• 지질공학
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• 제20권2호
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• pp.137-146
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• 2010

강우시 침투량 산정을 위하여 일반적으로 기존의 침투능 산정식인 Horton 공식 및 Green-Ampt 공식으로 지반 내 침투능을 산정해 왔다. 하지만, 실제 강우로 인한 지반 침투는 연속적으로 침투가 이루어지므로, 이와 같은 불연속적인 침투량 산정공식의 단점을 보완하고자 연속적인 침투능 산정공식을 새로이 유도하여, 침투능 및 침투량을 비교 분석하고자 하였다. 유도된 식 및 기존의 침투공식을 검증하기 위한 침투실험을 행하여 각 식의 결과들을 비교 분석하였다. 함수비 혹은 포화도의 함수인 불포화투수계수는 직접적으로 침투능 및 침투량에 영향을 끼치므로, 새로이 유도된 식은 침투과정에 따른 불포화투수계수의 변화를 이용하여 보다 정확한 침투능 및 침투량을 산정하고자 하였으며, 침투로 인한 구조물의 안정 및 지하수 거동을 보다 정확히 해석하기 위한 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.796-800
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• 2009

토목구조물 및 사면의 붕괴는 집중호우가 내리는 경우 많이 발생하고 있으며, 특히 사면에서는 붕괴까지의 변형이 급속히 진행되어 이를 사전에 예방하기는 매우 어려운 현실이다. 침투 및 배수과정에서의 사면 붕괴는 강우침투로 인한 지반의 물리적 특성변화가 직접적으로 사면의 안전계수 변화에 영향을 주는 것으로 판단되며, 이때 발생하는 물리적 특성변화로는 침투시 사면 내 지반의 단위 중량은 증가하여 전단응력의 증가 및 전단강도 감소현상이 발생하며, 이와 반대로 사면 내 배수로 인하여 전단응력의 감소 및 전단강도의 증가현상이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 강우침투로 발생하는 지반의 포화도 변화를 지반 내 투수계수의 함수로 설명하여 강우로 인한 지반의 침투 및 배수과정을 규명하고자 한다. 일반적으로 지반 내 지하수의 침투과정은 라플라스 공식을 적용한다. 그러나 라플라스 공식은 정상 상태(Steady State)일 경우에만 사용할 수 있고, 강우 등으로 인한 지하수의 수두 변화가 발생한 비정상 상태(Unsteady State)의 경우에는 부적합하므로 사면과 옹벽 등의 토질구조물에서는 안전성 변화를 계산할 수 없다. 이를 위해 사면 내 지반의 침투 및 배수과정을 투수계수의 함수로 나타내어, 강우의 침투과정을 Fourier Series, 변수분리법 및 섭동함수를 사용하여 식으로 유도함으로서 강우에 의한 지반의 침투 및 배수과정에 따른 사면 내 지하수의 분포를 예측한다. 침투과정 해석을 위하여 지표에서 포화대까지의 깊이 10m의 모델사면 및 지표부터 포화대까지의 포화도는 직선으로 비례한다는 가정을 적용한다. 먼저 푸리에 급수를 이용, 시간에 따른 온도를 열전달에 관하여 편미분하여 발생하는 열확산계수를 투수계수로 변환함에 따라 지하수의 시간과 수직방향거리에 대한 지반의 포화도를 산정한다. 변수분리법은 산정된 포화도에 지반의 초기조건과 경계조건를 고려하기 위해 적용하며, 변수분리법에 의해 산정된 지하수 분포를 섭동함수법으로 과도 및 정상상태로 분류한다. 본 연구의 수행으로 인해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, Fourier Series와 변수분리법, 섭동함수를 이용하여 강우에 의한 지반의 포화도 변화를 수식적으로 나타낼 수 있으며 둘째, 지반에서의 강우침투과정을 식으로 표현함으로서, 깊이별 시간에 따른 포화도의 영역이 상부로부터 하부로 전이되는 과정을 알 수 있다. 셋째, 푸리에 급수를 이용한 지반의 침투계산으로 강우로 인한 지반의 포화영역 및 불포화영역을 명확히 구분할 수 있으며, 각 깊이별 포화도를 계산하여 각 구간에서 불포화구간의 전단강도에 대한 보다 정확한 계산이 가능하리라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2023

강우가 지표면 아래로 침투할 때 초기에는 투수층이 불포화 상태이어서 부압이 작용하면서 침투할 것이다. Richards 식(Richards, 1931)을 써서 불포화 투수층의 침투를 모의할 수 있다. 강우가 지속되는 동안 하상 아래 어느 구간은 포화 상태가 되어 Richards 식을 더 이상 사용할 수 없다. 하지만 현재까지의 연구는 Richards 식을 사용하여 침투를 모의하는 오류를 범하고 있다. 강우에 의한 침투를 예측할 때 지표면에서의 침투율 q_b 가 필요한 데 현존하는 연구에서는 Horton 식(Horton, 1941)을 사용하여 초기 침투율 f_o 와 장시간 후 침투율 f_c 와 시간에 따라 지수함수로 감소하는 계수 k 의 3가지 계수값을 실험이나 현장 관측값에서 찾아서 쓰고 있다. 그런데, 이 계수값은 강우강도 r_i 가 클수록 침투율 q 가 커지는 물리 현상을 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구에서 먼저 포화 투수층에서의 침투를 모의하는 식을 개발하였다. 지표면 아래에서 불포화 투수층에는 Richards식을 사용하고 포화 투수층에는 개발한 식을 사용하여 침투를 모의하였다. 또한 지표면에서의 침투율 q_b 를 구하는 공식을 개발하였다. 하상에서의 침투율의 최대값은 $q_{bmax}=-{\lambda}{\sqrt{2g(s-b)}}$ 일 것이다. 여기서 λ 는 투수층의 공극율, s 는 유출수면의 위치, b 는 지표면의 위치이다. 지표면에서의 침투율의 최소값 q_bmin 은 지표면 바로 아래 지점에서의 침투율일 것이다. 지표면에서의 침투율 q_b 로 q_bmax 와 q_bmin 사이의 적절한 값을 선택한다. 강우강도를 r_i 라고 하면 지표면 위 유출수의 연속방정식은 다음과 같다: $s-b={\int}(r_i-{\mid}q_b{\mid})dt$. 즉, 유출수면의 위치 s 는 강우강도 r_i 가 클수록 또는 지표면에서의 유출율의 크기 |q_b| 가 작을수록 크다. 또한 지표면에서의 침투율 q_b 와 지표면 아래에서의 침투율 q 는 s - b 가 클수록 크다. 따라서, 강우강도 r_i 가 클수록 침투율 q_b, q 가 큰 현상이 잘 반영되었다. 강우-침투-유출 모형실험을 수행하여 강우강도에 따라 침투율과 유출량이 다른 현상을 관측하여 수치실험 결과와 비교·검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.387-391
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• 2011

국내에서 사면 붕괴의 직접적인 원인은 강우에 의한 것으로 볼 수 있으며, 강우침투에 따른 지하수위 상승과 간극수압 증가, 강우강도 크기에 직접적으로 영향을 받는 지표면 유출로 인한 사면의 표면토사 유출 및 얕은 사면붕괴로 나타난다. 본 연구에서는 강우로 인한 지반내 침투로 불포화토가 포화토로 변화는 과정에서 침투능을 산정하고자 기존의 침투공식을 검토하고 TDR 센서를 이용한 실내실험을 통한 침투능 산정공식을 제시하였다. 제시한 침투능 산정공식을 검증하기 위한 침투실험을 수행하여 결과를 비교 분석하였으며, 이론적 해석 및 실내실험에 의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 포화도 변화에 따른 TDR데이터 변화는 일정했으며 이를 회귀분석을 통하여 함수화하였고, 이 함수를 이용하여 지반의 포화도 및 함수비를 파악할 수 있었다. 둘째, 흡인수두항과 중력수두항이 결합된 연속적인 침투능 산정공식을 새로이 유도하였으며, 이를 이용한 결과와 TDR 센서를 이용한 실험결과와 거의 유사함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.905-905
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• 2012

현재 도시유역의 홍수피해를 경감시키기 위한 방안으로 우수유출 저감시설에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그러나 침투형 우수유출 저감시설의 경우 침투량 산정에 필요한 여러 인자 중 토성에 의해 저감 능력에 많은 차이를 보이고 있으며, 강우시 침투로 인한 토양내 함수비의 변화와 선행강우 조건 등에 의해 정량적인 분석이 어려워 활용도가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2009년 국립방재연구원에서 시행한 침투실험 자료의 조건과 동일하게 투수계수 및 형상이 다른 두 종류의 투수성 보도블록 A, B와 토양내 선행강우의 유무에 대하여 표 1과 같이 검증 케이스로 구분하고, 4 가지의 강우강도로 모의 조건을 설정한 후 불포화 투수층의 침투해석을 실시하고 실험결과를 이용하여 모의결과에 대한 검증을 시행하였으며, 모의 결과의 검증을 뒷받침하기 위하여 통계적인 적합도를 나타내는 평균제곱오차(RMSE), 평균편차비율(PBIAS), 모형 효율성 계수(NSE), 지속성 모형효율성 계수(PME)을 산정해 보았다. 검증 결과 그림 1과 같이 투수성 보도블록 B의 형태가 투수성 보도블록 A의 형태보다 적합도가 높게 나타났고, 50mm/hr의 강우강도에서 변동성이 크게 나타났으나, 50mm/hr를 제외한 나머지 강우조건에서 양호한 적합도를 보였으며, 선행강우가 있는 조건이 선행강우가 없는 조건에 비해 높은 적합도를 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권10호
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• pp.19-26
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• 2023

콘크리트 표면차수벽형 석괴댐의 기초지반을 통한 침투량 예측 방법을 제시하기 위해 침투량에 영향을 주는 수위, 댐 크기, 투수계수 등 다양한 조건을 고려한 수치해석을 실시하였다. 기초 그라우팅과 침투량의 관계에서는 그라우팅 재료의 투수계수와 암반 투수계수의 적정성이 침투량에 영향을 미치는 중요한 인자로 작용하였다. 또한 수치해석 결과 침투량이 초기에는 급격히 감소하다가 댐 면적이 증가함에 따라 완만하게 감소하는 경향을 보였다. 연구 결과를 통하여 다양한 매개변수를 고려한 수치해석 입력인자 및 결과가 댐의 설계 시 중요한 기초자료로 활용할 수 있으며 운영 및 유지관리 단계에서 합리적인 댐의 침투량을 산정하는 방법으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제16권1호
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• pp.14-19
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• 1983

포화투수계수(飽和透水係数) 측정방법(測定方法)을 상호비교(相互比較)하여 투수계수(透水係数)의 대양조사(大量調査)에 적합(摘合)한 실용적(実用的)인 측정방법(測定方法)을 선발(選拔)코자 본량(本良) 사양토(砂壤土)에서 침투계법(浸透計法), 역(逆)오가혈법(穴法) 및 코아시료법(試料法)을 비교(比較)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 침투계법(浸透計法)과 역(逆)오가혈법간(穴法間)에는 고도(高度)의 유의성(有意性)이 있는 회귀관계(回歸関係)가 성립(成立)되었으나 코아시료법(試料法)은 다른 두 방법(方法)에 대해서 전혀 상관(相関)을 나타내지 않았다. 2. 침투계법(浸透計法)에 의(依)해 측정(測定)된 투수계수(透水係数)는 약(約) 80~100분(分) 경과 후 측정(測定)된 한계침투속도(限界浸透速度)와 동일(同一)하였다. 3. 역(逆)오가혈법(穴法)은 5~6회(回) 반복(反覆) 측정(測定)한 값으로부터 안정(安定)된 투수계수(透水係数)를 얻었다. 4. 코아시료(試料)에 의한 침투계수(透水係数) 측정(測定)은 3시간(時間) 이상(以上) 투수(透水)시킨 뒤 얻은 침투계수(透水係数)가 비교적(比較的) 안정(安定)된 값을 나타내었다. 5. 역(逆)오가혈법(穴法)은 측정방법(測定方法)이 간단하고 실용성(実用性)이 높으며 특(特)히 조립질토양(粗粒質土壤)일수록 신뢰도가 높았다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.145-152
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• 2013

본 연구는 비점오염원 저감시설 중 침투시설의 유지관리에 관한 연구로서, 시설지내 여재의 투수계수 변화에 의한 침투율의 산정과 시설지로 유입되는 강우유출수의 저감효율을 통한 치환주기를 산정함과 동시에 시설지내 퇴적토 준설 주기를 산정하여 향후 시설의 효율과 성능을 향상시키기 위해 수행되었다. 현장투수시험과 실내투수시험은 각각 치환 전 후, 치환 후 4개월경과 후로 3회씩 총 9회 수행하였다. 저감효율은 2006년부터 2011년까지 TSS, BOD, CODmn, T-N, T-P의 각 항목별로 5년간 효율 변화가 검토되었다. 치환직후의 투수계수가 $1.07{\times}10^{-3}(cm/s)$, 1년 경과후의 투수계수가 $0.88{\times}10^{-3}(cm/s)$, 5년 경과후의 투수계수가 $0.3{\times}10^{-3}(cm/s)$으로 계산되었으며, 그에 따른 침투수량 또한 줄어드는 것으로 나타났다. 저감효율의 경우 전체적으로 효율이 낮아지는 추세를 보였으나 기존의 기대효율인 BOD 40%, SS 76%, T-N 39%, T-P 53%보다 효율이 높게 나타나는 것으로 나타났다. 따라서 최소한도인 $3.61{\times}10^{-4}(cm/s)$의 침투계수보다 5년이 지난 현재 시점의 침투계수가 높고 2010년 7월부터 2011년 7월까지 1년 동안 준설을 실시하지 않았음에도 불구하고 처리효율에 있어서 큰 차이를 보이지 않는 점을 고려 할 때 치환주기는 최소 5년 이상, 준설주기는 3개월에서 최대 1년 이상인 것으로 검토되었다.

• 지질공학
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• 제19권3호
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• pp.313-321
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• 2009

한강 유역의 강우량과 지하수위 관측 자료를 이용하여 강우이동평균을 이용하여 융설 효과와 한계침투량을 고려한 지하수위와의 상관관계를 분석하였다. 한강 유역에 위치한 14개 연구 지점을 분석해본 결과 관측소마다 다른 상관계수 및 지하수위의 변동을 볼 수 있었다. 지하수위의 계절적, 연도별 변동 추이 분석 결과 상관계수가 높게 나오는 지역일수록 계절적 특성을 따르는 지하수위의 변동을 보이는 것으로 나타났다. 상관관계 분석 결과 대체로 높은 상관계수를 얻을 수 있었으며 동일한 관측소의 암반층과 충적층의 상관계수도 큰 차이는 없었지만 대체로 암반층에서 조금 더 높은 값을 보여주었다. 유역평균 일최대침투량인 한계침투량을 고려하여 지하수위와의 상관관계를 분석한 결과 이동평균만을 이용한 상관관계 분석보다 더 큰 상관계수를 가지는 것으로 나왔다. 또한, 다른 유역에 비해, 적설량이 많은 한강 유역이므로 융설 효과를 고려할 때 더 높은 상관계수를 가지는 것으로 분석되었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.129-138
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• 2008

차수성이 요구되는 제체나 댐체에 대하여 안정성을 판단하고자 할 경우 파이핑 현상발생 여부를 검토한다. 제체나 댐체는 층 다짐을 수행하면서 축조되므로 투수성은 수평방향 투수계수($k_x$)와 연직방향 투수계수($k_y$)가 서로 다른 이방성이 될 수 있다. 본 연구에서는 여러 가지 투수계수 비(k-ratio=$k_y/k_x$k)에 따른 침투해석을 수행하여 유출동수경사와 침투유속을 파악하고, 이론식에 의한 한계동수경사와 경험식에 의한 한계유속과 각각 비교.검토하여 파이핑에 미치는 영향을 검토하였다. 연구결과 투수계수 비는 한계동수경사 개념으로 파이핑 현상발생에 대한 안정성을 검토할 경우 매우 중요한 요소로 작용하나, 한계유속 개념에 대해서는 상대적으로 중요도가 매우 낮은 것으로 확인되었다.