• 생태와환경
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• 제44권1호
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• pp.66-74
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• 2011

This numerical study aims to investigate the effect of cohesive sediment on turbulence structure due to density stratification. The transport model for cohesive sediment incorporated with flocculation model has been selected and calculates the concentration, fluid momentum, and turbulence. From the model results, it is known that suspension of sediment decreases turbulence intensity. It is also found that cohesive sediment has a relatively weak effect on turbulence damping compared to noncohesive sediment. The low settling velocity and more suspension of cohesive sediment are considered to be mechanisms of this behavior. Richardson number determined with results of this study quantitatively shows that cohesive sediment causes less stable density stratification condition and, as a result, the turbulence structure is less damped compared to the case of noncohesive sediment.

• 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.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1B호
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• pp.33-40
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• 2010

본 연구에서는 조석으로 인한 만에서 부유사 이동과 해저지형변화 예측에 대한 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형의 적용성을 평가하였다. 또한, 보정된 모형을 이용하여 아산만 해역과 천수만 해역에서 점착성 부유사의 유입으로 인한 장기 퇴적량을 추정하였다. HSCTM-2D 모형을 보정하기 위하여 대상해역에 위치한 검조소의 실측조위자료와 모의기간 동안 측정한 유속 및 부유사농도 자료를 모의결과와 비교하였으며, 실측자료와 모의결과가 유사한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 대상해역의 퇴적환경을 고려하여 외해유입 부유사 농도를 결정하고 장기간의 조석활동에 의한 점착성 부유사의 퇴적량을 추정하였으며, 아산만 해역에서는 연간 퇴적율이 8.1 cm/yr, 천수만 해역에서는 연간 퇴적율이 14.5 cm/yr를 나타냈다. 이와같은 연구결과로부터 적용된 모델링 시스템이 해역의 점착성 부유사 이동 및 퇴적과정에 대한 이해와 완화대책수립에 유용할 것으로 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제9권1호
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• pp.36-44
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• 2006

연안해역에서 점착성 퇴적물의 수송과정을 수치모의하였다. 복잡한 지형을 가진 연안해역에 효과적인 유한요소모형 이 해수유동과 퇴적물 수송을 모의하기 위해 수립되었다. 침식률을 기존 연구결과 및 바닥퇴적물 시료의 물리특성 분석자료를 가지고 편리하게 결정하였으며, 모의결과는 관측된 부유사 농도의 시간변화와 잘 일치하는 양호한 계산 결과를 보였다, 따라서 본 연구에서 사용한 침식률 결정방법이 퇴적물 수송모의에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제1권1호
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• pp.44-49
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• 1989

점성토의 퇴적현상에는 여러가지 물리화학적 인자가 작용하기 때문에 최근까지의 연구경향은 주로 현장관측이나 수리실험에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 금강하구에서 채취한 시료를 사용하여 정성토의 침식 및 퇴적에 관한 개수로 실험을 하였다. 침식에 대한 실험에서는 여러가지 수리조건에서의 시간에 따른 부유농도 변화를 측정하여 침식률 및 침식계수를 구하여 침식에 대한 한계소류력을 결정하였으며, 퇴적에 대한 실험에서는 수리조건을 변화시키면서 각 소류력에 대한 평형농도를 결정하여 평형농도와 초기농도와의 비와 소류력과의 관계를 얻었다. 본 연구의 결과를 다른 자료와 비교 검토하여 정상적으로 유사한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제24권4호
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• pp.287-294
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• 2012

연안 해역은 해안구조물 건설과 간척 등의 연안 개발로 인해 해안의 퇴적환경이 크게 변화하고 있으며, 이로 인하여 많은 환경변화가 발생하였다. 특히 점착성 퇴적물은 오염물질을 흡착하고 이동하여 환경적으로 큰 변화를 야기한다. 목포해역은 최근에 많은 해안구조물의 건설로 인해 낙조우세가 점점 심해지는 등의 환경변화가 발생하고 있는 지역이다. 이 지역의 점착성 퇴적물을 채취하여 수리실험하고 얻은 침식률 및 침식한계전단응력의 퇴적물 이동모의 활용가능성에 대해 검토하였다. 부유사 농도에 대한 모의 결과는 관측자료와 일치하는 양호한 결과를 보였다. 따라서 수리실험을 통해 결정된 침식률을 사용하는 것이 수치모의에서 정확성을 개선하는 데 기여함을 확인할 수 있었다. 모의과정에서 침식률, 침식한계응력, 침강속도, 활성층 두께 등의 민감도를 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권10호
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• pp.887-901
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• 2016

점착성 유사는 작은 1차 입자가 단독으로 거동하는 것이 아니라 크기와 밀도를 변화시키는 응집현상을 통해 서로 뭉쳐진 플럭의 형태로 이동하게 된다. 유사의 거동에 매우 중요한 영향을 주는 침강속도는 유사의 크기와 밀도에 의해 결정되므로 응집현상이 점착성 유사에 주는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 플럭의 밀도는 직접 측정이 어려우므로 프랙탈 이론을 적용하여 추정하는 것이 현재까지 일반적인 모형화의 과정이다. 하지만 프랙탈 이론은 플럭이 자기유사성을 가진다는 가정 하에 적용되는 것이므로 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구는 우리나라 하천 중 점착성 유사가 우세할 것으로 예상되는 금강 및 영산강 유역에서 시료를 채취하고 상업용 카메라를 이용한 침강실험을 통해 프랙탈 이론의 적용 가능성, 플럭의 특성 등을 검토하는 목적으로 수행되었다. 연구의 결과, 금강 유역의 점착성 유사는 프랙탈 이론의 적용이 가능할 것으로 판단되지만 영산강 유역의 유사에서는 크기와 프랙탈 차원의 명확한 상관성을 확인하기 어려웠다. 영산강 유역의 유사는 유기물이 높은 함량으로 포함되어있다. 따라서 1차 입자 하나하나가 응집되며 자기유사성을 가진다는 프랙탈 이론의 기본 가정과는 거리가 있는 것으로 생각된다.

• 한국해양공학회지
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• 제19권4호
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• pp.42-48
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• 2005

The sediment of Shihwa Lake contains an abundant quantity of cohesive sediments. The transport processes of the cohesive sediments are complex and difficult to predict, quantitatively. The cohesive sediments are the primary reason for the pollution of the environment and water quality in the coastal region. In this study, a column test has been performed. In order to quantify the settling velocities of sediment from Shihwa Lake, an experiment was conducted using a specially designed 1.8m tall settling column. A series of settling tests and physico-chemical property tests on Shihwa Lake cohesive sediments has been conducted to investigate the correlation between settling properties and their physico-chemical properties, which are represented as grain size distribution, mineralogical composition, and percentage oj organic contents. Experimental results of physico-chemical property tests show that Shihwa Lake sediments are relatively large in average grain $size(74\mu m)$ contain very small organic $material(6\%)$, and are dominantly composed of Quarts, which has relatively low cohesion. Thus, Shihwa Lake sediments might be specified as those whose settling properties are more influenced by gravity than cohesion. It is concluded that the magnitude of settling velocities of muddy sediments can be quite different, regionally, and it implies that field or laboratory experiments for settling velocity measurement should be preceded over the numerical modeling of muddy sediment transport, in order to obtain the reliable prediction results for a given specific site.

• 한국해양공학회지
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• 제12권2호통권28호
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• pp.111-120
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• 1998

Laboratory settling experiments (column, recirculating flume) were conducted for further understanding of the physical processes of cohesive sediment transport. \In still water experiments, the growth rate of flocculation is dependent upon the initial suspended concentration. Consequently, the settling velocity increases with concentration of flees. In flocculation settling regime, the exponent n in the settling velocity, $w_s=kC^n$, for Nakdong estuary mud was obtained empirically. The exponents were found to be 1.33, and 1.06 for the initial suspended concentrations of 1 g/i and 3 g/t, respectively. In flowing water, experiments for the median settling velocity with Nakdong mud in a recirculating flume were conducted. Settling velocity was found to depend much more strongly on the current velocity than initial concentrations. The temporal variation of suspended concentration increases as current velocity decreases.