• Journal of Korea Soil Environment Society
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• v.1 no.2
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• pp.91-101
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• 1996

In recent years, phytoremediation, the use of plants to detoxify hydrocarbons, has been a promising new area of research, particularly in situ cleanup of large volumes of slightly contaminated soils. There is increasing need for a mathematical model that can be used as a predictive tool prior to actual field implementation of such a relatively new technique. Although a number of models exist for solute-plant interaction in the vegetated zone of soil, most of them have focused on ionic nutrients and some metals. In this study, we developed a mathematical model for simulation of bioremediation of hydrocarbons in soil, associated with plant root systems. The proposed model includes root interactions with soil-water and hydrocarbons in time and space, as well as advective and dispersive transport in unsaturated soil. The developed model considers gas phase diffusion and liquid-gas mass exchanges. For simulation of temporal and spatial changes in root behavior on soil-water and with hydrocarbons, time-specific distribution of root quantity through soil was incorporated into the simulation model. Hydrocarbon absorption and subsequent uptake into roots with water were simulated with empirical equations. In addition, microbial activity in the rhizosphere, a zone of unique interaction between roots and soil microorganisms, was modeled using a biofilm theory. This mathematical model for understanding and predicting fate and transport of compound in plant-aided remediation will assist effective application of plant-aided remediation to field contamination.

• Proceedings of the Korean Society for Bio-Environment Control Conference
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• 2001.04b
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• pp.31-33
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• 2001

잠열축열 그린하우스 난방 시스템의 난방특성을 분석하기 위하여 이에 대한 열평형 이론을 정립하고 수치해석에 의하여 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 개발하고자 잠열축열 그린하우스 난방 시스템의 열저항 회로망을 구성하였다. 그리고 그린하우스의 피복재, 내부 공기, 토양표면, 잠열 축열재와의 열평형 방정식을 구성하였으며, Newton-Raphson반복법을 이용하여 수치해석을 하였고, 실험 분석을 통하여 수치해의 타당성을 검증하였다. 시뮬레이션 모델을 위하여 C언어를 사용하였으며, 겨울철 (11월-2월)의 기후 조건이 유사한 여러 날을 선정하여 온도, 태양강도, 상대습도, 토양 수분함량 등을 자료로 하여 모델링을 하였다. 여기에 사용된 토양 조건은 사양토로 건조한 상태를 유지하였다. 이상과 같은 분석에 의하여 그린하우스내 경시적 공기온도 변화와 열전달 현상의 실험치와 이론분석 결과가 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.8 no.1
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• pp.32-43
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• 2021

Multichannel automated chamber systems (MCACs) were developed for the continuous monitoring of soil CO2 efflux in forest ecosystems. The MCACs mainly consisted of four modules: eight soil chambers with lids that automatically open and close, an infrared CO2 analyzer equipped with eight multichannel gas samplers, an electronic controller with time-relay circuits, and a programmable logic datalogger. To examine the stability and reliability of the developed MCACs in the field during all seasons with a high temporal resolution, as well as the effects of temperature and soil water content on soil CO2 efflux rates, we continuously measured the soil CO2 efflux rates and micrometeorological factors at the Nam-san experimental site in a Quercus mongolica forest floor using the MCACs from January to December 2010. The diurnal and seasonal variations in soil CO2 efflux rates markedly followed the patterns of changes in temperature factors. During the entire experimental period, the soil CO2 efflux rates were strongly correlated with the temperature at a soil depth of 5 cm (r2 = 0.92) but were weakly correlated with the soil water content (r2 = 0.27). The annual sensitivity of soil CO2 efflux to temperature (Q10) in this forest ranged from 2.23 to 3.0, which was in agreement with other studies on temperate deciduous forests. The annual mean soil CO2 efflux measured by the MCACs was approximately 11.1 g CO2 m-2 day-1. These results indicate that the MCACs can be used for the continuous long-term measurements of soil CO2 efflux in the field and for simultaneously determining the impacts of micrometeorological factors.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.458-458
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• 2017

증발산은 지표면으로부터의 증발이나 식물에 의한 증산에 의해 유역으로부터 물이 제거되는 주요 기작으로서, 유역 물수지 관점에서 보았을 때 강수량과 증발산량의 차이로부터 유출이나 함양되는 양을 추정할 수 있다. 제주도의 경우에는 수자원 이용량의 약 84%를 지하수에 의존하고 있으며, 한편으로 제주도의 지질학적 특성으로 인해 일정 규모 이하의 강수량은 지표유출이나 중간유출의 과정없이 대부분 지하로 침투되기 때문에, 증발산량을 정확하게 파악하는 것이 지하수 함양량의 추정과 제주도 전체 수자원 계획에 큰 영향을 주게 된다. 정확한 증발산량 파악을 위해서는 지속적인 관측과 전문적인 계측장비 등에 의한 직접적인 방법이 있으나 광범위한 유역 단위의 관측값을 확보하는 것이 현실적으로 어렵기 때문에, 물수지법, 열수지법, 공기역학적방법 및 조합방법 등의 간접적인 방법이 많이 활용되고 있다. 간접적인 방법으로 많이 활용되고 있는 Penman-Monteith 법은 일 단위 기반의 정확도 높은 증발산량을 추정할 수 있는 장점이 있으나, 작물생육단계 및 토양수분, 기상 등 많은 변수들에 대한 입력을 요구하고 있기 때문에 복잡한 모델링 과정을 수반하게 되는 단점을 내포하고 있다. 반면, Morton (1978)의 CRAE (Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)나 Priestly and Taylor (1973)의 AA (Advection-Aridity)와 같이 잠재증발산량과 실제증발산량간의 보완관계를 이용하는 방법은 지역적인 인자 또는 가용 수분에 대한 조건없이 몇 가지 기상자료만으로 유역의 증발산량을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 제주도 지역의 4개 하천유역(한천, 천미천, 강정천, 외도천)을 대상으로, Penman-Monteith 법을 적용한 SWAT 모델링를 통해 얻어진 유역의 실제증발산량과 잠재증발산량으로부터, 고도에 따른 기상특성을 반영하여 증발산 보완관계를 검토하였다.

• The Korean Journal of Quaternary Research
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• v.14 no.1
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• pp.57-63
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• 2000

A simulation model was used to examine the effects of climate variation on the tree-ring structure of Larix leptolepis trees growing at a plantation plot in Worak National Park in central Korea. The model uses mathematical equations to simulate processes affecting cell(tracheid) size variations for individual rings using daily precipitation and temperature measurements. Limiting conditions are estimated from temperature, day length and a calculated water balance. The results indicate that the seasonal growth is mostly limited by the soil moisture content and precipitation income during April and May. The April-May temperature also inversely influences the growth by increasing water losses from soil. The global climate-change scenario which includes regional warming(increasing temperature in spring-summer periods) appears to decrease the duration of optimal growths. Consequently, the model estimated that Larix leptolepis would lose the total production of xylem by 25%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.590-590
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• 2015

본 연구는 집중호우에 의한 홍수예측 및 소유역의 유출거동에 대한 수문학적 민감성(susceptibility) 규명을 목적으로 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 분석하여 유역의 유출거동 민감성을 표출할 수 있는 노모그래프를 개발하였다. 개별 홍수사상에 대한 유출거동 특성 분석을 위하여 한국건설기술연구원의 대표 시험유역인 설마천 유역의 과거 17년간(1996 ~ 2012)의 10분 간격의 강우량 및 유출량 자료를 수집하여 홍수유출해석을 수행하였다. 설마천 시험유역의 일누가강우량 100mm 이상, 50개 홍수사상에 대한 홍수유출해석은 유역 물순환 해석모형인 CAT(Catchment hydrological cycle Assessment Tool)을 이용하였으며 모의결과를 바탕으로 홍수사상별 지체시간, 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 상세히 분석하였다. 이 중에서도 지체시간은 유역반응을 나타내는 시간변수로서 수문모델링 및 홍수량예측에 매우 중요한 요소이다. 특히, 강우량에 대한 홍수량의 반응이 빠른 소유역의 경우에 홍수량예측에 큰 영향을 미친다. 따라서 강우강도, 지속기간, 토양포화도의 변화량에 대한 지체시간의 거동을 R 프로그래밍 언어 및 3D Surfer를 이용하여 분석한 후 최종적으로 소유역의 홍수유출 특성을 나타내는 3차원 홍수 유출특성 노모그래프를 개발하였다. 분석에 사용된 R 프로그래밍 언어는 통계 계산과 그래픽을 위한 프로그래밍 언어이자 소프트웨어 환경으로 데이터의 조작 및 수치연산, 시각화를 수행할 수 있는 기능을 여러 패키지를 통해 구현할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 R을 이용하여 10분 단위의 강우 및 유출량 자료를 1시간 및 1일 자료로 구축하고 17년간의 과거 홍수사상을 분리하여 추출하는 R 홍수유출해석 시스템을 개발하였으며 추출된 홍수사상을 관측 유출량 및 관측 토양수분을 포함하여 시각화함으로써 강우 및 토양수분 변화에 따른 소유역의 유출거동 민감성을 확인할 수 있었다. 분석 결과, 지체시간은 강우지속기간 및 토양포화도에 민감한 거동특성을 나타냈으며 토양포화도는 첨두홍수량의 변화에 민감한 영향을 주는 것으로 확인되었다. 개발된 3차원 홍수유출특성 노모그래프는 유역의 규모 및 지형물리학적 특성에 따라 다양하게 나타날 것으로 판단되며 여러 계측유역에 적용함으로써 유역별 홍수유출 반응특성을 정량화할 필요가 있다. 즉, 강우강도, 지속기간, 지체시간, 포화도 등의 변화에 따른 유역의 홍수유출 반응특성을 규명함으로써 미계측 유역의 홍수량예측 실무에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.412-412
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• 2022

지속가능한 물관리를 위해서는 강우, 수문학적 반응의 동적 순환과 생공업 및 농업 기반시설과 같은 관리 조치에 사용되는 물을 포함한 가용수(Available Water)의 시공간적 영향을 파악할 수 있어야 한다. 가용수의 구성요소를 파악하기 위해 블루워터와 그린워터의 개념이 제안되었다. 블루워터는 강수로 인해 형성된 지표수, 지하수 및 호수·저수지의 저류량을 포함하며, 그린워터는 강수로부터 불포화 토양층에 저장된 토양수분과 수역, 초목에서 대기 중으로 방출되는 증발산을 말한다. 블루워터와 그린워터를 산정하기 위해서는 동적 수자원과 인적 요소에 의존되는 수자원을 정확하게 구별해야 하며 물 가용성 평가를 용이하게 하는 통합 기반 개념의 수문학적 모델이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 5대강을 대상으로 각 유역의 가용수량의 변화를 파악하기 위해 각 유역별 블루워터와 그린워터를 평가하고자 하였다. 5대강 유역의 장기간 변화와 광범위한 분석을 위해 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 수문모델링 결과를 활용하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 검보정을 위해 전체 기간(2005~2020) 중 모형의 보정(2005~2009) 및 검증(2010~2017)기간을 설정하였으며, 각 유역의 다목적댐과 다기능 보의 실측방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였다. 검보정된 SWAT 결과를 활용하여 블루워터와 그린워터를 분류하였으며 가용수량을 평가하는 방법을 제시하였다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.25-30
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• 2006

When wet soil overlies dry soil, which can be found in the infiltration test, the radar wave is not attenuated and guided within wet soil layer. This phenomenon is known to be the dispersive guided wave and happens when the thickness of upper wet layer is less than or comparable to the wavelength of radar wave. In this study, we have conducted the FDTD modeling and obtained the velocity dispersion curve to identify the dispersive guided wave through F-K analysis. This guided wave can be explained by modal propagation theory and a simple inversion code was developed to obtain the two layer's dielectric constants as well as layer thickness. By inverting the dispersion curve from synthetic modeling data, we could obtain the accurate dielectric constants and layer thickness. Moreover, we could enhance the accuracy by including the higher mode data. We expect this method will be very useful to get the quantitative property of subsurface when the condition is similar.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.385-385
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• 2011

유역 스케일의 실제 증발산량을 산정하는 대표적인 방법으로 관측 강우량과 유출량의 관계로부터 증발산량을 간접적으로 추정하는 물수지(water balance)법, 증발력과 토양수분량의 변화량 (soil moisture accounting)을 고려한 유역 수문모델링을 이용하는 방법, 잠재 증발산량과 실제 증발산량간 보완관계식(complementary relationship)을 이용하는 방법 등이 있다. 물수지법은 관측치를 기반으로 한다는 점에서 신뢰도가 높다고 할 수 있으나, 기본적으로 유역 저류량의 변화를 무시하기 때문에 연 단위와 같이 긴 시간 스케일에 적용 가능하고 작은 시간 스케일에는 적용성이 떨어진다. 유역 수문모델링을 이용하는 방법은 기상, 토양 및 식물 조건을 모두 고려하는 방법으로 유역의 불균질성을 반영할 수 있고 일 단위 등의 비교적 작은 시간 스케일에 대해서도 증발산량을 산정할 수 있는 장점이 있으나, 수많은 입력자료가 필요하며 간접적인 추정 방식이기 때문에 모형의 정확한 검증과 상당한 숙련도가 뒷받침되어야 한다. 잠재 증발산량과 실제 증발산량간 보완관계식을 이용하는 방법은 토양이나 식물 등의 지표면 조건에 대한 정보를 필요로 하지 않으며 단지 기상자료만을 이용하는 방법으로 적용하기 쉽다는 장점이 있으나 잠재 및 실제 증발산량간의 보완피드벡 매카니즘이 존재한다는 가정이 수반되어 있어 적용시 이를 입증해야 하는 어려움이 있다. 이 처럼 각기 장단점을 가진 여러 방법으로 증발산량을 산정하고 있지만, 각 방법 간의 연결고리를 맺는 연구는 심도 있게 수행되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 상기 언급한 증발산량 산정 방법 중 보완관계식을 이용하는 방법과 유역수문모형에 의한 방법 간의 연관성을 평가하고자 하였으며, 이를 위해 충주댐 상류유역에 대해서 SWAT-K에 의한 증발산량 모의치가 보완관계식을 따르는 지에 대해 고찰하였다. 모의기간동안 계산된 잠재 및 실제 증발산량을 습윤지수(humidity index)에 따라 함께 도시해본 결과, 연 단위의 경우에는 건조할수록 잠재 증발산량은 점차 커지고 실제 증발산량은 작아지는 것으로 나타나 보완관계가 성립하였고, 월 단위 경우에는 강우에 비해서 비교적 증발산량이 큰 5, 6월에 가장 명확한 관계가 보여 늦은 봄과 초여름에 보완적 관계가 뚜렷하게 발생하는 반면에 동절기에는 보완관계가 성립하지 않는 것으로 나타나는 등 분석 단위기간별로 보완관계의 성립여부를 판별할 수 있었다.

• Geophysics and Geophysical Exploration
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• v.9 no.4
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• pp.304-315
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• 2006

We have examined the applicability of f-k analysis to the GPR direct wave measurement for water content to characterize vadose zone condition. When the vadose zone consists of a dry surface layer over wet substratum, we obtained f-k spectra where most of the energy is bounded by the air and dry soil velocities. In this case, dry soil velocity was successfully estimated by using high frequency data. On the other hands, when wet soil overlies dry substratum, the f-k spectra show a contrasting response where most of the energy travels with the velocity bounded by dry and wet soil velocities. In this case, the radar waves are trapped and guided within wet soil layer, exhibiting velocity dispersion. By adopting modal propagation theory, we could formulae a simple inversion code to find two layer's dielectric constants as well as layer thickness. By inverting the velocity dispersion curve obtained from f-k spectra of synthetic modeling data, we could obtain good estimates of dielectric constants of each layer as well as first layer thickness. Moreover, we could obtain more accurate results by including the higher mode data. We expect this method will be useful to get the quantitative property of real subsurface when the field condition is similar.