• 한국농공학회논문집
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• 제51권1호
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• pp.1-9
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• 2009

The objective of this paper was to evaluate the auto-calibration with multi-objective optimization method to calibrate the parameters of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The model was calibrated and validated by using nine years (1996-2004) of measured data for the 384-ha Baran reservoir subwatershed located in central Korea. Multi-objective optimization was performed for sixteen parameters related to runoff. The parameters were modified by the replacement or addition of an absolute change. The root mean square error (RMSE), relative mean absolute error (RMAE), Nash-Sutcliffe efficiency index (EI), determination coefficient ($R^2$) were used to evaluate the results of calibration and validation. The statistics of RMSE, RMAE, EI, and $R^2$ were 4.66 mm/day, 0.53 mm/day 0.86, and 0.89 for the calibration period and 3.98 mm/day, 0.51 mm/day, 0.83, and 0.84 for the validation period respectively. The statistical parameters indicated that the model provided a reasonable estimation of the runoff at the study watershed. This result was illustrated with a multi-objective optimization for the flow at an observation site within the Baran reservoir watershed.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권6호
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• pp.771-785
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• 2016

The thermal conductivity of soils is an important property in energy-related geotechnical structures, such as underground heat pumps and underground electric power cable tunnels. This study explores the effects of geotechnical engineering properties on the thermal conductivity of soils. The thermal conductivities of quartz sands and Korean weathered silty sands were documented via a series of laboratory experiments, and its variations with effective stress, porosity, and water saturation were examined. While thermal conductivity was found to increase with an increase in the effective stress and water saturation and with a decrease in porosity, replacing air by water in pores the most predominantly enhanced the thermal conductivity by almost one order of magnitude. In addition, we have suggested an improved model for thermal conductivity prediction, based on water saturation, dry thermal conductivity, saturated thermal conductivity, and a fitting parameter that represents the curvature of the thermal conductivity-water saturation relation.

• 한국토양비료학회지
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• 제39권5호
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• pp.253-258
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• 2006

수원시에 위치한 농업과학기술원 시험포장인 고평통의 식양토와 본량통의 사양토에서 고추를 재배하였다. 식양토와 사양토의 2개 토성을 대상으로 토양 검정한 NPK 시비에 돈분퇴비 $25Mg\;ha^{-1}$를 각 각 시용하였다. 토양의 $N_2O$ 배출량 측정을 한 후 동시에 $N_2O$ 배출에 기여하는 토양수분, 무기태 질소, 지온 등을 측정하였고, 토양수분은 관수시점인 -50 kPa내의 범위로 한정하여 토양의 $N_2O$ 배출량을 실제 측정하였다. 온실가스 배출량을 예측하기 위해 영국의 경험 모델을 이용하여 $N_2O$ 배출의 예측값과 실측값을 비교 분석하였다. $N_2O$ 배출의 실측량과 무기태 질소($NO_3{^-}+NH_4{^+}$)의 관계에서 무기태 질소($NO_3{^-}-N+NH_4{^+}-N$)가 $10mg\;kg^{-1}$ 이하에서 $N_2O$ 배출량이 $1{\sim}10g\;N_2O-N\;ha^{-1}day^{-1}$로 나타나 $N_2O$ 배출에 대한 무기태질소 ($NO_3{^-}-N+NH_4{^+}-N$)의 한계선을 구분할 수 있었으며, 실측값인 토양온도와 WFPS(water filled pore space) 관계에서도 경험 모델의 배출 추정식인 (% WFPS)+{$2{\times}$토양온도($^{\circ}C$)}=90, (% WFPS)+{$2{\times}$토양온도($^{\circ}C$)}=105를 증명 하였다. $N_2O$ 배출의 실측량과 예측량을 1:1 대응한 결과, 식양토와 사양토 각 r=0.962, r=0.974로 나타났다. 고추밭의 $N_2O$ 배출량을 분석한 결과, 예측량과 작기 기간 전체 $N_2O$ 배출량의 비교에서 예측량은 식양토에서 12.2%가 낮게 평가 되었고, 사양토에서는 30%가 높게 평가 되었다. 그리고 토양 파라메타 분석 동시에 1주일에 1회 $N_2O$가스를 포집한 $N_2O$ 배출량에서는 식양토 27.1, 사양토 14.7%가 높게 평가 되었다. 향후 경험 모델의 정밀도를 높이기 위해서는 국내 작물재배환경에 맞는 파라메타의 수정이 필요하며 다양한 작물을 대상으로 연구가 있어야 할 것으로 생각한다.

• 한국환경농학회지
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• 제26권4호
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• pp.343-350
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• 2007

강우에 의한 경사지 토양으로부터의 농약 유출양상을 파악하고 그에 대한 농약의 특성, 환경적 요인 및 영농방법 등의 영향 정도를 평가하기 위하여 토양흡착실험과 인공강우유출 실험 및 콩 재배 lysimeter 포장에서 유출실험을 수행하였다. Endosulfan의 흡착법에 의한 흡착계수 (K)는 $77{\sim}131$이었으며, 탈착법에 의한K값이 흡착법으로 구한 값보다 높았다. 영국 SSLRC의 이동성 분류기준에 의하면 endosulfan은 Koc 4,000을 초과하여 non-mobile 등급에 속하였다. 인공강우 처리구의 유출수 및 유실토양에 의한 endosulfan의 유실율은 $3.4{\sim}5.6%$ 및 $4.4{\sim}15.6%$이었다. 인공강우실험 후 토심별 분포를 살펴 본 결과 대부분의 endosulfan 잔류분은 토심 5 cm 이내에 잔류하였다. 경사도 30%의 경우가 10%에 비하여 각 농약의 유실량이 $0.6{\sim}0.9$배 많았는데 유출수에 의한 농약의 유실량 차이는 유출수 중 농도 차이로 볼 수 있으며, 유실토양에 의한 농약 유실량 차이는 토양 유실량과 관계되는 것으로 생각되었다. Lysimeter 포장유출실험 결과 경사도 및 경사장별 endo-sulfan 유실량은 살포량 대비 $5{\sim}35%$ 수준이었다. 콩재배구의 유실율은 나지구의 유실율에 비하여 평균 66% 수준이었다. 경사조건의 영향을 살펴보면 유출수의 경우에는 그 차이가 크지 않았으나 유실토양에 의한 유실율은 경사도와 경사장 증가에 따라 $4{\sim}12$배까지 증가하는 것으로 나타났다. 한편 유출수 중 농약성분의 최고농도는 콩재배구 및 나지구 각각 $8{\sim}10{\mu}gL^{-1}$ 및 $7{\sim}9{\mu}gL^{-1}$ 수준으로 작물 재배 여부에 따른 유출수 중 농도의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.1-10
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• 2022

본 연구에서는 액상화 평가를 위해 적용 가능한 UBC3D-PLM을 활용하고자 상대밀도를 이용한 모델 변수 평가방법을 제안하였다. 또한, 가속도와 간극수압이 측정되고 있는 액상화 발생 지역의 사례에 대한 동적 유효응력해석 즉, 액상화 해석을 수행하여 실측 및 기존 Finn 해석결과와 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 제안한 방법은 관련 모델에서 요구하는 필요 변수를 쉽게 평가할 수 있고, 액상화가 발생된 지역에서의 간극수압 거동을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 연구대상 지역의 경우 실측과 해석 모두 지진 가속도가 최대값에 도달한 후, 일정 시간이 경과한 시점에서 액상화가 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 적용한 UBC3D-PLM의 경우 실측과 유사한 과잉간극수압 거동을 예측하였고, 실측과 동일하게 액상화 발생여부를 평가하였다. 특히, 모래층에서의 과잉간극수압이 더 크게 발생하였지만, 실제는 실트층에서 액상화가 발생한 현상을 정확하게 구현하였다. 제안 모델 변수 평가방법과 UBC3D-PLM을 적용한 유한요소해석이 실제와 유사하게 액상화 발생 영역을 평가함으로써 향후 내진 설계 및 보강 시 액상화 보강 영역 선정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권8호
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• pp.509-520
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• 2023

가뭄은 강수량, 토양수분 그리고 유출량 등 여러 가지 요인으로부터 영향을 받으며, 가뭄의 상황 판단을 위하여 다양한 가뭄지수가 널리 활용되고 있다. 가뭄지수의 산정에 활용되는 수문기상학적 자료와 가뭄지수 산정공식에 따라서 지수값은 달라지며, 가뭄 상황에 대한 판단에도 차이가 발생 할 수 있다. 본 연구에서는 국내외에서 널리 활용되는 표준강수지수(SPI)의 산정과정에서 결정해야 하는 강수량의 자료길이, 누적기간, 확률분포 모형, 매개변수 추정기법 등을 불확실성 영향 요인으로 가정하고, 각각의 조합에 대한 불확실성을 평균제곱근오차와 선형혼합모형(LMM)을 활용하여 평가하였다. 평균제곱오차는 SPI 산정과정에 발생되는 전반적인 오차를 추정하며, LMM은 영향 요인들의 상대적인 불확설성을 평가하는데 활용되었다. 그 결과, SPI 산정에 활용된 자료의 기간과 누적기간이 길어질수록 평균제곱오차가 감소하였다. LMM을 통하여 불확실성 영향요인들의 기여도를 비교한 결과, SPI의 불확실성에는 자료기간의 영향이 가장 크게 나타났다. 또한, 자료기간이 증가하면, 자료기간에 의한 불확실성은 감소하고 누적기간과 매개변수 추정기법에 의한 불확실성이 상대적으로 증가하였다. 본 연구 결과, SPI 산정과정에서 발생되는 불확실성을 줄이기 위해서는 장기간의 자료 확보가 우선이며, 자료의 특성을 적절히 반영하는 확률분포모형과 매개변수 추정기법이 적용되어야 한다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.1-9
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• 2012

본 연구는 이 구성모델의 실용화를 위한 검토로 응력경로에 따라 어떤 특성이 있는가를 밝히기 위하여 백마강 모래를 이용하여 등방압축팽창시험과 응력경로를 달리한 일련의 배수삼축시험(CTC, Conventional triaxial compression test), TC(Triaxial compression test), RTC(Reduced triaxial compression test), OSP(Optional stress path))을 각각 수행하여 각각의 토질매개변수를 결정한다. 그리고 각각의 응력경로에 대한 시험으로부터 결정된 토질매개변수 11개를 이용하여 토질매개변수를 결정시 이용된 시험 결과를 역해석한다. 그리고 항복함수에 관련된 토질매개변수 h와 ${\alpha}$를 파괴기준에 관련된 토질매개변수 ${\eta}_1$의 상관식과 상수로 결정한 9개의 토질매개변수를 이용하여 응력경로가 다른 경우의 응력-변형률 거동에 대한 예측의 정도를 밝히기 위하여 CTC시험, TC시험, RTC시험, OSP시험 및 Fine Silica Sand시험의 결과를 각각 해석하여 단일항복면 구성모델의 실용성을 검토한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.23-39
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• 2014

인공 빗물 저류조는 도심지에 설치되어 빗물의 재활용이 가능하도록 한 친환경 우수유출 저감시설이나 지면에 내린 빗물을 직접 이용하기 위해서는 도심지의 초기강우에 포함된 고농도의 비점오염원을 정화할 수 있는 시설이 수반되어야 한다. 본 논문에서는 인공 빗물 저류조에 적용할 수 있는 비점오염원 정화시설로서 경제성과 정화효율이 우수한 토양여과시설을 채택하여 실제 비점오염물질에 대한 모래 정화층의 입도분포에 따른 폐색특성을 연구하였다. 이를 위해 일련의 실내 챔버시험을 수행하고 폐색이론에 의한 비점오염원 제거 예측 모델을 제시하였다. 우선, 실내 챔버시험은 미세입자로 구성된 점토와 서울시내 도로에서 채집된 실제 비점오염원으로 제조된 인공 오염수를 이용하여, 5종류의 다양한 입도로 구성된 모래 정화층을 대상으로 수행되었다. 실내 챔버시험에서는 모래 정화층에 유입 및 유출된 인공 오염수의 TSS(총 부유물질)와 COD(화학적 산소 요구량)를 측정하여 오염입자의 크기에 따른 모래 정화층의 정화효율을 평가하였고, 정화층 간극에 폐색되는 비점오염입자의 누적무게를 산출하였다. 다음으로, 모래 정화층의 폐색특성을 이론적으로 규명하기 위해 비점오염원 제거 예측모델을 모래 정화층의 입도와 구성에 따른 특성과 투수계수 및 간극률의 변화 조건을 고려하여 제시하였다. 실내 챔버시험과 예측 모델로부터 산정한 모래 정화층에 폐색된 입자의 누적무게를 비교하여 폐색특성 지표인 Lumped parameter ${\theta}$를 추정하였으며, ${\theta}$는 모래 정화층에 폐색되는 오염입자의 양에 큰 영향을 주는 것을 확인하였다. 모래 정화층의 폐색 예측모델로부터 현장 인공 빗물 저류조에 적합한 최적의 비점오염 제거 시스템으로 유효입경 1.49mm(상부)와 유효입경 0.93mm(하부)의 모래로 구성된 이중 정화층을 제시하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권5호
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• pp.19-32
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• 2007

우리나라에서 대표적으로 사용되어 온 지하수 함양량 산정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법, 유역내의 집중형 개념모형에 의한 물수지 분석, 그리고 지하수위 변동곡선법으로 대별된다. 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용 그리고 수문지질학적 불균질성에 따르는 시공간적인 변동성을 나타내므로 전술한 방법들은 이같은 특성을 다루기에는 많은 제약을 가진다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형인 SWAT-MODFLOW로부터 얻어진 물수지 성분을 기초로 한 새로운 함양량 추정방법을 제시하고자 한다. 하천변에 위치한 지하수위는 하천흐름과 유사한 동적변화를 나타내는 반면 보다 상류부에 위치한 지하수위는 강수에 대하여 일정한 지체현상을 나타낸다. 이와 같은 지하수위 변동의 특징은 함양의 물리적 특성과 관련되므로 이 같은 현상을 설명하기 위해서는 토양층을 통과한 물이 대수층 함양에 도달하는데 걸리는 시간적 지체를 설명하는 것이 필요하다. SWAT 모형에서는 주어진 날에 대해 물이 토양층을 통과하여 대수층으로 함양되는 과정을 설명하기 위해 지수형태의 감쇠가중함수를 가진 단일 저수지 저류 모듈을 사용한다. 그런데 이 모듈은 지체시간이 긴 경우나 추정된 함양의 시계열이 지하수위 시계열과 잘 맞지 않는 제한 사항을 가지므로, 본 연구에서는 비포화대를 통과하는 시간 지체를 보다 현실적으로 반영할 수 있는 다단 저수지 저류 추적 모듈을 개발하여 SWAT모형에 탑재하였으며, 이 모듈내의 시간지체와 관련된 매개변수는 관측지하수위와 모의 함양량의 상관관계를 검토함으로써 최적화가 이루어지도록 하였다. 본 연구방법의 최종 단계는 모의 지하수위와 관측 지하수위, 그리고 관측 유역유출량과 모의 유출량을 검증함으로써 종결된다. 새롭게 제안된 방법을 우리나라 미호천 유역에 적용하여 지하수 함양량의 시공간적 분포를 추정하였는데 제시된 방법이 유역 모형의 효율성과 지하수위 변동법의 정확성이라는 장점을 모두 가진 방법이어서 추정된 일 함양량은 수리지질학적 불균질성, 기후조건, 토지이용과 토양층과 대수층의 거동까지 반영한 매우 개선된 값으로 판단된다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제6권2호
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• pp.66-75
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• 1999

본 연구는 환경영향평가와 먹는샘물 환경영향조사에서 환경영향예측에 지하수 모델이 적용되고 있는 현황을 조사. 문제점을 파악함으로써. 향후 바람직한 모델 적용이 이루어지도록 하는 것을 목적으로 착수되었다. 본 연구는 환경영향평가서 544건과 먹는샘물환경영향조사보고서 16부를 대상으로 수행하였다. 환경영향평가 대상사업의 경우, 지하수계에 영향을 초래할 수 있는 사업이 상당수 존재하는 것으로 확인되었음에도 불구하고 지하수모델 적용은 전무하였다. 전체적으로도 다른 분야에 비하여 지하수환경에 대한 평가는 거의 무시되어지고 있는 실정이었다. 먹는샘물환경영향조사보고서의 경우는 모델이 일반적으로 적용되고는 있었으나, 그 운용에 상당한 문제가 있는 것으로 확인되었다. 주요 문제점들로는 종류와 수가 극히 제한된 자료를 이용한 모델보정, 부적절한 무유량경계 설정. 강수량을 몇 배나 초과할 정도로 엄청난 지하수가 함양되는 모델 제시 등이었다. 이밖에도, 수렴되지 않은 결과를 제시하는 경우도 조사대상 15건 중 3건이나 되었다. 이와 같은 현황은 모델담당자들의 전문지식 부족이 주된 원인으로 생각되어지며, 문제해결을 위해서 현장인력에 대한 보다 체계적인 재교육프로그램이 절실한 것으로 판단된다.