• 한국농공학회논문집
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• 제48권5호
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• pp.83-93
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• 2006

In unsaturated porous media, the air-water interface (AWI) plays an important role in removing of biocolloids such as bacteria, viruses, and protozoan (oo)cysts. In this study, four models related to calculation of specific AWI area are analyzed to determine the appropriate model, and the selected models are verified using the previously reported experimental data. The results indicate that the modified model from Niemet et al. (2002) is the most appropriate tool for calculating the specific AWI area using the van Genuchten (1980) parameters obtained from the water retention curve. Hence, it is expected that this model could be used to quantitatively determine the attachment of biocolloids to AWI in the transport modeling of biocolloids in unsaturated porous media.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.17-27
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• 2021

불포화토의 함수특성시험은 오랜 기간이 소요된다. 이를 줄이기 위하여 고압 공기합입치 디스크를 마이크로 멤브레인으로 대체하였다. 마이크로 멤브레인을 적용한 함수특성시험을 수행하여 그 결과를 세라믹 디스크를 이용한 시험결과와 비교하였다. 5개 지역에 대하여 많은 시료를 분석한 결과 마이크로 멤브레인을 적용한 함수특성곡선은 세라믹 디스크를 이용한 시험결과와 유사한 것으로 검증되었다. 이로 인하여 마이크로 멤브레인을 이용하여 신속한 절차기법을 개발하여 많은 양의 함수특성 성과를 획득할 수 있게 되었다. 그리고 마이크로 멤브레인을 이용한 시험을 포함하여 총 5개지역 29개 시료에 대한 함수특성곡선 데이터베이스를 구축하였다. 국내 풍화토에 대하여 불포화 수리특성은 세 그룹으로 분류할 수 있었다. 각 그룹은 van Genuchten 모델 물성치 n값에 따라서 분류되며 n값은 간극비의 함수로 상관관계를 찾을 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.47-54
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• 2024

기존의 사면안정해석은 포화토 이론에 기반하여 비탈면 안정성에 대한 평가가 진행되었다. 그러나 자연 지반은 기후에 따라 함수 특성이 변화하기 때문에 포화토 이론은 한계가 있어 불포화토의 특성을 고려한 안정해석 연구가 필요하다. 또한, 실제 불포화토 지반은 호우로 인해 모관흡수력이 감소하여 사면 안정성의 저감을 유발하기 때문에 이에 대한 공학적 특성을 평가하는 것이 중요한 실정이다. 본 연구에서는 국내 산지에 내포된 화강풍화토를 활용하여 세립분 함량을 0%, 10%, 20%, 30%로 구분한 4가지 시료를 통해 흙-함수 특성 시험을 수행하였으며, 특히 건조과정뿐만 아니라 실제 사면에서 호우로 인한 안정성 평가를 고려하기 위해 함수비를 증가시키는 습윤과정을 진행하였다. 또한, 다양한 이론식을 적용하여 실험에 가장 일치하는 이론식인 van Genuchten(1980) 모델을 활용하였으며, 건조과정과 습윤과정에 대한 화강풍화토의 세립분에 따른 파라미터를 분석하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제17권3호
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• pp.329-338
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• 2019

불포화 벤토나이트 완충재의 수분흡입력은 공학적방벽의 수리-역학적 성능평가 및 설계에 있어 매우 중요한 입력인자이다. 본 연구에서는 문헌에 보고된 불포화 다공성매질의 수분흡입력 측정기술과 구성모델을 분석하고, 고준위폐기물처분장의 벤토나이트 완충재에 적합한 수분흡입력 측정기술과 구성모델을 제안하였다. 문헌 분석결과, 벤토나이트 완충재의 수분흡입력은 일반토질보다 훨씬 높은 값을 가지며, 매트릭수분흡입력과 삼투흡입력을 포함하는 총수분흡입력을 측정하여 사용하였다. 벤토나이트 완충재의 수분흡입력 측정에는 상대습도센서를 이용한 측정방법(RH-Cell, RH-Cell/Sensor)이 적합하였으며, 핵종 붕괴열에 의한 온도변화와 측정 소요시간을 고려했을 때에는 RH-Cell/Sensor 방법이 더 선호되었다. 벤토나이트 완충재의 수분보유모델은 실험을 통해 여러 가지 모델이 제안되었지만, 불포화 완충재의 수리-역학적 성능평가 구성모델로는 대부분 van Genuchten모델이 사용되었다. 벤토나이트 완충재의 수분특성곡선은 벤토나이트의 종류, 건조밀도, 온도, 염도, 측정 시 시료상태와 이력과정에 따라 서로 다른 경향을 보였다. 수분보유모델의 선정 및 모델인자 결정에는 신뢰도 향상을 위해 이러한 인자들의 영향이 고려되어야 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.55-66
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• 2012

본 연구에서는 포항지역의 자연사면에서 채취된 이암풍화토(CL)의 흡입응력 이력현상을 조사하기 위하여 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 측정장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 따른 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 시료에 모관흡수력을 재하시켜 간극수를 유출시키는 건조과정과 반대로 모관흡수력을 제하시켜 간극수를 유입시키는 습윤과정을 재현하였다. 측정결과를 토대로 van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한 결과 유효포화도에 따른 모관흡수력은 비선형적인 관계를 나타내며, 건조 및 습윤과정을 거치는 동안 동일한 유효포화도에서 다른 모관흡수력을 나타내는 이력현상(hysteresis)이 발생되었다. 그리고 Lu and Likos(2006)의 방법을 이용하여 흡입응력특성곡선(SSCC)을 산정한 결과 낮은 모관흡수력에서 흡입응력은 빠르게 증가하며 이후 미소하게 증가하는 것으로 나타났으며, 동일한 모관흡수력에서는 건조과정의 흡입응력이 습윤과정의 흡입응력보다 크게 나타내는 이력현상이 발생되었다. 따라서 불포화토의 특성을 고려하여 설계 및 안정성 검토를 수행하는 경우 강우침투시에는 습윤과정의 흡입응력특성곡선(SSCC)을 적용하고, 건조 혹은 배수시에는 건조과정의 흡입응력특성곡선(SSCC)을 적용하는 것이 바람직하다.

• 한국토양비료학회지
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• 제39권6호
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• pp.329-333
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• 2006

유기물 함량이 많은 난지권 제주도의 화산회 토양에서의 수분함량과 토양수분 장력과의 관계를 파악하는 것이 밭작물이 주로 재배되는 제주도 특성상 계획적인 관개관리를 통해 효율적인 물 관리를 가능하게 할 것이므로 이를 위해 본 연구는 토양수분 장력을 실측하지 않고 추정할 수 있도록 유기물 함량이 다른 토색별 토양수분특성곡선을 작성하고자 하였다. 유기물 함량에 차이가 많이 나는 세 가지 색의 토양을 이용해 토양수분 장력별로 토양수분 함량을 측정한 후 scaling 기법을 이용해 토양수분 특성곡선 추정모형을 작성했다. 암갈색, 농암갈색, 흑색으로 구분이 가능한 화산회 토양을 토색별로 살펴보면, 토성이 동일하더라도 유기물함량이 높은 화산회 토양일수록 토색이 진한 경향을 보여 토색에 미치는 유기물 함량의 영향을 판단할 수 있었다. 토색별 토양수분 특성곡선은 흑색토, 농암갈색토, 암갈색토의 순으로 수분 보유능의 차이를 보였으며, 이들도 scaling 기법을 통해 토양수분장력을 dimensionless water content의 멱함수 형태로 단일화 시킬 수 있었다. 또한, scale 변환 수분함량을 이용해 주로 토양수분 특성을 해석하는데 많이 이용되고 있는 van Genuchten 모형에 적용할 수 있는 매개변수들을 토양시료 전체에 대해, 그리고 각각의 토색별로 작성하였다. 이들 함수는 로지스틱(logistic) 형태를 보였다. 결과적으로 토양수분 곡선특성 추정모형은 수리특성의 기본이 되어 농경지에서의 물의 이동특성을 해석하는 밑바탕이 될 것이며, van Genuchten 변수들은 유기물 함량이 높은 지역에서 SWAT 등의 다양한 수문모형들에 적용이 가능할 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제32권4호
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• pp.365-374
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• 1999

논토양 중 물질의 수직이동에 관한 정보를 얻고자 벼재배포장에서 TDR probe를 10cm간격으로 130cm까지 설치하고 1998년 5월 20일 부터 11월 3일까지 깊이별 용적수분함량 및 전체전기전도도 ${\sigma}_a$ 변화를 모니터링하였다. 1. 토양의 용적수분함량은 불포화지역(20-100cm)을 포함하는 ${\varepsilon}$형태의 profile을 보였고, C1층(60-90cm)은 수분함량 변화가 가장 큰 것으로 관측되었다. 2. 지하수위 변화에 대한 van Genuchten 수분보유특성 함수로 fitting한 결과 깊이 60cm 지점은 표면담수와 지하수에 의해 영향을 받지만, 깊이 80cm에서는 주로 지하수에 의해서만 영향을 받는 것으로 판단되었다. 3. 토양 층위별 용탈수량에서 깊이 130cm이하로 이동되는 수분은 약 2cm $day^{-1}$로 거의 일정했지만 지하수위가 높은 시기에 C1층은 매우 높은 수리전도도(최고 38cm $day^{-1}$)를 나타내었다. 4. C1층으로 유입되는 용질은 매우 빠른 속도로 C2층으로 이동하고 C2층에서 지체된 후 비교적 일정한 속도로 하부로 이동하는 것으로 판단되었고, 시험기간 중 수분함량 변화가 거의 없었던 50, 110cm 지점의 ${\sigma}_a$ 변화를 통해 이를 확인할 수 있었다. 벼를 재배하는 동안 장기간 표면이 담수상태로 유지된다하더라도 실제로 포화되는 지역은 표면으로부터 20cm 이내이며, 수분 및 용질의 이동은 그 이하의 불포화지역에서 지하수위의 상승과 하강, 그리고 빠른 투수속도를 가지는 토양층위의 존재 여부에 따라 크게 달라지는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.67-67
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• 2017

급속한 산업화와 도시화로 인하여, 투수지역은 감소함으로써, 개발전과 다른 지표, 지표하 유출이 나타난다. 이에 대한 대안으로 최근 저영향개발 (LID)이 수문학적 및 환경, 생태적 개선으로 대안으로 대두 되고 있다. 이에 많은 연구자들이 EPA SWMM 모델의 이용하여 LID 설치 전, LID를 모의하였으나, 불포화토양 및 토양 내의 matric head에 대한 고려가 없어 정확한 LID 모의가 힘든 실정이다. 이에 본 연구에서 상세한 토양 모의가 가능 HYDRUS를 이용하여, SWMM-HYDRUS 모델을 개발하였다. EPA SWMM 모델의 경우, 가장 상단의 layer에서 green ampt equation을 이용하여 침투량을 계산 후, 다음 layer에서 Darcy eqation을 이용하여 토양 물이동을 계산되어진다. 하지만 기존의 SWMM모델의 경우, 불포화토양내의 물 흐름에 대한 고려와 Matric head와 Pond depth에 대한 고려가 없어, LID 모의 시 한계점이 나타났다. 이에 본 연구에서는 이러한 한계점을 개선하기 위하여, 기존의 EPA SWMM의 LID 모듈을 Van Genuchten's equaton과 Richard Equation을 이용하여 정확한 토양 물 흐름을 계산하는 HYDRUS을 SWMM 모델에 결합하여, 더욱 정확한 LID 모의를 실시하였다. 개선된 SWMM-HYDRUS 모델의 모의 결과, 기존의 SWMM에서 한계점을 보여주는 Metric head를 고려하여 불포화 침투가 이루어지며, 또한 포화 후 LID 위에 존재하는 Pond depth를 고려해주는 결과가 나타났다. 향후 개발된 SWMM-HYDRUS모델를 이용하여 LID를 검증 시 기존의 모델보다 정확한 모의가 가능하다.

• 지질공학
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• 제28권1호
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• pp.25-34
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• 2018

본 연구에서는 산성토를 대상으로 물리적 특성과 불포화 특성을 조사 및 분석하였다. 부산 일광광산 주변의 산성토를 대상으로 물리적 특성을 조사한 결과 건조단위중량이 $1.246t/m^3$이며, 통일분류법(USCS)상 실트질 모래(SM)에 해당된다. 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 측정장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 대한 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 그리고 계수예측방법 가운데 가장 널리 활용되고 있는 van Genuchten (1980) 모델을 적용하여 건조 및 습윤과정에 따른 산성토의 불포화 투수계수함수(HCF)를 산정하였다. 산성토의 불포화 투수계수함수(HCF)는 건조과정의 경우 모관흡수력이 증가함에 따라 지속적으로 감소하지만 습윤과정의 경우 모관흡수력이 낮은 수준에서 상대적으로 작게 감소하고, 수분함입치 직전에 크게 감소함을 알 수 있다. 한편, 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선과 불포화 투수계수함수는 모두 이력현상이 발생되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제50권5호
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• pp.336-344
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• 2017

The soil water characteristics curve (SWCC) represents the relation between soil water potential and soil water content. The shape and range of SWCC according to the relation could vary depending on soil characteristics. The objective of the study was to estimate SWCC depending on soil types and layers and to analyze the trend among them. To accomplish this goal, the unsaturated three soils were considered: silty clay loam, loam, and sandy loam soils. Weighable lysimeters were used for exactly measuring soil water content and soil water potential. Two fitting models, van Genuchten and Campbell, were applied. Two models entirely fitted well the measured SWCC, indicating low RMSE and high $R^2$ values. However, the large difference between the measured and the estimated was found at the 30 cm layer of the silty clay loam soil, and the gap was wider as soil water potential increased. In addition, the non-linear decrease of soil water content according to the increase of soil water potential tended to be more distinct in the sandy loam soil and at the 10 cm layer than in the silty clay loam soil and at the lower layers. These might be seen due to the various factors such as not only pore size distribution, but also cracks by high clay content and plow pan layers by compaction. This study clearly showed difficulty in the estimation of SWCC by such kind of factors.