• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.319-319
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• 2023

Flows of water in the environment (e.g. in a river or estuary) generally occur in complex conditions. This complexity can hinder a general understanding of flows and their related sedimentary processes, such as erosion and deposition. To gain insight in simplified, controlled conditions, hydraulic flumes are a popular type of laboratory research equipment. Linear flumes use pumps to recirculation water. This isn't appropriate for the investigation of cohesive sediments as pumps can break fragile cohesive sediment flocs. To overcome this limitation, the rotating annular flume (RAF) was developed. While not having pumps, a side-effect is that unwanted secondary circulations can occur. To counteract this, the top and bottom lid rotate in opposite directions. Furthermore, a larger flume is considered better as it has less curvature and secondary circulation. While only a few RAFs exist, they are important for theoretical research which often underlies numerical models. Many of the first-generation of RAFs have come into disrepair. As new measurement techniques and models become available, there is still a need to research cohesive sediment erosion and deposition in facilities such as a RAF. New RAFs also can have the advantage of being automatic instead of manually operated, thus improving data quality. To further advance our understanding of cohesive sediment erosion and deposition processes, a large, automatic RAF (1.72 m radius, 0.495 m channel depth, 0.275 m channel width) has been constructed at the Hydraulic Laboratory at Chungnam National University (CNU), Korea. The RAF has the ability to simulate both unidirectional (river) and bidirectional (tide) flows with supporting instrumentation for measuring turbulence, bed shear stress, suspended sediment concentraiton, floc size, bed level, and bed density. Here we present the current status and future prospect of the CNU RAF. In the future, calibration of the rotation rate with bed shear stress and experiments with unidirectional and bidirectional flow using cohesive kaolinite are expected. Preliminary results indicate that the CNU RAF is a valuable tool for fundamental cohesive sediment transport research.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.539-552
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• 1998

점착성 하상에 교각을 설치하는 경우, 사용되는 국부세굴심도 산정공식은 대부분이 비점착성 하상을 가진 수로에서의 실험결과에 근거를 두고 있기 때문에, 정확성에 대한 논란이 있다. 본 논문에서는, 점착성 하상재료를 가진 실험수로 내에 5개 형태의 교각을 설치하여 발생되는 세굴심도의 변화에 대하여 연구하였다. 실험결과는 Froude 수와 교각폭에 대한 수심의 변화에 따라 분석되었으며 기존공식에 의한 결과와도 비교하였다. 본 논문에서는 실험 결과를 바탕으로 점착성 하상에서 사용할 수 있는 교각형상계수를 제안하였다. 교각형상계수는 원형교각 주위에서 발생되는 세굴심도에 대한 타형태의 교각주위에서 발생되는 세굴심도의 비율로 나타내었으며, 수심에 따라 2단계로 구분하여 제안하였다. 1단계는 교각폭에 대한 수심이 1.2 이하인 경우로 방정식에 의하여 교각형상계수가 제안된 반면 2단계에서는 상수값으로 교각형상계수가 제안되었다. 본 논문에서 제안된 교각 형상 계수는 본 실험에서 사용된 하상재료와 유사한 점착성 하상에 설치된 교량의 교각 국부세굴심 산정에 효과적으로 이용될 것으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
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• 제25권1호
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• pp.14-21
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• 2011

The purpose of this study is to quantify the erosional parameters, such as the critical shear stress for erosion and the erosion rate coefficient for cohesive sediments from the Mokpo coast. Using Chonbuk annular flume, five erosion tests were conducted under the uniform bed condition but a different bed density respectively. Erosion test results for Mokpo sediments have shown increases in the range of $0.16{\sim}0.43\;N/m^2$ but decreases exponentially in the range of $272{\sim}4.64\;mg/cm^2{\cdot}hr$ for the given bed shear stress of $1.14{\sim}1.34\;g/cm^3$. The erosional parameters of Mokpo sediments are found to vary remarkably in quantity compared with those for cohesive sediments from other sites. On the whole, the value of Mokpo coast sediments appears to be similar to Kunsan sediments but smaller than Saemankeum and Okeechobee sediments. On the other hand, Mokpo sediments have been shown to be larger than Saemankeum and Okeechobee sediments but smaller than Kunsan sediments.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.405-411
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• 2013

점착성 표사의 유동 특성을 다루기 위하여 점착력을 고려한 표사유동 수치계산 모델이 제안되었다. 제안된 계산 모델에서는, 각각의 모래 입자는 점토의 얇은 층으로 둘러싸여 있는 상태를 가정했다. 모래 입자에 작용하는 점착력을 적용하기 위해 한계 Shields수와 소류사량을 결정하는 항이 수정되었다. 제안된 표사모델은 3차원 유체 구조 지형변화 연성 수치계산 모델에 적용하여, 인공여울의 지형변화특성을 파악하였다. 수치계산 결과, 각각의 점토 함유율, 단위면적당 작용하는 점착 저항력, 함수비의 증가는 한계 Shields수를 증가 시키고, 반대로 소류사량을 감소시킴으로써 지형변화 경향에는 영향을 미치지 않은 채 여울의 지형변화를 억제하는 것으로 나타났다. 점토를 모래 입자와 혼합함으로써 여울의 지형변화를 감소시킬 수 있는 것을 암시한다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제18권3호
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• pp.179-188
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• 2006

본 연구의 목적은 시화호 점착성 퇴적물의 침강 및 침식특성을 정량적으로 분석하는 것이다. 침강특성은 특수 제작된 1.8 m의 침강수주를 이용하여 multi-depth 부유사 농도 채취방법으로 수행하였고, 침식특성은 전북대 환형수조를 이용하여 각기 다른 밀도를 갖는 균일저면 조건하에서 수행하였다. 침강실험의 결과로서, 시화호 점착성 퇴적물은 부유사 농도값이 0.1$0.002의 침강속도 값을 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 침식실험의 결과로서 저면밀도를 $1.14{\sim}1.32g/cm^{3}$로 변화 시켰을때, 침식한계전단응력은 $0.19{\sim}0.55N/m^{2}$으로 증가하였으며, 침식률계수는 $18.4{\sim}3.9mg/cm^{2}{\cdot}hr$의 범위로 감소하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.159-165
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• 2012

본 연구에서는 환형수조를 이용한 일련의 퇴적실험을 수행하여, 국내 최초로 자연 점착성 퇴적물 시료에 대한 퇴적 매개변수가 정량적으로 산정되었다. 퇴적실험을 위해 광양만이 대표 해역으로 선정되어 시료가 채취되었으며, 퇴적실험은 초기농도가 동일한 조건에서 바닥전단응력의 크기만을 변화시키면서 총 18회의 실험이 수행되었다. 퇴적실험결과, 광양만 갯벌 점착성 퇴적물의 최소전단응력 ${\tau}_{bmin}$과 퇴적률 매개변수들 ${\sigma}_1$, $({\tau}_b^*-1)_{50}$은 각각 $0.11N/m^2$, 0.68, 0.85로 산정되었으며, 과거 타 연구결과와의 비교검토를 통하여 본 실험에서 도출된 결과의 타당성이 입증되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권12호
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• pp.1275-1284
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• 2021

본 논문에서는 기계학습을 이용하여 비점성토 및 점성토 지반에서 시간에 따른 교각주위 국부세굴을 예측하였다. 기계학습 기법으로는 과적합 오차를 유발하지 않는다고 알려진 Support Vector Machines (SVM) 기법이 사용되었다. 비점성토 지반 및 점성토 지반에서 시간에 따라 발달하는 세굴심을 7개 및 9개의 변수를 각각 이용하여 표현하였다. 여러 실험을 통해 얻어진 시계열 자료를 이용하여 개발된 모형을 학습시키고 검증하였다. 계산된 평균절대비오차(MAPE)에 의하면 모형의 학습과 검증이 적절하게 수행된 것으로 나타났다. 실험 결과뿐 아니라 Choi and Cho 공식과 Briaud et al.이 제시한 SRICOS 방법에 의한 결과와 비교하였다. 본 연구를 통해 양질의 자료가 충분히 제공되는 경우 SVM 모형이 비점성토 및 점성토 지반 시간의존 국부세굴을 예측할 수 있음을 보여주었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2008년도 정기총회 및 학술발표대회
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• pp.593-596
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• 2008

The scour phenomenon involves the erosive potential of flowing water and the relative ability of the soil to resist erosion. The scour phenomenon in cohesive soils is much different from that in non-cohesive soils. Granular soils resist erosion by their buoyant weight and the friction between the particles. The soil particles are dislodged individually from the bed under the action of the eroding fluid. Scour in cohesive soils is much slower and more dependent on soil properties than that in non-cohesive soils. Therefore the analysis models for estimating erosion characteristics of cohesive soils should consider not only flowing water but also the relative ability of the soil to resist erosion. In this study, erosion characteristics for the clay-silt mixed soil will be analyzed as a fundamental study for development of bridge scour analysis and design system considering scour resistance capacity of a soil. For this analysis, the relationship between scour characteristics and soil properties was evaluated through scour rate test with Kaolinite samples remolded using various loading and contents of silt.

• 한국해양학회지:바다
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• 제18권3호
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• pp.122-130
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• 2013

점착성 퇴적물이 다른 광물입자 혹은 유기물과 결합하여 형성되는 플럭(floc)을 현장에서 관측하기 위한 플럭카메라 시스템을 제작하였다. 본 연구의 목적은 실험실에서 플럭카메라 시스템을 검증하고 영산강 점착성 해저 퇴적물의 플럭 특성을 규명하는 데 있다. 플럭카메라 시스템의 검증은 $88-125{\mu}m$와 $63-88{\mu}m$의 체에 걸러진 모래를 사용하였다. 플럭카메라 영상을 통해 분석한 평균입경은 각각 102와 $65.2{\mu}m$고, 침강속도는 각각 6.7과 5.9 mm/s이다. 카메라 심도에서 벗어난 입자는 실제 크기보다 크거나 작게 측정이 되는 현상으로 인해 체의 범위를 벗어난 입자가 관측되지만, 입경과 침강속도의 평균값에 대한 95% 신뢰수준 오차가 체의 범위에 속하므로 플럭카메라를 이용한 분석을 신뢰할 수 있었다. 영산강 하구의 해저 표층 퇴적물을 0 psu의 증류수에 0.1 g/L 퇴적물 농도로 관측한 평균 입경은 약 $40.6{\pm}0.66{\mu}m$, 침강속도는 1.4 mm/s 프랙탈 차원은 2.86이었다. 추가적으로 10과 34 psu의 염분과 0.1 및 0.3 g/L의 퇴적물 농도에서 관측한 평균입경과 침강속도는 서로 유사했고, 그 값들은 오차범위 내에 존재한다. 플럭카메라 관측을 통해서 얻은 플럭의 빠른 침강속도와 프랙탈 차원은 유기물 함량이 상대적으로 적은 표층퇴적물의 특성을 반영한다. 또한, 염분과 퇴적물 농도를 변화시켰음에도 플럭의 입경 변화가 거의 없는 것은 플럭을 형성에 충분한 난류 강도가 주어지지 못했기 때문이라고 판단된다. 향후에는 염분, 퇴적물 농도 및 외력의 변화에 따른 플럭의 특성을 밝히는 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권5호
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• pp.473-482
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• 2008

본 연구의 목적은 최근 끝막이 공사가 완료된 새만금 인공호 점착성 퇴적물의 침식특성을 정량적으로 분석하는 것이다. 침식실험은 국내 최초로 제작되고 그 타당성이 검증된 전북대 환형수조를 이용하여 각기 다른 밀도를 갖는 균일저면 조건하에서 수행되었으며, 새만금 인공호 점착성 퇴적물의 침식한계전단응력 및 침식률계수가 정량적으로 산정되었다. 한편, 일반적으로 점착성 퇴적물의 침식특성은 퇴적물의 물리.화학적 기본특성에 따라 크게 변화하므로, 새만금 인공호 점착성 퇴적물의 이러한 특성 또한 조사되었으며, 이와 연계하여 침식특성이 해석되었다. 새만금 인공호 점착성 퇴적물의 경우에, 저면밀도 $1.17{\sim}1.34g/cm^3$ 범위에서 침식한계전단응력은 $0.26{\sim}0.52N/m^2$로 로그함수적으로 증가하였으며, 침식률계수는 $14.28{\sim}6.02mg/cm^2\;hr$ 범위로 지수함수적으로 감소하였다. 산정된 침식 매개변수들은 타 지역 점착성 퇴적물과 또한 비교/분석되었으며, 그 값은 정량적으로 지역마다 크게 다른 것으로 나타났다. 특히 새만금 인공호 점착성 퇴적물의 침식한계전단응력은 군산해역 퇴적물보다는 크며, 시화호 퇴적물과는 유사한 것으로 나타났으며, 반면에 새만금 인공호 퇴적물의 침식률계수는 군산해역 퇴적물보다는 작은 것으로 나타났다.