• 한국토양비료학회지
• /
• 제37권3호
• /
• pp.131-135
• /
• 2004

본 연구는 일반 기상 측정에서 에너지 수지를 구할 때 이용되는 지중열류 값과 토양 내 10 cm 깊이에서 측정한 토양온도를 활용하여 태양 복사에너지와 지표면 복사 에너지의 도달과 분배에 중요한 역할을 하는 토양표면의 온도를 예측하고자 수행하였다. 2003년 6월 10일부터 6월 24일까지 측정한 지중열류와 토양온도 그래프에서 토양온도나 지중열류는 주기성을 나타내며 일중 최저 지중열류와 최고 토양온도 사이에는 위상편차가 존재한다. 토심 5 cm에서 측정하여 시간별로 평균한 토양온도와 지중열류 사이에는 2시간의 시간지연이 존재하며 토양온도와 시 공간상에서의 지중열류는 정의 상관관계를 보였다. 이는 단위체적 당 열용량과 깊이에 따른 열량의 변화율이 태양에너지와 지표면 복사를 통한 지중열류에 비례한다는 것을 의미한다. 예측된 토양 표면온도는 시간별로 평균하였을 때 그 평균온도가 $20^{\circ}C$를 넘어 여름철의 기온을 반영하였으며 모양도 주기함수 형태를 보였다. 진폭은 $4.5^{\circ}C$로서 10 cm 깊이에서의 진폭인 $3.4^{\circ}C$보다 $1.1^{\circ}C$ 높았으며 최저온도가 나타난 시간은 토양표면의 경우는 오전 8시, 10 cm 깊이에서는 오전 9시였으며 최고온도가 나타난 시간은 토양표면은 16시, 10 cm 깊이는 19시이었다. 시간별로 평균하지 않았을 때의 최고와 최저온도는 각각 33.2, $16.5^{\circ}C$ 였으며, 토양표면온도 분포는 $15-20^{\circ}C$가 5.3%, $20-25^{\circ}C$가 65.6%, $25-30^{\circ}C$가 28.1%, $30-35^{\circ}C$가 1%로 대부분의 온도는 $20-25^{\circ}C$ 범위의 값을 나타냈다. 예측된 토양표면온도의 검증을 위해 토양표면 온도와 10 cm 깊이의 토양온도를 가지고 계산한 산술 평균과 토심 5 cm에서 측정한 토양온도를 비교하였다. 또한, 그 과정을 통해 얻어진 추정회귀모형은 P값이 0.001보다 작아 유의성이 인정 되었다. 회귀모형의 결정계수는 0.968이었고 표준오차는 0.38로 예측된 토양표면온도는 추정 회귀모형에 의해 실제 값에 가깝게 추정할 수 있을 것이다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제9권1호
• /
• pp.79-86
• /
• 2004

암석 내 균열을 따른 수리전도도는 균열의 기하학적 요소, 즉 방향, 간극, 거칠기 그리고 상호 연결도에 주로 좌우된다. 따라서, 균열 내 투수계수를 정확하게 계산하기 위해서는 이와 같은 기하 요소들을 최대한 계산모델에 반영할 필요가 있다. 이 연구에서는 균열 기하양상을 최대한 정확히 반영한 균열모델에서 기존 수치해석과는 다른 새로운 방법인 균질화 해석법(homogenization analysis method)을 이용하여 균열을 따른 투수계수를 구하기 위해 수치해석을 수행하였다. 먼저, 공초점 레이저 스캔 현미경(Confocal Laser Scanning Microscope)을 이용하여 암석시료의 균열 조도와 균열에 가한 수직압축력의 변화에 따른 간극 변화량을 직접 측정하고, 이와 같이 획득한 자료는 균열모델 재현을 위한 입력자료로 사용되었다. 재현된 균열모델을 토대로 한 균질화 해석법은 미시규모(microscale) 매질특성과 거시규모(macroscale) 매질특성을 동시에 고려하여 투수계수를 계산할 수 있는 것이다. 즉, 균질화 해석법은 주기적 미세구조(microstructure)를 갖는 미소 불균질 물질의 거동특성을 구명하기 위해 개발된 새로운 형태의 섭동(perturbation) 이론이다. 이는 균질한 미시규모에서 미시 투수특성을 계산한 후, 거시규모에서의 균질화 투수계수를 계산하게 된다. 그러므로, 이 방법은 균열 기하양상의 국부적 영향을 고려한 투수특성을 정확히 해석할 수 있다. 균질화법을 이용한 투수계수 산정결과를 기존 연구에서 제안한 경험식과 비교하여 그 타당성을 검증하기 위해 전술한 2차원 균열모델을 이용한 투수계수 계산을 수행하였다. 균열모델은 거칠기(roughness)를 반영하고 동일한 간극을 할당한 평행판 모델을 가정하였다. 계산결과에 의하면, 균질화 해석법에 의해 계산한 C-투수계수는 실내투수시험에 의해 구한 투수계수와 같은 범위의 값을 가지거나 $10^1$ 정도의 차이를 보여, 그 계산결과는 타당하다고 볼 수 있다. 그러나, 균질화 해석법은 국부적으로 불균질한 균열 기하양상과 물질특성이 미시규모와 거시규모에서 모두 고려되므로, 이들 특성을 정확히 알고 있을 경우 기존에 제안된 경험식들에 의한 계산결과 보다 균질화 해석법의 결과가 훨씬 정확함을 주목하여야 한다.