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 제4호 (2026년 8월) 8건
1.
2026.08
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이준호, 최동영, 천진비, 김명호
비점오염 처리장치의 효율적 운영 및 실시간 대응을 위해서는 유입⋅처리 수질의 단기 예측 능력이 필수적이다. 본 연구에서는 비점오염 처리장치의 운전자료를 기반으로 부유물질(suspended solids, SS)과 탁도(turbidity)에 대한 지수평활법(exponential smoothing) 적용 수질예측 모델을 개발하고, 피어슨(Pearson) 상관분석(correlation analysis)을 통해 처리공정별 수질 인자 간 상관성을 분석하였다. 여과형 비점오염처리장치의 안정적 운영을 위해 유입수 수질을 실시간으로 모니터링하여 처리 수질 및 처리효율을 사전 예측하는 시스템이 필요하다. Turbidity는 측정이 용이하고, 센서를 이용하여 실시간 모니터링이 가능하므로 SS와 상관성이 높아 운전상태 분석에 활용 될 수 있다. SS-influent와 turbidity-influent 간에 강한 양의 상관성(r > 0.873, p < 0.01)을 나타내었다. 총 805 min 운전 시계열(5 min 간격, 자료수 N = 162) 중 전반부 480 min(자료수 N = 97, 전체 자료의 59.6%)을 학습구간으로 활용하여 지수평활법을 적용한 결과, influent 단계에서 예측값이 실측값을 신뢰성 기준 범위 내에서 추종하는 것으로 평가되었다. 예측 모델의 신뢰성 평가로 Mean Absolute Percentage Error(MAPE) < 20% 시 우수한 것으로 나타났다. 탁도 전반부 운전 결과(전체 자료의 59.6%) 480 min(자료수 N = 97) 자료를 활용하여 단계별 SS 농도를 예측한 결과 influent의 경우, forecasted based turbidity 결과는 forecasted based SS 예측값과 중첩되며 측정값과 일치도가 높은 것으로 분석된다. Forecasted based turbidity는 탁도 센서에 의한 실시간 SS 예측이 가능하므로 비점오염 처리장치 실시간 공정 제어를 확보하기 위한 접근방법으로 판단된다.
4,600원
2.
2026.08
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김창회, 이용수, 한인섭
비금속 재질인 PB, PE, PVC 수도관을 대상으로 염소 노출에 의한 물리⋅화학적 구조변화를 관찰하여 내구성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 염소 노출은 NaOCl을 적용하여 0.4에서 2.1 g⋅hr/L의 노출 강도가 높아짐에 따라 PE, PB의 표면 형상 변화는 결정화와 crack이 일어남을 확인할 수 있었다. 또한 구성성분 비율과 작용기 변화는 aldehyde, ketone에 의한 carbonyl group 생성을 확인하였고 모든 재질에서 산화 과정이 연속적으로 일어나는 결과를 나타내었다. 이에 따른 내구성 변화는 인장강도와 신도를 측정하여 평가한 결과이며 최소 5에서 20 %의 초기상태 대비 변형률을 나타내었다. 최종적으로 염소 노출에 의한 취약성은 PB > PE > PVC 순서와 같으며 향후 갱생과 교체 주기 산정을 위한 진단 방법론으로 활용 용도가 높을 것으로 판단된다.
4,000원
3.
2026.08
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연승재, 안주석, 오창석, 이복진, 오현제
본 연구에서는 정수처리 실증화 시설을 대상으로 AI 기반 사전 예측 응집제 제어 방식의 운영 성능을 평가하였다. 제안된 시스템은 기존 자 테스트 기반 사후 대응 운영의 한계를 보완하기 위해 응집제 주입농도를 사전에 예측하고, 이를 실제 공정 제어에 적용하도록 구성하였다. 이를 위해 Ridge, Lasso, Decision Tree, Random Forest(RF), Artificial Neural Network(ANN), Deep Neural Network(DNN), LSTM-RNN으로 구성된 모델 뱅크를 구축하여 최적 응집제 주입농도를 예측하였다. 모델 성능 평가 결과, ANN 및 DNN은 낮은 RMSE와 안정적인 오차 분포를 나타냈으며, RF는 PACS 및 PACl 조건 모두에서 가장 높은 선택 빈도를 보였다. 예측된 응집제 주입농도는 실시간 유입 유량을 반영하여 주입유량으로 변환한 후 SCADA-HMI-PLC 기반 제어 시스템에 적용하였다. 실증 운전 결과, 사전 예측 방식은 기존 사후 대응 방식 대비 PACS 조건에서 39.71%, PACl 조건에서 54.08%의 응집제 사용량을 절감하였다. 또한 침전지 처리수 탁도는 운영 기간 동안 1 NTU 이하로 안정적으로 유지되었다. 이러한 결과는 AI 기반 사전 예측 응집제 제어 방식이 본 연구의 실증 운전 조건 내에서 수질 안정성을 유지하면서 약품 주입 효율을 향상시킬 수 있는 적용 가능성을 시사한다.
5,100원
4.
2026.08
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탁세완, 권병수, 간민, 김경엽, 이경혁
본 연구에서는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide) 웨이퍼 제조공장에서 사용되는 초순수를 공급하는 2,400 m³/day 규모의 실증플랜트를 대상으로 에너지 사용량을 분석하였다. 초순수 실증플랜트의 전력이외에 스팀 및 질소 가스 사용량까지 SEMI S23-0813의 에너지 환산계수를 이용하여 전력량 기준으로 환산 후, 팹의 실사용량 대비 단위 생산 수량당 비에너지 소비량(SEC, kWh/m³)으로 비교하였다. 초순수 플랜트의 연간 총에너지 평균 소모량은 47.4±25.3 kWh/m³로 산정되었으며, 스팀, 전력, 질소 에너지의 비율은 각각 54%, 42%, 4%를 차지하였다. 또한 플랜트 전력 소비량 중 단위 공정 간 용수 이송 펌프전력이 전체 전력 사용량의 64%를 차지하여, 플랜트의 수직 구조와 수요처와 초순수 플랜트 간 공급⋅회수 순환계통에 상당한 이송 에너지가 요구되는 것으로 나타났다. 2023년 6월부터 2025년 11월까지의 월평균 운영자료 30개(n=30)를 이용한 pearson 상관성 분석 및 단순선형회귀 결과, 스팀 비에너지 소비량은 원수 수온과 강한 음의 상관관계를 보였으며(r=-0.968, 95% CI:-0.985∼-0.932, p<0.001), 회귀식은 Steam SEC = 82.095−3.064T로 나타났다(R²=0.936, p<0.001). 반면 전력 SEC와 질소 SEC는 원수 수온과 유의한 관계를 보이지 않았고, POU 사용량과는 각각 유의한 음의 상관관계를 나타냈다. 또한 초순수 플랜트의 평균 이산화탄소 배출량은 20.9±11.1 kg CO₂/m³로 산정되었다. 본 연구에서는 반도체용 초순수 플랜트에서 열에너지와 이송동력이 전체 에너지 사용량에 지배적임을 실증적으로 제시하였다.
4,200원
5.
2026.08
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김창신, 이창욱, 이동섭
기후변화로 인한 집중호우 빈도 및 강도 증가는 도시 내수 침수 피해를 구조적으로 확대시키고 있다. 특히 도로와 하수관거의 연결부에 설치된 빗물받이는 도로 표면수의 일차적 배수 경로임에도 불구하고, 낙엽⋅담배꽁초⋅토사⋅쓰레기 등의 이물질 누적과 그레이팅 막힘으로 통수능력이 급격히 저하되어 국지적 침수의 직접적 원인이 된다. 그러나 전국 약 900만 개에 달하는 빗물받이 시설(Ministry of Environment, 2023)의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 청소 및 유지관리 시점을 과학적으로 결정할 수 있는 정량적 체계는 아직 확립되지 않았다. 본 연구는 이러한 한계를 보완하기 위해 77 GHz 대역 FMCW 레이더 수위 센서를 도로 표면과 빗물받이 내부에 이중 배치하고, 기상청 초단기예보 API로부터 수집한 강수 예보와 실측 수위·침전물 누적 데이터를 결합한 다중과제 학습(Multi-Task Learning) 기반 AI 분석 체계를 제안한다. 본 연구의 핵심 기여는 (i) 이중 레이더 계측 자료에 기반한 빗물받이 상태의 4단계 진단, (ii) 침수 발생 여부와 침수 시점을 동시 예측하는 다중과제 학습 모델 설계, (iii) 빗물받이 단위 stratified split에 의한 데이터 누수 차단 검증, (iv) 임계값 기반 판정과 AI 기반 판정의 학술적 비교에 있다. 서울특별시 성동구 행당동 시범 구역에서 약 11개월간 수집한 2,184만 건의 시계열 데이터를 활용하여 모델을 학습⋅검증한 결과, 침수 발생 예측에서 AUROC 0.943, F1 0.871, 침수 시점(±10분 기준) 예측 정확도 88.7%를 확보하였다. 5-fold 교차검증 기준 표준편차는 F1 0.012, ±10분 정확도 1.8%p로, 모델의 안정성도 함께 확인하였다. SHAP 기반 설명가능성 분석을 통해 직전 1시간 누적 강수량, 빗물받이 내부 수위 변화율, 도로 수위 변화율이 침수 시점 판별의 주요 기여 변수임을 확인하였다. 본 연구의 분석 체계는 기후변화 시나리오 하에서 도시 침수 대응을 수작업 점검 중심에서 데이터 기반 선제적 관리로 전환하는 기술적 기반을 제공한다.
4,200원
6.
2026.08
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박수완, 정차현
본 연구에서는 국내 지방상수도관망의 사고 이력 자료를 기반으로 관의 사고율을 모델링하고 경제적 교체 시기를 산정할 수 있는 기법을 개발하였다. 이를 위해 본 연구에서 사용된 사고 이력 내의 자료 분류 항목들을 이용하여 연구대상 관망의 사고 이력 자료를 동일한 특성을 가지는 그룹들로 분류한 다음, 다양한 예측된 사고 시점에 따른 경제적 교체 시점의 변화에 대한 분석을 위하여 연구대상 관망의 다양한 관그룹에서의 순차적 사고 사이의 경과 시간 분포에 대한 분석을 실시하였다. 관에서 관측된 사고 기록과 연구대상 관망의 순차적 사고 사이의 경과 시간에 대한 빈도 분포로부터 구한 예측된 사고시점을 기존의 상수도관 누수 사고율 모형을 개선한 사고율 모델에 적용하였으며, 그에 따라 산정된 관의 경제적 교체시기의 특성을 분석하였다.
4,300원
7.
2026.08
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조예원, 홍주신, 이은명, 윤석범, 곽동석, 여성구, 신한별, 하버들, 주진철
싱크홀은 도시 지반의 국부적 붕괴로 인명 및 사회ㆍ경제적 피해를 초래할 수 있으며, 특히 노후 하수관거 결함에 따른 누수는 내부침식과 공동 발달을 유발하여 지반 함몰로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 하수관거 결함부 누수에 따른 토사 유실, 공동 발달 및 지반침하 거동을 실내 모형 실험을 통해 재현하고, 지오셀–지오텍스타일 복합 보강재(지오컴포지트)의 적용 위치에 따른 싱크홀 위험 저감 효과를 평가하였다. 실험은 무보강 조건, 하부 보강 조건, 상ㆍ하부 보강 조건으로 구분하였으며, 토사손실량과 침하율을 주요 지표로 하여 보강 조건별 지반 거동을 비교하였다. 무보강 조건에서는 누수 직후 결함부 주변으로 유동이 집중되면서 세립분 유출과 파이핑이 발생하였고, 공동이 빠르게 확대되어 급격한 붕괴형 침하로 이어졌다. 이 조건에서 누적 토사손실량은 약 14.5 kg, 최종 침하율은 약 67.33%로 나타났다. 반면, 지오셀–지오텍스타일 복합 보강재를 적용한 조건에서는 토립자 유실이 거의 발생하지 않았으며, 공동 발달과 국부 붕괴가 효과적으로 억제되었다. 특히 상ㆍ하부 보강 조건에서는 보강층의 여과, 유동 분산 및 구속 효과가 복합적으로 작용하여 붕괴 징후 없이 비교적 안정적인 소규모 균등침하 거동을 보였다. 본 연구 결과는 지오셀–지오텍스타일 복합 보강재가 하수관거 누수로 인한 토사 유실과 공동 발달을 저감하고, 급격한 지반 함몰을 완화하는 데 효과적인 보강 방안이 될 수 있음을 보여준다.
5,200원
8.
2026.08
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박형주, 김용찬, 김윤중, 곽동근, 김영모, 김동균
기후변화로 인한 극한강우의 증가와 강우 비정상성은 대심도 빗물터널과 같은 장기 운영 도시방재시설의 수리학적 거동과 운영 안정성에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 그러나 기존의 강도-지속기간-빈도(Intensity-Duration-Frequency, IDF) 기반 설계강우는 특정 재현기간과 지속시간에 대응하는 단일 강우사상을 이용하므로 실제 강우의 시간분포와 누적강우량의 변동성을 충분히 반영하지 못하며, 과거 관측자료를 기반으로 한 정상성 가정으로 인해 미래 기후변화에 따른 강우 특성 변화도 고려하기 어렵다. 본 연구에서는 강우 입력 방식에 따른 대심도 빗물터널의 수리학적 응답과 운영 위험의 차이를 분석하였다. 서울시 신월 빗물저류배수시설 유역을 대상으로 IDF 기반 설계강우, Randomized Bartlett–Lewis Rectangular Pulse 계열의 RBL6 기반의 추계학적 강우, SSP5-8.5 기후변화 시나리오와 RBL6를 연계한 미래 추계학적 강우의 세 가지 시나리오를 구축하였으며, 동일한 재현기간과 지속시간 조건에서 대표 강우사상을 선정하여 InfoWorks ICM을 이용해 총 유입량, 저류량 및 관내 최대 수심을 비교하였다. 분석 결과, 동일한 재현기간에서도 강우 산정 방식에 따라 첨두강도, 총강우량 및 시간분포가 크게 달라졌으며, 이에 따라 대심도 빗물터널의 수리학적 응답도 현저한 차이를 보였다. 특히 RBL6 기반 100년 빈도 강우는 가장 큰 유입량과 저류량을 나타냈으며, 최대 수심은 동일 조건의 IDF 기반 설계강우보다 약 40.7% 높게 나타났다. 반면 미래 추계학적 강우는 가장 높은 첨두강도를 보였음에도 최대 수심은 총강우량과 시간분포의 영향에 의해 결정되는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 추계학적 강우 변동성과 미래 기후변화 신호를 통합한 시나리오 기반 비교가 기존 IDF 기반 설계강우를 보완하고, 기후변화 조건에서 대심도 빗물터널의 수리학적 응답과 운영 안정성을 평가하는 데 활용될 수 있음을 보여준다.
4,600원
