements in concrete placement work. The structures could collapse when they are not properly supported, and need to be monitored for structural safety. This research introduces the application of a Ubiquitous Sensor Network (USN)-based monitoring system that is being tested at the Pusan National University for increasing structural safety. The system takes advantage of ubiquitous technologies together with a variety of sensors, which allows for wireless transmission of construction monitoring data during a concrete placement operation. Using the USN-based monitoring system, the temporary structures were constantly monitored to find out whether the structures were being supported in a stable condition. A field test was conducted to acquire field data, and the data in turn were used to evaluate the safety of the concrete placement operation.

초미립자 시멘트 그라우팅 품질향상을 위한 IoT 강관다단 모니터링 시스템 효과

김재용 부산대학교 2023 국내석사

터널 강관다단 시공 시 천공작업이 완료된 후 수행하는 그라우팅은 강관 파이프를 정착시키고 구조적 안정성을 얻기 위해서 중요한 역할을 한다. 특히 초미립자 시멘트 그라우팅의 경우 품질관리를 위해서는 유량과 유압이 정확히 관리되어야 한다. 이와 같이 터널 강관다단 시공에서 그라우팅이 가지는 중요성에 따라서 그라우팅의 유압과 유량을 지속적으로 모니터링하고, 일정한 유압과 유량이 공급 되도록 품질관리를 해야 할 필요성이 있다. 그러나 현재 그라우팅 작업현황을 보면 기계식 유량과 유압계를 사용하고 있으나 기계식 유량과 유압계의 지시바늘이 진동이 심하여 개략적인 측정값만 알 수 있고, 관리자가 유압정보를 확인하기 위해서는 반드시 유량과 유압계가 설치되어 있는 지역으로 이동해야 한다. 본 연구의 목적은 전자식 유압계 및 유량계를 설치하고 원격으로 모니터링하는 IoT 강관다단 모니터링 시스템을 제공하여 강관다단 그라우팅 품질을 높이는 것이다. 본 연구에서 개발된 IoT 강관다단 모니터링 시스템은 인터넷으로 데이터를 전송하며, 품질관리자는 언제, 어디서나 강관다단 진행상태를 확인할 수 있어서 품질관리를 효과적으로 수행할 수 있게 지원한다. 현장적용 결과 강관다단 그라우팅 작업 중 유압계와 유량계의 최대허용범위와 최소허용범위를 벗어나면 경고신호를 발생시켜서 초미립자 시멘트 그라우팅의 품질을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

낙동강 중·상류 보 건설 후 물금지역의 조류발생 특성 변화

임지성 부산대학교 2015 국내석사

The Nakdong River in South Korea has significant social, economic and environmental impacts because Nakdong River flows across some major cities such as Busan, Ulsan, Yangsan and Kimhae city. The Nakdong River also provides drinking and industrial water to that cities, thus effective water quality management of the river has been one of the most challenging issues for decades. On the other hand, eight weirs were constructed in Nakdong River from 2009 to 2011 by ‘Four Major River Restoration project’ in South Korea. After this construction water environment affecting algae occurrence in downstream of the Nakdong River is considered to be changed. So in this study we evaluated the change of algae occurrence before and after weir construction at Mulgeum site in downstream of the Nakdong River, South Korea. At first chlorophyll-a concentration for 16 year at Mulgeum site showed decreasing tendency. Average concentration of chlorophyll-a before and after weir construction were 54.98 mg/m3 and 34.35 mg/m3 in each period. It means that after weir construction high concentration(>100 mg/m3) of chlorophyll-a has greatly declined in comparison with before weir construction. Variation of chlorophyll-a concentration by algae alert system in South Korea also showed similar results. Over B level of chl-a concentration was 64.2% before weir construction otherwise 45.6% after weir construction. Especially in winter/spring season showed 78.7% of over B level of chlorophyll-a concentration whereas 52.8% in summer/autumn season. However there was limitation of analysis in summer season using chlorophyll-a concentration as an indicator at Mulgeum site because there was no significant correlations between chlorophyll-a and Blue green algae which is dominant species in summer season at Mulgeum site. Therefore for more accurate analysis of algae occurrence at Mulgeum site in summer season need to use chlorophyll-a concentration and blue green algae cell number together. As a result of correlation analysis between chlorophyll-a and the other parameters before weir construction, thirteen parameters including water temperature and BOD revealed as significant parameters affecting chlorophyll-a concentration, while after weir construction showed only six parameters as a significant parameters. This result means water environment in downstream of the Nakdong River have changed by construction of eight weirs in middle and upstream of the river. Chlorophyll-a prediction model was also developed by multiple linear regression analysis. BOD, DO, PO4-P and TP were selected as an independent variables of the model before weir construction. BOD showed the highest influence to chlorophyll-a according to beta coefficient. In case of after weir construction, chlorophyll-a prediction model was developed and its independent variables were COD, DO, TN and Water depth. In this model, COD showed the highest influence to chlorophyll-a concentration according to value of beta coefficient.