• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.291-291
• /
• 2020

제주도는 강수의 지표침투성이 좋은 화산섬의 지질특성상 지표수의 개발이용여건이 취약한 관계로 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 제주도는 정책 및 연구적으로 오랜 기간동안 지하수의 보전관리에 많은 노력을 기울여 오고 있다. 하지만 최근 기후변화로 인한 강수의 변동성 증가로 인해 지하수위의 변동성 또한 증가할 가능성이 있으며 따라서 지하수위의 급격한 하강에 대비하여 지하수위의 예측 및 지하수 취수량 관리의 필요성이 요구되고 있다. 지하수에 절대적으로 의존하고 있는 제주도의 수자원 이용 여건을 고려할 때, 지하수의 취수량 관리를 위한 지하수위의 실시간 예측이 필요한 실정이다. 하지만 기존의 예측방법에 의한 제주도 지하수위 예측기간은 충분히 길지 않으며 예측기간이 길어지면 예측성능이 낮아지는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 딥러닝 알고리즘인 Long Short Term Memory(LSTM)를 활용하여 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역의 1개 지하수위 관측정에 대해 지하수위를 예측하고 분석하였다. R 기반의 Keras 패키지에 있는 LSTM 알고리즘을 사용하였고, 입력자료는 인근의 성판악 및 교래 강우관측소의 일단위 강수량자료와 인근 취수정의 지하수 취수량자료 및 연구대상 관측정의 지하수위 자료를 사용하였으며, 사용된 자료의 기간은 2001년 2월 11일부터 2019년 10월 31일까지 이다. 2001년부터 13년의 보정 및 3년의 검증용 시계열자료를 사용하여 매개변수의 보정 및 과적합을 방지하였고, 3년의 예측용 시계열자료를 사용하여 LSTM 알고리즘의 예측성능을 평가하였다. 목표 예측일수는 1일, 10일, 20일, 30일로 설정하였으며 보정, 검증 및 예측기간에 대한 모의결과의 평가지수로는 Nash-Sutcliffe Efficiency(NSE)를 활용하였다. 모의결과, 보정, 검증 및 예측기간에 대한 1일 예측의 NSE는 각각 0.997, 0.997, 0.993 이었고, 10일 예측의 NSE는 각각 0.993, 0.912, 0.930 이었다. 20일 예측의 경우 NSE는 각각 0.809, 0.781, 0.809 이었으며 30일 예측의 경우 각각 0.677, 0.622, 0.633 이었다. 이것은 LSTM 알고리즘에 의한 10일 예측까지는 관측 지하수위 시계열자료를 매우 적절히 모의할 수 있다는 것을 의미하며, 20일 예측 또한 적절히 모의할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 LSTM 알고리즘을 활용하면 본 연구대상지점에 대한 2주일 또는 3주일의 안정적인 지하수위 예보가 가능하다고 판단된다. 또한 LSTM 알고리즘을 통한 실시간 지하수위 예측은 지하수 취수량 관리에 활용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.67-67
• /
• 2020

일반적으로 농업용수 이용량은 기후, 토양, 지역별 재배 특성 등에 따라 다양하게 나타날 수 있으며, 용수공급 계획을 위해 수요량 추정방법을 이용하고 있다. 농업용수 수요량은 논과 밭 등에서 작물 재배에 필요한 용수량이라 정의할 수 있으며, 구체적으로는 작물 재배에 소요되는 전체 용수량에서 강우에 의해 공급되는 양을 제외한 수량으로 볼 수 있다. 현재 농업용수 수요량의 추정 방법은 현장에서 직접 실측하는 방법, 대표 작물을 대상으로 계측한 후 일반화 하는 방법, 증발산 이론에 의하여 추정하는 방법 등으로 구분 되며, 최근 광역적인 분석으로 증발산 이론에 의한 추정 방법을 주로 사용하고 있다. 농업용 지하수 이용은 국내 지하수 이용량의 51%를 차지하고 있어 보다 적확한 농업용 지하수 사용량조사는 지하수의 효율적 정책 추진을 위하여 중요하다. 본 연구의 목적은 현장조사로 수집한 자료를 이용해 각 조사지역의 사용량을 추정하고 월별사용량 및 단위면적당 사용량을 분석하는 것이다. 조사지역은 창녕함안보(오천리, 성산리), 합천창녕보(율지리), 달성보(좌학리, 위천리), 구미보(궁기리)이고, 지하수사용량을 분석하기 위해 유량계(계량기) 검침, 전력사용량 검침, 수중모터펌프 가동시간을 이용하였으며, 조사기간은 2018년 12월 부터 2020년 02월 까지 이다. 농업용관정 조사시 실제 지하수를 사용하는 면적(ha)도 같이 조사해, 월별 지하수사용량에 실제사용면적(ha)을 나누어 면적당 지하수사용량으로 분석하였다. 조사결과 창녕함안보 오천리는 20,956㎥/mon/ha, 창녕함안보 성산리는 19,911㎥/mon/ha, 합천창녕보 율지리는 3,648㎥/mon/ha, 달성보 좌학리는 2,417㎥/mon/ha, 달성보 위천리는 3,546㎥/mon/ha, 구미보 궁기리는 619㎥/mon/ha로 분석되었다. 수막재배가 많은 창녕함안보가 지하수사용량이 가장 많았으며, 구미보의 경우 지하수사용량이 가장 적은 것으로 분석되었다. 월별 지하수 사용량을 살펴보면 2019년 01월 ~ 02월 보다 2020년 01월 ~ 02월의 평균 지하수 사용량이 793㎥/mon/ha 적게 분석되었고, 평균기온은 2019년 01월에 0.3℃, 2020년 1월은 2.6℃로 2.3℃ 높다. 이는 겨울철 지하수 사용량에 영향을 주었다고 판단된다. 겨울철 지하수 사용량차이는 재배작물과 겨울철 기온차이가 원인으로 판단되며, 다년간 지하수사용량과 기온을 조사할 필요가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.267-267
• /
• 2021

제주도는 화산섬의 지질특성상 강수의 지표침투성이 높아 지표수의 개발이용여건이 취약한 관계로 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 지하수의 보전관리는 매우 중요한 사항이며 특히 지하수의 안정적인 이용을 위해서는 지하수 취수가 주변지역 지하수위에 미치는 영향 분석이 반드시 필요하다. 본 연구는 딥러닝 알고리즘인 Long Short-Term Memory(LSTM)를 활용하여 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역에 위치한 2개 지하수위 관측정을 대상으로 지하수 취수영향을 분석하였다. 입력자료로써 인근 2개 강우관측소의 일단위 강수량자료와 인근 6개 취수정의 지하수 취수량자료 및 연구대상 관측정의 지하수위 자료(2001. 2. 11. ~ 2019. 10. 31.)를 사용하였다. 지하수위 변동특성을 최대한 반영하기 위해 LSTM의 예측일수를 1일로 설정하였다. 보정 및 검증 기간을 사용하여 매개변수의 과적합을 방지하였으며, 테스트 기간을 사용하여 LSTM의 예측성능을 평가하였다. 평가지수로써 Nash-Sutcliffe Efficiency(NSE)와 평균제곱근오차(RMSE)를 사용하였다. 그리고 지하수 취수가 주변 지하수위 변동에 미치는 영향을 분석하기 위해 취수량을 최대취수량인 2,300 m³/일, 최대취수량의 2/3인 1,533 m³/일 및 0 m³/일로 설정하여 모의하였다. 모의결과, 2개 감시정의 보정, 검증 및 예측기간에 대한 NSE는 최대 0.999, 최소 0.976의 범위를 보였으며, RMSE는 최대 0.494 m, 최소 0.084 m를 보여 LSTM은 우수한 예측성능을 나타내었다. 이것은 LSTM이 지하수위 변동특성을 적절히 학습하였다는 것을 의미하며 따라서 추정된 매개변수를 활용하여 지하수 취수영향을 모의 및 분석하였다. 그 결과, 지하수위 하강량은 최대 0.38 m 였으며 이것은 대상지점에 대한 취수량은 지하수위 하강에 거의 영향을 주지 않는다는 것을 의미한다. 또한 취수량과 지하수위 하강량과의 관계는 한 개 관측정에 대해 선형적인 관계를 보인 반면 나머지 한 개 관측정에 대해서는 비선형적인 관계를 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 LSTM 알고리즘을 활용하여 제주도 표선유역 중산간지역의 지하수위 변동특성을 분석할 수 있다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.29 no.6C
• /
• pp.303-311
• /
• 2009

In this study, weakly cemented sand was cured at air dry condition with different periods (3, 7, 14, 21, 28 days) and its unconfined compressive strength was evaluated. As a result, the strength of specimens with low cement ratios such as 4 and 8% increases until 7 days curing but, after 7 days, their strength continuously decreases. The strength of specimens with relatively high cement ratios such as 12 and 16% increases up to 7 days curing and then stays almost constant until 21 days. After 21 days curing, their strength suddenly dropped down, which is much lower than the strength of 3 days curing specimen. A cemented sand and gravel called CSG, which is highly permeable, could be exposed to repetitive drying and wetting conditions due to rainfall or groundwater table change during curing. In this study, the weakly cemented sand is exposed to repetitive drying and wetting and then its unconfined compressive strength was evaluated. As a result, the strength of a specimen with 27 days drying condition following 1 day wetting was at maximum 35% lower than the one cured under 28 days drying. The strength degradation due to wetting decreases as a cement ratio increases. However, the strength of a specimen with repetitive drying and wetting increases as the number of wetting increases until 3 cycles. After 3 cycles of drying and wetting, the rate of strength increase decreases due to an insufficient water for hydration or stays constant. If the sufficient water supply is provided to cemented sand during curing, the target or design strength increase can be achieved. Otherwise, the strength degradation due to wetting should be considered at the design stage.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
• /
• v.24 no.8
• /
• pp.5-11
• /
• 2023

Due to frequent occurrences of concentrated heavy rainfall caused by abnormal climate conditions in recent years, collapses of steep slopes have been occurring frequently due to surface erosion and increased pore water pressure. Various methods are being applied to prevent slope collapses, such as increasing the resistance to movement and reducing pore water pressure. Research on these methods has been consistently conducted as they provide an efficient response to slope collapses by satisfying both the conditions of resistance to movement and pore water pressure simultaneously. Therefore, in this study, we propose an upward slope reinforcement method by burying drainage materials with an upward slope inclination, instead of the conventional horizontal application. This approach aims to satisfy both slope reinforcement and drainage functions effectively, offering a comprehensive solution for slope stabilization. Furthermore, to determine the optimal burial angle that exhibits the most effective reinforcement and drainage effects of the proposed method, we investigated the reinforcement and drainage effects under conditions where the horizontal drainage materials were set at angles ranging from 0° to 60° in increments of 10° on a representative cross-section. Additionally, indoor model experiments were conducted under the conditions of 40°, which showed the most outstanding drainage effect, and 20°, which exhibited the highest safety factor, to validate the numerical analysis results. The results showed that the burial angle of 40° exhibits a relatively higher drainage effect as with the numerical analysis results, while the angle of 20° results in inadequate drainage and observed slope collapse.

• Korean Journal of Ecology and Environment
• /
• v.56 no.4
• /
• pp.339-347
• /
• 2023

Dissolved organic matter (DOM) is a key component in the biogeochemical cycling in freshwater ecosystem. However, it has been rarely explored, particularly complex river watershed dominated by natural and anthropogenic sources, such as various effluent facility and livestock. The current research developed a new analytical method for TOC/TN (Total Organic Carbon/Total Nitrogen) stable isotope ratio, and distinguish DOM source using stable isotope value (δ¹³C-DOC) and spectroscopic indices (fluorescence index [FI] and biological index [BIX]). The TOC/TN-IR/MS analytical system was optimized and precision and accuracy were secured using two international standards (IAEA-600 Caffein, IAEA-CH-6 Sucrose). As a result of controlling the instrumental conditions to enable TOC stable isotope analysis even in low-concentration environmental samples (<1 mgC L^-1), the minimum detection limit was improved. The 12 potential DOM source were collected from watershed, which includes top-soils, groundwater, plant group (fallen leaves, riparian plants, suspended algae) and effluent group (pig and cow livestock, agricultural land, urban, industry facility, swine facility and wastewater treatment facilities). As a result of comparing characteristics between 12 sources using spectroscopic indices and δ¹³C-DOC values, it were divided into four groups according to their characteristics as a respective DOM sources. The current study established the TOC/TN stable isotope analyses system for the first time in Korea, and found that spectroscopic indices and δ¹³C-DOC are very useful tool to trace the origin of organic matter in the aquatic environments through library database.

• The Journal of Engineering Geology
• /
• v.33 no.4
• /
• pp.519-530
• /
• 2023

Moye's analytical solution was examined as a method for constant-head tests under steady-state conditions, and results were compared with transient-state analyses in in situ hydraulic tests. The sensitivity of hydraulic conductivities calculated using Moye's method increased with the length of the test section, which should be as large as possible under test conditions. Particularly in low-permeability media with less than 10^-8 m/sec of hydraulic conductivity, hydraulic conductivity is lower than that under transient-state conditions and can be recalculated by adjusting the boundary between radial and spherical flow assumed in Moye's equation. Constant-head tests performed in the research borehole at the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) indicated that transmissivities derived from the constant-head withdrawal test under transient-state conditions in low-permeability media were higher than those derived from steady-state tests, likely because the groundwater flow boundary was smaller than the "half of the test-section length"assumed by Moye's equation. When interpreting constant-head test results for crystalline rock, the hydrogeological properties of the medium may be better understood by considering assumed conditions accompanying analysis of the steady-state condition and comparing them with results for the transient-state analysis, rather than simply assuming properties based on steady-state analyses.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
• /
• v.24 no.12
• /
• pp.53-60
• /
• 2023

Recently, along with the improvement of high-speed rail and road design speed, the proportion of tunnel construction work is increasing proportionally. In particular, the construction of long tunnels is rapidly increasing due to the mountainous terrain of our country. In this way, due to the trend of tunnels becoming longer, it is difficult to design and construct tunnels by avoiding fault zones. In the case of tunnel construction in mountainous areas, ground investigation is often difficult even during design due to the topographical conditions, making precise ground investigation difficult, and as a result, the upper part of the tunnel is damaged during tunnel construction. When fault zones, which are vulnerable to weathering, exist, the stability of the tunnel during excavation is directly affected by the fault zone distribution, strength characteristics, and groundwater distribution range. In particular, when a fault zone is distributed in the upper part of a tunnel, damage such as tunnel collapse and excessive displacement may occur, and in order to prevent this in advance, countermeasures must be established through analysis of similar cases. Therefore, in this study, when a large-scale fault zone exists in the upper part of a tunnel, the relationship and characteristics of damage to the tunnel structure were analyzed.

• Explosives and Blasting
• /
• v.41 no.3
• /
• pp.38-61
• /
• 2023

An Excavation Damaged Zone(EDZ) caused by blasting impact changes rock properties, in situ stress distribution, etc., and its effects are noticeable at around a radioactive waste repository located at deep underground. In particular, the increase in permeability due to the formation of cracks may significantly increase the amount of groundwater inflow and the possibility of radioactive nuclide outflow. In this study, FLAC2D and FLAC3D were used to analyze the mechanical and thermal behaviors for three categories: a)No EDZ, b)Uniform EDZ, and c)Random EDZ. It was found that the tunnel displacement in the Random EDZ case was 423% higher than that in the No EDZ case and was 16% higher than that in the Uniform EDZ case. Tunnel inflow in the Random EDZ was also 17.3% and 10.8% higher than that in the No EDZ and the Uniform EDZ case, respectively. The permeability around the tunnel was increased by up to 10 times in the corner of the tunnel wall and roof due to the stress redistribution after excavation. From the computer simulation, it was found that the permeability around the tunnel wall was partially increased but the overall tunnel inflow was decreased with increase of stress ratio. Mechanical analysis using FLAC 3D showed similar results. Slight difference between 2D and 3D could be explained with the development of plastic zone during the advance of tunnel excavation in 3D.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
• /
• v.40 no.1
• /
• pp.5-14
• /
• 2024

PHC piles demonstrate superior resistance to compression and bending moments, and their factory-based production enhances quality assurance and management processes. Despite these advantages that have resulted in widespread use in civil engineering and construction projects, the design process frequently relies on empirical formulas or N-values to estimate the soil-pile friction, which is crucial for bearing capacity, and this reliance underscores a significant lack of experimental validation. In addition, environmental factors, e.g., the pH levels in groundwater and the effects of seawater, are commonly not considered. Thus, this study investigates the influence of vibrating machine foundations on PHC pile models in consideration of the effects of varying pH conditions. Concrete model piles were subjected to a one-month conditioning period in different pH environments (acidic, neutral, and alkaline) and under the influence of seawater. Subsequent repeated direct shear tests were performed on the pile-soil interface, and the disturbed state concept was employed to derive parameters that effectively quantify the dynamic behavior of this interface. The results revealed a descending order of shear stress in neutral, acidic, and alkaline conditions, with the pH-influenced samples exhibiting a more pronounced reduction in shear stress than those affected by seawater.