The effect of various physicochemical processes, such as seawater intrusion, on the performance of the engineered barrier should be closely analyzed to precisely assess the safety of high-level radioactive waste repository. In order to evaluate the impact of such processes on the performance of the engineered barrier, a thermal-hydrological-chemical model was developed by using COMSOL Multiphysics and PHREEQC. The coupling of two software was achieved through the application of a sequential non-iterative approach. Model verification was executed through a comparative analysis between the outcomes derived from the developed model and those obtained in prior investigations. Two data were in a good agreement, demonstrating the model is capable of simulating aqueous speciation, adsorption, precipitation, and dissolution. Using the developed model, the geochemical evolution of bentonite buffer under a general condition was simulated as a base case. The model domain consists of 0.5 m of bentonite and 49.5 m of granite. The uraninite (UO2) was assigned at the canister-bentonite interface as the potential source of uranium. Assuming the lifetime of canister as 1,000 years, the porewater mixing without uranium leakage was simulated for 1,000 years. After then, the uranium leakage through the dissolution of uraninite was initiated and simulated for additional 1,000 years. In the base case model, where the porewater mixing between the bentonite and granite was the only considered process, the gypsum tended to dissolve throughout the bentonite, while it precipitated in the vicinity of bentonite-granite boundary. However, the precipitation and dissolution of gypsum only showed a limited effect on the performance of the bentonite. Due to the low solubility of uraninite in the reduced environment, only infinitesimal amounts of uranium dissolved and transported through the bentonite. Additional cases considering various environmental processes, such as seawater or cement porewater intrusion, will be further investigated.

The analysis of uranium migration is crucial for the accurate safety assessment of high-level radioactive waste (HLW) repository. Previous studies showed that the migration of the uranium can be affected by various physical and chemical processes, such as groundwater flow, heat transfer, sorption/ desorption and, precipitation/dissolution. Therefore, a coupled Thermal-Hydrological-Chemical (THC) model is required to accurately simulate the uranium migration near the HLW repository. In this study, COMSOL-PHREEQC coupled model was used to simulate the uranium migration. In the model, groundwater flow, heat transfer, and non-reactive solute transport were calculated by COMSOL, and geo-chemical reaction was calculated by PHREEQC. Sorption was primarily considered as geo-chemical reaction in the model, using the concept of two-site protolysis nonelctrostatic surface complexation and cation exchange (2 SP NE SC/CE). A modified operator splitting method was used to couple the results of COMSOL and PHREEQC. Three benchmarks were done to assess the accuracy of the model: 1) 1D transport and cation exchange model, 2) cesium transport in the column experiment done by Steefel et al. (2002), and 3) the batch sorption experiment done by Fernandes et al. (2012), and Bradbury and Baeyens (2009). Three benchmark results showed reliable matching with results from the previous studies. After the validation, uranium 1D transport simulation on arbitrary porewater condition was conducted. From the results, the evolution of the uranium front with sequentially saturating sites was observed. Due to the limitation of operator splitting method, time step effect was observed, which caused the uranium to sorbed at further sites then it should. For further study, 3 main tasks were proposed. First, precipitation/ dissolution will be added to the reaction part. Second, multiphase flow will be considered instead of single phase Darcy flow. Last, the effect of redox potential will be considered.

Gases such as hydrogen can generate from the disposal canister in high-level radioactive waste disposal systems owing to the corrosion of cooper container in anoxic conditions. The gas can be accumulated in the voids of bentonite buffer around the disposal canister if gas generation rates become larger than the gas diffusion rate of bentonite buffer with the low-permeability. Continuous gas accumulations result in the increase in gas pressure, causing sudden dilation flow of gases with the gas pressure exceeding the gas breakthrough pressure. Given that the gas dilation flow can cause radionuclide leakage out of the engineered barrier system, it is necessary to consider possible damages affected by the radionuclide leakage and to properly understand the complicated behaviors of gas flow in the bentonite buffer with low permeability. In this study, the coupled hydro-mechanical model combined with the damage model that considers two-phase fluid flow and changes in hydraulic properties affected by mechanical deformations is applied to numerical simulations of 1-D gas injection test on saturated bentonite samples (refer to DECOVALEX-2019 Task A Stage 1A). To simulate the mechanical behavior of microcracks which occur due to the dilation flow caused by increase in gas pressure, a concept of elastic damage constitutive law is considered in the coupled hydro-mechanical model. When the TOUGH-FLAC coupling-based model proposed in this study is applied, changes in hydraulic properties affected by mechanical deformations combined with the mechanical damage are appropriately considered, and changes in gas injection pressure, pore pressures at radial filters and outlet, and stress recorded during the gas injection test are accurately simulated.

본 논문에서는 인공섬 형식의 방호공을 구성하는 수중사면에 선박이 충돌하는 경우 발생하는 선박과 지반의 거동을 해석하기 위한 모델을 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 구성하였다. 충돌에서 발생하는 지반의 전단파괴를 포함하는 대변형을 고려하기 위하여 지반과 해수는 Eulerian 영역으로 구성하고 충돌체를 Lagrangian 영역으로 구성되었다. 해석의 효율성을 향상시키기 위해서 mass scali기법을 충돌체의 모델링에 도입하였으며, 지반은 Eulerian영역에서 Eulerian Volume Fraction(EVF)값을 설정하여 구성하였다. 작성된 모델의 적용성을 검증하기 위하여 동적관입앵커에 대한 해석을 수행하였다. 또한 컨테이너선의 외부형상에 따라 고체요소로 모델링된 선수가 수중사면에 충돌하는 경우의 해석을 수행하고, 그 때 발생하는 변위, 속도, 소산에너지 등의 거동을 평가 하였다. 그 결과로 매개변수해석에 대한 추가적인 연구 필요성이 도출되었다.

본 연구에서는 지역 기상-해양 접합모델을 이용하여 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 서울-경기지역에 내린 강수에 대해 대기-해양 상호작용의 효과를 분석하였다. 지역 기상-해양 접합모델에서 기상모델은 WRF (Weather Research Forecasts)가 사용되었으며, 해양모델은 ROMS (Regional Oceanic Modeling System)가 사용되었다. 단일 기상 모델은 WRF모델만 이용되었으며, ECMWF Re-Analysis Interim 의 해수면온도자료가 바닥경계자료로 사용되었다. 관측자료와 비교하여, 대기-해양 상호작용의 효과가 고려된 접합모델은 서울-경기지역의 강수 및 황해 해수면온도에 대해 공간상관계수가 각각 0.6과 0.84로 이는 지역 기상모델보다 높게 나타났다. 또한, 평균편향오차(MBE, Mean Bias Error)은 각각 −2.32와 −0.62로 지역 기상모델 보다 낮은 오차율을 보였다. 상당온위와 해수면온도 및 역학적 수렴장으로 분석한 대기-해양 상호작용의 효과는 황해 해수면온도의 변화를 유도하였고, 그 변화는 하층대기에서 열적 불안정과 운동학적 수렴대의 차이를 발생시켰다. 열적 불안정과 수렴대는 결과적으로 서울-경기 지역에서 상승운동을 유도하였고, 결과적으로 기상-해양 접합모델에서 모의된 강수가 관측과 더 유사한 공간분포를 나타냈다. 그러나 복잡한 관계에 있는 대기-해양 상호작용의 효과를 더 명확히 파악하기 위해서는 다양한 사례연구와 장기적인 분석이 필요하지만, 본 연구는 기상-해양 상호작용이 강수 예보에 중요성에 대한 또 다른 증거를 제시한다.

Biogeochemical processes play an important role in ocean environments and can affect the entire Earth’s climate system. Using an ocean-biogeochemistry model (NEMO-TOPAZ), we investigated the effects of changes in albedo and wind stress caused by phytoplankton in the equatorial Pacific. The simulated ocean temperature showed a slight decrease when the solar reflectance of the regions where phytoplankton were present increased. Phytoplankton also decreased the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) amplitude by decreasing the influence of trade winds due to their biological enhancement of upper-ocean turbulent viscosity. Consequently, the cold sea surface temperature bias in the equatorial Pacific and overestimation of the ENSO amplitude were slightly reduced in our model simulations. Further sensitivity tests suggested the necessity of improving the phytoplankton-related equation and optimal coefficients. Our results highlight the effects of altered albedo and wind stress due to phytoplankton on the climate system.

Controversy has surrounded the potential impacts of phytoplankton on the tropical climate, since climate models produce diverse behaviors in terms of the equatorial mean state and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) amplitude. We explored biophysical impacts on the tropical ocean temperature using an ocean general circulation model coupled to a biogeochemistry model in which chlorophyll can modify solar attenuation and in turn feed back to ocean physics. Compared with a control model run excluding biophysical processes, our model with biogeochemistry showed that subsurface chlorophyll concentrations led to an increase in sea surface temperature (particularly in the western Pacific) via horizontal accumulation of heat contents. In the central Pacific, however, a mild cold anomaly appeared, accompanying the strengthened westward currents. The magnitude and skewness of ENSO were also modulated by biophysical feedbacks resulting from the chlorophyll affecting El Niño and La Niña in an asymmetric way. That is, El Niño conditions were intensified by the higher contribution of the second baroclinic mode to sea surface temperature anomalies, whereas La Niña conditions were slightly weakened by the absorption of shortwave radiation by phytoplankton. In our model experiments, the intensification of El Niño was more dominant than the dampening of La Niña, resulting in the amplification of ENSO and higher skewness.

우리나라 해안지역은 매년 평균 3개의 태풍으로부터 직·간접적인 영향을 받아왔으며, 태풍에 의한 폭풍 해일은 해안지역에 많은 피해를 주는 자연현상 중 하나이다. 또한 기후 변화로 나타나는 해수면 및 해수 온도 상승으로 인해 태풍 강도의 증가로 폭풍해일에 의한 피해가 필연적으로 증가할 것으로 예상된다. 본 연구는 한반도 태풍 내습 시 확률적 해일고 추산을 위한 초기 연구로서, 해양·기상 연계 모형인 SLOSH(Sea, Lake, and Overland Surges from Hurricanes) 모델을 이용하여 과거 한반도를 내습한 태풍 매미(MAEMI, 0314)와 볼라벤(BOLAVEN, 1215)의 해일고 및 최대 해일고 발생 시간을 확인하였다. SLOSH 모델을 이용하여 예측된 해일고는 국립 해양 조사원에서 제공하는 실측 자료와의 비교 및 검증을 통해 유용성을 입증하였다.

본 연구에서는 조간대가 발달한 우리나라 전북 서해안의 구시포 해안에서 연안류에 미치는 외력성분을 평가하기 위하여 조석ㆍ조류 및 파에 의한 해빈류를 고려한 복합해수유동모형을 구축하였다. 구축된 모형에서 조석ㆍ조류는 EFDC 모형, 파랑은 SWAN 모형, 그리고 해빈류는 SHORECIRC 모형을 사용하였다. 이 수치모형의 적용성을 검토하기 위하여, 현지에서 조석ㆍ조류와 입사파를 현장관측하였고 인근 기상관측소의 바람자료를 조사하였다. 그리고 현지의 조간대에서 GPS를 장착한 경량 Drogue의 추적실험을 수행하고 연안류 성분을 추출하였다. 또한 현장관측조건에 맞추어 수치모형에 의한 수치 Drogue 추적실험을 수행하고 그 결과를 관측치와 비교ㆍ검토하였다. 그 결과, 수치 Drogue의 이동속도는 현장자료에 대해 68.0~105.2 %의 범위로서 재현되었으며, 주류성분의 오차는 – 16.7~ +10.0 %로서 양호하였다. 그리고 연안류 성분은 주로 바람과 조류가 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 해저경사가 아주 완만하여 쇄파대폭이 넓은 조간대에서 입사파고가 작은 파가 내습하는 경우의 해빈류는 연안류의 흐름에 미치는 영향이 미약한 것으로 분석되었다.

바다목장해역의 해수 유동모델과 저차생태계 모델을 이용하여 저차생태계의 환경요인의 시공간적으로 변화를 파악하였다. 울진 주변해역에서 POM 모델을 이용하여 4대 분조(M₂, S₂, K₁, O₁)의 조석효과, 바람효과, 수온·염분의 효과, 해류를 고려하여 유동을 계산하였다. 대·소조기의 조류는 평해 남동쪽에서 가장 강한흐름이 나타났다. 잔차류의 크기는 표층, 중층 및, 저층에서 유사한 방향으로 유속 차이는 미약했다. 잔차류의 공간적인 분포를 보면 연안역을 따라 북동향류가 우세하고, 외양에서 흐름보다 연안에서 흐름이 우세하다. 이러한 유동 환경에서의 울진 바다목장 해역에서 저차생태계 모델을 이용하여 NH₄, NO₃, Chl-a, 동물플랑크톤 및 Detitus의 저차생태계의 시공간적인 변화를 파악하였다.

전남 바다목장의 해수 유동모델과 저차생태계 모델을 이용하여 저차생태계의 환경요인의 시공간적으로 변화를 파악하였다. 전남 바다목장 주변해역에서 4대 분조(M₂, S₂, K₁, O₁)의 조류, 취송류, 밀도류를 POM 모델을 이용하여 계산하였다. 조석잔차류의 분포는 개도 서쪽해역에서 강하게 남하하는 것을 볼 수 있다. 대·소 조기의 흐름은 돌산도 -개도 -금오도 사이에 위치한 섬 주변에서 강하게 나타났다.

The paper presents the analysis of Accelerated Reliability Growth (ARG) process data during design and development on non repairable systems. A projection model has been developed which will compress testing time and also accelerate failure mechanisms in which all corrective actions are delayed until at the end of the test. In addition, time to failure in stress test do not have to be converted to time to failure in normal condition. By applying this model, it targets to save cost through speedier testing time and reducing number of prototypes needed. As a result, the total life cycle cost of product will be reduced.

불연속적 거동이 탁월한 벽식 프리캐스트 구조물을 해석하기 위한 방법으로 유한요소법과 강체요소법 등이 있으나, 이들 해석법은 접합부의 거동을 정확히 반영하지 못하고 있다. 본 연구에서는 패널은 강체적 거동을 하고, 판널과 판널 사이의 접합부는 고체적 거동을 가정하는 강체-고체 복합모델(Coupled Model by Rigid and Solid bodies)에 의한 해석법을 제안하며, 간단한 모델의 예를 통해 검증하였다.

Solar activity has an important impact not only on the intensity of cosmic rays but also on the environment of Earth. In the present paper, a coupled oscillator model is proposed to explain solar activity. This model can be used to naturally reduce the 89-year Gleissberg cycle. Furthermore, as an application of the coupled oscillator model, we herein attempt to apply the proposed model to El Niño-southern oscillation (ENSO). As a result, the 22-year oscillation of the Pacific Ocean is naturally explained. Finally, we search for a possible explanation for coupled oscillators in actual solar activity.

일반적으로 하천의 유량은 댐과 같은 수공구조물에 의해 조정된 유량으로 수자원계획을 위해서 필요한 자연유량과는 차이가 크다. 수자원계획 을 수립함에 있어 자연 유입량 정보는 댐 운영과 수문분석을 위한 필수적인 정보이다. 본 연구에서는 댐 유역 일유입량 모의기법을 위한 통합 모형 을 개발하였다. 첫째, 장기 강우-유출 모형의 입력강우자료로 사용하기 위하여 평균 및 중앙값과 같은 통계적 모멘트를 효과적으로 재현하고 극치 강우량 재현에 유리한 불연속 Kernel-Pareto 확률분포 기반의 강우모의기법을 통하여 강우모의를 수행하였다. 둘째, SAC-SMA 장기 강우-유출 모형의 매개변수를 Bayesian MCMC 기법을 통하여 최적화하여 산정된 매개변수의 사후분포를 활용하여 댐 유입량 시나리오 도출하였다. 댐 유 역을 대상으로 개발된 모형을 평가한 결과 자연유량과 통계적으로 유사한 특성을 가지는 시나리오를 생성할 수 있었으며, 물수지 분석 등과 같은 수자원계획을 위한 시나리오로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 유역의 공간상관성을 고려한 다지점 일단위 강수량을 동시에 모의할 수 있는 일강수량 모의기법을 개발하였다. 기존 Hidden Markov Chain Model(HMM)은 단일지점 강수모의에 적용되어 왔으나 관측지점간의 유역상관성을 충분히 고려하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Chow-Liu Tree(CLT) 모형을 적용하여 다변량(multivariate) 형태로써 유역내에 위치한 강우관측소간의 상호종속성을 고려하기 위하여 기존의 동질성 HMM 강우모의기법과 CLT 알고리즘을 결합한 동질성 CLT-HMM 모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 동질성 CLT-HMM 모형을 사용하여 장기간의 수문자료를 보유하고 있는 기상청 산하의 한강유역 강수네트워크에 대해서 적합성을 검토하였다. 동질성 CLT-HMM 모형을 적용하여 모의 된 결과를 보면 일강수량의 계절적 특성뿐만 아니라 일강수량 모의 시 강수시계열의 통계적인 특성들까지 우수하게 모의하였다. 추가적으로 상관행렬(correlation matrix)을 이용하여 기상관측소간의 공간상관 재현성을 검토한 결과 관측지점들 사이의 공간상관성도 비교적 우수하게 재현하는 것을 확인할 수 있었다.

Recently, tug boats are widely used for towing a barge which transports building materials, a large block of a ship, offshore crane, and so on. In order to simulate the dynamics of the coupled towing system correctly, the dynamics of the towline should be well modeled. In this paper, the towline was modeled as the multiple finite elements, and each element was assumed as a rigid cylinder which moves in five degrees of freedom except roll. The external tension and its moment acting on each element of the towline were modeled depending on the position vector's direction. Tugboat's motion was simulated in six degrees of freedom where wave and current effects were included, and towed barge was assumed to move in the horizontal plane only. In order to confirm the mathematical models of the coupled towing systems, standard maneuvering trials such as course changing maneuver, turning circle test and zig-zag test were simulated. In addition, the same trials were simulated when the external disturbances like wave and current exist. As the result, it is supposed that the results might be qualitatively reasonable.