간행물
상하수도학회지 KCI 등재 Journal of the Korean Society of Water and Wastewater
- 발행기관 대한상하수도학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1225-7672 (Print)2287-822X (Online)
- 수록기간 1993 ~ 2026
- 주제분류 공학 > 건축공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
권호리스트/논문검색
제40권 제2호 (2026년 4월) 9건
1.
2026.04
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본 연구는 막대한 초기 투자비용으로 인해 스마트미터의 전면 도입이 어려운 국내 상수도 운영 여건을 고려하여, 부분 계측 데이터만을 활용한 소블록 (DMA) 물 사용량 추정 기법과 효율적인 누수 감시 전략을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 실제 운영 중인 6개 DMA의 고해상도 자료를 활용하여 수량수지 기반 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하고, 설치 시나리오별 성능을 정량적으로 평가하였다. 물 사용량 추정 정확도 분석 결과, 전체 유량 변동성을 주도하는 대수용가를 우선 계측하고 일반 수용가에 대해 층화 추출을 적용하는 방식이 가장 우수한 성능을 보였다. 특히 설치율 10% 수준에서도 기존 무작위 방식 대비 추정 성능이 크게 개선되어 평균 절대 비율 오차(MAPE) 약 10% 내외로 저감됨을 확인하였다. 누수 감지 성능 평가는 오경보율을 1% 이하로 통제한 조건에서 전일(All-day) 감시와 야간최소유량(MNF) 시간대 감시를 비교하였다. 그 결과 MNF 시간대에서 는 설치율 30%만으로도 평균 유량 대비 약 10% 누수를(시뮬레이션 조건에서) 100% 감지할 수 있었으며, 6∼8% 수준의 미세 누수 또한 80% 이상의 확률로 감지 가능함을 확인하였다. 결론적으로 예산 제약 하에서의 스마트미터 도입은 대수용가 중심의 우선순위 선정과 MNF 시간대 데이터 기반 집중 분석 체계 구축이 핵심이며, 본 연구 결과는 단계적 스마트 관망관리(SWM) 사업 추진을 위한 실무적 가이드라인을 제공한다.
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2.
2026.04
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본 연구는 미처리된 공장폐수가 상시 유입되고 있는 하수처리장에 대하여 BOD와 TOC의 상관관계 및 BOD/TOC 비를 분석하여 하수처리 특성을 파악하고자 하였다. 유입수의 BOD/TOC 비는 평균 1.42 정도로서 BOD와 TOC의 결정계수(R2)가 0.8111로 비교적 높았지만 공장폐수의 유입으로 BOD와 TOC간의 상관성이 일반 하수에 비하여 조금 낮게 나타났다. 또한 최초침전지를 거친 생물반응조 유입수의 BOD/TOC 비는 유입수와 큰 차이가 없었지만 방류수의 BOD/TOC 비는 평균 0.41~0.73 정도로 생물반응조에서 생분해성 유기물이 제거됨에 따라 BOD/TOC 비와 BOD와 TOC의 상관관계가 급격히 감소하였다.
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3.
2026.04
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기후변화로 기상 조건의 변동성이 증가함에 따라, 하수처리장 유입 부하의 변동성 또한 전반적으로 확대되고 있다. 특히 합류식 하수관거 시스템을 사용하는 도시 지역에서는 강수 및 기온 변화에 따라 유입 부하 변동이 더욱 두드러지게 나타난다. 이에 따라 기존에 활용되는 계절 기반 분류 방법은 예외적인 유입 부하 패턴을 충분히 포착하는 데 한계를 가진다. 본 연구는 기상 자료와 유입 수질 자료를 통합하여 군집화 기반으로 하수처리장 유입 부하 패턴을 분류하는 것을 목적으로 한다. 유입 부하 변동 특성을 효과적으로 나타낼 수 있는 최적의 군집화 조건을 도출하기 위해 다양한 실험 조건에서 여러 군집화 알고리즘의 성능을 비교ㆍ분석하였다. 9년간의 일 단위 기상 자료와 유입 수질 자료를 활용하여 다양한 입력 변수 및 파라미터 조건에서 4개 군집화 알고리즘의 성능을 평가하였다. 분석 결과, 학습에 활용된 특징 변수의 수가 증가할수록 군집 간 상대적 거리인 분리도는 전반적으로 감소하여 분류 성능이 저하되는 경향을 보였다. 반면, 기상 변수를 포함하면 군집 성능이 일관되게 향상되었다. 결과적으로, 강수량의 비대칭적 분포 특성으로 인해 밀도 기반 및 분포 기반 알고리즘은 군집 경계 형성을 저해하여 성능이 저하되었고, 거리 기반 알고리즘은 강수 변수를 포함할 때 분리도가 증가하며 실루엣 지수(Silhouette Index, SI) 높게 나타났다. 이러한 결과는 적절히 선택된 군집화 조건이 기존의 계절 분류를 넘어 예외적인 유입 부하 패턴을 효과적으로 구분할 수 있음을 시사한다. 본 연구는 기상 자료와 수질 자료를 통합한 유입 부하 군집화가 기존 접근법보다 정교한 분류를 가능하게 하며, 선제적 운영과 공정 수준 예측 성능 향상에 기여할 수 있는 정량적 근거를 제시한다.
4,900원
4.
2026.04
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물환경 및 상하수도 기술이 기후위기 시대에 어떻게 담론화되고 있는지를 국내외 언론 보도 데이터를 활용해 비교 분석한 연구이다. 기존 연구들이 물관리의 기술적, 정책적 측면에 주로 초점을 맞췄다면, 본 연구는 기후 변화와 관련된 물 문제에 대한 사회기술적 담론에 분석의 초점을 확장하였다. 국내외 전문 언론사 6곳(국내 3개, 국외 3개)에서 수집한 데이터를 바탕으로 TF-IDF, N-gram 분석, LDA 토픽 모델링, CONCOR 네트워크 분석을 적용하여, 기후 대응형 물관리 담론의 주제 구조와 의미 관계망을 파악하였다. 분석 결과, 국내외 언론 담론에는 뚜렷한 차이가 존재하는 것으로 나타났다. 국내 언론은 노후 관로, 시설 점검, 규제 준수, 공공부문 중심의 거버넌스 등 기존 행정체계 내의 관리, 유지보수, 위험통제에 초점을 맞춘 반면, 국외 언론은 정수 효율성, 지하수 보호, 해수담수화, 재이용, 환경보호청(EPA) 등 기술 혁신, 수질 기준, 공중보건, 시장 및 산업 주도의 변화와 같은 담론을 중심으로 물 문제를 다루고 있다. 또한, 위험과 안전 개념의 구성 방식에서도 차이가 나타났는데, 국내 담론은 물리적 인프라의 취약성에 중점을 두는 반면, 국외 담론은 수질오염 사건, 지역사회 권리 등의 이슈에 더 많은 비중을 두고 있었다. 본 연구는 기후위기 시대에 재구성되는 물 관련 언론 담론의 구조를 체계적으로 제시함으로써, 향후 물 정책, 기술 개발, 거버넌스 체계 설계에 실증적 통찰을 제공한다.
6,000원
5.
2026.04
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전 세계적인 물 부족 심화로 상수관망의 효율적 운영 및 유지보수(O&M) 중요성이 커지고 있다. 특히 정확한 수압 예측은 잠재적 문제의 사전 감지와 대응에 필수적이다. 이에 본 연구는 전처리된 데이터를 활용하여 현장 적용성이 높은 수압 예측 모델을 개발하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 8개 블록시스템(DMA)의 10분 단위 시계열 데이터와 4종류의 딥러닝 모델(LSTM, GRU, CNN-LSTM, CNN-GRU)을 활용하였으며, optuna를 통해 하이퍼파라미터를 최적화하고 배치 정규화 등을 적용해 학습 안정성을 확보하였다. 평가 결과, CNN-GRU 모델이 가장 우수한 성능을 나타냈다. 해당 모델을 기반으로 입력 조건에 따른 성능을 비교한 결과, 단변수 대비 다변수 입력 조건에서 예측 정확도가 향상됨을 확인하였다. 또한, 10분 선행 시점에서 최고 신뢰도(R2 0.9678, RMSE 0.0375)를 기록했으며, 지속성 모델의 성능이 점진적으로 하락하여 상대적인 저점을 형성하는 7시간 및 17시간 선행 시점에서 CNN-GRU 모델은 지속성 모델 대비 RMSE 기준 각각 48.0% 및 42.1%의 오차 개선을 달성하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안하는 전처리 및 하이퍼파라미터 통합 최적화 프로세스는 DMA별로 상이한 운영 환경에서도 안정적인 예측 성능을 확보할 수 있음을 입증하였다. 이는 현장 엔지니어의 데이터 분석 및 의사결정을 지원함으로써, 상수관망의 안정적인 운영과 유지보수 효율성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
5,800원
6.
2026.04
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본 연구는 극한 기후 현상에 따른 도시 핵심 인프라의 취약성이 증가하고 있다는 문제의식에서 출발하여, 전력–수자원 시스템 간 상호의존성을 고려한 회복탄력성 강화 프레임워크를 제안한다. 대규모 도시 인프라를 분석하는 데 있어 데이터 부족 및 보안상의 제약이 존재함을 고려하여, 공공 지리 정보 및 통계 자료를 활용해 서울 수도권 지역을 대상으로 전력망과 상수도 공급망 간의 복합적인 상호의존성을 모사하는 합성 네트워크를 구축하였다. 본 연구에서는 핵심 수자원 인프라 노드에 대한 전력 공급을 우선적으로 보장하고, 단절점과 같은 구조적 네트워크 취약성을 최소화하기 위해 계층적 다목적 탐욕 알고리즘을 개발하여 분산전원의 최적 배치를 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 총 92개의 분산형 전원 자원을 전략적으로 배치함으로써 전력망 내 11개의 핵심 단절점이 제거되었으며, 전력망의 평균 매개 중심성은 약 20 % 감소하고 평균 군집 계수는 5.9 % 증가하는 등 네트워크 회복탄력성이 유의미하게 향상되었다. 또한 전력망의 30 %가 손실되는 극한 재난 시나리오 하에서, 상수도 시설의 생존율은 기존 시스템 대비 7.7 % 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 물리적 설비 강화 중심의 기존 접근 방식과 더불어, 네트워크 위상 최적화를 병행하는 전략이 도시 에너지 및 수자원 공급 안정성 확보에 필수적임을 시사한다. 본 연구에서 제안한 프레임워크는 제한된 자원을 도시 인프라 운영을 위해 효율적으로 배분하기 위한 데이터 기반 의사결정 지원 도구로서, 향후 기후 불확실성에 대비한 도시 전력–수자원 인프라 구축 및 정책 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
4,200원
7.
2026.04
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본 연구에서는 실규모 MLE(Modified Ludzack-Ettinger) 공법 하수처리시설을 대상으로 송풍량 성능을 평가⋅최적화하기 위해 데이터 기반 유입수 성상 분석 프레임워크와 수학적 모델 기반 디지털 트윈(DT, digital twin)을 개발하였다. 국내 기존 하수처리시설 모니터링 체계는 활성슬러지 모델 구동에 필수적인 CODcr 분획 자료가 부족하고, 처리장에서 수행되는 일 1회 채수만으로는 유입수의 시간적 변동성을 반영하기 한계를 가지고 있다. 이를 보완하기 위해 생물반응조 유입수를 대상으로 24시간 채수를 수행하여 계절별 유입 특성을 평가하였다. 또한 이차침전지 처리수를 대상으로 탄소성 및 질소성 생물학적 산소요구량 실험을 진행하였을 때, 잔류 암모니아 1 ㎎/L는 약 4.82 ㎎/L의 NOD(nitrogenous oxygen demand)를 유발하는 것을 파악하였다. 유입수 유기물 성상 및 분획을 추정하기 위해 다항 회귀와 다층 퍼셉트론 기반 모델을 결합하여 적용하였다. 2차 다항 회귀 모델은 TCOD(total COD) 예측에서 R2 0.848의 높은 성능을 보였으나, 비선형성이 큰 용존성 분율 예측에는 한계가 있었다. 이에 MLP(Multi-Layer Perceptron) 모델을 도입한 결과, FCOD(filtered COD)는 R2 0.748, FFCOD(flocculated filtered COD)의 R2 0.698 그리고 VSS(volatile suspended solid) R2 0.933로 신뢰성 있는 예측 정확도를 확보하였다. 예측된 유입수 분획 데이터를 DT 입력값으로 적용하고 7일간의 실제 운영 자료로 검증한 결과, DT 모델은 MAE(mean absolute error) 0.314 ㎎/L, R2 0.721로 질산화 거동을 적절히 재현하였다. 암모니아 기반 송풍 제어(ABAC) 시뮬레이션에서 실제 공급 송풍량이 안정적 질산화를 위한 요구량 대비 평균 13.1% 부족한 것으로 분석되었다. 종합적으로, 본 연구의 데이터 기반 DT 프레임워크는 공정 안정성 및 운전 이해를 정량적으로 평가할 수 있는 지표를 제공하며, 하수처리시설 운영자의 의사결정을 지원하는 진단 도구로서 활용 가능함을 시사한다.
5,400원
8.
2026.04
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정화조(Septic tank) 시스템에서의 슬러지 지속적 축적은 처리 효율 저하와 유지관리 비용 증가를 초래한다. 그러나 기존 활성슬러지 모델(activated sludge models, ASM)은 세균의 영양단계에 초점을 두고 있어, 상위 포식자에 의해 유도되는 슬러지 저감 메커니즘을 정량적으로 설명하는 데 한계가 있다. 본 연구는 ASM3의 저장–성장 틀을 기반으로, 윤충(rotifer biomass, )과 섬모충(ciliate biomass, XC)의 생태역학을 통합한 확장 모델을 제안한다. 이를 위해 세균 군집을 일반 박테리아와 필라멘트성 박테리아로 구분하고, 이를 선택적으로 섭식하는 포식자를 도입하여 총 16개의 상태변수와 13개의 공정으로 구성하였다. 포식 과정에서는 기근 조건에서의 호흡 및 유지대사 등, 내부 저장물질(XSTO)에 의해 매개되는 동적 과정을 수리적으로 구조화하였다. 총부유물질(XSS)의 질량수지식을 전개⋅분석한 결과, 기존의 내생호흡 경로 외에도 포식 단계에서 발생하는 추가적인 탄소 무기화가 슬러지 저감의 핵심 메커니즘임을 이론적으로 도출하였다. 특히 윤충의 필라멘트성 박테리아 섭식은 슬러지 벌킹 완화 가능성을 시사한다. 본 연구는 포식–피식 상호작용을 반영하여 슬러지 생성 및 감량 메커니즘을 재해석할 수 있는 이론적 틀을 제시한다. 제안된 모델의 반응식 및 계수의 예측 정확성은 향후 파일럿 규모 실험과 장기 운전 데이터를 통해 단계적으로 검증할 예정이며, 이를 통해 다양한 운전 조건과 포식자 군집 변화에 따른 슬러지 제거수율 변동을 예측하고, 저에너지⋅저슬러지 운전 전략 수립을 위한 기반을 제공하고자 한다.
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9.
2026.04
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본 연구에서는 염 제지율이 상이한 상용 나노여과(NF) 및 역삼투(RO)막에서 장쇄 과불화화화합물(PFOA)와 단쇄과불화화합물(PFPeA)의 제거 특성을 비교하고, 막 특성과 원수 수질 조건에 따른 제거 및 플럭스 거동의 차이를 확인하고자 하였다. 이를 위해 4종의 상용막을 대상으로 염 제지율, 막저항 및 정규화된 플럭스를 평가하고 PFOA와 PFPeA의 제거율과의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 염 제지율이 증가함에 따라 두 물질의 제거율이 전반적으로 증가하는 경향을 보였으며, 모든 조건에서 PFAS의 제거율은 염 제지율보다 높은 수준으로 관찰되었다. 또한 염 제지율과 제거율간의 상관성 분석에서 PFPeA의 결정계수(R2)가 PFOA보다 높아 단쇄솨불화화합물의 제거가 막의 구조 지표 변화에 상대적으로 더 민감한 경향을 보였다. 중간 수준의 구조적 특성을 갖는 막에서 PFOA와 PFeA간 제거율 차이가 가장 크게 관찰되었다. 네가지 원수 수질에서 PFOA와 PFPeA의 제거율 및 정규화된 플럭스를 평가한 결과, 증류수에서 두 물질의 제거율이 가장 높았으며 강물에서는 PFPeA제거율이 가장 낮고 PFOA의 제거율은 증류수 다음으로 높았다. 동시에 강물 조건에서 가장 큰 플럭스 감소가 관찰되어 원수 수질에 따른 막 표면 상태 변화가 과불화화합물 제거와 플럭스 거동과 연관될 수 있음을 시사한다. 이를 통해 장⋅단쇄 과불화화합물의 제거 경향이 막 특성 지표와 원수 수질 조건에 따라 달라질 수 있음을 보여주며, 고압막여과 공정 설계 시 과불화화합물의 물리화학적 특징과 원수 수질을 고려한 막 선정 및 운전 전략 수립이 필요함을 보여준다.
4,000원
