전문가 기고   가뭄대응지하수활용연구단(GW-SMART) 세부별 대표 시공기술


“효율적인 수자원 관리 위해 WNS 개발 목표”
                               (Well Network System)

ICT 활용 관정 간 연계·양수제어 알고리즘 적용해 최적 용수 관리
지하수 자원 스마트한 운영·배분 통해 가뭄에 비용효과적 대응 가능


▲  이 명 재
㈜지오그린21 대표이사

기후변화로 인한 홍수와 가뭄은 물의 공급·관리 측면에서 어려움을 가중시키고 있으며, 이를 해소하기 위해 첨단 정보통신기술을 이용한 모니터링 기술, 전산화 물관리 기술, 양방향 정보교환을 위한 네트워크 기술 등을 통합할 수 있는 시스템 도입을 필요로 하고 있다. 또한 최근 ICT(정보통신기술)를 수자원 관리 분야에 접목시켜 수자원을 통합적으로 관리하는 ‘스마트 워터 그리드(Smart Water Grid)’에 대한 관심 및 개발 요구가 높아지고 있다.

스마트 워터 그리드란 ICT 기술을 도입한 차세대 물관리 시스템으로 수자원의 관리, 물의 생산과 수송, 사용한 물의 처리 및 재이용 등 정보화와 지능화를 구현하기 위한 기술로 정의할 수 있다(Konetic Report, 2019-058).

가뭄대응지하수활용연구단(GW-SMART)에서도 수자원 관리를 위한 스마트 워터 그리드 시스템을 구축해 가뭄에 비용효과적으로 대응하고 있다. 또한  기존 사회기반 시설인 양수정(관정)을 활용해 양수정 간 연계를 통한 효율적인 수자원 배분 기술인 ‘Well Network System(이하 WNS)’ 개발을 목표로 하고 있다.

WNS란 ICT를 통한 관정 간 연결 및 최적 용수 확보·관리 시스템이라고 정의 내릴 수 있다. 즉, 다수의 대상 관정을 무선 통신 네트워크로 연결하고 이를 고도화된 양수제어 알고리즘을 탑재한 관리시스템으로 제어하는 것이며, 이를 통해 지하수를 스마트하게 운영·배분할 수 있는 시스템이다([그림 1] 참조).
 

 
WNS는 무선 네트워크를 통한 모니터링 기술, 원격 펌프 제어기술과 웹(Web) 기반 시스템 내 GIS 기반의 체계적 지하수 데이터베이스(Database) 구축기술, 수집된 자료의 딥러닝(Deep Learning) 기반 예측기술을 종합해 플랫폼을 통한 스마트 워터 그리드를 구현하고자 한다([그림 2] 참조).
 
 
현장에 설치한 모니터링 장치는 지하수 수질·수위와 펌프의 유량·압력을 일정 간격으로 측정하고 Modbus RTU를 통한 무선 네트워크로 측정한 자료를 1시간 간격으로 서버를 통해 송신하는, 태양광에너지를 사용하는 저전력 측정 장비다. 이를 통해 수집된 측정자료는 서버에 저장되고 WNS의 양수제어 알고리즘을 통해 테스트베드 내 관정 간 연계해 수자원 수요량 및 가뭄발생 대응을 위한 자료로 활용된다. 또한 양수제어는 블록 구조(Block Structure)를 통한 PID(Proportional Integral Derivation) 기술을 적용해 수위강하가 발생해도 펌프 주파수(Hz)를 제어해 일정 양수량이 유지되도록 했다([그림 3] 참조).

WNS의 플랫폼은 현장 기반의 모니터링 장치, 제어장치를 무선 네트워크를 통해 원격 제어하고, 현장에서 얻은 자료에 대한 관계형 데이터베이스 관리 시스템(Relational DataBase Management System, RDBMS)을 구축해 시스템 내 최적화 운영 알고리즘을 수행할 수 있도록 한다. 또한 플랫폼 내 각 기능을 모듈화해 쉽게 연계가 가능하도록 구축했다.

향후 WNS는 현장 운영을 통한 양수제어 알고리즘을 고도화하고, 지하수 수치해석 모델을 시스템에 연계해 수자원 관리의 시각화 평가기술과 가뭄 발생 대응 예측기능을 강화할 계획이다.

 

 [『워터저널』 2021년 6월호에 게재] 

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