KR101793216B1 - Method for displaying pollutant concentration in ground water due to tidal fluctuation in coastal area - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 관한 것으로, 특히 해안가에 인접하고 있는 방사성폐기물 저장소 및 원자력발전소에서 누출된 핵종 및 다양한 각종 화학사고로부터 누출된 오염물이 피압 대수층 내 조류에 의해서 영향을 받고 있는 상황에서 GITT(General Integral Transformation Technique) 기법을 이용해서 오염물의 농도를 계산하여 디스플레이하는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of indicating the concentration of pollutants in groundwater by fluctuation of the tide in a coastal area. Especially, the pollutants leaked from radioactive waste reservoirs and nuclear power plants adjacent to the coast, The present invention relates to a method for displaying the concentration of contaminants in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area using the General Integral Transformation Technique (GITT) technique.
일반적으로, 해안가에 인접한 다양한 산업단지, 방사성 폐기물 저장소 및 원전 등에서 화학사고 및 오염사고에 의해서 누출되는 다양한 오염종의 거동은 본질적으로 매우 복잡한 양상을 띠기 마련이다. 해안가에 인접한 대수층 내 지하수 거동은 조류변동에 의해서 약 12시간 주기로 지하수 속도 방향과 크기가 변하는 진동 상태를 겪고 되고, 이로 인해서 오염물의 이송과 확산은 보통 내륙에서 일어나는 단일방향의 지하수 속도에 의한 거동과 매우 다른 양상을 보인다. 조류변동에 의해서 일어나는 이런 지하수의 주기적인 변동 양상뿐만 아니라, 염수 경계면, 해수와 담수의 농도 차, 조류 외에 파도 변동, 해안가 경사 및 대수층 불투수층 바닥 경사 등의 다양한 요인들에 의해서 영향을 받고 있는 대수층 내 오염물의 거동을 파악하고자하는 다양한 노력들이 수행되어 왔었다. In general, the behavior of various pollutants that are leaked by chemical accidents and pollution accidents in various industrial complexes, radioactive waste repositories and nuclear power plants adjacent to the coasts is inherently very complicated. The groundwater flow in the aquifer adjacent to the shore undergoes a fluctuation in the direction and magnitude of the groundwater velocity in a period of about 12 hours due to the fluctuation of the tidal currents. As a result, the transport and diffusion of the pollutants are caused by the unidirectional groundwater velocity Very different aspect. In addition to the periodic fluctuations of groundwater caused by algae fluctuations, aquifers affected by various factors such as brine interface, concentration difference of seawater and fresh water, wave fluctuations besides algae, coastal slope and aquifer bottom slope Various efforts have been made to identify the behavior of contaminants.
그러나 대수층 내 오염물과 관련한 대부분의 연구는 실험실에서 수행되는 실험(예컨대, Wrenn et al., 1997; Uchiyama et al., 2000; Boufadel at al., 2006, 2011) 또는 수치 모의(예컨대, Geng et al., 2014; Brovelli et al., 2007; Robinson et al., 2009; Geng and Boufadel, 2015; Xia et al., 2010)에 의해서 수행되었으며, 이들 방법 외에 수학적 해석해 방법을 통해서 해안 대수층 내 주기적인 조류변동에 의해서 지배받고 있는 지하수 속도 하에서 오염물 거동을 평가하는 기법은 아직 존재하지 않는다. 비록 Yadav et al. [2012]가 조류변동을 가정해서 오염물 거동과정을 평가할 수 있는 해석해를 개발하였지만, 해안가로부터 내륙쪽으로 거리에 따라서 줄어드는 지하수 수위의 변동 진폭을 고려하지 못하고, 너무 단순화시켜서 오로지 주기적인 패턴만 고려하였다는 문제점이 있었다.However, most studies on pollutants in aquifers have been conducted in laboratory experiments (eg, Wrenn et al., 1997; Uchiyama et al., 2000; Boufadel et al., 2006, (2008), which is based on the assumption that the aquifer is a part of the coastal aquifer, There is not yet a technique for evaluating the behavior of contaminants under groundwater velocity controlled by fluctuations. Although Yadav et al. [2012] developed an analytical solution for evaluating the pollutant behavior based on the assumption of fluctuation of the algae. However, considering the fluctuation amplitude of the groundwater level decreased along the distance from the coast to inland, it was too simple to consider only the periodic pattern There was a problem.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 수학적 해석해 방법을 통해서 해안 대수층 내 주기적인 조류변동에 의해서 지배받고 있는 지하수 속도 하에서 오염물의 농도를 신속하고 정확하게 디스플레이할 수 있는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for rapidly and accurately displaying the concentration of contaminants under groundwater velocity controlled by periodic tidal fluctuations in coastal aquifers through mathematical interpretation The present invention relates to a method for indicating the concentration of pollutants in groundwater by fluctuation of the tide in the coastal area.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법은 오염물 농도 계산부에 의해 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물의 농도를 GITT 기법을 이용해서 계산하여 표시부를 통해 디스플레이하는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법으로서: 개념 모형도를 설정하는 단계; 조류 변동에 의해서 가변되는 지하수 수위 변동식을 규정하는 단계; 상기 지하수 수위 변동식을 미분해서 지하수 속도[v(x,t)]를 획득하는 단계; 상기 지하수 속도를 이용하여 확산 계수[D(x,t)]를 획득하는 단계; 일차원적인 이송 확산식인 지배 방정식을 규정하는 단계; 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 해안가에 해당하는 왼쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 지배 방정식에 적분 연산자인 을 적용하고, 그린 이론, 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식, 오른쪽 경계 조건식 및 왼쪽 경계 조건식을 적용하여 상기 지배 방정식을 변환하는 단계; GITT의 전향 변환식을 규정하는 단계; 상기 GITT의 후향 변환식을 규정하는 단계; 상기 후향 변환식을 상기 지배 방정식 변환 단계에서 획득된 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계; 상기 대입 단계의 결과식을 M개 항을 가진 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계; 상기 콤팩트한 행렬 형태 표현 단계의 결과식의 해석해를 선형 이론에 따라 계산하는 단계; 상기 계산된 해석해의 지수 함수 내의 행렬은 MATLAB7의 expm() 함수를 이용하여 계산하여서 전향 변수인 S(t)를 획득하는 단계; 상기 S(t)로부터 상기 후향 변환식을 이용하여 상기 지하수내 오염물 농도인 c(x, t)를 획득하는 단계; 및 상기 표시부에서 상기 c(x, t)에 대한 데이터를 입력받아 지하수내 오염물 농도를 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a method of indicating a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation of a tide in a coastal area is performed by a pollutant concentration calculation unit using a GITT technique A method for displaying a pollutant concentration in a groundwater by a tidal fluctuation in a coastal area, the method comprising: setting a conceptual model; Defining a groundwater level variation variable that is varied by algae variation; Obtaining the groundwater velocity [v (x, t)] by differentiating the groundwater level variation; Obtaining a diffusion coefficient [D (x, t)] using the groundwater velocity; Defining a governing equation that is a one-dimensional transfer spreading equation; Defining an initial condition formula of the contaminants in the groundwater; Defining a right boundary condition equation corresponding to an inland side of the conceptual model diagram; Defining a left boundary condition equation corresponding to the coast of the conceptual model diagram; In the governing equations, Transforming the governing equation by applying green theory, an initial condition equation of a contaminant in the groundwater, a right boundary condition equation and a left boundary condition equation; Defining the forward conversion equation of GITT; Defining a backtranslation equation of the GITT; Assigning the backward conversion equation to a conversion equation of the governing equation obtained in the governing equation conversion step; Expressing the resultant expression of the substitution step in the form of a compact matrix having M terms; Calculating a solution expression of a result expression of the compact matrix form representation step according to a linear theory; Calculating a matrix in an exponential function of the computed analysis solution using an expm () function of MATLAB 7 to obtain a forwarding variable S (t); Obtaining a contaminant concentration c (x, t) in the groundwater from the S (t) using the backward conversion equation; And displaying the concentration of the contaminant in the groundwater by receiving data on the c (x, t) from the display unit.
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 개념 모형도는 해안가에 해당하는 왼쪽 경계가 노이만 경계이고, 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계가 질량 유속률이 0인 경계조건을 갖고, 전체 영역의 길이가 L이고, 초기 오염물이 상기 해안가로부터 L1과 L1+L2사이에 위치할 수 있다.In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater by the tide fluctuation in the coastal area according to the above embodiment, the conceptual model diagram is such that the left boundary corresponding to the coast is the Neumann boundary, and the right boundary corresponding to the inland side is the zero- Boundary condition, the length of the entire area is L, and the initial contaminant may be located between L1 and L1 + L2 from the coastline.
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지하수 수위 변동식은 다음의 수학식 1In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the groundwater level fluctuation equation is expressed by the
[수학식 1][Equation 1]
[여기서, 은 해안가로부터 내륙 쪽으로 거리 x에서 시간 t에 따른 지하수 수위를 나타내고, 는 조류의 진폭이며, 은 조류의 주기를 나타내며, 는 대수층의 물리적인 계수로서 다음의 수학식 2[here, Indicates the groundwater level according to the time t from the distance x from the coast to the inland, Is the amplitude of the bird, Represents the cycle of the bird, Is the physical coefficient of the aquifer,
[수학식 2]&Quot; (2) "
(여기서, 는 저류계수이고, 는 투수계수임)(here, Is a storage coefficient, Is the permeability coefficient)
로 표현됨]Expressed as]
로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지하수 속도[v(x,t)]는 다음의 수학식 3In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area according to the above embodiment, the groundwater velocity [v (x, t)] is calculated by the following equation
[수학식 3]&Quot; (3) "
[여기서, , 이며, ω는 조석의 각 진동수이며, 는 유효공극율임][here, , Ω is the angular frequency of the tide, Is the effective porosity]
과 같이 획득될 수 있다.. ≪ / RTI >
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 확산 계수[D(x,t)]는 다음의 수학식 4The diffusion coefficient [D (x, t)] is expressed by the following equation (4): " (4) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
[여기서, , 이며, 은 종분산 계수임][here, , Lt; Is the longitudinal dispersion coefficient]
와 같이 획득될 수 있다.As shown in FIG.
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지배 방정식은 다음의 수학식 5In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water of the coastal area according to the above embodiment, the governing equation is expressed by the following equation 5
[수학식 5]&Quot; (5) "
로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식은 다음의 수학식 6In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater by fluctuation of the fresh water of the coastal area according to the above embodiment, the initial condition formula of the pollutant in the groundwater is expressed by the following equation 6
[수학식 6]&Quot; (6) "
[여기서, F(x)는 초기 오염물 농도 분포 함수식을 나타냄][Where F (x) represents the initial pollutant concentration distribution function formula]
으로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 오른쪽 경계 조건식은 다음의 수학식 7In the method for displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the right boundary condition equation is expressed by the following equation 7
[수학식 7]&Quot; (7) "
로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 왼쪽 경계 조건식은 다음의 수학식 8In the method for displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the left boundary condition equation is expressed by the
[수학식 8]&Quot; (8) "
로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지배 방정식 변환 단계에서 변환된 결과식은 다음의 수학식 9In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the resultant expression converted in the governing equation converting step is expressed by the following equation
[수학식 9]&Quot; (9) "
[여기서, 이고, 는 m번째 고유함수이며, 는 m번째 노름임][here, ego, Is an m-th eigenfunction, Is the m-th gambling]
로 나타내어질 수 있다.Lt; / RTI >
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 GITT의 전향 변환식은 다음의 수학식 10In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater by fluctuation of the fresh water of the coastal area according to the above embodiment, the forward conversion formula of the GITT is expressed by the following equation 10
[수학식 10]&Quot; (10) "
[여기서, 는 m번째 GITT의 전향 변수임][here, Is the forward variable of the m-th GITT]
으로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 GITT의 후향 변환식은 다음의 수학식 11In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the backward conversion formula of the GITT is expressed by the following equation 11
[수학식 11]&Quot; (11) "
로 규정될 수 있다..
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 12In the method for displaying the pollutant concentration in the groundwater caused by the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the resultant expression at the step of substituting for the conversion equation of the governing equation is expressed by the following equation 12
[수학식 12]&Quot; (12) "
[여기서, 이고, 는 r번째 고유함수이며, 는 r번째 노름이며, Sr(t)는 r번째 GITT의 전향 변수임][here, ego, Is an r-th eigenfunction, Is the r-th gambling, and S r (t) is the forward variable of the r-th GITT.
와 같이 나타내어질 수 있다.As shown in FIG.
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 13In the method for displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the resultant expression in the step of expressing in the form of the compact matrix is expressed by the following equation 13
[수학식 13]&Quot; (13) "
[여기서, 는 크로네커의 델타이고, [here, Is the Kronecker's delta,
이고, ego,
이며, Lt;
임] being]
과 같이 나타내어질 수 있다.As shown in FIG.
상기 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 상기 선형 이론에 따라 계산하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 14In the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the above embodiment, the resultant expression at the step of calculating according to the linear theory is expressed by the following equation 14
[수학식 14]&Quot; (14) "
[여기서, S(T)는 GITT의 전향변수 벡터이고, 임]Where S (T) is the forward vector of GITT, being]
로 나타내어질 수 있다.Lt; / RTI >
본 발명의 실시형태에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 의하면, 개념 모형도를 설정하는 단계; 조류 변동에 의해서 가변되는 지하수 수위 변동식을 규정하는 단계; 상기 지하수 수위 변동식을 미분해서 지하수 속도[v(x,t)]를 획득하는 단계; 상기 지하수 속도를 이용하여 확산 계수[D(x,t)]를 획득하는 단계; 일차원적인 이송 확산식인 지배 방정식을 규정하는 단계; 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 해안가에 해당하는 왼쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 지배 방정식에 적분 연산자인 을 적용하고, 그린(Green) 이론, 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식, 오른쪽 경계 조건식 및 왼쪽 경계 조건식을 적용하여 상기 지배 방정식을 변환하는 단계; GITT의 전향 변환식을 규정하는 단계; 상기 GITT의 후향 변환식을 규정하는 단계; 상기 후향 변환식을 상기 지배 방정식 변환 단계에서 획득된 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계; 상기 대입 단계의 결과식을 M개 항을 가진 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계; 상기 콤팩트한 행렬 형태 표현 단계의 결과식의 해석해를 선형 이론에 따라 계산하는 단계; 상기 계산된 해석해의 지수 함수 내의 행렬은 MATLAB7의 expm() 함수를 이용하여 계산하여서 전향 변수인 S(t)를 획득하는 단계; 상기 S(t)로부터 상기 후향 변환식을 이용하여 상기 지하수내 오염물 농도인 c(x, t)를 획득하는 단계; 및 상기 표시부에서 상기 c(x, t)에 대한 데이터를 입력받아 지하수내 오염물 농도를 디스플레이하는 단계;를 포함하여 구성됨으로써,According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for displaying a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation of fresh water in a coastal area, comprising: setting a conceptual model diagram; Defining a groundwater level variation variable that is varied by algae variation; Obtaining the groundwater velocity [v (x, t)] by differentiating the groundwater level variation; Obtaining a diffusion coefficient [D (x, t)] using the groundwater velocity; Defining a governing equation that is a one-dimensional transfer spreading equation; Defining an initial condition formula of the contaminants in the groundwater; Defining a right boundary condition equation corresponding to an inland side of the conceptual model diagram; Defining a left boundary condition equation corresponding to the coast of the conceptual model diagram; In the governing equations, Transforming the governing equation by applying the Green theory, the initial condition equation of the contaminants in the groundwater, the right boundary condition equation and the left boundary condition equation; Defining the forward conversion equation of GITT; Defining a backtranslation equation of the GITT; Assigning the backward conversion equation to a conversion equation of the governing equation obtained in the governing equation conversion step; Expressing the resultant expression of the substitution step in the form of a compact matrix having M terms; Calculating a solution expression of a result expression of the compact matrix form representation step according to a linear theory; Calculating a matrix in an exponential function of the computed analysis solution using an expm () function of MATLAB 7 to obtain a forwarding variable S (t); Obtaining a contaminant concentration c (x, t) in the groundwater from the S (t) using the backward conversion equation; And displaying the concentration of the pollutant in the groundwater by receiving data on the c (x, t) from the display unit,
첫째, 수학적 해석해 방법을 통해서 해안 대수층 내 주기적인 조류변동에 의해서 지배받고 있는 지하수 속도 하에서 오염물의 농도를 신속하고 정확하게 디스플레이할 수 있다는 뛰어난 효과가 있으며,First, there is an excellent effect that the concentration of pollutants can be displayed quickly and accurately under the groundwater velocity, which is controlled by periodic tidal fluctuations in coastal aquifers through mathematical interpretation.
둘째, 오염정화 및 오염 방지 대책을 세우고자 할 때 종래의 수치모의 기법(통상 몇 시간부터 수일까지 걸림)에 의한 것보다 훨씬 신속하고 쉬우면서도 정확한 계산을 수행할 수 있으므로, 각종 오염사고에 적절하게 대처할 수 있을 것으로 판단된다(즉, 종래의 수치모의 기법은 계산 시간이 통상 수시간부터 수일까지 걸리는 반면, 본 발명에 의한 방법을 사용할 경우 통상 5분 이내로 계산이 가능함). 특히 해안가에 인접하고 있는 원전 및 독극성이 있는 화학물질을 다루고 있는 산업단지에서 화학사고가 일어났을 때 대책의 수립 시 본 발명에 의한 방법을 사용해서 만들어진 프로그램은 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.Second, in order to establish pollution cleanup and pollution prevention measures, it is possible to perform calculations that are much quicker, easier, and more accurate than conventional numerical simulation techniques (usually from several hours to several days) (In other words, in the conventional numerical simulation method, the calculation time usually takes from several hours to several days, while in the case of using the method according to the present invention, calculation can be performed within 5 minutes). Especially, it is expected that a program made by using the method according to the present invention can be very useful when a countermeasure is taken in the case of a chemical accident occurring in a nuclear power plant adjacent to a coastal area and an industrial complex dealing with a chemical substance having a toxicity do.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 구현하기 위한 하드웨어 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 설명하기 위한 동작 플로우챠트이다.
도 3은 도 2의 S10에서 설정한 개념 모형도를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 S170에서 표시부에 오염물의 농도가 디스플레이되는 화면을 나타낸 도면으로서, 조류 진폭에 따른 오염물의 농도 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 획득된 오염물의 농도에 기초한 조류 진폭에 따른 오염운의 중심 위치 계산 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 획득된 오염물의 농도에 기초한 조류 진폭에 따른 오염농도 분산 정도 계산 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 있어서, 획득된 오염물의 농도에 기초한 조류 진폭에 따른 오염 매크로분산계수의 계산 결과를 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a hardware structure for implementing a method of displaying a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation of fresh water in a coastal area according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for displaying a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation in fresh water in a coastal area according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a conceptual diagram set in S10 of FIG.
Fig. 4 is a view showing a screen in which the concentration of contaminants is displayed on the display unit at S170 in Fig. 2, showing the concentration distribution of contaminants according to the bird's amplitude. Fig.
5 is a view showing a calculation result of the center position of the polluted cloud according to the bird's amplitude based on the concentration of the pollutant obtained in the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a calculation result of the degree of contamination concentration dispersion according to the bird's amplitude based on the concentration of the obtained pollutant in the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a calculation result of contamination macro dispersion coefficient according to algae amplitude based on the concentration of the pollutant obtained in the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water in the coastal area according to the embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 구현하기 위한 하드웨어 구조를 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a hardware structure for implementing a method of displaying a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation of fresh water in a coastal area according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 구현하기 위한 하드웨어는 도 1에 도시된 바와 같이 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물의 농도를 GITT 기법을 이용해서 계산하는 오염물 농도 계산부(100), 및 오염물 농도 계산부(100)에 의해서 계산된 오염물의 농도를 디스플레이하는 표시부(200)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the hardware for implementing the method of displaying the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area according to the embodiment of the present invention includes the GITT technique , And a display unit (200) for displaying the concentration of the contaminants calculated by the contaminant concentration calculation unit (100).
이하, 위와 같이 구성된 하드웨어에 의해 구현되는 본 발명의 실시예에 의한 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for displaying the concentration of contaminants in the groundwater due to the fluctuation of the fresh water of the coastal area according to the embodiment of the present invention, which is implemented by the hardware configured as described above, will be described.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법을 설명하기 위한 동작 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.FIG. 2 is a flowchart showing an operation flow chart for explaining a pollutant concentration display method in the groundwater caused by fluctuation of fresh water in a coastal area according to an embodiment of the present invention, where S denotes a step.
먼저, 오염물 농도 계산부(100)에 의해 개념 모형도가 설정된다(S10). 개념 모형도는, 도 3에 도시된 바와 같이, 해안가에 해당하는 왼쪽 경계가 노이만 경계이고, 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계가 질량 유속률이 0인 경계조건을 갖고, 전체 영역의 길이가 L이고, 초기 오염물이 해안가로부터 L1과 L1+L2사이에 위치한다.First, a conceptual model diagram is set by the pollutant concentration calculation unit 100 (S10). 3, the left boundary corresponding to the coast is the Neumann boundary, and the right boundary corresponding to the inland side has the boundary condition in which the mass flow rate is 0, and the length of the entire area is L, Contamination is located between L1 and L1 + L2 from the coast.
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 조류 변동에 의해서 가변되는 지하수 수위 변동식을 기존 해석해(Jacob, 1950)를 이용해서 다음의 수학식 1과 같이 규정한다(S20).Next, the pollutant
[수학식 1][Equation 1]
[여기서, 은 해안가로부터 내륙 쪽으로 거리 x에서 시간 t에 따른 지하수 수위를 나타내고, 는 조류의 진폭이며, 은 조류의 주기를 나타내며, 는 대수층의 물리적인 계수로서 다음의 수학식 2로 표현됨][here, Indicates the groundwater level according to the time t from the distance x from the coast to the inland, Is the amplitude of the bird, Represents the cycle of the bird, Is the physical coefficient of the aquifer and is expressed by the following equation (2)
[수학식 2]&Quot; (2) "
(여기서, 는 저류계수이고, 는 투수계수임)(here, Is a storage coefficient, Is the permeability coefficient)
이후, 오염물 농도 계산부(100)는 지하수 수위 변동식(수학식 1)을 미분해서 다음의 수학식 3과 같은 지하수 속도[v(x,t)]를 획득한다.Thereafter, the pollutant
[수학식 3]&Quot; (3) "
[여기서, , 이며, ω는 조석의 각 진동수이며, 는 유효공극율임][here, , Ω is the angular frequency of the tide, Is the effective porosity]
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 지하수 속도(수학식 3)를 이용하여 확산 계수[D(x,t)]를 다음의 수학식 4와 같이 획득한다(S40).Next, the pollutant
[수학식 4]&Quot; (4) "
[여기서, , 이며, 은 종분산 계수임][here, , Lt; Is the longitudinal dispersion coefficient]
이후, 오염물 농도 계산부(100)는 일차원적인 이송 확산식인 지배 방정식을 다음의 수학식 5로 규정한다(S50).Then, the pollutant
[수학식 5]&Quot; (5) "
그리고 오염물 농도 계산부(100)는 지하수내 오염물의 초기 조건식을 다음의 수학식 6으로 규정한다(S60).Then, the pollutant
[수학식 6]&Quot; (6) "
[여기서, F(x)는 초기 오염물 농도 분포 함수식을 나타냄][Where F (x) represents the initial pollutant concentration distribution function formula]
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 도 3의 개념 모형도의 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계 조건식을 다음의 수학식 7로 규정한다(S70).Next, the pollutant
[수학식 7]&Quot; (7) "
이후, 오염물 농도 계산부(100)에 의해 도 3의 개념 모형도의 해안가에 해당하는 왼쪽 경계 조건식을 다음의 수학식 8로 규정한다(S80).Then, the pollutant
[수학식 8]&Quot; (8) "
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 지배 방정식(수학식 5)에 적분 연산자인 을 적용하고, 그린(Green) 이론, 지하수내 오염물의 초기 조건식(수학식 6), 오른쪽 경계 조건식(수학식 7) 및 왼쪽 경계 조건식(수학식 8)을 적용하여 지배 방정식을 다음의 수학식 9와 같이 변환한다(S90).Next, the pollutant
[수학식 9]&Quot; (9) "
[여기서, 이고, 는 m번째 고유함수이며, 는 m번째 노름임][here, ego, Is an m-th eigenfunction, Is the m-th gambling]
이어서, 오염물 농도 계산부(100)에 의해 GITT의 전향 변환식이 다음의 수학식 10으로 규정된다(S100).Then, the contaminant
[수학식 10]&Quot; (10) "
[여기서, 는 m번째 GITT의 전향 변수임][here, Is the forward variable of the m-th GITT]
그리고 오염물 농도 계산부(100)에 의해 GITT의 후향 변환식이 다음의 수학식 11로 규정된다(S110).Then, the contaminant
[수학식 11]&Quot; (11) "
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 후향 변환식(수학식 11)을 상기 스텝(S90)에서 획득된 지배 방정식의 변환식(수학식 9)에 대입하여 다음의 수학식 12와 같은 결과식이 얻어진다(S120).Subsequently, the pollutant
[수학식 12]&Quot; (12) "
[여기서, 이고, 는 r번째 고유함수이며, 는 r번째 노름이며, Sr(t)는 r번째 GITT의 전향 변수임][here, ego, Is an r-th eigenfunction, Is the r-th gambling, and S r (t) is the forward variable of the r-th GITT.
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 상기 스텝(S120)의 결과식(수학식 12)을 M개 항을 가진 콤팩트한 행렬 형태의 다음의 수학식 13으로 표현한다(S130).Then, the pollutant
[수학식 13]&Quot; (13) "
[여기서, 는 크로네커의 델타이고, [here, Is the Kronecker's delta,
이고, ego,
이며, Lt;
임] being]
이어서, 오염물 농도 계산부(100)는 상기 스텝(S130)의 결과식의 해석해를 선형 이론에 따라 계산하여 다음의 수학식 14와 같은 결과를 획득한다(S140).Then, the pollutant
[수학식 14]&Quot; (14) "
[여기서, S(T)는 GITT의 전향변수 벡터이고, 임]Where S (T) is the forward vector of GITT, being]
이후, 오염물 농도 계산부(100)는 상기 스텝(S140)의 지수 함수 내의 행렬을 MATLAB7의 expm() 함수를 이용하여 계산하여서 전향 변수인 S(t)를 획득하고(S150), 상기 S(t)로부터 후향 변환식(수학식 11)을 이용하여 상기 지하수내 오염물 농도인 c(x, t)를 획득한다(S160).Then, the pollutant
이어서, 표시부(200)에서 상기 스텝(S160)에서 획득된 c(x, t)에 대한 데이터를 입력받아 지하수내 오염물 농도를 디스플레이한다(S170).Then, the
도 4는 스텝(S170)에서 표시부(200)에 오염물의 농도가 디스플레이되는 화면을 나타낸 도면으로서, 조류 진폭에 따른 오염물의 농도 분포를 나타낸 도면이다. 여기서 진폭은 1m, 10m, 20m을 가정하였고, 농도분포는 15일과 30일후에 각각 구하였다. 도 4의 결과를 보면 조류진폭이 커질수록, 최대 오염 농도 위치가 좀 더 빠르게 이동하는 것을 알 수 있다. 이것은 조류진폭의 증가가 이송속도를 일으키기 때문으로 해석된다. 그뿐만 아니라, 조류진폭의 증가는 최대 농도값의 감소를 일으킨다. 왜냐하면, 진폭의 증가는 이송속도를 증가시키고, 이는 국소적이 확산계수를 증가시키기 때문이다.Fig. 4 is a view showing a screen in which the concentration of contaminants is displayed on the
그리고 3개의 다른 진폭에 대해서 오염운 중심 위치, 오염 농도 분포의 분산정도 및 유효확산계수(macrodispersion coefficient)를 시간에 따라서 도 5, 6, 7에 각각 계산하였다. 도 5를 참조하여 보면, 진폭이 커질수록, 오염운의 중심 위치가 더 빠르게 움직이는 것을 알 수 있다. 이는 위에서 언급했듯이 진폭이 커질수록 이송속도가 증가하기 때문이다.For three different amplitudes, the location of the contaminated cloud center, the degree of dispersion of the pollutant concentration distribution, and the macrodispersion coefficient were calculated over time in Figures 5, 6 and 7, respectively. Referring to FIG. 5, it can be seen that as the amplitude increases, the center position of the contaminated cloud moves faster. This is because, as mentioned above, as the amplitude increases, the feed rate increases.
도 6을 참조하여 보면, 진폭이 커질수록 오염농도분포 분산정도가 증가되는 것을 알 수 있다. 이것은 진폭의 증가로 이송속도가 커지고, 확산계수가 커짐에 따라서, 오염운의 퍼짐을 증가시켰기 때문으로 해석된다. 그밖에도 흥미로운 점은 시간에 따른 분산정도에 주기성이 진폭이 커질수록 명확히 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that as the amplitude increases, the degree of dispersion of the concentration of pollutant concentration increases. It can be interpreted that the increase of the amplitude increases the conveying speed and the spread of the contamination cloud increases as the diffusion coefficient increases. It is also interesting to note that the periodicity of the dispersion over time becomes more apparent as the amplitude increases.
도 7을 참조하여 보면 매크로분산계수(macrodispersion coefficient)가 진폭이 커질수록 좀 더 뾰족한 것을 볼 수 있는데, 이는 좀 더 커다란 진폭이 오염운의 퍼짐현상을 좀 더 극적으로 변화시켰기 때문이다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the macrodispersion coefficient becomes more acute as the amplitude becomes larger, because a larger amplitude changes the spread of the pollution cloud more dramatically.
이상의 분석결과로부터, 본 발명에 의한 해석해 기법을 통해서, 오염정화 및 오염 방지 대책을 세우고자 할 때 기존의 수치모의기법(통상 몇 시간부터 수일까지 걸림)에 의한 것보다 훨씬 신속하고(통상 5분 이내로 계산이 가능함) 쉬우면서도 정확한 계산을 수행할 수 있으므로, 각종 오염사고에 적절하게 대처할 수 있을 것으로 판단된다. 특히 해안가에 인접하고 있는 원전 및 독극성이 있는 화학물질을 다루고 있는 산업단지에서 화학사고가 일어났을 때 좀 더 신속하게 대책을 수립 시 본 발명의 실시예에 의해 개발된 수학적 해석기법 및 MATLAB을 사용해서 만들어진 프로그램은 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.From the above analysis results, it is found that, in order to establish pollution control and pollution prevention measures through the analysis technique according to the present invention, it is much faster than conventional numerical simulation techniques (usually from several hours to several days) It is easy and accurate to perform calculations, so it can be dealt with appropriately for various pollution accidents. In particular, in the case of a chemical accident occurring in a nuclear power plant adjacent to a coastal area and an industrial complex dealing with a poisonous chemical substance, a mathematical analysis technique and MATLAB developed by the embodiment of the present invention are used It is anticipated that the program created will be very useful.
본 발명의 실시예에 의한, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법에 의하면, 개념 모형도를 설정하는 단계; 조류 변동에 의해서 가변되는 지하수 수위 변동식을 규정하는 단계; 상기 지하수 수위 변동식을 미분해서 지하수 속도[v(x,t)]를 획득하는 단계; 상기 지하수 속도를 이용하여 확산 계수[D(x,t)]를 획득하는 단계; 일차원적인 이송 확산식인 지배 방정식을 규정하는 단계; 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 개념 모형도의 해안가에 해당하는 왼쪽 경계 조건식을 규정하는 단계; 상기 지배 방정식에 적분 연산자인 을 적용하고, 그린(Green) 이론, 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식, 오른쪽 경계 조건식 및 왼쪽 경계 조건식을 적용하여 상기 지배 방정식을 변환하는 단계; GITT의 전향 변환식을 규정하는 단계; 상기 GITT의 후향 변환식을 규정하는 단계; 상기 후향 변환식을 상기 지배 방정식 변환 단계에서 획득된 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계; 상기 대입 단계의 결과식을 M개 항을 가진 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계; 상기 콤팩트한 행렬 형태 표현 단계의 결과식의 해석해를 선형 이론에 따라 계산하는 단계; 상기 계산된 해석해의 지수 함수 내의 행렬은 MATLAB7의 expm() 함수를 이용하여 계산하여서 전향 변수인 S(t)를 획득하는 단계; 상기 S(t)로부터 상기 후향 변환식을 이용하여 상기 지하수내 오염물 농도인 c(x, t)를 획득하는 단계; 및 상기 표시부에서 상기 c(x, t)에 대한 데이터를 입력받아 지하수내 오염물 농도를 디스플레이하는 단계;를 포함하여 구성됨으로써,According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of displaying a pollutant concentration in a groundwater by fluctuation of fresh water in a coastal area, the method comprising: setting a conceptual model; Defining a groundwater level variation variable that is varied by algae variation; Obtaining the groundwater velocity [v (x, t)] by differentiating the groundwater level variation; Obtaining a diffusion coefficient [D (x, t)] using the groundwater velocity; Defining a governing equation that is a one-dimensional transfer spreading equation; Defining an initial condition formula of the contaminants in the groundwater; Defining a right boundary condition equation corresponding to an inland side of the conceptual model diagram; Defining a left boundary condition equation corresponding to the coast of the conceptual model diagram; In the governing equations, Transforming the governing equation by applying the Green theory, the initial condition equation of the contaminants in the groundwater, the right boundary condition equation and the left boundary condition equation; Defining the forward conversion equation of GITT; Defining a backtranslation equation of the GITT; Assigning the backward conversion equation to a conversion equation of the governing equation obtained in the governing equation conversion step; Expressing the resultant expression of the substitution step in the form of a compact matrix having M terms; Calculating a solution expression of a result expression of the compact matrix form representation step according to a linear theory; Calculating a matrix in an exponential function of the computed analysis solution using an expm () function of MATLAB 7 to obtain a forwarding variable S (t); Obtaining a contaminant concentration c (x, t) in the groundwater from the S (t) using the backward conversion equation; And displaying the concentration of the pollutant in the groundwater by receiving data on the c (x, t) from the display unit,
첫째, 수학적 해석해 방법을 통해서 해안 대수층 내 주기적인 조류변동에 의해서 지배받고 있는 지하수 속도 하에서 오염물의 농도를 신속하고 정확하게 디스플레이할 수 있으며,First, the mathematical interpretation method can display the concentration of contaminants quickly and accurately under the groundwater velocity, which is dominated by periodic algal fluctuations in coastal aquifers,
둘째, 오염정화 및 오염 방지 대책을 세우고자 할 때 종래의 수치모의 기법(통상 몇 시간부터 수일까지 걸림)에 의한 것보다 훨씬 신속하고 쉬우면서도 정확한 계산을 수행할 수 있으므로, 각종 오염사고에 적절하게 대처할 수 있을 것으로 판단된다(즉, 종래의 수치모의 기법은 계산 시간이 통상 수시간부터 수일까지 걸리는 반면, 본 발명에 의한 방법을 사용할 경우 통상 5분 이내로 계산이 가능함). 특히 해안가에 인접하고 있는 원전 및 독극성이 있는 화학물질을 다루고 있는 산업단지에서 화학사고가 일어났을 때 대책의 수립 시 본 발명에 의한 방법을 사용해서 만들어진 프로그램은 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.Second, in order to establish pollution cleanup and pollution prevention measures, it is possible to perform calculations that are much quicker, easier, and more accurate than conventional numerical simulation techniques (usually from several hours to several days) (In other words, in the conventional numerical simulation method, the calculation time usually takes from several hours to several days, while in the case of using the method according to the present invention, calculation can be performed within 5 minutes). Especially, it is expected that a program made by using the method according to the present invention can be very useful when a countermeasure is taken in the case of a chemical accident occurring in a nuclear power plant adjacent to a coastal area and an industrial complex dealing with a chemical substance having a toxicity do.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the best mode has been shown and described in the drawings and specification, certain terminology has been used for the purpose of describing the embodiments of the invention and is not intended to be limiting or to limit the scope of the invention described in the claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100: 오염물 농도 계산부
200: 표시부
: 해안가로부터 내륙 쪽으로 거리 x에서 시간 t에 따른 지하수 수위
: 조류의 진폭
: 조류의 주기
: 대수층의 물리적인 계수
: 저류계수
: 투수계수
v(x,t): 지하수 속도
D(x,t): 확산 계수
ω: 조석의 각 진동수
: 유효공극율
: 종분산 계수
: m번째 고유함수
: m번째 노름
: m번째 GITT의 전향 변수
: r번째 고유함수
: r번째 노름
Sr(t): r번째 GITT의 전향 변수
: 크로네커의 델타
S(T): GITT의 전향변수 벡터100: pollutant concentration calculation unit
200:
: Groundwater level according to time t from distance x from coast to inland
: Amplitude of the bird
: Cycle of birds
: Physical coefficient of aquifer
: Storage coefficient
: Permeability coefficient
v (x, t): groundwater velocity
D (x, t): diffusion coefficient
ω: angular frequency of tide
: Effective porosity
: Longitudinal dispersion coefficient
: mth eigenfunction
: mth gambling
: forward variables of the m-th GITT
: rth eigenfunction
: r-th gambling
Sr (t): forward variance of rth GITT
: Kronecker's Delta
S (T): forward vector of GITT
Claims (15)
개념 모형도를 설정하는 단계;
조류 변동에 의해서 가변되는 지하수 수위 변동식을 규정하는 단계;
상기 지하수 수위 변동식을 미분해서 지하수 속도[v(x,t)]를 획득하는 단계;
상기 지하수 속도를 이용하여 확산 계수[D(x,t)]를 획득하는 단계;
일차원적인 이송 확산식인 지배 방정식을 규정하는 단계;
상기 지하수내 오염물의 초기 조건식을 규정하는 단계;
상기 개념 모형도의 내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계 조건식을 규정하는 단계;
상기 개념 모형도의 해안가에 해당하는 왼쪽 경계 조건식을 규정하는 단계;
상기 지배 방정식에 적분 연산자인 을 적용하고, 그린(Green) 이론, 상기 지하수내 오염물의 초기 조건식, 오른쪽 경계 조건식 및 왼쪽 경계 조건식을 적용하여 상기 지배 방정식을 변환하는 단계;
GITT의 전향 변환식을 규정하는 단계;
상기 GITT의 후향 변환식을 규정하는 단계;
상기 후향 변환식을 상기 지배 방정식 변환 단계에서 획득된 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계;
상기 대입 단계의 결과식을 M개 항을 가진 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계;
상기 콤팩트한 행렬 형태 표현 단계의 결과식의 해석해를 선형 이론에 따라 계산하는 단계;
상기 계산된 해석해의 지수 함수 내의 행렬은 MATLAB7의 expm() 함수를 이용하여 계산하여서 전향 변수인 S(t)를 획득하는 단계;
상기 S(t)로부터 상기 후향 변환식을 이용하여 상기 지하수내 오염물 농도인 c(x, t)를 획득하는 단계; 및
상기 표시부에서 상기 c(x, t)에 대한 데이터를 입력받아 지하수내 오염물 농도를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.A method for displaying the concentration of contaminants in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area by the pollutant concentration calculation unit using the GITT technique and displaying through the display unit,
Establishing a conceptual model diagram;
Defining a groundwater level variation variable that is varied by algae variation;
Obtaining the groundwater velocity [v (x, t)] by differentiating the groundwater level variation;
Obtaining a diffusion coefficient [D (x, t)] using the groundwater velocity;
Defining a governing equation that is a one-dimensional transfer spreading equation;
Defining an initial condition formula of the contaminants in the groundwater;
Defining a right boundary condition equation corresponding to an inland side of the conceptual model diagram;
Defining a left boundary condition equation corresponding to the coast of the conceptual model diagram;
In the governing equations, Transforming the governing equation by applying the Green theory, the initial condition equation of the contaminants in the groundwater, the right boundary condition equation and the left boundary condition equation;
Defining the forward conversion equation of GITT;
Defining a backtranslation equation of the GITT;
Assigning the backward conversion equation to a conversion equation of the governing equation obtained in the governing equation conversion step;
Expressing the resultant expression of the substitution step in the form of a compact matrix having M terms;
Calculating a solution expression of a result expression of the compact matrix form representation step according to a linear theory;
Calculating a matrix in an exponential function of the computed analysis solution using an expm () function of MATLAB 7 to obtain a forwarding variable S (t);
Obtaining a contaminant concentration c (x, t) in the groundwater from the S (t) using the backward conversion equation; And
And displaying the pollutant concentration in the groundwater by receiving data on the c (x, t) from the display unit.
상기 개념 모형도는
해안가에 해당하는 왼쪽 경계가 노이만 경계이고,
내륙 쪽에 해당하는 오른쪽 경계가 질량 유속률이 0인 경계조건을 갖고,
전체 영역의 길이가 L이고,
초기 오염물이 상기 해안가로부터 L1과 L1+L2사이에 위치하는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The conceptual model diagram
The left boundary corresponding to the coast is the Neumann boundary,
The right boundary corresponding to the inland side has a boundary condition with a mass flow rate of 0,
The length of the entire area is L,
Wherein the initial pollutant is located between L1 and L1 + L2 from the coastal area.
상기 지하수 수위 변동식은 다음의 수학식 1
[수학식 1]
[여기서, 은 해안가로부터 내륙 쪽으로 거리 x에서 시간 t에 따른 지하수 수위를 나타내고, 는 조류의 진폭이며, 은 조류의 주기를 나타내며, 는 대수층의 물리적인 계수로서 다음의 수학식 2
[수학식 2]
(여기서, 는 저류계수이고, 는 투수계수임)
로 표현됨]
로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The groundwater level variation equation is expressed by the following equation 1
[Equation 1]
[here, Indicates the groundwater level according to the time t from the distance x from the coast to the inland, Is the amplitude of the bird, Represents the cycle of the bird, Is the physical coefficient of the aquifer,
&Quot; (2) "
(here, Is a storage coefficient, Is the permeability coefficient)
Expressed as]
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 지하수 속도[v(x,t)]는 다음의 수학식 3
[수학식 3]
[여기서, , 이며, ω는 조석의 각 진동수이며, 는 유효공극율임]
과 같이 획득되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The groundwater velocity [v (x, t)] is calculated by the following equation
&Quot; (3) "
[here, , Ω is the angular frequency of the tide, Is the effective porosity]
A method of indicating the concentration of contaminants in groundwater due to tidal fluctuations in a coastal area,
상기 확산 계수[D(x,t)]는 다음의 수학식 4
[수학식 4]
[여기서, , 이며, 은 종분산 계수임]
와 같이 획득되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The diffusion coefficient [D (x, t)] is calculated by the following equation 4
&Quot; (4) "
[here, , Lt; Is the longitudinal dispersion coefficient]
A method of indicating the concentration of contaminants in groundwater by variation in tide in a coastal area,
상기 지배 방정식은 다음의 수학식 5
[수학식 5]
로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The governing equation is expressed by the following equation 5
&Quot; (5) "
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 지하수내 오염물의 초기 조건식은 다음의 수학식 6
[수학식 6]
[여기서, F(x)는 초기 오염물 농도 분포 함수식을 나타냄]
으로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법. The method according to claim 1,
The initial condition equation of the contaminants in the groundwater is expressed by the following equation 6
&Quot; (6) "
[Where F (x) represents the initial pollutant concentration distribution function formula]
Of the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 오른쪽 경계 조건식은 다음의 수학식 7
[수학식 7]
로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법. The method according to claim 1,
The right boundary condition equation is expressed by the following equation 7
&Quot; (7) "
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 왼쪽 경계 조건식은 다음의 수학식 8
[수학식 8]
로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The left boundary condition equation is expressed by the following equation 8
&Quot; (8) "
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 지배 방정식 변환 단계에서 변환된 결과식은 다음의 수학식 9
[수학식 9]
[여기서, 이고, 는 m번째 고유함수이며, 는 m번째 노름임]
로 나타내어지는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The resultant expression converted in the governing equation conversion step is expressed by the following equation
&Quot; (9) "
[here, ego, Is an m-th eigenfunction, Is the m-th gambling]
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide of the coastal area.
상기 GITT의 전향 변환식은 다음의 수학식 10
[수학식 10]
[여기서, 는 m번째 GITT의 전향 변수임]
으로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The forward conversion equation of the GITT is expressed by the following equation 10
&Quot; (10) "
[here, Is the forward variable of the m-th GITT]
Of the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 GITT의 후향 변환식은 다음의 수학식 11
[수학식 11]
로 규정되는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The backward conversion equation of the GITT is expressed by the following equation 11
&Quot; (11) "
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 지배 방정식의 변환식에 대입하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 12
[수학식 12]
[여기서, 이고, 는 r번째 고유함수이며, 는 r번째 노름이며, Sr(t)는 r번째 GITT의 전향 변수임]
와 같이 나타내어지는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The resultant expression at the step of substituting into the conversion equation of the governing equation is expressed by the following equation 12
&Quot; (12) "
[here, ego, Is an r-th eigenfunction, Is the r-th gambling, and S r (t) is the forward variable of the r-th GITT.
The method of indicating the pollutant concentration in the groundwater due to the fluctuation of the tide in the coastal area.
상기 콤팩트한 행렬 형태로 표현하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 13
[수학식 13]
[여기서, 는 크로네커의 델타이고,
이고,
이며,
임]
과 같이 나타내어지는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The resultant expression in the step of expressing in the form of the compact matrix is expressed by the following equation 13
&Quot; (13) "
[here, Is the Kronecker's delta,
ego,
Lt;
being]
The method for indicating the concentration of contaminants in the groundwater by the fluctuation of the tide of the coastal area is as follows.
상기 선형 이론에 따라 계산하는 단계에서의 결과식은 다음의 수학식 14
[수학식 14]
[여기서, S(T)는 GITT의 전향변수 벡터이고, 임]
로 나타내어지는, 해안지역의 조수변동에 의한 지하수내 오염물 농도 표시 방법.The method according to claim 1,
The resultant expression in the step of calculating according to the linear theory is expressed by the following equation 14
&Quot; (14) "
Where S (T) is the forward vector of GITT, being]
Of the pollutant concentration in the groundwater due to fluctuation of the tide of the coastal area.
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