점착성 부유사 농도분포는 해수유동과 물질 확산에 의해서 결정되며 지배방정식으로는 2차원 수심적분된 Reynolds운동방정식, 연속방정식과 Fick의 확산법칙에 근거를 둔 대류-확산방정식이 사용되었다. 해수유동과 점성퇴적물 확산인 두개의 모형은 유한차분법을 이용하였고 유동모형은 양해법, 확산모형은 다증법을 사용하여 부유사 이동의 현상을 파악하였다. 해수유동방정식의 적용시 이송항의 포함여부에 대해서 조사하였으며 물질확산 방정식에 대해서는 한계전단응력값의 변화가 부유사농도에 영향을 주는가에 대해서 비교하였다.
본 연구는 알루미늄 식각액(PWF100)이 응집제로서의 성능을 가지고 있는가를 평가하고 시중에서 판매되고 있는 응집제(PAC17)와의 물성을 비교하였다. PWF100을 이용하여 제조된 BKN-100, BKR-110, 그리고 BKR-120의 농도에 따른 침전층의 높이를 측정하였는데 농도가 낮은 범위에서는 첨가제의 농도가 증가할수록 침전층의 높이가 감소하지만 일정농도 이상에서는 침전층의 높이가 일정해졌다. BKN-100의 농도에 따른 침전층의 밀도를 조사하였는데 BKN-100의 농도가 증가에 따라 침전층의 밀도가 감소하는 경향이 있었다. BKN-100, BKR-110, 그리고 BKR-120 응집제의 첨가량에 따른 침강속도의 변화를 조사하였는데, 첨가량이 증가함에 따라서 침강속도가 빨라지지만 일정한 농도 이상에서는 침강속도가 둔화되었다. BKN-100, BKR-110, 그리고 BKR-120의 농도에 따른 침전층 형성시간의 변화를 측정하였는데, 저농도 영역에서는 농도가 증가함에 따라 침전층 형성시간이 감소하지만 일정농도 이상에서는 침전층 형성시간이 증가하였다. 위의 실험결과로부터 PWF100은 응집제로서의 효과가 있는 것으로 판정되었다.
많은 연구에서 비점착성 부유사의 입경분포를 평균입경와 표준편차를 이용해 묘사한다. 그러나 부유사는 크기가 다른 많은 입자의 혼합물로 구성되어 있다. 난류조건에서 부유사의 이동은 크기와 밀도로부터 계산된 침강속도에 영향을 받는다. 따라서 비점착성 부유사의 이동을 이해하려면 입경 분포를 보다 정량적으로 고려하는 것이 중요하다. 본 연구의 목적은 난류조건에서 부유사의 입경분포를 모의할 수 있는 간편한 모형화 방법을 제시하는 것이다. 점착성 유사와 비점착성 유사의 차이에 대한 이해를 바탕으로, 점착성 부유사를 위한 추계학적 응집 모형을 비점착성 유사의 입경분포 모의에 적합하도록 수정하였다. 본 연구에서 제안하는 간편법의 적용성을 살펴보기 위해 선행연구의 실험자료에 적용하여 모의 결과와 비교하였다. 수치 모의의 결과를 통해 본 연구에서 제안한 모형이 실험값에서 나타나는 주요한 특성을 모사할 수 있다는 점을 확인하였다. 이를 바탕으로 유사 이동 모형을 사용하여 부유사 입경분포를 모의하는 접근 방식이 부유사 입경분포의 중요한 특성을 이해하기에 효과적이라는 결론을 얻었다.
In this study, after the installation of a subsea pipeline, backfilling was performed in the trenched area. During these operations, a stability problem in the subsea pipeline occurred. The pipeline was directly impacted by environmental loading such as waves and currents that were caused by backfill material when scouring or sediment transport and siltation was carried out. Therefore, this study reviewed whether trenching was necessary, and conducted research into an indigenous seabed property that contains granular soil. A study of cohesive soil was also conducted in order to cross-correlate after calculating the values of the critical Shields parameter relevant to elements of the external environment such as waves and current, and the shear Shields parameter that depends on the actual shearing stress. In case of 1), sedimentation or erosion does not occur. In the case of 2), partial sedimentation or erosion occurs. If the case is 3), full sedimentation or erosion occurs. Therefore, in the cases of 1) or 2), problems in structural subsea pipeline stability will not occur even if partial sedimentation or erosion occurs. This should be reflected particularly in cases with granular and cohesive soil when a reduction in shear strength occurs by cyclic currents and waves. In addition, since backfilling material does not affect the original seabed shear strength, a set-up factor should be considered to use a reduced of the shear strength in the original seabed.
본 연구는 점착성 부유사의 입도분포에 적합한 이론적 확률분포형을 찾는 것을 목적으로 수행되었다. 유의수준 5%에 대해 적합도 검정을 수행한 결과, 실험실 실험자료와 현장실험 자료에서 측정된 플럭입도분포는 다른 결과를 나타냈다. 현장실험으로부터 얻어진 표본자료의 경우 왼쪽으로 치우친 지수분포의 형태를 나타내며, Gamma 분포가 가장 우수하였다. 실험실실험 자료의 경우 표본자료가 양의 왜도를 가지며 GEV 분포가 가장 적합하였다. 많은 연구에서 점착성 유사의 입도분포로 가정되는 2매개변수 Lognormal 분포의 경우 현장실험 자료와 실험실실험 자료 모두 적합하지 않았으며, 위치매개변수를 추가하여 3매개변수 Lognormal 분포 적용 시 점착성 유사의 입도분포를 모사할 수 있는 것으로 나타났다.
Bottom sediments, in various types of sediment transport models, have been usually assumed to be horizontally and/or vertically homogeneous. The assumption may be appropriate in well-sorted sedimentary environments including sand beaches and high turbid regions of fine grained cohesive sediments. (omitted)
미세점착성 퇴적물 침강속도의 정량적 산정은 퇴적학적 측면에서뿐만 아니라 환경공학적 측면에서도 매우 중요한 과제이다. 미세점착성 퇴적물의 침강특성은 입자간의 충돌과 입자간의 점착으로 인하여 발생하는 응집에 의해 크게 영향을 받는다. 한편, 미세점착성 퇴적물의 응집강도는 광물질 구성, 입경분포, 유기물 함량 등으로 묘사되는 퇴적물의 물리ㆍ화학적 기본 특성에 따라 크게 변화하고, 이러한 물리ㆍ화학적 기본특성은 또한 지역적으로 변화하므로, 한 특정지역에서의 점착성 퇴적물의 침강특성은 현장관측이나 실내실험을 통하여 관측되어야만 한다. 본 연구에서는 최근 수행된 새만금 및 군산해역 점착성 퇴적물의 침강속도 관측 결과를 이용하여, 기존의 침강속도 경험식을 검토하고, 새로운 침강속도 곡선식이 개발된다. 새로 개발된 침강속도 곡선식은 기존의 복잡한 곡선식에 비해 단순하며, 측정치로부터의 계수산정이 편리하고, 또한 측정치의 변화 경향을 더욱 잘 나타낸다.
하구(河口), 항만(港灣) 등에서 응집성(凝集性) 및 비응집성토사(非凝集性土砂)의 이송추정(移送推定)을 위한 이차원토사이송추정모형(二次元土砂移送推定模型)이 개발되었으며 이 모형(模型)은 흐름에 의한 순환모형(循環模型)과 토사이송모형(土砂移送模型)으로 구성된다. 토사이송모형(土砂移送模型)은 이차원확산(二次元擴散) 방정식(方程式)과 연속방정식(連續方程式)으로 이루어진다. 해(解)는 Galerkin 유한요소법(有限尿素法)과 이단계(二段階) Lax-Wendroff 방법(方法)에 의하였다. 이차원수로(二次元水路)의 상이(相異)한 조건하에서 순환(循環)과 토사이송(土砂移送)에 관하여 수치모의(數値模擬) 되었으며 부산항(釜山港)에 적용하여 얻어진 결과중에서 실측치(實測値)와 비교가 가능한 흐름양상(樣相)은 대체로 실측치(實測値)와 근사(近似)하게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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