Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation (한국방재학회 논문집)

Korean Society of Hazard Mitigation (한국방재학회)
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Determination of Urban Watershed Boundary and Optimal Design of Sewer Networks using Multi-objective Optimal Technique

다목적 최적화 기법을 이용한 도시유역 경계 결정 및 우수관망 최적 설계

  • 이정호 (국립한밭대학교 건설환경공학과)
  • Received : 2012.03.21
  • Accepted : 2012.04.04
  • Published : 2012.04.30
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Abstract

The increasing incidence of torrential rain and the increment of impervious area caused by urbanization has increased the surface flow and decreased the time of concentration. Therefore, the peak outflows and urban inundation risks are increased in urban areas, so that the sewer system must be designed to minimize the inundation risk in urban areas. In this reason, the suggested Optimal Sewer layout and Watershed division Model (OSWM) determines the optimal sewer layout and basin boundary considering "minimum peak outflow" at outlet in the sewer network to reduce the urban inundation risk. The OSWM determines the optimal design considering peak outflow at outlet and rehabilitation cost of sewer network. Then, the peak outflow and rehabilitation cost are minimized, so that the urban inundation risk is decreased due to the peak outflow reduction. In this model, NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm) which is one of the multi-objective optimal techniques was used to solve this multi-objective problem. The OSWM was applied to a multi-outlet urban area containing two sub-basins in Seoul, South Korea. According to the basin boundary and sewer networks determined from OSWM, the peak outflows at each sub-basin outlet were decreased by 26.6% for the design rainfall event of 10-year frequency.

도시유역에서의 국지성 집중호우의 빈번한 발생과 도시화에 따른 불투수면적의 증가는 유출량의 증가와 도달시간의 감소로 이어져 첨두유출량과 내수침수 위험을 증가시키고 있다. 따라서 도시유역에서의 우수관거 시스템은 내수침수 위험을 최소화할 수 있도록 설계되어야 바람직하다. 그러므로 본 연구에서는 내수침수 위험을 감소시키기 위하여 유출구 첨두유출량을 최소화하도록 유역의 경계를 설정하고 우수관망을 설계하는 최적설계모형 OSWM(Optimal Sewer layout and Watershed division Model)을 개발하였다. 이때 OSWM은 유출구 첨두유출량과 관망 시설 비용을 동시에 고려하여 최적 해를 도출하게 된다. 여기서 첨두유출량과 비용은 모두 최소화되며, 첨두유출량의 감소로 인하여 내수침수 위험은 저감된다. 본 연구에서 개발된 모형은 다목적 최적화 기법의 하나인 NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)를 이용하였다. 따라서 첨두유출량의 최소화와 비용의 최소화라는 두 가지 측면에서 설계자는 본 모형의 결과들을 바탕으로 최적의 의사결정을 도출할 수 있다. 또한 개발된 OSWM은 인접한 두 개의 소유역을 포함한 하나의 배수분구에 적용되었으며, 10년 빈도의 설계 강우사상에 대하여 최대 26.6%의 첨두유출량 감소 효과를 나타냈다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국건설교통기술평가원

References

  1. 김중훈, 주진걸, 전환돈, 이정호 (2009) 우수관거 흐름 제어를 위한 관망 설계에 관한 연구, 한국방재학회논문집, 제9권, 제1호, pp. 1-7.
  2. 이정호 (2010) 우수관망 노선 결정에 따른 첨두유출량 변화 분석, 한국산학기술학회논문지, 제11권 12호, pp. 5151-5156. https://doi.org/10.5762/KAIS.2010.11.12.5151
  3. 이정호 (2011) 첨두유출량 저감을 위한 도시유역 경계 및 우수관망 최적 설계, 한국방재학회논문집, 제11권, 제2호, pp. 157- 161.
  4. 한국수도협회 (2011) 하수도시설기준, 환경부, pp. 59-67
  5. Deb, K., Pratap, A., Agrwal, S. and Meyarivan, T. (2002) A fast and elitist multi-objective genetic algorithm: NSGA-II, IEEE Transaction on Evolutionary Computation, Vol. 6, No. 2, pp. 181- 197.
  6. Froise, S. and Burges, S.J. (1978) Least-cost design of urban-drainage network, Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 104, No. 1, pp. 75-92
  7. Mays, L.W. and Wenzel, H.G. (1976) A serial DDDP approach for optimal design of multi-level branching storm sewer systems, Water Resources and Research, Vol. 12, No. 5, pp. 913-917 https://doi.org/10.1029/WR012i005p00913
  8. Mays, L.W. and Yen, B.C. (1975) Optimal cost design of branched sewer system, Water Resources and Research, Vol. 11, No. 1, pp. 37-47. https://doi.org/10.1029/WR011i001p00037
  9. Merritt, L.B. and Bogan, R.H. (1973) Computer based optimal designof sewer system, Journal of Envir. Engrg. Div., Vol. 99, No. 1, pp. 35-53.
  10. Tekeli, S. and Belkaya, H. (1986) Computerized layout generation for sanitary sewers, Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 112, No. 4, pp. 500-515. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1986)112:4(500)
  11. Weng, H.T., Liaw, S.L. and Huang, W.C. (2004) Establishing an optimization model for sewer system layout with applied genetic algolithm, Environmental Informatics Archives, Vol. 5, No. 1, pp. 26-35.

Cited by

  1. A Study on the Characteristics of Urban Storm Sewer Networks from a Network Perspective vol.18, pp.7, 2018, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2018.18.7.427