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상하수도 연계를 통한 도시 물 순환 모형 개발 및 적용
정건희(Chung, Gunhui),옥원수(Ohk, Won Soo) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6
도시 과밀화에 따라 주거지역의 인구밀도가 높아지고, 단위 면적당 물 사용량이 증가하고 있다. 그러므로 도시에 공급된 물의흐름을 연구하고, 도시 물 순환 건전성 제고를 위한 노력을 해야 한다. 본 연구에서는 비인과적인 프로그래밍인 Modelica를 소개하고, Open Medelica를 이용하여 도시 물 순환 모형의 기본이 될 수 있는 상수도와 하수도를 연계하는 모형을 구축하였다. 기존에 상수관망과하수관망을 모의하기 위해 일반적으로 사용되는 EPA-NET과 EPA-SWMM에서 제공하는 개발자 toolkit을 이용하여 수용가 블록을기준으로 Open Modelica 기반 상수관망과 하수관망을 연계하여 모의할 수 있도록 하였다. 상수관망에 공급되는 시간별 물 사용량의90%가 하수관망으로 자동 유입될 수 있도록 모형을 구축하였으며, 상수관망과 하수관망의 절점 간 연결을 위해 매칭테이블을구축하면 Open Modelica에 개발된 GUI에서 절점, 링크, 펌프, 탱크, 밸브 등의 수정이 가능하도록 개발하였다. 개발된 모형을 이용하여48시간 물 공급을 모의하였으며, 성공적으로 상수와 하수가 연계되어 모의되는 것을 확인하였다. 향후 개발된 모형을 기본으로하수처리수 재이용, 빗물이용, 우수의 유출 흐름, 저영향개발 시설 등과 같은 도시물순환 요소를 추가적으로 고려하여 보다 확장되고실제에 가까운 도시 물 순환 모형을 개발할 계획이다. 본 연구를 통해 Modelica가 시간에 따른 시스템 내 변화를 모의할 수 있다는것을 확인하였으며, 수식기반의 비인과적 시뮬레이션 언어이므로 도시 물 순환 요소의 블록별 개발을 통해 불록 간 관계 설정및 재사용 등이 가능하므로, 향후 도시 물 순환 모형의 시각화 및 구체화에 기여할 수 있을 것으로 보인다. Due to urban overcrowding, the population density of residential areas and water use per unit are increasing. Therefore, it is necessary to study the flow of water supplied to cities and to improve the healthy circulation of urban water. This study used Modelica, a non-causal analytical program. Using Open Modelica, the researchers constructed a model linking water distribution and sewerage, as the basis of a balanced urban water model. Using the programmer s toolkit provided by EPA-NET and EPA-SWMM, which are commonly used to simulate the existing water supply and sewage pipe networks, Open Modelica-based water distribution networks and sewage pipe networks can be connected and simulated based on the customer block. A model was built so that 90% of the hourly water consumption supplied to the water supply pipe network can be automatically introduced into the sewage pipe network. If a matching table is constructed to connect the nodes of the water supply pipe network and the sewer pipe network, the nodes will reflect in the graphical user interface (GUI) developed in Open Modelica. It was developed to enable modification of links, pumps, tanks, and valves. The 48-hour water supply was simulated using the developed model, and it was confirmed that water supply and sewage networks were successfully connected. In the future, we plan to develop a more expanded and realistic urban water circulation model by considering additional urban water circulation factors, such as sewage treatment, water reuse, rainwater use, storm runoff, and low-impact development facilities. Through this study, it was confirmed that Modelica can simulate changes in the system over time. Since it is a formula-based non-causal simulation language, it is possible to establish and reuse relationships between blocks through block-by-block development of urban water circulation elements. It is expected to contribute to the visualization and concretization of future urban water circulation models.
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