식수 공급은 현재 세계 지역의 많은 부분이 직면한 가장 큰 도전 중 하나이다. 유엔이 최근 발표한 자료에 따르면 무수수량(non-revenue water)이나 비청구수(non-billed water accounting)가 거의 2억 명에게 물을 공급하는 등 급수망의 물손실이 주요 관심사다.

디지털 변환(Digital transformation)은 이러한 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 지리정보시스템(GIS ;  Geographic Information Systems)은 기후변화와 증가하는 물부족으로 인해 악화되는 이 문제를 해결할 수 있는 탁월한 자원임이 입증되었다.

GIS는 효과적인 물순환 관리를 위한 필수 정보수집 도구이다. 지리공간 프레임워크(geospatial framework)를 다른 도구와 함께 사용하면 인프라 업그레이드, 비용 절감, 품질 관리, 물관리 및 물 관련 자산의 개선이 가능하다.

스페인의 다국적 물기업인 이드리카(Idrica)는 정보 저장, 표시, 확인 및 분석의 네 가지 핵심 GIS 기능을 지적한다. 이와 같이 GIS 시스템은 데이터, 기술, 분석 프로세스, 절차 및 사람 등 5가지 요소를 결합하여 구축된다. 

결과적으로, GIS는 패턴을 선점하고 분석하고, 복잡한 문제를 해결하며, 데이터간의 관계를 파악하고, 변화를 모니터링하고, 추세를 이해하는 데 도움이 된다.

수도시설의 기능

지리정보시스템(GIS system)은 수도회사(utilities)가 운영하는 도시와 도시의 상수도 및 위생망의 지리공간 데이터를 저장하는 저장소(repository)이다. 

이드리카의 GIS 구현 및 제품부서의 전문가인 세르히오 아즈나르(Sergio Aznar)는 “효율성은 부분적으로 수도회사의 나머지 시스템과 일상적인 관리에 사용되는 도구와의 강력한 연결에 달려 있다”라면서 “마찬가지로, 그것들은 인프라의 지리적 참조 데이터와 기술적 특성의 유지보수 및 분석이 수행되는 유틸리티 자산에 대한 지리공간 정보의 핵심”이라고 말했다.

GIS, 효과적인 물순환 관리 위한 필수 정보 수집도구

이드리카에 따르면, 주요 기능 중 일부는 고급 네트워크 인벤토리 쿼리(inventory queries), 테마 맵 생성(generation of thematic maps), 컴퓨터 지원 템플릿을 사용한 지도 인쇄, 세로 네트워크 프로파일 생성 및 특정 제어 지점에서 물을 방출하는 분지의 정의, 문서, 사진 및 스키 링크를 포함한다. 

또한 최근 몇년 동안 가장 발전된 수도회사 중 일부는 GIS를 수학적 모델(EPANET) 및 기타 데이터 소스에 실시간으로 연결하기로 선택하여 디지털 트윈(digital twin)을 구현했다.

물관리의 주요 활용사례

GIS에 배치된 수자원 애플리케이션은 전체 물순환과 그 과정을 다룬다. 이러한 시스템은 수자원의 가용성과 분배에 대한 보다 정확한 이해를 제공함으로써 해당 분야에서 보다 효과적이고 효율적인 수자원 관리를 촉진한다. 또한 지리공간 구성요소 덕분에 해결되지 않는 특정 과제와 문제를 해결하고 해결할 수 있다.

그들은 정보의 핵심이고 자산의 위치와 특성을 알고 있기 때문에, 그들은 그들의 환경과 그들에게 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 것에 대한 지식을 제공하여 전문가들이 어떤 물 분석이나 관리 문제에서도 최선의 결정을 내릴 수 있도록 도와줄 수 있다고 전문가는 덧붙였다.

급수 용도

GIS 애플리케이션은 급수 부문의 누수 및 경보관리에서 핵심 애플리케이션이다. 이러한 정보 시스템 덕분에 수도회사들은 급수·배수망에서 누수나 계획된 작업 후 수도서비스 중단을 최소화하기 위한 결정을 내릴 수 있다.

이드리카의 세르지오 아즈나르(Sergio Aznar) GIS 구현 및 제품부 전문가는 “수리작업이나 누출로 인해 어떤 수도관과 서비스 연결부에 영향을 받을 지에 대한 정보를 제공하여 결과를 최소화하기 위해 밸브와 같은 요소를 닫아야 하는지에 대한 지침을 제공한다”라면서 “따라서 집에서 물이 끊길 가능성이 높은 경우 사용자에게 통보할 수 있다”고 말했다.

이러한 시스템은 결함 감지 및 방지 측면에서 배관의 재질이나 설치 날짜와 같은 배전(급수) 네트워크의 고장을 방지하기 위해 중요한 정보를 수집한다. 수도관의 지리 공간 분석, 즉 데이터를 지리적 요소와 연결하여 검사를 용이하게 한다. 예를 들어 작동 중이지만 더 이상 사용해서는 안되는 연결을 탐지한다.

현장 작업의 지리적 위치에서 GIS 시스템은 경로 설정 및 추적을 위한 필수 데이터의 실시간 매핑(mapping)과 특정 위치에서 수행되는 작업과 관련된 세부 문서화를 통해 현장 정보를 제공한다. 따라서 GIS는 보다 상세한 최신 정보를 제공함으로써 물관리를 개선시킨다.

하·폐수 용도

이드리카에 따르면, 인구 집단의 바이러스 발생률 분석은 하·폐수 관리의 핵심이다. 세르지오 아즈나르는 “GIS는 감염된 인구 지도 또는 지적도(위치, 측정 또는 지표면 등에 대한 정보가 포함된 문서)를 편집, 분석 및 작성하여 가정에서 배출하는 하·폐수망에서 이용 가능한 정보를 기반으로 감염 지역, 인구 비율, 연령 등의 지역을 설정할 수 있다”라면서 “감염 데이터를 포함하고 있다”라고 덧붙였다.

따라서 GIS는 전염병에 더 효과적으로 대응할 수 있는 관계와 행동 패턴을 분석하기 위한 중요한 연구를 수행할 수 있게 한다.

도시 홍수예방에서 이러한 시스템은 원격 감지와 결합하여 하수도의 범람 가능성을 식별하고 배수 용량이 불량한 곳을 보여주어 폭우 발생 후 홍수를 방지하기 위해 지자체에 경보를 제공한다.

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Geographic information systems, key to efficient water management

The supply of drinking water is one of the greatest challenges currently facing a large part of the world's regions. According to the latest data published by the UN, water losses in water distribution networks are a major concern, with Non-Revenue Water or non-billed water accounting for the supply of water to almost 200 million people.

Digital transformation plays a major role in solving these issues. Geographic Information Systems (GIS), in particular, have proven to be an excellent resource to tackle this problem, which is exacerbated by climate change and increasing water scarcity.

GIS are an essential information-gathering tool for effective water-cycle management. The use of a geospatial framework, in combination with other tools, leads to infrastructure upgrades, cost savings, quality control, and improvements in water management and water-related assets.

Idrica points to four core GIS functions: storing, displaying, checking and analyzing information. As such, GIS systems are built on a combination of five elements: data, technology, analysis processes, procedures and people. As a result, GIS help to preempt patterns, analyze, solve complex problems, uncover relationships between data, monitor changes and comprehend trends.

Functions in water utilities

A GIS system is a repository housing geospatial data of the water supply and sanitation networks of the different towns and cities run by a utility. According to Sergio Aznar, a specialist in the GIS Implementation and Product Department at Idrica, 

"its efficiency partly depends on a robust connection to the rest of the utility’s systems and the tools used in daily management". Likewise, "they are the core of the geospatial information about a utility’s assets, where the maintenance and analysis of the infrastructure’s georeferenced data and its technical characteristics is carried out”, added the expert.

GIS are an essential information-gathering tool for effective water-cycle management

According to Idrica, some of their main functions include advanced network inventory queries, the generation of thematic maps, the printing of maps using computer-assisted templates, the generation of longitudinal network profiles and the definition of basins discharging water at a specific control point, links to documentation, photographs and sketches, and real-time information queries on mobile devices. 

In addition, in recent years, some of the most advanced utilities have chosen to connect GIS in real time to their mathematical models (EPANET) and other data sources, resulting in the implementation of digital twins.

Main use cases in water management

Water resource applications deployed in GIS cover the entire water cycle and its processes. These systems facilitate more effective and efficient water resource management in the sector by providing more accurate understanding of the availability and distribution of water resources. In addition, thanks to their geospatial component, they can address and solve specific challenges and problems that would otherwise go unanswered.

As they are the core of the information and know the location of the assets and their characteristics, they can provide knowledge about their environment and what can directly affect them, helping specialists to make the best decisions in any water analysis or management issue, added the expert.

Water supply uses

GIS applications are key applications in leak and alarm management in the water supply sector. Thanks to these information systems, utilities can make decisions to minimize water service interruptions after a leak or planned work in the distribution network.

 "They provide us with information about which pipes and service connections are going to be affected by repair work or a leak, thus providing guidance on which elements, such as valves, need to be closed to minimize the consequences. Users can thus be notified if their water is likely to be cut off at home", said Sergio Aznar, a specialist in Idrica's GIS Implementation and Product Department.

In terms of fault detection and prevention, these systems gather vital information to prevent failures in the distribution network, such as the material pipes are made of or the date they were installed. Geospatial analysis of the pipes, i.e., linking data with the geographical element, facilitates inspections. For example, detecting connections that are operational but should no longer be in use.

In the geolocation of field work, GIS systems provide field information through real-time mapping of essential data for route setting and tracking, and detailed documentation related to the work performed at a specific location. Therefore, GIS improves water resource management by providing more detailed, up-to-date information.

Wastewater uses

According to Idrica, the analysis of virus incidence in the population is key to wastewater management. “GIS can compile, analyze, and draw up infected population maps or cadastral maps (documents with information on location, measurements and/or land surface, etc.), to establish areas of greater or lesser infection, population ratios, ages, etc., based on the information available from the wastewater network receiving household discharges, crossed with contagion data”, stated Aznar. 

Thus, GIS enable us to carry out critical studies to analyze relationships and behavioral patterns that can provide a more effective response to pandemics.

In urban flood prevention, these systems, in combination with remote sensing, can identify possible overflows in sewers, and show which ones have poor drainage capacity, providing municipalities with alerts to prevent flooding after heavy rainfall events.

[출처=이드리카(Idrica)(Geographic information systems, key to efficient water management - IDRICA) / 2023년 3월 8일]