• 한국수자원학회논문집
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• 제53권3호
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• pp.167-179
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• 2020

최근 바이오폴리머 소재를 이용하여 자연 흙의 강도와 식생의 생장을 증진하는 새로운 제방 소재가 개발되었다. 본 연구에서는 바이오폴리머 혼합토를 친환경 제방 재료로 활용하기 위해 혼합토로 조성된 식생 매트의 한계 소류력을 평가하였다. 혼합토는 베타글루칸을 주재료로 모래와 황토를 혼합하여 조성하였다. 실규모 시험체를 제작하여 혼합토를 3 cm 도포하였으며 식생과 매트를 이용하여 4개의 시험체를 제작하였다. 실규모 실험에 의해 손상과 토양유실을 관측하여 한계 소류력을 결정하였다. 식생 호안의 특성상 식생의 피복도에 따라 영향을 받기는 하지만 식생이 활착된 경우 개략적으로 한계소류력 42 N/㎡, 한계유속 4 m/sec을 실험을 통해 확인하였다. 또한 매트공법이 적용된 경우에는 뿌리와 매트의 결합으로 침식저항성이 강화됨을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.645-653
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• 2021

바이오폴리머는 살아있는 유기체에 의해 생성되는 고분자 화합물의 통칭이다. 이 중 미생물의 부산물로 만들어지는 유기성 고분자 화합물인 잔탄, 베타글루칸 등은 물질의 점성을 높이는데 사용되는데 이를 물에 희석하여 모래나 진흙과 혼합하면 압축강도와 전단강도를 높일 수 있다. 본 연구에서는 특수하게 흙의 강도를 높이기 위한 목적으로 개발된 잔탄 및 베타글루칸 계열의 바이오폴리머와 흙을 혼합하여 제조한 배합토를 하천 제방 호안에 도포하고 겨울을 지낸 후의 변화를 3차원 지상 LiDAR를 활용하여 모니터링 하였다. 동절기 전후 지상 LiDAR 측량을 통하여 취득한 3차원 점군자료를 이용하여 테스트베드 주요 구간의 변화를 분석한 결과 바이오폴리머 배합토를 도포한 두 구간에서는 눈으로는 확인하기 어려울 정도로 변화가 없었던 반면 바이오폴리머 배합토를 사용하지 않은 자연제방 구간에서는 세류침식(Rill erosion)으로 인한 토양손실이 확인되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.304-313
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• 2019

미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열의 바이오폴리머는 식물 성장에 효과적이고 토양의 강도를 증진시키는 기능을 지니고 있어 하천 제방의 토양 보강 및 안정화 재료로서 활용이 가능하다. 본 연구의 목적은 분사 공법을 이용하여 바이오폴리머 신소재를 실규모 제방에 시공하는 경우 바이오폴리머에 의해 하천 제방 표면 토양의 강도 증진 및 식생 효과를 검증하는 것이다. 실규모 하천제방에서 바이오폴리머를 이용하여 제방 표면을 피복하였고, 혼합재료에 대한 강도 측정 결과 바이오폴리머를 처리한 구역에서 강도가 높게 나타났다. 그리고 큰김의털과 호밀풀을 대상으로 식물 생장을 조사하였으며, 두 식물종의 지상부 생장에 긍정적인 효과를 확인하였다. 반면 대상 식물종의 지하부 생장은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 감소하는 경향을 보였다. 바이오폴리머를 처리한 토양에서는 토양이 수분을 보유하는 능력이 증가하여 바이오폴리머로 처리로 인해 오히려 지하부 성장을 더디게 하는 것으로 판단된다. 본 연구의 결과에 따라 분사공법을 이용한 바이오폴리머 시공은 토양의 강도 증진 효과와 하천 제방의 녹화에 사용하기 충분한 것으로 판단된다. 그러나 하천 제방에 식재하는 광범위한 식물 종에 대한 바이오폴리머의 효과와 식물 종 별로 적정 바이오폴리머 농도에 대한 연구가 필요할 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권3호
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• pp.208-217
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• 2020

최근 미생물 유래 베타클루칸과 잔탄검을 주성분으로 하는 바이오폴리머는 제방 사면을 안정화할 뿐 만 아니라, 하천 식생의 생장을 촉진하는 친환경 신소재로 활발히 연구되고 있다. 그러나 다양한 환경요인과 개체간 경쟁관계가 존재하는 제방 환경에서 바이오폴리머가 식물 군집에 주는 영향은 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 바이오폴리머의 실제적인 생태성 평가를 목적으로, 바이오폴리머가 식물 생장 촉진에 미치는 영향을 제방 환경에서 확인하고, 경쟁관계가 식물 군집 형성에 미치는 영향을 고려하여 경쟁조건에 따른 바이오폴리머 효과도 조사하였다. 연구 목적을 위하여 4종의 식물종 (돌피, 수크령, 익모초 그리고 큰금계국)을 대상으로 전라남도 담양군 삼지교 부근의 자연 제방 (20 m × 10 m)에서 종내/종간 경쟁 조건에 따른 바이오폴리머 효과를 실험하였다. 바이오폴리머 처리는 바이오폴리머 분말, 물, 일반 상토를 일정 비율로 혼합한 바이오폴리머 혼합토를 화분에 채우거나 일반상토 화분의 표면에 3 cm 두께로 도포하는 방법이 사용되었다. 경쟁 조건과 관계없이 바이오폴리머 처리로 대상 식물종들의 뿌리 생육이 촉진되었고 잎의 건중량 대비 엽면적이 감소하였다, Ehgks 수크령의 총 생물량과 지상부 건중량이 증가하였다. 대상종들의 총생물량과 지상부 건중량은 경쟁조건에서 대조구에 비해 감소하였지만, 이러한 경쟁 효과는 모든 바이오폴리머 처리군에서 유사하게 나타났다. 따라서 바이오폴리머는 토양과 혼합되었을 때 일부 식물종의 생장을 촉진시키지만, 식물의 경쟁능력에는 영향을 주지 않는 것으로 보인다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권3호
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• pp.163-170
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• 2019

신설 제방의 사면 안정화를 위해 사용하는 토목 자재는 완공 이후 유입되는 식생의 종류 및 생장에 큰 영향을 미친다. 최근 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열 바이오폴리머가 식물의 생육을 촉진시킬 수 있는 새로운 친환경 제방 사면 안정화 물질로 주목 받고 있다. 본 연구는 바이오폴리머 신소재의 생태성 평가를 목적으로, 특히 생태계 내에서 다수를 차지하는 우점 식물종들이 생태계의 특성을 크게 좌우하는 점에 주목하여, 바이오폴리머 신소재가 국내 하천에서 흔히 발견되는 자생 초본 식물 8종과 녹화용 식물 2종의 발아 및 생육에 미치는 영향을 시험하였다. 시험 식물종들의 종자 발아율은 바이오폴리머가 혼합된 토양의 영향을 받지 않았다. 반면 식물 생육은 바이오폴리머가 혼합된 토양에서 증가하였는데, 특히 돌피의 경우 약 2배정도의 총 생물량이 증가하였다. 식물 뿌리의 생육이 증가하는 경향을 보였고, 잎의 건중량 대비 엽면적이 증가하였다. 뿌리의 생육 증진과 잎의 건중량 대비 엽면적 증가가 환경 스트레스에 적응된 식물종들의 대표적 기능 형질인 점을 감안하면, 제방 사면에 처리된 바이오폴리머 신소재는 국내 하천 우점종들의 생육 및 환경 스트레스 저항성을 높일 것으로 예측된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.221-221
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• 2021

토양의 강도와 점성을 높여주는 바이오폴리머를 제방 호안에 도포하면 기존의 다른 호안 재료들과 마찬가지로 제방을 보호하는 것이 가능하다. 특히 바이오폴리머는 천연 토양과 혼합하여 사용하므로 다른 인공적인 호안재료들에 비해 생태적으로 유리하다. 하지만 바이오폴리머는 결합되어지는 토양의 점도, 공극률, 입도 등의 토양이 가지는 특성에 따라 성능이 변화하기 때문에 바이오폴리머를 이용한 혼한토를 제방 호안에 적용하기 위해서는 적절한 강도를 가지게 하는 토양을 선정해야 한다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 마사토 및 황토 등과 결합하여 시험구를 설치하고 식생환경을 조성한 뒤 실규모 실험수로에서 수리 실험을 수행하여 바이오폴리머를 이용한 호안 공법의 침식 저항 성능을 평가하고 토양의 종류에 따라 성능을 비교하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.258-266
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• 2019

이 연구는 자연에 기반을 둔 하천기술을 제방에 적용하여 그 효과를 평가하기 위해 수행되었다. 친환경 신소재 바이오폴리머를 제체 표면에 적용하여 내구성과 친환경성을 증진시킴과 동시에 월류에 대응하기 위한 제방의 보강 대책을 수립하고자 하였다. 안동하천연구센터에 현장토를 사용하여 높이 1 m, 마루 폭 3 m, 사면경사 1:2, 총 길이 5 m의 중규모 제방모형을 제작하였으며, 바이오폴리머와 흙을 적정 비율로 혼합한 바이오-소일 (bio-soil)을 제방 전면에 5 cm 두께로 도포하여 월류 발생에 대한 제방의 안정성 평가 실험을 수행하였다. 영상분석 프로그램을 이용한 픽셀기반 분석 기법을 적용하여 시간에 따른 제방사면의 붕괴면적을 산정하였으며 그 결과, 신소재 적용 제방의 경우 완전붕괴가 발생하는 시간은 일반 흙 제방에 비해 12배 이상 증가해서 붕괴지연효과가 상당히 높은 것으로 나타났다.