기후변화로 인한 극한 고온 현상은 상수도 배수시스템에서 수온 상승 문제를 심화시키고 있다. 본 연구는 여름철 수돗물 고온 민원이 반복 발생하는 J시의 A, B 배수지 계통을 대상으로 혹서기 수온 변화를 실측하고 구간별 상승 메커니즘을 규명하여 실용적 저감 방안을 제시하였다. 배수시스템을 배수지, 배수관로, 급수관로, 취약구간으로 분류하고 2025년 8월 혹서기에 연속 모니터링을 실시하였다. 배수지 구간에서 지상식 A 배수지는 18.5℃에서 23.2℃로 4.7℃ 상승한 반면, 지하식 B 배수지는 12.5℃에서 15.5℃로 안정적 수온을 유지하였다. 배수관로 구간의 체류시간-수온 관계를 회귀분석한 결과 로그함수 형태의 관계식이 도출되었으며, 초기 20시간까지 급속 상승, 20-65시간 완만 상승, 65시간 이후 30℃ 수렴의 3단계 패턴을 확인하였다. 취약구간인 노출관로의 표면온도는 최대 55℃를 기록하였으며, 25 mm 소구경 관로에서 8분 체류 시 16.1℃의 급격한 수온 상승이 발생하였다. 급수관로는 온도 상승에 취약하나 체류수량이 적어 선행 배수로 해결 가능한 것으로 분석되었다. 비용-효과를 고려한 대응 우선순위는 취약구간 개선, 급수관로 관리, 배수지 구조 개선, 배수관로 체류시간 단축으로 제시되었다. 본 연구는 기존 연구의 단편적 접근 방식을 탈피하여 배수시스템 전체를 통합적 관점에서 분석하고, 실제 운영 중인 시설의 실증 데이터를 기반으로 구간별 수온 거동 특성을 정량화하였다는 점에서 의의가 있다. 또한 제시된 체계적 분석 틀과 정량적 평가 방법론은 다른 지역 상수도 시설의 수온 관리에도 적용 가능하며, 기후변화 대응 상수도 정책 수립 및 시설 개선 우선순위 결정에 근거를 제공할 것으로 기대된다.

광역상수도 시설의 노후화가 가속화됨에 따라 체계적인 관로 상태평가와 개량의사결정이 중요한 과제로 대두되고 있다. 이러한 상수도 관로의 개량의사결정 과정에서 정확한 조사와 진단이 수행되지 않는 경우, 관로의 실제 상태를 정확히 반영하지 못해 과도한 개량이 계획되거나, 또는 충분한 안전성 확보가 이루어지지 못하는 등 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 G 광역상수도와, S 광역상수도 2개 구간에 대하여 직접조사를 통해 기존 개량계획의 적정성을 평가하고, 정확한 진단을 바탕으로 한 과학적 의사결정을 통해 물공급 안전성 확보와 유지관리 방안을 제시하였다. 직접조사 결과 G 광역상수도 사례에서는 전체적 도장재 손상으로 인해 기능이 저하되어 비구조적 갱생공법 등을 적용, 복원이 필요한 것으로 나타났으며, S 광역상수도의 경우 관로 내면에 전체적으로 분포한 수포 후면에 물이 침투, 부식차단 능력 상실로 기존 계획된 관세척에서 갱생을 통한 기능복원이 필요한 것으로 나타났다. 이처럼 관로 직접조사에 기반한 진단은 맞춤형 개량방안 수립으로 관로의 기능복원과 용수공급 안전성 확보에 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

최근 기후변화로 인해 산불 발생 빈도와 규모가 급증하면서 상수도시스템에 대한 영향이 심각한 문제로 대두되고 있다. 본 연구는 산불이 상수도시스템에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고자 국외 문헌 및 사례를 조사하였으며, 국내 산불 피해지역의 취ㆍ정수장과 수도꼭지를 대상으로 긴급 수질조사를 실시하였다. 또한 문헌 및 사례조사 결과와 수질조사 결과를 종합하여 국내 실정에 적합한 대응방안을 제시하고자 하였다.

상수도 관망은 지하에 매설되어 있어 노후화로 인한 누수, 파손, 부식 등의 문제가 지속적으로 발생하고 있으며, 상수도 관망에서의 노후도 평가와 정비는 수돗물 안전성과 서비스 안정성을 확보하기 위한 중요한 과제 중 하나이다. 본 연구는 상수도 관망에서의 노후도를 효율적으로 평가하기 위해 모든 간접⋅직접평가 인자를 조사하지 않고도 최소한의 주요 평가 인자만으로 실제 직접평가 등급에 근접한 예측 결과를 효율적으로 도출할 수 있는 머신러닝 기반 상태평가 절차와 모델을 제안하였다. 상수관로 상태평가 모델은 랜덤 포레스트와 SHAP 해석기법을 결합한 머신러닝 기반 상태평가 절차를 제안하였으며, 28개 지자체의 강관과 주철관에 대한 간접⋅직접평가 데이터를 대상으로 SHAP-based feature importance 순위가 낮은 평가 인자부터 단계적으로 제거하여 주요 평가 인자를 도출하였다. 결과적으로 강관의 경우 내부 슬라임 분포면적 비율, 수질부식성, 매설연수, 최대 및 외면 부식깊이 비율, 내⋅외면 도장재 손상 비율, 외면 부식 면적 비율, 파손건수, 토양 산화환원전위 및 함수율로 11개의 평가 인자가 주요 인자로 선정되었고, F1 Score는 0.9273이었다. 주철관의 경우 CML 중성화도, 최대 부식깊이 비율, 내부압력, 외부 토압으로 4개의 평가 인자가 주요인자로 선정되었고, F1 Score는 0.6188이었다. 주요 평가 인자만으로도 직접평가 등급에 근접한 예측 결과를 도출할 수 있었으며, 이를 통해 효율적인 상수관로 상태평가를 위한 머신러닝 기법 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 2009년부터 2024년까지 발생한 수도관 파손 사례 29건(DCIP 16건, SP 13건)을 직접 조사하여 파손의 원인을 규명하였다. DCIP의 파손 유형은 주로 종방향 균열 또는 파손(62.5%, 10건)이었고, 그외 파손 유형으로는 홀(Hole) 발생(18.8%), 원주방향 균열 (12.5%), 접합부 부식으로 인한 누수(6.3%)이었다. SP는 5건의 홀 발생(38.5%), 그외 종방향 균열과 원주방향 균열은 각각 30.8%로 나타났다. 이러한 파손의 원인으로 DCIP는 제조상(관두께 부족, 편차, 몸통 기공, 표면 결함 등)이나 재질 결함(화학적 성분, 금속 구조, 인장강도 등)이 DCIP의 파손에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 부식과 관련된 매설 환경과 관 하부 기초 시공(자갈, 보 등)과 관련된 사항이 영향을 주었던 것으로 나타났다. SP는 부식, 관의 처짐을 유발하는 매설 환경이나 시공 관련 요인이 SP에 가장 큰 영향을 미쳤고, 일부 롤벤딩으로 제작된 SP는 종방향 용접 결함(부분 용접 등)으로 인한 반복적인 파손 사고를 유발하는 것으로 나타났다. 마지막으로, DCIP와 SP의 파손 사고는 단일 원인이라기보다는 상기의 다양한 요인들이 복합적으로 작용하여 발생한 것으로 판단된다. 그러나 관의 파손에는 관 제조상, 재료 결함, 시공 요인들이 큰 영향을 주고 있어 상수도 관 진단 시 더욱 집중적으로 조사해야 할 영역으로 판단된다.

상수도 시스템에서의 사고 발생은 사용자들의 물 이용 불편으로 인해 막대한 사회경제적 피해를 초래할 수 있는 위협 요인이며, 따라서 수도사업자들은 수도정비기본계획 등을 통해 상수도 사고를 빠르게 복구하고, 피해 규모를 최소화하기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 본 연구는 상수도 시스템에서 발생하는 관로사고 상황에 대하여 회복탄력성을 정량적으로 평가하고, 비상급수 방안을 포함한 사고 대응 전략의 효과를 분석하기 위한 평가 모형을 개발하였다. 개발 모형은 시스템의 회복탄력성에 기여하는 다양한 특성들을 반영할 수 있는 시간단위 공급 부족량과 충족률 지표를 통해 회복탄력성을 평가하며, 국내 지방상수도 시스템의 특정 구역을 대상으로 관로사고 시나리오를 모의하여 개발 모형의 적용 효과를 검증하였다. 결과적으로 개발 모형을 통해 비상연계관로, 배수지 충수, 병물 공급 등 비상대응 방안의 효과를 정량적으로 평가하였으며, 이를 통해 시스템의 회복탄력성 향상을 위한 설계 및 운영 전략 수립의 가능성을 확인하였다.

안정적이고 효율적인 수자원 공급을 보장하는 것은 가정, 산업, 공공 보건 분야 복지에 필수적이다. 상수도 시스템에서 이상을 감지하기 위해 데이터 모델, 수리 모델 기반 시뮬레이션 등 다양한 접근 방식을 통해 이상감지 역량이 꾸준히 향상되어 왔으나, 현장 적용 및 검증에 한계가 있어 실질적인 활용은 폭 넓게 이루어지지 못하고 있다. 실제 적용 가능한 이상감지 시스템 측면에서, 본 연구에서는 유량 및 압력 계측 데이터를 활용하여 시스템 내 이상 발생을 신속하게 감지하고 개략적인 위치를 파악하기 위한 실시간 이상감지 및 탐색 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 유량수지 분석, 유량-수두손실 관계, EPANET 기반 수리 해석 방법을 통합하여 이상 감지 및 위치 파악의 정확성을 개선시키고자 하였다. 현장 실험 결과, 제안된 모델은 높은 신뢰도에서 시스템 내 이상유량의 발생을 효과적으로 감지하고, 발생 구간을 파악할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구 성과는 시스템의 실시간 이상 감지 및 운영관리를 위한 실효성 있는 접근 방식을 제공함으로써 상수도 시스템의 지속 가능하고 회복력 있는 운영관리에 기여할 것으로 기대된다.

Water utilities are making various efforts to reduce water losses from water networks, and an essential part of them is to recognize the moment when a pipe burst occurs during operation quickly. Several physics-based methods and data-driven analysis are applied using real-time flow and pressure data measured through a SCADA system or smart meters, and methodologies based on machining learning are currently widely studied. Water utilities should apply various approaches together to increase pipe burst detection. The most intuitive and explainable water balance method and its procedure were presented in this study, and the applicability and detection performance were evaluated by applying this approach to water supply pipelines. Based on these results, water utilities can establish a mass balance-based pipe burst detection system, give a guideline for installing new flow meters, and set the detection parameters with expected performance. The performance of the water balance analysis method is affected by the water network operation conditions, the characteristics of the installed flow meter, and event data, so there is a limit to the general use of the results in all sites. Therefore, water utilities should accumulate experience by applying the water balance method in more fields.

In this study, as the proportion of aged pipelines increases rapidly, in the event of an accident caused by corrosion and structural deterioration of metal pipes, appropriate overlay welding is applied in the field to partially repair it. The size of the base steel plate and the selection of a stable welding method were evaluated, and possible problems caused by the overlay welding were identified, and improvement measures were proposed. For the test, a new steel pipe coated with epoxy lining on the inner surface and polyethylene on the outer surface was subjected to a tensile test by processing the repaired specimen through overlay welding with a steel plate after artificial cracking, and structural safety was evaluated after repair. Furthermore, the influences of the size of the throat and the size of the steel plate were analyzed. As a result of the tensile test by dividing the repaired steel plate overlay into a constraint and non-constraint conditions, the tensile load was concentrated in the welded part and damage occurred in the welded part. It was found that the maximum load leading to breakage increases as the size of the welding throat increases. In addition, it was found that the resistance to load increased slightly as the size of the overlaid steel plate increased, but the effect was not significant, confirming the need for repair in consideration of the site conditions. As a result of evaluating the damage to the coating material on the back side of the welding, it was confirmed that the coating material on the opposite side of the welding burned black(epoxy) or was greatly deformed by heat(polyethylene). Therefore, it is necessary to secure structural stability through repainting, etc. in order to prevent damage to the coating material on the opposite side during overlay welding.

국내 송·배수 시스템은 산지가 많은 지형적 특성을 이용하여 송수펌프를 통해 고지대에 위치한 배수지에 용수를 저장한 후, 급수구역으로 자연유하 방식으로 배수하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 송수펌프 운영에 많은 전기 에너지가 소모되며, 이는 전체 상수관망 시스템 운영에서 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 송수펌프의 적정 용량과 운영방법은 하류단에 위치한 배수지의 크기에 영향을 받게 되므로 송, 배수 시스템의 경제적인 설계와 안정적인 운영을 위해서는 초기 시설물의 규모 결정 단계에서 송수펌프 및 배수지의 건설비용과 송수펌프의 장기간 운영비용을 함께 고려하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 활용하여 송수펌프와 배수지의 최적규모와 송수펌프의 운영스케줄링을 동시에 최적화 할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 송·배수시스템에 적용하여 검증을 실시하였다. 본 연구는 송·배수시스템의 초기 설계에 있어 송수펌프와 배수지의 최적규모 산정에 도움을 줄 것으로 기대한다.

상수관망 시스템은 다수의 이용자에게 용수를 공급하기 위한 사회기반시설물로써, 적절한 수압을 유지하고 안정적으로 용수를 공급할 수 있어 야 한다. 따라서 안정적인 설계와 효율적인 운영을 위해서는 상수관망 시스템의 용수 공급능력을 정량적으로 파악하는 것이 중요하다. 이러한 노력 의 일환으로 상수관망 시스템 내 에너지 거동을 통해 신뢰도를 정량화한 신뢰도 지수가 다양한 방법으로 개발되어 왔다. 대부분의 신뢰도 지수는 공통적으로 절점에서의 최소요구수두 및 초과수두의 형태로 공급된 에너지를 기반으로 산정되며, 일부 지수의 경우 상수관망에 공급된 총 에너지 또는 용수 공급과정에서 손실된 에너지를 추가적으로 고려하여 산정된다. 본 연구에서는 상수관망의 용수 공급 과정에 따른 에너지 구성 요소를 소 개하였으며 기존에 개발된 몇 가지 신뢰도 지수를 대상으로, 상수관망의 공급부하 상황을 고려한 시나리오 분석을 통해 신뢰도 지수의 적용성을 알 아보고자 하였다. 또한, 각 절점 별 지수값을 도시함으로써, 상수관망 내 신뢰도의 공간적 분포를 나타내어 분석함으로써 보다 확장된 시스템 신뢰 도 지수의 활용방안을 제시하였다.