Analysis of Groundwater Flow into Underground Storage Caverns by Using a Boundary Element Model

For the proper management of high pressurized gas storage caverns, analysis of groundwater flow field and inflow quantity according to the groundwater head, gas storage pressure and water curtain head should be performed. The finite element method has been widely used for the groundwater flow analysis surrounding underground storage cavern because it can reflect the exact shape of cavern. But the various simulations according to the change of design factors such as the width of water curtain, shape of cavern etc. are not easy when elements were set up. To overcome these limitations, two dimensional groundwater flow model is established based on the boundary element method which compute the unknown variable by using only the boundary shape and condition. For the exact computation of drainage rate into cavern, the model test is performed by using the exact solution and pre-developed finite element model. The test result shows that the model could be used as an alternative to finite element model when various flow simulations are needed to determine the optimizing cavern shape and arrangement of water curtain holes and so forth.

경계요소모형을 이용한 지하 저장공동의 지하수 유입량 분석

LPG등 고압가스를 지하에 저장하는 저장공동의 효과적인 관리를 위해서는 지하수위, 가스저장압, 수막공 주입압 등에 따른 공동주변의 유동장 해석, 공동내로의 지하수 유입량 해석을 실시해야 한다. 기존에는 공동의 정확한 형상을 반영하기 위해서 유한요소법이 보편적으로 사용되어 왔으나 한번 설정한 유한요소망으로부터 공동의 설계요소를 변경하는 작업은 수월하지 않아 설계전단계에서 공동 및 수막시설의 다양한 배치에 따른 모의를 수행하는데는 다소 무리가 있다. 이러한 불편함은 경계부의 형상과 조건만으로 내부점에서의 미지변수 계산을 효과적으로 수행할 수 있는 경계요소법을 도입함으로써 극복할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지하공동으로 배수되는 유입량 산정을 위해 경계요소법을 근간으로 한 2차원 지하수 흐름모형을 구성하였으며 지하공동으로 배수되는 정확한 유입량 산정을 위해 해석해 및 기존의 유한요소해석결과와 비교하여 수치해석의 타당성을 제시하였다. 이 모형은 공동의 설계단계에서 수막공의 간격과 배열형태, 공동의 최적형상을 결정하기 위한 모의실험에서 기존의 유한요소해석의 단점을 극복하는 대안으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.