• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.781-788
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• 2008

본 연구는 실험계획법과 통계학적 분석을 이용하여 세가지 유기성 폐기물(축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기)의 혼합 산발효를 위한 최적 운전 조건을 구하였다. 먼저, 세가지 기질의 최적 혼합비 도출을 위해 15회의 회분식 실험을 진행하였고, 획득한 실험 값의 통계학적 분석 결과 도출된 최적 혼합비는 chemical oxygen demand(COD) 기준으로 축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기 순으로 0.4 : 1.0 : 1.1로 나타났다. 도출된 최적 혼합비율로 준비된 기질을 대상으로 산발효 연속 운전 최적화를 수행하였다. 중요 운전 인자로서 hydraulic retention time(HRT)과 기질 농도를 설정하고, 실험계획법의 일종인 반응표면법(Response surface methodology, RSM)을 적용하였다. 3단계의 실험 계획에 의거한 연속 운전 결과, total volatile fatty acids(TVFA) 생성을 극대화 할 수 있는 최적 운전 조건은 HRT 2일, 기질 농도 29,237 mg COD/L로 밝혀졌고, 제시된 2차 경험적 모델식을 통해 최적 운전 조건에서 73%의 TVFA 증가율을 예상할 수 있었다. 도출된 모델식의 정확도 검증을 위한 실험 결과, 약 4%의 상대오차를 나타내 반응표면법을 비롯한 실험계획법과 통계학적 분석 방안이 성상 변화가 큰 실 폐기물의 최적화에도 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권7호
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• pp.547-558
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• 2009

일반적인 하천제방의 안정성 평가는 확정론적 분석결과를 토대로 강우특성, 매개변수 등에 대한 불확실성을 안전 계수를 도입하여 실시하고 있다. 이러한 안전계수는 모형의 매개변수 및 재료 속성의 다양성을 다루는 공학에 폭넓게 이용되나 임의의 자연 현상의 모든 것을 설명해주지는 않는다. 특히 근래에 들어 발생되는 지구온난화에 따른 이상기후 현상과 사상 유래가 없는 홍수들의 발생은 확정론적인 방법에 의존하기보다는 추계학적 방법을 도입한 수문량 확충 및 매개변수의 불확실성 분석의 필요성이 증대되고 있다. 이에 전 세계적으로 매개변수와 특성인자의 불확실성을 고려하고 인자들 간의 상관관계를 고려한 추계학적 방법 기반의 대책 수립이 추진되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 추계학적 강우변동 생성기법을 이용하여 태풍기와 장마기에 해당하는 6월, 7월과 8월, 9월에 발생 가능한 다양한 무차원 누가강우량곡선을 Monte Carlo 기법을 도입하여 생성하였고 신뢰도 지수를 이용하여 하천제방의 위험도를 평가하였다. 본 연구결과는 강우의 지역적 특성 및 시간적 특성을 반영할 수 있어 해당 유역의 홍수대책 수립, 수공구조물 설계 및 분석 등 활용성이 매우 클 것으로 판단된다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2008년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.79-88
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• 2008

1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다. 장비의 발전과 함께, 응력해석을 위한 소프트웨어의 발전도 꾸준히 진행되어온 바, 불확실한 결정값으로 인해 가장 다루기 어려운 균열폐쇄압력에 대하여 여러 가지 기법을 적용함으로써 가장 합리적인 값을 도출해내는 방법의 개발이 그 한 예가 될 것이다. 이러한 지난 10여년 간의 기술발전과 함께 국내 대부분의 지역에서 수행된 수압파쇄시험을 통하여 대한민국의 거의 전 지역에 대한 측정결과들을 축적할 수 있었으며, 현재 이 결과값은 터널굴착을 위한 기초설계단계에서 널리 활용되고 있다. 향후 해저터널의 건설과 관련하여 해상에서의 수압파쇄 초기응력측정법 또한 꾸준히 개발되고 있으나, 지금까지 축적된 내륙에서의 초기응력 측정값이 해저터널의 안전한 설계를 위해 직간접적으로 사용되어지길 기대하며, 현재까지 수압파쇄시험을 통해 얻어진 한반도의 초기응력의 평균 크기와 방향을 지질학적 특성결과와 관련 지어 제시하고자 한다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권4호
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• pp.283-293
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• 2015

고준위폐기물처분장에서 완충재는 공학적방벽의 주요 구성요소 중 하나이다. 본 연구에서는 국 내외의 완충재 요구사항과 성능기준을 분석하고, 우리나라 고준위폐기물처분장에 적합한 완충재 개념 도출을 위한 접근방안을 제시하였다. 완충재의 주요 성능기준 인자항목으로, 수리전도도, 핵종 저지능, 팽윤압, 열전도도, 역학적 특성치(mechanical properties), 유기물함량(organic carbon content), 일라이트화 속도(illitization rate) 등을 고려하였다. 우리나라 고준위폐기물처분장 완충재 물질로서 국산 벤토나이트(Ca-벤토나이트)와 대안재로 MX-80 벤토나이트(Na-벤토나이트)를 제안하였다. 완충재의 기술사양은 Ca-벤토나이트 경우엔 우리나라의 성능기준을, Na-벤토나이트의 경우는 스웨덴의 성능기준을 보수적으로 만족하는 값으로 설정하였다. 완충재의 두께는 전단거동, 핵종 유출, 열전도의 측면에서 평가하여 결정하였으며, 평가결과 완충재의 두께는 0.25 ~ 0.5 m 사이가 적절하였다. 그러나 최종적인 완충재의 두께는 향후 보다 심도 있는 열-수리-역학적 평가와 경제적, 공학적 측면을 고려하여 결정하여야 할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.1533-1540
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• 2015

수공구조물 설계 또는 하상의 유동 특징을 나타내기 위해선 마찰속도 산정이 필수적이다. 하지만 기존의 개수로 내의 마찰속도 공식인 Log 방법이나 Power방법은 벽면 근처에서 경계층 조건 혹은 다양한 수리적 특성이 지속적으로 변화하기 때문에 마찰속도의 산정에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 매개변수를 최소화하고 오차를 줄일 수 있는 새로운 마찰속도 공식을 제안하였다. 제안한 공식에 대한 신뢰성과 정확성을 검증하기 위하여 엔트로피매개변수M을 각각의 수로마다 산정을 하여 Dr.Song이 산정한 3가지 방법(Clauser 방법, $\sqrt{gRI}$ 방법, 레이놀즈 응력법)으로 산정한 마찰속도와 비교하였다. 그 결과 가속부등류 조건의 경우 $R^2=0.9621$ 감속부등류 조건의 경우 $R^2=0.9274$ 등류흐름 조건의 경우 $R^2=0.8865$로 매우 높은 정확성으로 등류조건뿐만 아니라 부등류 조건에서도 거의 일치하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.405-419
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• 2022

홍수피해를 최소화하기 위한 수공구조물의 적정 규모 결정을 위해 사용되는 홍수빈도분석에는 통계적 분석절차에 따른 불확실성이 포함된다. 따라서 불확실성이 포함된 범주 내에서 가장 적절한 설계홍수량(design flood)을 결정하는 과정은 수공구조물의 최종단계에서 중요하게 다루어져야 하는 부분이나 이를 제시한 연구는 많지 않다. 비용-편익 분석기법을 홍수빈도분석 절차에 도입하여 구성되는 총 기대비용함수(total expected cost function)는 설계홍수량 중 최적설계홍수량(optimal design flood)을 결정하기 위한 새로운 접근방식이다. 이 절차는 UNCODE (UNcertainty COmpliant DEsign)로 명명되어 사용된 바 있으나, 국내에서는 아직 적용 결과가 소개되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 UNCODE의 수학적 구성 절차를 소개함과 함께 북한강수계에 위치한 수력발전댐(화천댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐)의 연최대유입량을 사용하여 최적설계홍수량을 산정하고 이 결과를 기존 홍수빈도분석 결과와 비교하였다. 불확실성이 고려된 총 기대비용함수로부터 확률분포함수들(Gumbel 및 GEV)의 모수를 추출하는 과정에서 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하여 불확실성의 범위를 추정하였으며, 비용-편익 분석기법에 사용되는 비용 및 피해함수는 수학적 구성의 편의성을 위하여 1차 선형함수로 가정되었다. 4개의 발전용댐, 2개의 확률분포 및 2개의 재현기간에 대하여 최적설계홍수량의 중앙값이 기존 홍수빈도분석 절차에 의해 산정된 설계홍수량보다 일정 정도 큰 값으로 산정됨을 알 수 있었다. 향후에는 본 연구에서 적용된 절차를 간단한 수식형태로 함수화하여 발전용댐 운영의 실무업무나 하천기본계획의 수립 등에 있어 비용-편익분석 기법의 적용성을 높이기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권11호
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• pp.99-107
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• 2007

Hvorslev법이나 Bouwer and Rice법과 같은 선형 커브피팅법은 대수층의 현장 투수계수를 구하기 위해 실시하는 순간변위시험 혹은 순간충격시험(slug test) 결과를 효과적이고 간편하게 해석하도록 한다. 그러나, 대수층의 압축성이 클 경우, 순간변위시험의 결과가 반대수 그래프에서 선형적이지 않고 상향으로 오목한 곡선 형태를 갖게 되므로, 대수층의 압축성을 무시하는 기존의 선형 커브피팅법은 이런 경우에 그대로 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 두 선형 커브피팅법을 부분 관통된 우물의 경우에 대하여 비교 분석하여 대부분의 경우에 Hvorslev법이 Bouwer and Rice법에 비하여 과다하게 현장 투수계수를 산정함을 보였다. 또한, 각기 다른 커브피팅 방법에 따른 순간변위시험 해석결과를 무차원 압축 매게변수(${\alpha}$)의 범위 0.001에서 1까지에 대하여 비교 분석하였다. 마지막으로, 압축성이 큰 대수층의 순간 변위시험 해석을 위하여 Chirlin의 방법을 부분 관통된 우물의 형상을 고려할 수 있도록 확장하여 수정된 선형 커브피팅법을 제시하였다. 제안된 방법의 현장 적용성을 검토하기 위해 빙적토 대수층에서 실시된 순간 변위시험 결과를 이용하여 사례분석을 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.303-314
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• 2020

수자원분야에서 이용되는 강우에 따른 유역의 수문학적 시스템, 도시지역 및 하천에 대한 수리학적 시스템은 비선형성이 강하고 많은 변수들을 포함하고 있다. 이러한 특성을 가진 시계열 자료에서 기계학습을 통한 예측은 예측시점 이전의 자료 특성을 반영하지 못하는 등 기본적인 신경망으로는 부족한 상황이 발생하기도 한다. 본 연구에서 적용할 강우-유출량과 같이 비선형성이 강하고 시간종속성이 높은 복잡한 시계열 자료를 예측하기 위해 신경망의 학습능력을 극대화한 순환형 동적 신경망(Recurrent Dynamic Neural Network)의 한 종류인 동시에, 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Network)의 특성을 가진 비선형 자기회귀(NARX, Nonlinear Autoregressive Exogenous Model) 인공신경망을 사용하였다. 이를 태화강 지방하천 구간에 적용하여 NARX 인공신경망의 시간 지연 매개변수를 10분에서 120분까지 조정하며 모의한 결과에 대해 여러 통계지표를 이용해 정량적으로 평가하였다. 그 결과 지연시간이 증가할수록 효율계수(NSE)가 0.530에서 0.988으로 증가하고, 평균제곱근편차(RMSE)가 379.9 ㎥/s에서 16.1 ㎥/s로 감소하는 등 정교한 예측이 가능함을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권4호
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• pp.300-307
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• 2009

차수막이 설치되어 있지 않은 매립장에서 하부 지반으로 누출된 침출수의 이동을 고려하였다. 일련의 Monte-Carlo 시뮬레이션의 결과를 검토하여 지반의 수리지질학적, 화학적 불균질성이 침출수 이동에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 (1) 수리전도도(K)와 분배계수($K_d$)가 균질, (2) 수리전도도만 불균질, (3) 수리전도도와 분배계수가 모두 불균질 경우 등 3단계의 공간 변동성이 있는 가상 매립지 시스템을 시뮬레이션하였다. 포화 유동 모델과 오염물 이동 모델을 이용하여 지구통계학적 입력 인자들로부터 생성된 역상관관계의 랜덤 수리전도도-분배계수 장 내 침출수 이동을 평가하였다. 100회의 Monte-Carlo 시뮬레이션으로부터 얻은 결과에 대하여 평균, 표준편차, 변이계수와 같은 점기반 통계치들을 계산하였다. 통계치 결과에 따르면 매립 지반의 수리전도도와 분배계수의 불균질성은 침출수 농도를 제어하는 주요한 인자로서 수리전도도와 분배계수의 복합 불균질성을 반영함에 따라 오염물 이동의 변동성이 증가하였다. 또한 오염원과 감시정간의 거리가 커질수록 각 실현 간 침출수 농도의 변동성이 증가하였다.