This paper describes 2.5D induced polarization (IP) modeling and inversion algorithms using complex resistivity. The complex resistivity method has merits for acquiring more valuable information about hydraulic parameters and pore fluid than the conventional IP methods. The IP modeling and inversion algorithms are developed by allowing complex arithmetic in existing DC modeling and inversion algorithms. The IP modeling and inversion algorithms use a 2.5D DC finite-element algorithm and a damped least-squares method with smoothness constraints, respectively. The accuracy of the IP modeling algorithm is verified by comparing its responses of two synthetic models with two different approaches: linear filtering for a three-layer model and an integral equation method for a 3D model. Results from these methods are well matched to each other. The inversion algorithm is validated by a synthetic example which has two anomalous bodies, one is more conductive but non-polarizable than the background, and the other is polarizable but has the same resistivity as the background. From the inverted section, we can cleary identify each anomalous body with different locations. Furthermore, in order to verify its efficiency to the real filed example, we apply the inversion algorithm to another three-layer model which includes phase anomaly in the second layer.
Koo, Taewoan;Jannat, Md Abu Hanifa;Hwang, Seokhwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.4
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pp.533-539
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2020
A quantitative real-time polymerase chain reaction (QPCR) was applied to estimate biokinetic coefficients of Clostridium cadaveris and Clostridium sporogenes, which utilize protein as carbon source. Experimental data on changes in peptone concentration and 16S rRNA gene copy numbers of C. cadaveris and C. sporogenes were fitted to model. The fourth-order Runge-Kutta approximation with non-linear least squares analysis was employed to solve the ordinary differential equations to estimate biokinetic coefficients. The maximum specific growth rate (μmax), half-saturation concentration (Ks), growth yield (Y), and decay coefficient (Kd) of C. cadaveris and C.sporogenes were 0.73 ± 0.05 and 1.35 ± 0.32 h-1, 6.07 ± 1.52 and 5.67 ± 1.53 g/l, 2.25 ± 0.75 × 1010 and 7.92 ± 3.71 × 109 copies/g, 0.002 ± 0.003 and 0.002 ± 0.001 h-1, respectively. The theoretical specific growth rate of C. sporogenes always exceeded that of C. cadaveris at peptone concentration higher than 3.62 g/l. When the influent peptone concentration was 5.0 g/l, the concentration of C.cadaveris gradually decreased to the steady value of 2.9 × 1010 copies/ml at 4 h Hydraulic retention time (HRT), which indicates a 67.1% reduction of the initial population, but the wash out occurred at HRTs of 1.9 and 3.2 h. The 16S rRNA gene copy numbers of C. sporogenes gradually decreased to steady values ranging from 1.1 × 1010 to 2.9 × 1010 copies/ml. C. sporogenes species was predicted to wash out at an HRT of 1.6 h.
Hwang River in South Korea, has experienced channel adjustments due to dam construction. Hapcheon main dam and re-regulation dam. The reach below the re-regulation dam (45 km long) changed in flow regime, channel width, bed material distribution, vegetation expansion, and island formation after dam construction. The re-regulation dam dramatically reduced annual peak flow from 654.7 $m^3$/s to 126.3 $m^3$/s and trapped the annual 591 thousand $m^3$ of sediment load formerly delivered from the upper watershed since the completion of the dam in 1989. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% of 1982) and non-vegetated active channel area decreased an average of 6.6 km2 (44% of 1982) between 1982 and 2004, with most narrowing and decreasing occurring after dam construction. The effects of daily pulses of water from peak hydropower generation and sudden sluice gate operations are investigated downstream of Hapcheon Dam in South Korea. The study reach is 45 km long from the Hapcheon re-regulation Dam to the confluence with the Nakdong River. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that the non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% reduction since 1982). The non-vegetated active channel area also decreased an average of 6.6 $km^2$ (44% reduction since 1982) between 1982 and 2004, with most changes occurring after dam construction. The average median bed material size increased from 1.07 mm in 1983 to 5.72 mm in 2003, and the bed slope of the reach decreased from 0.000943 in 1983 to 0.000847 in 2003. The riverbed vertical degradation is approximately 2.6 m for a distance of 20 km below the re-regulation dam. It is expected from the result of the unsteady sediment transport numerical model (GSTAR-1D) steady simulations that the thalweg elevation will reach a stable condition around 2020. The model also confirms the theoretical prediction that sediment transport rates from daily pulses and flood peaks are 21 % and 15 % higher than their respective averages.
Process analysis with ASM3 (Activated Sludge Model3) was performed to offer basic data for the optimization of aerated biofilter (ABF) process design and operation. This study was focused on the simulation of the nitrification reaction in ABF which was a part of the advanced nutrient treatment process using bio-adsorption. The ABF process has been developed for the removal of suspended solids and nitrification reaction in sewage. A GPS-X (General Purpose Simualtor-X) was used for the sensitivity analysis and operation assessment. Sensitivity of ASM3 parameters on ABF was analysed and 4 major parameters ($Y_A$, $k_{sto}$, ${\mu}_A$, $K_{A,HN}$) were determined by dynamic simulation using 70 days data from pilot plant operation. The optimized values were 0.14 for $Y_A$, 3.5/d for $k_{sto}$, 2.7/d for ${\mu}_A$ and 1.1 mg/L for $K_{A,HN}$, respectively. Simulation with optimized parameter values were conducted and TN, $NH_4{^+}-N$ and $NO_3{^-}-N$ concentrations were estimated and compared with measured data at the range of 10 min to 4 hrs of hydraulic retention time (HRT). The simulated results showed that optimized parameter values could represent the characteristics of ABF process. Especially, the ABF showed relatively high nitrification rate (60%) under very short HRT of 10 min. As a consequence, the ABF was thought to be successfully used in the site which having high variation of influent loading rate.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6B
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pp.589-598
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2010
When the hydraulic structures, such as bridge and weir, are consecutively installed to a short section of a river with complicated cross section, analyzing the flow characteristics and the riverbed change modality of the river is very important. In the 250 m section of the Taehwa river near the Samho-bridge, which passes through Ulsan city, three bridges has been installed, and the tributary water is flowing into both up and downstream of the section. Due to these factors, when the flood occurs, the cross section of the river changes vastly by the water level change and scour. Even so, due to the fact that the Samho-bridge divides the section into two parts, the national river and the regional river, each part is being analyzed separately by the onedimensional model. In this study, the flow characteristics due to the bridge concentration and the tributary water inflow were jointly analyzed for both up and downstream by using the one-dimensional HEC-RAS model and the two-dimensional SMS model, such as RMA2. The riverbed change modality of the section was also investigated by using the SED2D model. The results showed that the water level difference between the HEC-RAS and RMA2 was 0.87 m when applied to the three consecutive bridges. The riverbed change simulation using SED2D showed that the maximum scour was 0.231 m and it occurred at the Samho-bridge, which located in the middle and has short pier distance. In conclusion, when planning the river maintenance for the regions with concentrated bridges or the sections with severe changes in cross-section and flow, estimating the flood elevation by two-dimensional model and establishing countermeasures for the scouring of the bridge are required. In addition, an integrated analysis on both the national river and the regional river is necessary.
In Geum River of Korea, three multi-purpose weirs were built at the downstream of Daecheong Reservoir during the Four Major River Restoration Project (FMRRP). The weirs have altered the hydraulic characteristics of the river, and consequently transformed the large areas of flowing ecosystem to deep and wide stagnant environment. In every summer, a thermal stratification occurred near the Baekje Weir having mean depth of 4.0 m, and the surface algal blooms dominated by buoyant cyanobacteria have been frequently formed after the FMRRP. The objective of this study was to investigate the relationship between flow velocity and thermal stability of the waterbody using a three-dimensional (3D) hydrodynamic model (EFDC+) after calibration against the thermistor chain data obtained in 2014. A new Sigma-Zed vertical grid system of EFDC+ that minimize the pressure gradient errors was used to better simulate the thermodynamics of the waterbody. The model reasonably simulated the vertical profiles of the observed water temperatures. The vertical mean flow velocity and the Richardson Number (Ri) that represents the stability of waterbody were estimated for various management water levels and flow rates scenarios. The results indicated that the thermal stability of the waterbody is mostly high ($Ri{\gg}0.25$) enough to establish stratification, and largely depend on the flow velocity. The critical flow velocity that can avoid a persistent thermal stratification was found to be approximately 0.1 m/s.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.326-326
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2016
The fault can be defined, in a geological context, as a rupture plane showing a significant displacement generated in the case that the local tectonic stress exceeds a threshold of rupture along a particular plane in a rock mass. The hydrogeological properties of this fault can be varied with the spatial distribution and the connectivity of void spaces in a fault. When the formation of fault includes the process of the creation and the destruction of void spaces, a complex relation between the displacement along the fault and the variation of void spaces. In this study, the variation of flow with the geometrical characteristics of the fault is simulated and analyzed by using the three-dimensional discrete fracture network model. Three different geometrical characteristics of the faults are considered in this study: 1) simple hydraulic conductive plane, 2) damaged zone, and 3) relay structure of faults.
Jongin Yang;Hong Hyun Son;Yong Jae Lee;Doyoung Shin;Taejin Kim;Seong Soo Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.1974-1987
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2023
The load-following operation of small modular reactors (SMRs) requires accurate prediction of transient behaviors that can occur in the balance of plants (BOP) and the nuclear steam supply system (NSSS). However, 1-D thermal-hydraulics analysis codes developed for safety and performance analysis have conventionally excluded the BOP from the simulation by assuming ideal boundary conditions for the main steam and feed water (MS/FW) systems, i.e., an open loop. In this study, we introduced a lumped model of BOP fluid system and coupled it with NSSS without any ideal boundary conditions, i.e., in a closed loop. Various methods for coupling boundary conditions at MS/FW were tested to validate their combination in terms of minimizing numerical instability, which mainly arises from the coupled boundaries. The method exhibiting the best performance was selected and applied to a transient simulation of an integrated NSSS and BOP system of a SMART. For a transient event with core power change of 100-20-100%, the simulation exhibited numerical stability throughout the system without any significant perturbation of thermal-hydraulic parameters. Thus, the introduced boundary-condition coupling method and BOP fluid system model can expectedly be employed for the transient simulation and performance analysis of SMRs requiring daily load-following operations.
Park, Jung-Wook;Park, Eui-Seob;Kim, Taehyun;Lee, Changsoo;Lee, Jaewon
Tunnel and Underground Space
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v.28
no.5
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pp.400-425
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2018
This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named 'Fault slip modelling' is aiming at developing a numerical method to simulate the coupled hydro-mechanical behavior of fault, including slip or reactivation, induced by water injection. The first research step of Task B is a benchmark simulation which is designed for the modelling teams to familiarize themselves with the problem and to set up their own codes to reproduce the hydro-mechanical coupling between the fault hydraulic transmissivity and the mechanically-induced displacement. We reproduced the coupled hydro-mechanical process of fault slip using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. A methodology to formulate the hydro-mechanical coupling relations of two different hydraulic aperture models and link the solid element of TOUGH2 and the interface element of FLAC3D was suggested. In addition, we developed a coupling module to update the changes in geometric features (mesh) and hydrological properties of fault caused by water injection at every calculation step for TOUGH-FLAC simulator. Then, the transient responses of the fault, including elastic deformation, reactivation, progressive evolutions of pathway, pressure distribution and water injection rate, to stepwise pressurization were examined during the simulations. The results of the simulations suggest that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOLVAEX-2019 Task B and validated using the field data from fault activation experiments in a further study.
In this study, the effects of groundwater artificial recharge through vertical wells in the upper small basin are preliminarily evaluated by using field injection test and a 3-D numerical model. The injection rate per well in a model is set to 20, 37.5, 60, and 75 ㎥/day based on the results of field injection test, groundwater levels, and hydraulic conductivities estimated from particle size analysis, and a numerical model using MODFLOW is conducted for 28 cases, which have diverse injection intervals, in order to estimated the changes of groundwater level and water balance after injection. Groundwater level after injection does not show a linear relationship with the injection rate per well, and the cumulative effect of artificial recharge decreases and the timing of maximum water level rise is shortened as the injection interval becomes longer. In four cases of continuous injection with total injection rate of 1,200 ㎥, it is revealed that the recharge effect is analyzed as 36.5~65.3% of the original injection rate. However, it will be more effective if the artificial recharge system combined with underground barrier is introduced for the longer pumping during a long and severe drought. Additionally, it will be possible to build a stable artificial recharge system by an establishment of efficient scenario from recharge to pumping as well as an optimization of recharge facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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