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| 농업용 관수로 시스템의 최적 설계 및 신뢰성에 관한 연구 |
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이영진, 김경완, 강두선, 김영화 |
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| Optimal Design of Agricultural Irrigation Systems Considering System Reliability |
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Young Jin Lee, Kyung Wan Kim, Doosun Kang, Young Hwa Kim |
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| Abstract |
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Agricultural irrigation system is required to be designed economically and should be reliable with minimal suspension in water supply. This study suggests a multi-criteria design approach for irrigation pipe network systems. A system reliability is suggested as a second objective, which is defined as annual non-supplied volume of water by considering pipe failure. The non-supplied water is quantified based on the expected number of pipe failure and pipe repair time. A hydraulic simulator(EPANET) is linked with a heuristic-search optimization algorithm(Genetic Algorithm, GA) for least-cost system design. Once the least-cost design is determined, the system reliability is calculated for the obtained optimal design. In order to evaluate the relation between system cost and water-supply reliability, three layouts(two branch- and a looped-networks) were suggested for least-cost design and reliability estimation. The application results showed that the multi-criteria design approach is superior than single-objective design scheme by providing decision makers with additional information to determine optimal designs. |
| Key Words:
Agricultural irrigation system; Water distribution system; Optimization; System reliability |
| 요지 |
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농업용수 공급을 위한 관수로 시스템은 경제적인 설계와 안정적인 용수 공급을 목표로 한다. 본 연구에서는 경제성과 안정성을 동시에 갖춘 농업용 관수로 시스템의 최적 설계(관노선 및 관경결정)를 위해 비용최소화와 더불어 용수공급 신뢰성을 목적함수로 제시함으로써 다기준 최적설계 기법을 제안하였다. 이를 위해 관수로 수리해석 프로그램인 EPANET모형과 비선형 최적화 기법인 유전자 알고리즘을 연계하여 농업용 관수로 최적화 연구를 수행하였다. 용수공급 시스템의 신뢰성을 정량화하는 방안으로 연간 관 파손 가능횟수 및 파손된 관의 복구시간을 고려하여 연간 용수 미공급량을 계산하였다. 관 노선형태에 따른 시스템의 설계비용과 용수공급 신뢰성을 비교하기 위하여 동일한 수요지점에 대한 세 가지 다른 형태의 네트워크를 구성하였다. 각각의 네트워크별로 최소비용 최적화 설계를 실시한 후, 구해진 최적 시스템에 대해 연간 용수 미공급량을 계산하였다. 적용결과, 시스템의 노선형태에 따라 설계비용과 용수공급 신뢰성의 두 인자 간에 일정한 상관관계를 갖고 있는 것으로 나타났다. 제안된 기법은 기존의 비용최소화를 목적으로 하는 단목적 설계방법의 단점을 보완하고, 의사결정자에게 추가적인 설계기준을 제시함으로써 해당 시스템의 목적에 부합하는 최선의 설계안을 선택할 수 있는 방안을 제시하였다. |
| 핵심용어:
농업용 관수로 시스템; 유전자 알고리즘; 최적화; 용수공급 신뢰성 |
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