Lee, Songhee;Choi, Hyeonjin;Woo, Hyuna;Kim, Minyoung;Lee, Eunhyung;Kim, Sanghyun;Noh, Seong Jin
Journal of Korea Water Resources Association
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v.57
no.3
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pp.165-179
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2024
It is crucial to have a comprehensive understanding of inundation and water cycle in urban areas for mitigating flood risks and sustainable water resources management. In this study, we developed a Cellular Automata-based integrated Water cycle model (CAW). A comparative analysis with physics-based and conventional cellular automata-based models was performed in an urban watershed in Portland, USA, to evaluate the adequacy of spatiotemporal inundation simulation in the context of a high-resolution setup. A high similarity was found in the maximum inundation maps by CAW and Weighted Cellular Automata 2 Dimension (WCA2D) model presumably due to the same diffuse wave assumption, showing an average Root-Mean-Square-Error (RMSE) value of 1.3 cm and high scores of binary pattern indices (HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90). Furthermore, through multiple simulation experiments estimating the effects of land cover and soil conditions on inundation and infiltration, as the impermeability rate increased by 41%, the infiltration decreased by 54% (4.16 mm/m2) while the maximum inundation depth increased by 10% (2.19 mm/m2). It was expected that high-resolution integrated inundation and water cycle analysis considering various land cover and soil conditions in urban areas would be feasible using CAW.
The pot experiment using $^{15}N$ isotope dilution technique was carried out to calculate the balance of nitrogen of surface applied urea in the rice-soil system. The $^{15}N$ concentration was determined by stable isotope ratio mass spcetrometer (model: VG ISO-GAS MM622). In the pots with $^{15}N$ labeled urea application at the rates of 15 and 30 kg N/10a, the percentage of nitrogen derived from fertilizer (NDFF) in rice was higher at the rate of 30 kg N/10a (average 89%) than at the rate of 15 kg N/10a (average 64%). However, the recovery as percentage of fertilizer N by rice was higher at the rate of 15 kg N/10a (65.5%) than at the rate of 30 kg N/10a (54.2%). The percentage of the fertilizer N remained in extractable inorganic N form at the rates of 15 and 30 kg N/10a were $13.5%\;(NH_4-N\;5.53%,\;NO_3-N\;7.99%)$ and $16.5%\;(NH_4-N\;7.49%,\;NO_3-N\;8.98%)$ in unplanted soil, and $2.0%\;(NH_4-N\;0.63%,\;NO_3-N\;1.32%)$ and$2.3%\;(NH_4-N\;0.87%,\;NO_3-N\;1.40%)$ in soil planted to rice, respectively. The dominant form of inorganic-N in soil after harvest was $NO_3-N$ form rather than $NH_4-N$ form regardless of urea application rate or rice cultivation. The percentage of the fertilizer N remained in organic N form at the rates of 15 and 30 kg N/10a were 65.0 and 41.8% in unplanted soil, and 23.7 and 26.9% in soil planted to rice, respectively. In conclusion, the efficiency of surface-applied urea was greater at the rate 15 kg N/10a than at the rate of 30 kg N/10a.
Park, Mincheol;Kwon, Oh-Kyun;Kim, Chae Min;Yun, Do Kyun;Choi, Yongkyu
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.35
no.10
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pp.47-66
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2019
A parametric numerical analysis according to diameter, length, and N values of soil was conducted for the PHC pile socketed into weathered rock through sandy soil layers. In the numerical analysis, the Mohr-Coulomb model was applied to PHC pile and soils, and the contacted phases among the pile-soil-cement paste were modeled as interfaces with a virtual thickness. The parametric numerical analyses for 10 kinds of pile diameters were executed to obtain the load-settlement relationship and the axial load distribution according to N-values. The load-settlement curves were obtained for each load such as total load, total skin friction, skin friction of the sandy soil layer, skin friction of the weathered rock layer and end bearing resistance of the weathered rock. As a result of analysis of various load levels from the load-settlement curves, the settlements corresponding to the inflection point of each curve were appeared as about 5~7% of each pile diameter and were estimated conservatively as 5% of each pile diameter. The load at the inflection point was defined as the mobilized bearing capacity ($Q_m$) and it was used in analyses of pile bearing capacity. And SRF was appeared above average 70%, irrespective of diameter, embedment length of pile and N value of sandy soil layer. Also, skin frictional resistance of sandy soil layers was evaluated above average 80% of total skin frictional resistance. These results can be used in calculating the bearing capacity of prebored PHC pile, and also be utilized in developing the bearing capacity prediction method and chart for the prebored PHC pile socketed into weathered rock through sandy soil layers.
PARK, Gwang-Ha;YU, Wan-Sik;HWANG, Eui-Ho;JUNG, Kwan-Sue
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.23
no.4
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pp.83-100
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2020
This study evaluated the accuracy of soil moisture and evapotranspiration by calculating the hydrological parameters in Korean peninsula using Land Information System(LIS) developed by US NASA. We used Noah-MP surface model to calculate hydrological parameters, and used MERRA2(Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2) for hydrological forcing data. And, International Geosphere-Biosphere Program(IGBP) and University of Maryland(UMD) land cover maps were applied to compare the output accuracy, and Automated Synoptic Observing System(ASOS) of KMA was used as ground observation data. In order to evaluate the accuracy of the output data, the correlation coefficient(CC), BIAS, and efficiency factor (NSE, Nash-Sutcliffe Efficiency) were analyzed with soil moisture and evapotranspiration by ASOS ground observation data. As a result, the correlation coefficient of soil moisture using IGBP was 0.56 on average, and evapotranspiration was about 0.71. On the other hand, soil moisture using UMD was 0.68 on average and evapotranspiration was about 0.72, and the correlation coefficient by UMD was evaluated as high accuracy compared to the results by using IGBP. The correlation coefficient of soil moisture was an average of 0.68 and evapotranspiration was an average of 0.72 when MERRA2 was used as hydrological forcing data. On the other hand, the soil moisture applied with ASOS was an average of 0.66, and evapotranspiration was an average of 0.72. It is judged that the ASOS point data was reanalyzed as 0.65°× 0.5°grids, which is the same spatial resolution with MERRA2, resulting in differences in accuracy depending on the region.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.451-468
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2021
Predicting hazardous ground conditions ahead of a TBM (Tunnel Boring Machine) tunnel face is essential for efficient and stable TBM advance. Although there have been several studies on the electrical resistivity survey method for TBM tunnelling, sufficient experimental data considering TBM advance were not established yet. Therefore, in this study, the laboratory-scale model experiments for simulating TBM excavation were carried out to analyze the applicability of an electrical resistivity survey for predicting hazardous ground conditions ahead of a TBM tunnel face. The trend of electrical resistivity during TBM advance was experimentally evaluated under various hazardous ground conditions (fault zone, seawater intruded zone, soil to rock transition zone, and rock to soil transition zone) ahead of a tunnel face. In the course of the experiments, a scale-down rock ground was provided using granite blocks to simulate the rock TBM tunnelling. Based on the experimental data, the electrical resistivity tends to decrease as the tunnel approaches the fault zone. While the seawater intruded zone follows a similar trend with the fault zone, the resistivity value of the seawater intrude zone decreased significantly compared to that of the fault zone. In case of the soil-to-rock transition zone, the electrical resistivity increases as the TBM approaches the rock with relatively high electrical resistivity. Conversely, in case of the rock-to-soil transition zone, the opposite trend was observed. That is, electrical resistivity decreases as the tunnel face approaches the rock with relatively low electrical resistivity. The experiment results represent that hazardous ground conditions (fault zone, seawater intruded zone, soil-to-rock transition zone, rock-to-soil transition zone) can be efficiently predicted by utilizing an electrical resistivity survey during TBM tunnelling.
Liu, Xiaoben;Zhang, Hong;Gu, Xiaoting;Chen, Yanfei;Xia, Mengying;Wu, Kai
Earthquakes and Structures
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v.12
no.3
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pp.321-332
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2017
The reverse fault is a dangerous geological hazard faced by buried steel pipelines. Permanent ground deformation along the fault trace will induce large compressive strain leading to buckling failure of the pipe. A hybrid pipe-shell element based numerical model programed by INP code supported by ABAQUS solver was proposed in this study to explore the strain performance of buried X80 steel pipeline under reverse fault displacement. Accuracy of the numerical model was validated by previous full scale experimental results. Based on this model, parametric analysis was conducted to study the effects of four main kinds of parameters, e.g., pipe parameters, fault parameters, load parameter and soil property parameters, on the strain demand. Based on 2340 peak strain results of various combinations of design parameters, a semi-empirical model for strain demand prediction of X80 pipeline at reverse fault crossings was proposed. In general, reverse faults encountered by pipelines are involved in 3D oblique reverse faults, which can be considered as a combination of reverse fault and strike-slip fault. So a compressive strain demand estimation procedure for X80 pipeline crossing oblique-reverse faults was proposed by combining the presented semi-empirical model and the previous one for compression strike-slip fault (Liu 2016). Accuracy and efficiency of this proposed method was validated by fifteen design cases faced by the Second West to East Gas pipeline. The proposed method can be directly applied to the strain based design of X80 steel pipeline crossing oblique-reverse faults, with much higher efficiency than common numerical models.
Lee Sang-Woong;Choo In-Sig;Kim Young-Su;Kim Ki-Young
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.21
no.4
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pp.31-40
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2005
This study proposed a new yield function considering the spacing ratio of the critical state to predict the undrained shear behavior of anisotropic field ground. We have suggested a nonassociated constitutive model that used a newly modified plastic potential function in order to apply the yield function of the modified Cam-Clay model to the anisotropic consolidation. In this paper, we predicted undrained shear behavior of the remolded weathered mudstone soils in Phohang isotorpically and anisotropically consolidated using the suggested model. To evaluate the reliability of proposed model, we predictied undrained shear behavior of Bankok Clay isotropically, nomally consolidated and Drammen Clay Ko consolidated. The predicted results are consistent with the observed behavior.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.2
no.2
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pp.49-57
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1995
Areas of Chungyang in Chungcheongnamdo, Cheju island and Georgia in U.S.A. were selected to calculate their groundwater ages and dispersion parameters using tritium. Piston flow model, Completely mixing model and Dispersion binomial model which calculate men residence times, and Dispersion normal model and Dispersion model(C$\_$FF) which calculate mean residence times and dispersion parameters simultaneously were applied. Since the input data, tritium concentrations of rainwaters, lack in part, tritium input function was prepared using the correlation of tritium concentrations of rainwaters of Pohang, Korea and Ottawa, Canada. Similar results of PFM and DBM reflect the intrinsical similarity of two models, assumption of low dispersion. The ages of sites of showing relatively higher tritium concentrations than other sites in the sam, region were not calculated by CMM. Since the calculations of DNM and DM(C$\_$FF/) provide the combination of wide ranges of parameters and groundwater ages, the ranges of dispersion parameters were narrowed down under the assumption that ages calculated by PFM and DBM are correct. Since large variation of tritium concentrations of outflows in a same region may reflect the different characteristics of each groundwater flow regime, using only one specific model on a whole region is not recommended.
Jung, Chung Gil;Moon, Jang Won;Jang, Cheol Hee;Lee, Dong Ryul
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.55
no.5
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pp.37-48
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2013
The objective of this study is to assess the impact of potential climate change on the hydrological components, especially on the streamflow, evapotranspiration and snowmelt, by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for 17 Hanriver middle watersheds of South Korea. For future assessment, the SWAT model was calibrated in multiple sites using 4 years (2006-2009) and validated by using 2 years (2010-2011) daily observed data. For the model validation, the Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE) for streamflow were 0.30-0.75. By applying the future scenarios predicted five future time periods Baseline (1992-2011), 2040s (2021-2040), 2060s (2041-2060), 2080s (2061-2080) and 2100s (2081-2100) to SWAT model, the 17 middle watersheds hydrological components of evapotranspiration, streamflow and snowmelt were evaluated. For the future precipitation and temperature of RCP 4.5 scenario increased 41.7 mm (2100s), $+3^{\circ}C$ conditions, the future streamflow showed +32.5 % (2040s), +24.8 % (2060s), +50.5 % (2080s) and +55.0 % (2100s). For the precipitation and temperature of RCP 8.5 scenario increased 63.9 mm (2100s), $+5.8^{\circ}C$ conditions, the future streamflow showed +35.5 % (2040s), +68.9 % (2060s), +58.0 % (2080s) and +63.6 % (2100s). To determine the impact on snowmelt for Hanriver middle watersheds, snowmelt parameters of SWAT model were determined through evaluating observed streamflow data during snowmelt periods (November-April). The results showed that average SMR (snowmelt / runoff) of 17 Hanriver middle watersheds was 62.0 % (Baseline). The annual average SMR were 42.0 % (2040s), 39.8 % (2060s), 29.4 % (2080s) and 27.9 % (2100s) by applying RCP 4.5 scenario. Also, the annual average SMR by applying RCP 8.5 scenario were 40.1 % (2040s), 29.4 % (2060s), 18.3 % (2080s) and 12.7 % (2100s).
Subterranean termites forage by constructing tunnel networks in soil and encounter food resources during tunnel excavation. Some species of termites can travel up to 150 m underground. They often travel to the surface to find wood cellulose to feed their colony, which in turn causes extensive damage to wooden architecture, such as timber-frame houses. This type of damage has been constantly increasing along with global warming because higher temperatures provide an ecological niche for termites. The damage is closely related to termite territory size and distribution. Recently, as a way to research termite control, the necessity of a mathematical model to simulate termite territory formation in relation to damage has increased. So far, however, few studies have been conducted on the development of a model because it is difficult to quantify or characterize the relationship between territorial behavior and field conditions including complicated environmental factors. In the present study, we suggest a simulation model of the territoriality of the Formosan subterranean termites, Coptotermes formosanus (Shiraki), and Reticulitermes flavipes (Kollar), based on empirical data. The model consists of 2 procedures. One describes tunnel network growth for each colony, and the other represents territoriality based on tunnel-tunnel interactions between different colonies. Using the model, we show changes in territorial competition according to the termination probability of tunnel growth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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