• 한국농공학회논문집
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• 제54권4호
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• pp.93-103
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• 2012

A suction-saturation control technique based on flow pump system was developed to investigate hydraulic properties in unsaturated soils. The flow pump system is designed based on the principle of the axis-translation technique and triaxial equipment, and gives the suction-time and suction-saturation curves, the primary relationship needed for interpreting the response of unsaturated soils and link between theory and the material properties in unsaturated soil mechanics. Using the suction-saturation control technique, suction-time relationship and soil-water retention curve (SWRC) during hydraulic hysteresis were investigated with different net confining pressures and porosities. Three types of soils-two sands and a silt were used in this paper. This paper showed the effect of the hysteresis on the SWRC due to different net confining pressures and porosities. This means that a careful decision must be made as to which condition is to be modeled, since the delicate difference of the conditions in physical modeling can cause the different experimental output.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권6호
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• pp.823-827
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• 2010

원토양인 논토양 위에 마사토를 적토(積土)한 토양에 대한 토양수분 특성곡선을 작성해 보고, 이를 추정하는데 가장 널리 활용되고 있는 van Genuchten (VG) 모형과 Brooks-Corey (BC) 모형을 비교평가 해 그 효용성을 판단하기 위해 수행했다. 4개의 층위로 구분되는 측정 대상토양은 표토부터 30 cm 까지는 양질사토, 30~70, 70~120 cm는 사토, 120 cm 이상에서는 사양토로 분석된 토양이다. 토양수분 함량과 토양수분 메트릭 퍼텐셜과의 관계를 나타내는 토양수분 특성곡선 분석에 따르면, 원토양인 120 cm 이상 깊이 토양에서의 수분보유 특성을 제외하고 나머지 세 개 층위 토양에서의 수분 보유 특성은 0~30 cm, 30~70 cm 층위는 비슷하고 70~120 cm 층위는 약간 높은 경향이었다. 상대수분 포화도와 토양수분 메트릭 퍼텐셜의 관계를 표현함에 있어 멱함수 형태인 BC 모형보다는 해석학적 분석방법을 활용한 VG모형이 실측값에 근사한 추정결과를 제공했다. 포화상태의 종점이자 불포화상태의 시발점인 공기유입가 (AEV) 추정에도 측정 한계치 부근의 메트릭 퍼텐셜 값을 나타내는 BC모형보다는 9.5~40 cm (4 kPa)을 보였던 VG모형이 적합했다. 따라서, 인위적으로 원토양 위에 석비레 (마사토)로 적토된 토양에서의 토양수분 특성곡선 작성을 위한 추정모형에 VG모형을 활용하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 결과로부터 VG 모형을 수자원량 산정을 위한 SCS (Soil Conservation Service, USDA) CN (Curve Number) 계산 과정에서 토양단면 내의 수분 보유 인자 (retention parameter) 산출을 위한 토양수분함량을 추정하는데 활용하거나 침투모형 (Green-Ampt Mein-Larson)을 설명하기 위한 습윤전선 매트릭 퍼텐셜을 추정하는데 사용할 수 있을 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권10호
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• pp.21-26
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• 2018

흙-습윤 특성곡선은 불포화토에서 물의 흐름, 다상유체에서의 상대투수계수, 그리고 흙의 강성 및 부피 변화를 이해하는데 필수적이다. 바이오폴리머는 미생물에 완전 분해가 가능한 자연에 무해한 친환경 물질이다. 따라서, 치토산, 폴리에틸렌 옥사이드, 잔탄검, 알지네이트염 및 폴리아크릴산 등과 같은 바이오폴리머가 지반복원, 지반성능향상 및 오일생산증진을 위해 연구되어왔다. 폴리아크릴산(polyacrylic acid)은 바이오폴리머의 일종으로, 유체의 흐름 특성 향상을 통하여 오일생산증진 및 지반복원 등의 분야에서 우수한 성능을 보여왔다. 따라서, 본 연구에서는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함한 모래의 흙-습윤 특성곡선의 이해하기 위해서 실내시험을 수행하고, 이론적 모델의 매개변수 변화를 연구하였다. 그 결과, 폴리아크릴산(polyacrylic acid)의 농도가 증가함에 따라, 포화된 모래에 주입되는 공기의 주입 모세관압력이 증가함을 보이고, 높은 모세관압력에서의 잔류 함수비 역시 증가하고 있음을 보였다. 또한, 이론식 모델의 매개변수를 구하였으며, 이를 활용한 흙-습윤 특성곡선이 실내 실험 결과와 잘 일치하고 있음을 보였다. 따라서, 이론적 모델의 매개변수를 알고 있으면, 본 연구에서 활용된 폴리아크릴산(polyacrylic acid)이외의 바이오폴리머를 포함한 모래 지반의 흙-습윤 특성곡선이 예측이 가능함을 설명하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제26권1호
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• pp.1-7
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• 2021

Air-water interfacial area is of great importance for the analysis of contaminant mass transfer processes occurring in the soil systems. Capillary bundle model has been proposed to estimate the specific air-water interfacial areas in unsaturated soils. In this study, the measured air-water interfacial areas of a soil (loam) using the gaseous interfacial tracer technique were compared to those from capillary bundle model. The measured values converged to the specific solid surface area (7.6×104 ㎠/㎤) of the soil. However, the simulated air-water interfacial areas based on the capillary bundle model deviated significantly from those measured. The simulated values were substantially over-estimated at low end of the water content range, whereas the model under-estimated the air-water interfacial area for the most of the water content range. This under-estimation is considered to be caused by the nature of the capillary bundle model that replaces the soil pores with a bundle of glass capillaries and thus no surface roughness at the inner surface of the capillaries is taken into account for the estimation of the air-water interfacial area with the capillary bundle model. Subsequently, appropriate correction is necessary for the capillary bundle model to estimate the air-water interfacial area in soils. Since the soil-moisture release curve data is the basis of the capillary bundle model, the model can be of use due to its simplicity, while the gaseous tracer technique requires complicated experimental equipment followed by moment analysis of the breakthrough curves. The size distribution profile of the pores filled with gas estimated by the water retention curve was found to be similar to that of particle size at different size range. The shifted distribution of gas-filled pores toward smaller size side compared to the particle size distribution was also found.

• 한국물환경학회지
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• 제32권1호
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• pp.60-69
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• 2016

In this study, we estimated root zone soil moisture dynamics using remotely sensed (RS) data. A soil moisture data assimilation scheme was used to derive the soil and root parameters from MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Based on the estimated soil/root parameters and weather forcings, soil moisture dynamics were simulated at spatio-temporal scales based on a hydrological model. For calibration/validation, the Little Washita (LW13) in Oklahoma and Chungmi-cheon/Seolma-cheon sites were selected. The derived water retention curves matched the observations at LW 13. Also, the simulated soil moisture dynamics at these sites was in agreement with the Time Domain Reflectrometry (TDR)-based measurements. To test the applicability of this approach at ungauged regions, the soil/root parameters at the pixel where the Seolma-cheon site is located were derived from the calibrated MODIS-based (Chungmi-cheon) soil moisture data. Then, the simulated soil moisture was validated using the measurements at the Seolma-cheon site. The results were slightly overestimated compared to the measurements, but these findings support the applicability of this proposed approach in ungauged regions with predictable uncertainties. These findings showed the potential of this approach in Korea. Thus, this proposed approach can be used to assess root zone soil moisture dynamics at spatio-temporal scales across Korea, which comprises mountainous regions with dense forest.

• 한국토양비료학회지
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• 제41권4호
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• pp.273-278
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• 2008

이 연구는 Tempe 압력셀에서 1-단계 유출법을 이용하여 불포화수리전도도 추정모형인 van Genchten 모형과 Campbell 모형을 비교하고자 수행하였다. 토양 코아(컬럼)는 서울대학교 농업생명과학대학 부속 사과 과수원에 위치한 송정통 (the fine loamy, mesic family of Typic Hapludults) 의 Ap1, B1, C 층에서 채취하였다. 각 층위의 컬럼들에 대해 포화수리전도도를 측정하고 Tempe 압력셀에서 수분보유곡선을 측정한 후 최소좌승법으로 모형의 변수를 도출하였다. 수분보유곡선에서 모형과 측정치는 잘 적합하였고 포화근처에서 Campbell 모형의 적합도가 van Genchten 모형보다 약간 더 좋았다. Campbell 모형의 불포화수리전도도가 van Genchten 모형보다 높게 추정되었으며 1-단계 유출법의 불포화수리전도도는 C층에서 van Genchten 모형과 잘 적합하였고 Ap1층, B1층에서는 두 모형의 중간에서 van Genchten에 약간 더 가까웠다. 따라서 불포화수리전도도 측정범위-10~-75kPa에서 van Genuchten 모형이 실측치와 더 적합하다 할 수 있었고, 포화근처에서는 수분보유곡선과의 적합도가 Campbell 모형이 더 높은 것으로 보아 상대적으로 수리전도도함수의 정확도가 높을 것으로 추측할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.37-47
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• 2014

불포화 수리전도도는 Mualem 모세관 모델에 의하여 이론적으로 함수특성곡선으로부터 적분된다. 하지만 예측된 수리전도도는 포화 부근에서 모관흡수력의 미소한 변화에도 극도로 민감하다. 원활한 형태의 함수특성곡선에 의한 Mualem 수리전도도는 포화 부근에서 급격하게 감소하며, 수리적 거동을 신뢰할 수 있게 모델하지 못하거나 수치해의 안정성을 저해 한다. van Genuchten-Mualem(VGM) 수리전도도를 개선하기 위하여, 낮은 모관흡수력 수준에 있는 임의의 공기함입치이내에서 van Genuchten 함수특성곡선을 수정하였다. 수정 VG 곡선은 대수축에서 임의의 공기함입치에서 포화상태까지 선형화된다. 수정 VG 함수특성곡선은 실제 함수특성거동의 회귀분석에 영향을 끼치지 않으며 원래의 VG 함수특성곡선의 계수를 그대로 사용한다. 수정 VG 곡선을 이용하여, VGM 수리전도도는 임의의 공기합입치를 기준으로 구간별 적분하여 수정되었다. 수정 VGM 수리전도도가 해석적 해로 제안되었으며, 포화부근 영역에서 수리전도도가 급격하게 감소하는 현상이 제거되었다. 실제 사면의 2차원 침투해석을 통하여 VGM 수리전도도와 제안된 모델에 따른 수리거동을 비교하였다. 제안된 모델은 여러 강우조건에 따른 해의 수렴성을 확보하였지만, VGM 수리전도도를 적용하면, 포화부근의 수리전도도가 급격하게 감소하여 강우량이 많은 경우 해가 수렴하지 않았다. 특히 선행강우에 의한 초기 안전율과 집중강우 후 최종 안전율을 크게 평가할 수 있었다. 제안된 수리전도도 모델은 침투해석과 안정해석을 통하여 실제 사면의 붕괴를 재현할 수 있었다.

• 상하수도학회지
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• 제30권3호
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• pp.263-270
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• 2016

Recent Engineered nanoparticles were increasingly exposed to environmental system with the wide application and production of nanomaterials, concerns are increasing about their environmental risk to soil and groundwater system. In order to assess the transport behavior of silver nanoparticles (AgNPs), a saturated packed column experiments were examined. Inductively coupled plasma-mass spectrometry and a DLS detector was used for concentration and size measurement of AgNPs. The column experiment results showed that solution chemistry had a considerable temporal deposition of AgNPs on the porous media of solid glass beads. In column experiment, comparable mobility improvement of AgNPs were observed by changing solution chemistry conditions from salts (in both NaCl and $CaCl_2$ solutions) to DI conditions, but in much lower ionic strength (IS) with $CaCl_2$. Additionally, the fitted parameters with two-site kinetic attachment model form the experimental breakthrough curves (BTCs) were associated that the retention rates of the AgNPs aggregates were enhanced with increasing IS under both NaCl and $CaCl_2$ solutions.

• 한국토양비료학회지
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• 제33권2호
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• pp.71-78
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• 2000

사과 과수원 토양(송정통, the fine loamy, mesic family of Typic Hapludults)을 층위별로 채취하여 토양 수리적 특성과 누적공극분포를 조사하고 표토인 Ap1층과 점토집적층인 B1층에서 각각 토양코아시료 (지름 7.4 cm, 높이 7.4 cm)를 채취하여 포화조건에서 $Cl^-$와 $Cu^{2+}$로 혼성치환실험을 수행하고 그 출현곡선으로부터 선택류(選擇流)를 검증하고자 하였다. Ap1층과 B1층은 사질 식양토로 같은 토성이나 Ap1층의 포화수리전도도는 $2.0cmhr^{-1}$로 B1층($0.27cm hr^{-1}$)의 약 7배에 달하였다. C층은 포화수리전도도 $5.2cmhr^{-1}$인 구조가 없는 사양토로 물과 용질의 이동을 제한하는 역할이 가장 낮을 것으로 판단되었다. 누적 공극분포에서 Ap1층과 B1층의 대공극량(토양수분포텐셜 - 6 kpa에 해당하는 지름 $49{\mu}m$ 이상의 공극)은 각각 총 공극량의 24%, B1층은 14%이었다. 염소출현곡선에서 Ap1층 코아와 B1층 코아의 수력학적 분산계수는 각각 $34cm^2hr^{-1}$, $1.3cm^2hr^{-1}$이었고 이때 B1층 코아의 지연계수는 1인 반면 Ap1층 코아는 0.6으로 부동수분과 유동수분의 분배가 일어났다. 양이온 치환용량이 Ap1층이 B1층보다 높음에도 불구하고 Ap1층 코아의 구리지연효과가 B1층보다 더 작게 나타났다. 이 결과는 포화수리전도도와 대공극 함량이 큰 Ap1층에서 선택류(選擇流)가 일어날 수 가능성을 보여 주었다. 그러나 투수성이 좋은 모재층을 가진 이 토양단면에서 Ap1층에서 선택류(選擇流)가 일어난다 하더라도 B1층에 의해 제한될 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.41-52
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• 2011

풍화토의 다짐성형 시료에 대한 삼축시험의 $K_0$ 압밀 결과를 바탕으로 불포화토에 대한 유효응력 가설을 검증하였다. 흡수응력 특성곡선은 함수특성에 관한 불포화토 거동을 기술하며, 전단강도나 함수특성곡선으로부터 구할 수 있다. 본 연구에서는 K0 압밀 경로도 흡수응력 특성곡선을 정의할 수 있음을 밝혔다. 그리고 흡수응력에 근거하여 유효응력을 정의할 수 있었다. 다양한 모관흡수력 하에서 $K_0$ 경로는 유효응력에 의하여 유일한 직선으로 기술될 수 있었다. 또한 측정된 $K_0$ 값은 유효응력에 의하여 임의의 모관흡수력에 대하여 일정한 값으로 분석되었다. $K_0$ 압밀경로로부터 구한 흡수응력 특성곡선은 파괴규준으로부터 구한 것과 일치한다. 특히 함수특성곡선으로부터 구한 흡수응력 특성곡선이 $K_0$ 압밀 경로 및 파괴시 응력에서 나타나는 유효응력 거동을 모두 일관되게 기술할 수 있었다. 흡수응력 특성곡선에 기반한 유효응력은 압밀에서 파괴에 이르는 불포화토의 전 거동을 기술할 수 있다.