• Earthquakes and Structures
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• 제18권3호
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• pp.285-296
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• 2020

Dams are important structures for management of water supply for irrigation or drinking, flood control, and electricity generation. In seismic regions, the structural safety of concrete gravity dams is important due to the high potential of life and economic loss if they fail. Therefore, the seismic analysis of existing dams in seismically active regions is crucial for predicting responses of dams to ground motions. In this paper, earthquake response of concrete gravity dams is investigated using the finite element (FE) method. The FE model accounts for dam-water-foundation rock interaction by considering compressible water, flexible foundation effects, and absorptive reservoir bottom materials. Several uncertainties regarding structural attributes of the dam and external actions are considered to obtain the fragility curves of the dam-water-foundation rock system. The structural uncertainties are sampled using the Latin Hypercube Sampling method. The Pine Flat Dam in the Central Valley of Fresno County, California, is selected to demonstrate the methodology for several limit states. The fragility curves for base sliding, and excessive deformation limit states are obtained by performing non-linear time history analyses. Tensile cracking including the complex state of stress that occurs in dams was also considered. Normal, Log-Normal and Weibull distribution types are considered as possible fits for fragility curves. It was found that the effect of the minimum principal stress on tensile strength is insignificant. It is also found that the probability of failure of tensile cracking is higher than that for base sliding of the dam. Furthermore, the loss of reservoir control is unlikely for a moderate earthquake.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.140-140
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• 2012

농촌 지역의 환경 보전 및 농작물 생산을 위한 지역용수로서 농업 수자원의 안정적인 확보와 공급은 지속가능한 농업의 필수적인 요소이다. 농업용 저수지는 농업용수를 공급하는 단일 목적으로 축조되어 수자원의 시간적, 공간적인 편중을 극복하는 방법으로 홍수기의 풍부한 수량을 저류한 후 관개기 혹은 갈수기에 이용한다. 농업용 저수지의 용수 공급 체계에서 수요량 및 공급량의 경우 기상학적 지형학적 특성 등 여러 요인에 의해 변동되며, 불확실성을 포함하는 기상 및 수문현상의 영향으로 물 공급이 불가능한 경우가 발생한다. 현재 사용되는 빈도개념의 물 공급 계획 안전도는 기후변화로 인한 가뭄 및 홍수 등의 수문사상 변화에 대응하지 못하고, 용수수요의 증가, 수자원 개발의 한계 등 농업 수자원 시스템의 용수공급능력 측면이 갖는 취약성을 반영하지 못하고 있다. 본 연구에서는 농업용 저수지의 용수공급능력 평가 방법으로 불확실성을 포함하는 저수지 공급량과 관개지구 수요량을 확률적인 개념으로 접근하였으며, 물 공급 안전도 평가를 위하여 신뢰성 해석기법을 적용하였다. 농업용 저수지의 물 공급 안전도 평가는 확률적 모델을 바탕으로 정량화된 수치를 제시함으로써 객관적이고 상대적인 비교가 가능하며, 설계시점의 자료만을 이용하는 것이 아니라 축적되는 자료를 활용하여 공급 가능량과 수요량의 변화를 반영한 결과를 도출할 수 있다는 점에서 설계빈도와는 차별화된 지표로 활용 가능하다고 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.261-274
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• 2002

본 연구의 목적은 유한요소법에 의한 이차원 오염물 이송에 대한 등수역학적 수치모형을 개발하는 것으로서 개발된 모형을 이용하여 지류와 폐수처리장으로부터의 오염물이 주하도로 유입되는 경우에 대한 수질해석을 수행하였다. 본 연구에서는, 합리적인 매개변수산출을 위한 보정과 모형의 신뢰성과 정확도를 위한 검증을 수행하였다. 또한, 실제 유역인 한강하류부에 본 모형을 적용한 결과 하도를 따라서 실제적인 오염물 분포양상을 재현하였으며 계산값과 실측값의 비교에서 잘 일치하고 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제36권5호
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• pp.373-384
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• 2020

Hydrological models are based on a combination of parameters that describe the hydrological characteristics and processes within a watershed. For this reason, the model performance and accuracy are highly dependent on the parameters. However, model uncertainties caused by parameters with stochastic characteristics need to be considered. As a follow-up to the study conducted by Choi et al (2020), who developed a relatively simple semi-distributed hydrological model, we propose a tool to estimate the posterior distribution of model parameters using the Metropolis-Hastings algorithm, a type of Markov-Chain Monte Carlo technique, and analyze the uncertainty of model parameters and simulated stream flow. In addition, the uncertainty caused by the parameters of each version is investigated using the lumped and semi-distributed versions of the applied model to the Hapcheon Dam watershed. The results suggest that the uncertainty of the semi-distributed model parameters was relatively higher than that of the lumped model parameters because the spatial variability of input data such as geomorphological and hydrometeorological parameters was inherent to the posterior distribution of the semi-distributed model parameters. Meanwhile, no significant difference existed between the two models in terms of uncertainty of the simulation outputs. The statistical goodness of fit of the simulated stream flows against the observed stream flows showed satisfactory reliability in both the semi-distributed and the lumped models, but the seasonality of the stream flow was reproduced relatively better by the distributed model.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.120-127
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• 2021

연구목적: 본 연구는 미분무 소화설비의 FDS모델링 수행에 있어 액적과 관련된 변수의 설정 변화가 살수밀도에 미치는 영향을 알아보았다. 연구방법: 미분무 노즐의 살수 현상을 FDS에서 해석할 경우 액적과 관련하여 설정할 수 있는 항목 중 초당액적수, 액적속도, 입경분포함수, 분사패턴형태의 값을 입력하여 분석된 결과를 검토하였다 연구결과: 분석결과에서, 초당미립자 수 설정은 일정 값 이상이 되면 유사한 바닥면의 살수밀도를 보여주었다. 액적속도는 낮아짐에 따라 중심부분의 살수밀도를 높이지만 0.15m 이상 떨어진 거리에서는 낮아짐을 알 수 있었다. 입경분포함수의 변화에 대한 분석에서, 𝛾값의 증가는 중심부분의 살수밀도의 증가를 가져오지만, 떨어진 위치에서의 값은 감소를 가져온다는 점을 알 수 있었다. 가우시안 분포를 적용한 결과에 비하여 균등분포를 적용하는 경우 중앙값은 극적으로 낮아지지만 인접위치에서의 값은 증가함을 보여준다. 결론: FDS의 액적특성에 관련된 변수들은 각각 바닥면의 살수밀도에 영향을 준다. 그러므로 화재 진압이나 냉각 등의 해석에 들어가기 전 신뢰성을 확보하기 위하여 입력변수에 대한 면밀한 검토가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.290-290
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• 2018

본 연구에서는 수충격으로 발생할 수 있는 실제 상수도관망의 피해율을 신뢰성해석을 통해 정량적으로 비교분석하였다. 이를 위해서 먼저 실제 상수관망에 대한 수충격해석을 수행하였는데 기존의 가압장 운영조건을 적용하였고 가압장의 선택운영조건을 변경하여 수충격해석을 수행하였다. 이 결과물을 토대로 신뢰성해석을 수행하였고 두 조건에 대하여 정량적인 파괴확률을 산정할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 실제 상수관망은 가압장의 운영조건으로 24시간 75m 수두를 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 유량이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말부에는 적정할 수 있으나 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프압력수두를 75m와 65m로 선택적 운영을 가정하였다. 이로 인한 관말부의 압력이 수도압력으로 충분한 15m를 계속 유지하는 것을 확인하였으며 수돗물 사용량이 적은 야간에는 가압장의 수두를 낮추는 방법으로 선택적 운영조건을 사용하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성 해석모형을 사용하여 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 가압장의 운영조건을 최적화하여 효율은 증대하고 피해율을 저감할 수 있는 방법을 찾을 수 있었다, 이를 위해서 가압장의 인버터 설치는 물론이고 펌프의 최적운영을 위한 프로그램을 장착하여 가압장을 운영한다면 보다 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.229-229
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• 2023

강화학습은 에이전트(agent)가 주어진 환경(environment)과의 상호작용을 통해서 상태(state)를 변화시켜가며 최대의 보상(reward)을 얻을 수 있도록 최적의 행동(action)을 학습하는 기계학습법을 의미한다. 최근 알파고와 같은 게임뿐만 아니라 자율주행 자동차, 로봇 제어 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 상수도관망 분야의 경우에도 펌프 운영, 밸브 운영, 센서 최적 위치 선정 등 여러 문제에 적용되었으나, 설계에 강화학습을 적용한 연구는 없었다. 설계의 경우, 관망의 크기가 커짐에 따라 알고리즘의 탐색 공간의 크기가 증가하여 기존의 최적화 알고리즘을 이용하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구는 강화학습을 이용하여 상수도관망의 구성요소와 환경요인 간의 복잡한 상호작용을 고려하는 설계 방법론을 제안한다. 모델의 에이전트를 딥 강화학습(Deep Reinforcement Learning)으로 구성하여, 상태 및 행동 공간이 커 발생하는 고차원성 문제를 해결하였다. 또한, 해당 모델의 상태 및 보상으로 절점에서의 압력 및 수요량과 설계비용을 고려하여 적절한 수량과 수압의 용수 공급이 가능한 경제적인 관망을 설계하도록 하였다. 모델의 행동은 실제로 공학자가 설계하듯이 절점마다 하나씩 차례대로 다른 절점과의 연결 여부를 결정하는 것으로, 이를 통해 관망의 레이아웃(layout)과 관경을 결정한다. 본 연구에서 제안한 방법론을 규모가 큰 그리드 네트워크에 적용하여 모델을 검증하였으며, 고려해야 할 변수의 개수가 많음에도 불구하고 목적에 부합하는 관망을 설계할 수 있었다. 모델 학습과정 동안 에피소드의 평균 길이와 보상의 크기 등의 변화를 비교하여, 제안한 모델의 학습 능력을 평가 및 보완하였다. 향후 강화학습 모델을 통해 신뢰성(reliability) 또는 탄력성(resilience)과 같은 시스템의 성능까지 고려한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.90-90
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• 2020

상수관망시스템은 관할 지역 내 생활 및 공업용수를 공급하기 위한 사회기반시설물로써, 비상시에도 사용자의 용수 수요를 충족하기 위한 안정적인 성능이 요구된다. 이러한 상수관망시스템의 용수공급능력은 비상시 용수공급가능량, 공급수압 등 여러 가지 수리해석 결과를 통해 판단할 수 있다. 그러나, 시스템의 설계 및 운영 과정에서 다양한 성능들을 시간·공간적으로 모두 고려하는 것은 매우 복잡한 과정을 거치므로, 복합적인 용수공급 성능을 집약적으로 평가하기 위한 신뢰도 지수들이 개발되었다. 여기서 신뢰도 지수들은 각각의 이론적 접근방법에 따라 시스템의 특정 성능에 다소 편중된 평가 결과를 갖는 것으로 알려져 있으며, 따라서 상수관망시스템의 설계 및 운영 시, 목적과 특성에 맞는 적합한 신뢰도 지수를 선정하고, 적용하기 위한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 상수관망시스템의 구조적 특성 및 핵심 성능에 따른 신뢰도 지수별 적용성을 평가하기 위해, 다양한 형태의 네트워크에서 몇 가지 공급부하 시나리오를 바탕으로 수리해석 결과와 신뢰도 지수 간의 상관성을 분석하였다. 또한, 다기준 분석기법을 통해 종합적인 시스템 핵심 성능에 대한 신뢰도 지수의 상관성을 분석함으로써, 시스템 전반에 대한 신뢰도 지수별 적용성을 함께 평가하였다. 본 연구 결과는 향후 상수관망시스템의 설계 또는 기존 시스템의 보강 및 운영계획 수립 등을 위한 연구에서 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권7호
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• pp.439-449
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• 2023

최근 계측 기술의 발전으로 압력계와 유량계 등 다양한 센서를 설치하여 상수도관망의 상태를 효과적으로 파악할 수 있게 되었으나, 도시가 광범위하게 개발됨에 따라 계측 신뢰도에 영향을 미치는 변수는 다양해지고 있다. 특히 상수도관망 분석에 중요한 영향력을 가지는 수요 데이터의 경우 직접 계측의 난이도가 높고 결측이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 데이터 생성의 중요도가 증가하고 있다. 본 논문에서는 상수도관망에서 누락된 데이터를 정확하게 생성하기 위해 생성적 딥러닝 모델에 기반한 적대적 학습 기반 오토인코더(ATAE) 모델을 제안한다. 제안된 모델은 판별 신경망과 생성 신경망의 두 가지 신경망의 적대적 학습을 사용하여 압력 데이터로부터 수요 데이터를 생성한다. 학습이 완료된 ATAE 모델의 생성 신경망은 관망의 계측되는 압력 데이터가 존재하는 경우, 그로부터 추정된 관망 수요 데이터를 제공할 수 있다. ATAE 모델은 미국 텍사스주 오스틴의 실제 상수도망에 적용되어 성능이 검증되었다. 수요 및 압력 시계열 데이터의 불확실성 정도에 따른 ATAE 예측 결과의 정확도를 비교하여 데이터 불확실성의 영향을 분석하였으며, 또한 수요 수준에 따른 데이터 수집 기간별 생성 결과를 비교하여 이에 따른 데이터 생성 성능을 검토하였다.

• 한국농공학회지
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• 제45권3호
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• pp.103-115
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• 2003

This study examines groundwater movement system analysis and movement forecast algorithm using finite element method. The target is Cheongha-myeon area, Bukgu, Pohang-city which has many difficulties in water supply during drought period. From the comparison of the differences between obtained values by WINFlOW model and observed values, it is thought that groundwater head distribution under steady flow is reflected well at the level of reliability Groundwater movement of study area shows stable pattern from western watershed to eastern coastal area while flow path is dense and steep in the center of the coastal area. The results of particle tracing for each well show a comparatively straight line from the western boundary side to the observation position at the upper area of the well, and are analyzed as it diffuses according to getting closer to the coast at the lower area of the well. The result of effect circle examination attendant on pumping amount in study area shows variation tendency that groundwater head decreases at the side and the lower area more than at the upper area of the well when groundwater flows from west to east(coast). As mentioned above, satisfactory results of groundwater movement analysis using WINFlOW model, two dimensional groundwater movement analysis model, are obtained through the great decrease of physical uncertainty of groundwater movement system.