• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.271-271
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• 2017

상수관망 수리해석 기법은 절점의 사용량 및 누수량을 기지의 값으로 고려하여 총 수요량이 모두 공급될 수 있다고 가정하여 해석하는 수요기반해석(Demand Driven Analysis, DDA)과 사용량과 누수량은 절점 압력수두에 의해 달라질 수 있어, 공급가능량 및 누수량과 절점의 압력수두 모두를 미지수로 고려하여 해석하는 수압기반해석(Pressure Driven Analysis, PDA)으로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 수압기반사용량 모의(Pressure Dependent Demand, PDD)와 수압기반누수량 모의(Pressure Dependent Leakage, PDL)기능이 모두 구현되고, 다양한 시나리오 분석이 가능한 소프트웨어(SW)인 K-NRisk를 개발하였다. K-NRisk는 2016년 7월에 공개된 상수관망 해석범용모형인 EPANET3 소스코드 기반으로 개량 개발되었으며, 기존 EPANET2와 비교하였을 경우 사용자 편의성 증대를 위한 입출력 기능 및 SW 활용도 제고를 위한 대표업무분석 기능이 신규 개발, 강화되었다. 개발된 SW를 관망정비 및 공급안정성 확보 목적을 위한 수리해석 시 적용하여 그 결과를 분석하였다. 적용결과 기존 수요기반해석이 가지고 있는 한계점을 보완하고, 실제업무 시 활용가능함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.19-19
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• 2018

최근 경주, 울산, 포항 등 경상도 지역에서 잇달아 발생한 대규모 지진으로 인해 사회기반시설물의 내진 안전성이 이슈가 되고 있다. 지진 안전 국가라고 여겨지던 우리나라는 상대적으로 지진에 대한 대비가 매우 부족한 실정이며, 자칫 대규모 피해로 이어질 우려가 있다. 특히 상수관망의 경우, 지중에 매설되어 있는 특성상 지진에 취약하고, 그 피해를 발견하기 어려워 장기적인 피해가 불가피하다. 상수관로의 지진피해는 누수와 파손으로 구분할 수 있으며, 파손관의 경우 용수공급능력을 크게 저하시키기 때문에 신속한 복구가 요구된다. 파손관의 복구는 부근에 위치한 차단밸브를 닫아 피해관로의 통수를 차단한 후에 복구 작업을 진행하는 것이 일반적이다. 이때, 차단밸브의 위치에 따라 단수구역이 광범위하게 발생할 수 있어 시스템 전반의 용수공급능력 저하로 이어질 가능성이 있다. 본 연구에서는 지진 발생 후 피해관로의 효율적인 복구전략 마련을 위한 상수관망 지진피해 복구 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 개발 모형은 피해복구에 따른 상수관망 시스템의 용수공급능력을 정량적으로 산정할 수 있으며, 지진 발생과 같은 비정상 상황의 시스템 용수공급능력을 수리학적으로 정확하게 해석하기 위해 압력기반의 해석(Pressure-driven analysis, PDA)을 적용하였다. 또한, 피해관로의 복구 시, 차단밸브에 의해 발생되는 단수구역을 탐색한 후, 수리해석 모의에 적용함으로써 현실적인 용수공급 상황을 모의할 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 개발모형을 활용하여 차단밸브의 위치 및 개수가 단수구역의 범위 및 지진복구에 미치는 영향을 정량적으로 비교 분석하였으며, 이를 통해 효율적인 지진피해 복구 전략을 제시하였다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.36 no.6
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• pp.421-428
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• 2014

For the analysis of water supply network, demand-driven and pressure-driven analysis methods have been proposed. Of the two methods, demand-driven analysis (DDA) can only be used in a normal operation condition to evaluate hydraulic status of a pipe network. Under abnormal conditions, i.e., unexpected pipe destruction, or abnormal low pressure conditions, pressure-driven analysis (PDA) method should be used to estimate the suppliable flowrate at each node in a network. In order to carry out the pressure-driven analysis, head-outflow relationship (HOR), which estimates flowrate at a certain pressure at each node, should be first determined. Most previous studies empirically suggested that each node possesses its own characteristic head-outflow relationship, which, therefore, requires verification by using actual field data for proper application in PDA modeling. In this study, a model pipe network was constructed, and various operation scenarios of normal and abnormal conditions, which cannot be realized in real pipe networks, were established. Using the model network, data on pressure and flowrate at each node were obtained at each operation condition. Using the data obtained, previously proposed HOR equations were evaluated. In addition, head-outflow relationship at each node was analyzed especially under multiple pipe destruction events. By analyzing the experimental data obtained from the model network, it was found that flowrate reduction corresponding to a certain pressure drop (by pipe destruction at one or multiple points on the network) followed intrinsic head-outflow relationship of each node. By comparing the experimentally obtained head-outflow relationship with various HOR equations proposed by previous studies, the one proposed by Wagner et al. showed the best agreement with the exponential parameter, m of 3.0.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.7-7
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• 2019

중요한 사회기반시설물 중 하나인 상수관망시스템은 대부분의 시설물이 지중에 매설되어있기 때문에 지진에 취약하고 복구에 어려움이 크며, 지진 발생 시 대규모 피해로 이어질 우려가 있다. 따라서 상수관망시스템에 대한 지진피해를 최소화하고 재해로부터 신속하게 복구하기 위한 적절한 복구전략을 마련할 필요가 있다. 상수관로에 발생하는 지진피해는 크게 파손과 누수로 구분되며, 대구경 관로가 파손될 경우 대규모 단수 및 피해가 우려되므로 신속한 복구전략이 마련되어야한다. 일반적으로 파손 관로의 복구는 먼저 피해 관로 인근의 제수밸브의 차폐를 통해 통수를 차단한 후 교체 작업을 진행하는 것이 일반적이며, 해당 과정에서 밸브 차폐에 의한 단수구역의 발생이 불가피하다. 이러한 단수구역 발생은 해당 지역의 용수공급능력 저하로 이어지며, 단수구역의 범위 및 단수용량의 규모는 제수밸브의 위치 및 개수에 따라 결정된다. 본 연구에서는 기개발된 상수관망 지진피해복구 시뮬레이션 모형(Choi et al., 2018)을 개선하여 지진피해복구 시 시스템 내 제수밸브의 설치 위치와 개수에 따라 발생되는 단수구역과 단수상황이 상수관로의 용수공급능력(Serviceability)에 미치는 영향을 분석하였다. 개선된 모형은 피해복구에 따른 용수공급능력을 정량적으로 산정할 수 있으며, 피해 관로의 복구 시 제수밸브 차폐에 의해 발생되는 단수구역을 탐색한 후, 수리해석 모의에 적용함으로써 현실적인 용수공급 상황을 모의할 수 있도록 개선되었다. 또한, EPANET3.0의 Full-PDA(Pressure driven analysis)를 이용함으로써 지진과 같은 비정상상황(다수관의 파손에 따른 압력저하)에서 좀 더 현실적인 수리해석이 가능하도록 개선되었다. 본 연구에서는 해당모형을 실제관망에 적용하여 제수밸브 설치개수 및 위치가 지진피해복구에 미치는 영향을 비교 분석하였으며, 또한 효율적인 지진피해복구 방안을 제시하였다.

• Tunnel and Underground Space
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• v.23 no.6
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• pp.493-505
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• 2013

This numerical study investigates seismicity and fault slip induced by fluid injection in deep geothermal reservoir with pre-existing fractures and fault. Particle Flow Code 2D is used with additionally implemented hydro-mechanical coupled fluid flow algorithm and acoustic emission moment tensor inversion algorithm. The output of the model includes spatio-temporal evolution of induced seismicity (hypocenter locations and magnitudes) and fault deformation (failure and slip) in relation to fluid pressure distribution. The model is applied to a case of fluid injection with constant rates changing in three steps using different fluid characters, i.e. the viscosity, and different injection locations. In fractured reservoir, spatio-temporal distribution of the induced seismicity differs significantly depending on the viscosity of the fracturing fluid. In a fractured reservoir, injection of low viscosity fluid results in larger volume of induced seismicity cloud as the fluid can migrate easily to the reservoir and cause large number and magnitude of induced seismicity in the post-shut-in period. In a faulted reservoir, fault deformation (co-seismic failure and aseismic slip) can occur by a small perturbation of fracturing fluid (<0.1 MPa) can be induced when the injection location is set close to the fault. The presented numerical model technique can practically be used in geothermal industry to predict the induced seismicity pattern and magnitude distribution resulting from hydraulic stimulation of geothermal reservoirs prior to actual injection operation.

• Tunnel and Underground Space
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• v.31 no.4
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• pp.270-288
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• 2021

We proposed a numerical method to simulate the hydro-mechanical behavior of rock fracture using a grain-based distinct element model (GBDEM) in the paper. As a part of DECOVALEX-2023 Task G, we verified the method via benchmarks with analytical solutions. DECOVALEX-2023 Task G aims to develop a numerical method to estimate the coupled thermo-hydro-mechanical processes within the crystalline rock fracture network. We represented the rock sample as a group of tetrahedral grains and calculated the interaction of the grains and their interfaces using 3DEC. The micro-parameters of the grains and interfaces were determined by a new methodology based on an equivalent continuum approach. In benchmark modeling, a single fracture embedded in the rock was examined for the effects of fracture inclination and roughness, the boundary stress condition and the applied pressure. The simulation results showed that the developed numerical model reasonably reproduced the fracture slip induced by boundary stress condition, the fracture opening induced by fluid injection, the stress distribution variation with fracture inclination, and the fracture roughness effect. In addition, the fracture displacements associated with the opening and slip showed good agreement with the analytical solutions. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study experiments.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.719-728
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• 2019

Valve in water distribution network (WDN), that controls the flow in pipes, is used to isolate a segment (a part of WDN) under abnormal water supply conditions (e.g., pipe breakage, water quality failure event). The segment isolation degrades pressure and water serviceability in neighboring area during the water service outage of the segment. Recent hydraulic and water quality failure events reported encouraging WDN valve installation based on various abnormal water supply scenarios. This study introduces a scenario-based optimal valve installation approach to optimize the number of valves, the amount of undelivered water, and a shortest water supply path indicator (i.e., Hydraulic Geodesic Index). The proposed approach is demonstrated in the valve installation of Pescara network, and the optimal valve sets are obtained under multiple scenarios and compared to the existing valve set. Pressure-driven analysis (PDA) scheme is used for a network hydraulic simulation. The optimal valve set derived from the proposed method has 19 fewer valves than the existing valve set in the network and the amount of undelivered water was also lower for the optimal valve set. Reducing the reservoir head requires a greater number of valves to achieve the similar functionality of the WDN with the optimal valve set of the original reservoir head. This study also compared the results of demand-driven analysis (DDA) and the PDA and confirmed that the latter is required for optimal valve installation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.228-232
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• 2010

두 가지 어류 이동용 여수로 설계안에 대하여 유한요소법 기반의 레블�V 기법을 이용하여 흐름을 모의하고 적용성을 검토하였다. 첫 번째 설계안은 저수지에서 여수로로 직각 형태의 유입부를 가지고 있으며, 두 번째 설계안은 부드러운 곡면 형태의 유입부를 가지고 있다. 수치해석 결과를 자유수면의 위치, 압력분포 등의 특성을 중심으로 여수로 수리모형 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 직각 형태의 유입부를 갖는 설계안의 경우, 유입부의 응력분포의 영향으로, 평탄하지 않은 자유수면형과 압력분포를 보이는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 곡선형태의 유입부를 갖는 여수로의 경우에는 수면형과 압력분포에서 완만한 변화를 보이는 것이 관측되었다. 여수로 정상부에서 대기압보다 작은 부압의 분포는 두 가지 설계안 모두 비슷한 분포를 보였다. 여수로의 출구부에서는 측면부에서는 와류의 영향으로 인하여 수면의 상승을 관찰할 수 있었다. 결론으로서 곡면 유입부 형태의 여수로가 완만한 천이역을 갖고 있으며, 어류이동측면에서 유리함을 확인할 수 있었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.63.1-63.1
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• 2010

수중구조물에 의한 파랑의 변형을 예측하기 위해 3차원 수치모형을 도입하여 수치모형 실험을 수행하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형이다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two Step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 계산하였으며, Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 선형파를 일정 수심상에서 조파시켜 해석해와 비교한 후 수중구조물이 설치된 지형에 적용하여 파랑의 변형을 수치모의하여 수리모형 실험 결과와 비교 및 분석하였다.

• Tunnel and Underground Space
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• v.31 no.6
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• pp.610-622
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• 2021

The DECOVALEX project is one of the representative international cooperative projects to enhance the understanding of the complex Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical(THMC) coupled behavior in the high-level radioactive waste disposal system based on the numerical simulation. DECOVALEX-2023 is the current phase consisting of 7 tasks, and Task C aims to model the THM coupled behavior in the disposal system based on the Full-scale Emplacement (FE) experiment at the Mont-Terri underground rock laboratory. This study performs the numerical simulation based on the OGS-FLAC developed for the current study. In the numerical model, we emplaced the heater with constant power horizontally based on the FE experiment and monitored the pressure development, temperature increase, and mechanical deformation at the specific monitoring points. We monitored the capillary pressure as the primary effect inducing the flow in the buffer system, and thermal stress and pressurization were dominant in the surrounding rocks' area. The results will also be compared and validated with the other participating groups and the experimental data further.