Dong Hyun Kim;Hyung Jun Park;Young Jun Bang;Seung Oh Lee
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.4
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pp.45-59
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2023
The global focus on mitigating climate change has traditionally centered on carbon dioxide, but recent attention has shifted towards methane as a crucial factor in climate change adaptation. Natural settings, particularly aquatic environments such as wetlands, reservoirs, and lakes, play a significant role as sources of greenhouse gases. The accumulation of organic contaminants on the lake and reservoir beds can lead to the microbial decomposition of sedimentary material, generating greenhouse gases, notably methane, under anaerobic conditions. The escalation of methane emissions in freshwater is attributed to the growing impact of non-point sources, alterations in water bodies for diverse purposes, and the introduction of structures such as river crossings that disrupt natural flow patterns. Furthermore, the effects of climate change, including rising water temperatures and ensuing hydrological and water quality challenges, contribute to an acceleration in methane emissions into the atmosphere. Methane emissions occur through various pathways, with ebullition fluxes-where methane bubbles are formed and released from bed sediments-recognized as a major mechanism. This study employs Biochemical Methane Potential (BMP) tests to analyze and quantify the factors influencing methane gas emissions. Methane production rates are measured under diverse conditions, including temperature, substrate type (glucose), shear velocity, and sediment properties. Additionally, numerical simulations are conducted to analyze the relationship between fluid shear stress on the sand bed and methane ebullition rates. The findings reveal that biochemical factors significantly influence methane production, whereas shear velocity primarily affects methane ebullition. Sediment properties are identified as influential factors impacting both methane production and ebullition. Overall, this study establishes empirical relationships between bubble dynamics, the Weber number, and methane emissions, presenting a formula to estimate methane ebullition flux. Future research, incorporating specific conditions such as water depth, effective shear stress beneath the sediment's tensile strength, and organic matter, is expected to contribute to the development of biogeochemical and hydro-environmental impact assessment methods suitable for in-situ applications.
Kim, Gwang Soo;Jung, Dong Gyu;Kim, Young Do;Park, Yong Sung
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.4
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pp.365-376
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2021
In general, domestic streams and rivers are composed of alluvial rivers consisting of sand and gravel beds. These rivers can cause erosion and riverbed changes due to sudden changes in flow rates, such as floods, torrential rains, and heavy rains. In particular, there are various types of erosion, such as contraction erosion caused by changes in river shape, or local erosion occurring around obstacles such as piers, abutments or embankments. In addition, river changes can occur in various forms, such as static or dynamic periods, due to limitations such as flow rate, velocity, and shear stress. This study focused on the erosions of embankments directly related to human casualties among various river structures, and evaluated limit velocities and critical shear stress in order to identify changes in strength of natural materials by identifying the characteristics of natural hoan materials and resistance to erosions. In particular, the limitations of materials according to the type of materials in the river, characteristics of particles, and size of particles were studied using Soil loss, which is a change in the volume of the revetment material, and it is intended to be used as basic data for river design and restoration.
In order to analyze wave propagation, tidal current, and sediment transport in the vicinity of the Gaeya open channel, it was classified into before(CASE1W) and after(CASE2W) installation of various artificial structures, and the calculation results for CASE1W and CASE2W were compared. For wave propagation, the results of incident and reflected waves were derived using the SWAN numerical model, and the tidal current velocity results were derived using the FLOW2DH numerical model for tidal current. The results of the SWAN numerical model and the FLOW2DH numerical model became the input conditions for the SEDTRAN numerical model that predicts sediment transport, and the maximum bed shear stress and suspended sediment concentration distribution near the Gaeya open channel were calculated through the SEDTRAN numerical model. As a result of the calculation of the SWAN numerical model, the wave height of CASE2W was increased by 40~50 % compared to CASE1W because the incident wave was diffracted and superimposed and the reflected wave was generated by about 7 km long northen jetty. As a result of the calculation of the FLOW2DH numerical model, According to the northen breakwater, the northen jetty and Geumrando, CASE2W was calculated 10~30 % faster than CASE1W in the tidal current of the Gaeya open channel. As a result of the calculation of the SEDTRAN numerical model, the section where the maximum bed shear stress is 1.0 N/m2 or more and the suspended concentration is 80mg/L or more was widely distributed in the Gaeya open channel from the marine environment by the complex wave field(incident wave, reflected wave and tidal wave) and the installation of various artificial structures. it is believed that a sedimentation phenomenon occurred in the Gaeya open channel.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.2
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pp.73-78
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2010
Wave energy is dissipated mainly by friction on the seabed until the waves reach the surf zone. Many researchers have investigated the mechanism of wave friction and the bottom shear stress induced by wave motion at a certain point is now well estimated by introducing the wave friction factor related to the near bed velocity given by linear wave theory. The variation of wave energy or wave height over a long distance can be, however, estimated by an iteration process when the propagation of waves is strongly influenced by bed friction. In the present study simple semi-theoretical equation has been developed to compute the variation of wave height for the condition of wave propagation on a constant beach slope. The ratio of wave height is determined by the product of shoalng factor and wave height friction factor (frictional wave energy dissipation factor). The wave height estimated by the new equation is compared with the wave height estimated by the solution of numerical integration for the condition that the waves propagate on a constant slope.
The purpose of this study is to simulate the transport of nonuniform sediment considering the hiding-exposure effect numerically. In order to calculate the transport of multi-disperse suspended sediment mixtures, the set of advection-diffusion equations for each particle class is solved. The applicability of the numerical model is examined by comparing the simulation results with experimental data. In this study, we calculate the vertical distribution of total concentration of sediment particles using two approaches: (1) by considering the mixture as represented by a single size; and (2) by combining the concentration of the sediment corresponding to several particle size classes; From the simulation results, it is shown that both approaches calculate reasonable results due to the narrow range of size distribution. Under the condition of nonuniform sediment, the critical shear stress of the sediment particle is influenced by the size-selective entrainment, i.e., hiding-exposure effect. It is shown in this study that the effect of hiding-exposure effect on the erosion rates of fine sand is negligibly small.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.10
no.3
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pp.839-844
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2024
This study analytically analyzed the impact of underground structure displacement behavior on track damage due to adjacent excavation work, ground deterioration, and changes in groundwater level. The concrete track that was the subject of the study was analyzed for sleeper floating track(STEDEF) and precast concrete slab track(B2S). Sleeper floating track is a track structure in which the concrete bed and sleepers are voided. precast concrete slab track is a track structure that induces the elastic behavior of the rail by assembling rails and fasteners using slabs. For numerical analysis, each concrete track, from rail to concrete bed, was modeled as three-dimensional elements. In addition, the displacement behavior of the underground structure was set as a variable to analyze the damage effect on the concrete bed. Using numerical analysis, the concrete bed stress due to uplift and subsidence was analyzed, and the level of crack effect was analyzed by comparing it to the tensile strength and shear strength. As a result of the analysis, it was found that the sleeper floating track was more vulnerable than the precast concrete slab track when the same uplift and subsidence occurred. In addition, uplift and subsidence, it was analyzed that the cracks range in the sleeper floating track was large.
Along with the advanced construction technologies, the maximum size of coarse aggregate used for dam construction ranges from several cm to 1m. Testing the original gradation samples is not only expensive but also causes many technical difficulties. Generally, indoor tests are performed on the samples with the parallel grading method after which the results are applied to the design and interpretation of the actual geotechnical structure. In order to anticipate the exact behavior characteristics for the geotechnical structure, it is necessary to understand the changes in the shear behavior. In this study, the Large Triaxial Test was performed on the parallel grading method samples that were restructured with river bed sand-gravel, with a different maximum size, which is the material that was used to construct Dam B in Korea. And the Stress - Strain characteristics of the parallel grading method samples and the characteristics of the shear strength were compared and analyzed. In the test results, the coarse-grained showed strain softening and expansion behavior of the volume, which became more obvious as the maximum size increased. The internal angle of friction and the shear strength appeared to increase as the maximum size of the parallel grading method sample increased.
Kwon, Do Hyun;Park, Sung Sik;Baek, Kyung Won;Song, Jai Woo
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2004.05b
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pp.957-960
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2004
From a water-environmental point of view, with a change of understanding and concern about vegetation, it changes that vegetation acts as stability of channel and bed, providing habitats and feed for fauna, and means improving those with appreciation of the beautiful but resistant factor to the flow So, it becomes important concern and study subjects that turbulent structure by vegetation, shear stress and transport as well as roughness and average velocity by vegetation. But from a hydraulic point of view, vegetation causes resistance to the flow and can increase the risk of flooding, Therefore, this thesis concern the flow characteristics in vegetated open channels. According to the experimental results, $z_0$ was on an average $0.4h_p$ in a vegetated open channel. So, the elevation corresponding to zero velocity in a vegetated channel was the middle of roughness element. The limit for logarithmically distributed profile over the roughness element was from $z_0$ to $0.80h_{over}$ for a vegetated channel. Among the existing theory, the method of Kouwen et al.(1969), Haber(1982), and El-Hakim and Salama(1992) except Stephan(2001) gave a very good value compared to the measured velocity profile.
Active carbon which has the smallest bulk and wet density was found as the best support media among 4 different kinds of materials(celite, natural zeolite, Pusuk stone, active carbon) to make a proper fluidized-bed with small energy consumption. Its minimum and optimum fluidization velocity were found as 0.03cm/sec and 0.25cm/sec, respectively. As organic loading rate for methane fermentation was increased, CODcr removal efficiencies of all the media were decreased. But, CODcr, removal efficiencies of active carbon was maintained more than 90% in this experimental range of the organic loading rate. Larger amount of microorganism was adsorbed on the active carbon which has very high specific surface area. At the organic loading rate of 16g CODcr,/l day, its adsorbed cell mass was 157mg/g. Comparing natural zeolite with roast celite, adsorbed cell mass did not increase in proportion to specific surface area of the media. Even though roast celite has the same specific surface area as the Pusuk stone, its organic removal ability was superior to that of the Pusuk stone, which explains that the relatively great surface roughness and the positive surface charge are important for cell adsorption. It was concluded that the support media for anaerobic fluidized reactor should have small wet density and small fuidization velocity, if possible, in order to increase cell adsorption by reducing the fluid shear stress.
This study investigated the flow characteristics in an annular flume with a free water surface using the Acoustic Doppler Velocimeter(ADV) in the laboratory. The flow was driven by the rotation of the inner cylinder in a way designed not to interfere with flocculation of cohesive sediments. The effect of the inner cylinder for the longitudinal velocities showed highest near the moving boundary and decreased towards the outer wall. At the lower longitudinal velocity, there was a peak in turbulent kinetic energy near the bed, whereas it moved upward to with increasing of the velocity. The longitudinal velocities estimated using the power law were in good agreement with the measured values than the values predicted by the log-law with roughness lengths. The average friction velocities evaluated by Reynolds shear stress were smaller than the values calculated using the log-law and power law when increasing the longitudinal velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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