• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2023

강우가 지표면 아래로 침투할 때 초기에는 투수층이 불포화 상태이어서 부압이 작용하면서 침투할 것이다. Richards 식(Richards, 1931)을 써서 불포화 투수층의 침투를 모의할 수 있다. 강우가 지속되는 동안 하상 아래 어느 구간은 포화 상태가 되어 Richards 식을 더 이상 사용할 수 없다. 하지만 현재까지의 연구는 Richards 식을 사용하여 침투를 모의하는 오류를 범하고 있다. 강우에 의한 침투를 예측할 때 지표면에서의 침투율 q_b 가 필요한 데 현존하는 연구에서는 Horton 식(Horton, 1941)을 사용하여 초기 침투율 f_o 와 장시간 후 침투율 f_c 와 시간에 따라 지수함수로 감소하는 계수 k 의 3가지 계수값을 실험이나 현장 관측값에서 찾아서 쓰고 있다. 그런데, 이 계수값은 강우강도 r_i 가 클수록 침투율 q 가 커지는 물리 현상을 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구에서 먼저 포화 투수층에서의 침투를 모의하는 식을 개발하였다. 지표면 아래에서 불포화 투수층에는 Richards식을 사용하고 포화 투수층에는 개발한 식을 사용하여 침투를 모의하였다. 또한 지표면에서의 침투율 q_b 를 구하는 공식을 개발하였다. 하상에서의 침투율의 최대값은 $q_{bmax}=-{\lambda}{\sqrt{2g(s-b)}}$ 일 것이다. 여기서 λ 는 투수층의 공극율, s 는 유출수면의 위치, b 는 지표면의 위치이다. 지표면에서의 침투율의 최소값 q_bmin 은 지표면 바로 아래 지점에서의 침투율일 것이다. 지표면에서의 침투율 q_b 로 q_bmax 와 q_bmin 사이의 적절한 값을 선택한다. 강우강도를 r_i 라고 하면 지표면 위 유출수의 연속방정식은 다음과 같다: $s-b={\int}(r_i-{\mid}q_b{\mid})dt$. 즉, 유출수면의 위치 s 는 강우강도 r_i 가 클수록 또는 지표면에서의 유출율의 크기 |q_b| 가 작을수록 크다. 또한 지표면에서의 침투율 q_b 와 지표면 아래에서의 침투율 q 는 s - b 가 클수록 크다. 따라서, 강우강도 r_i 가 클수록 침투율 q_b, q 가 큰 현상이 잘 반영되었다. 강우-침투-유출 모형실험을 수행하여 강우강도에 따라 침투율과 유출량이 다른 현상을 관측하여 수치실험 결과와 비교·검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.905-905
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• 2012

현재 도시유역의 홍수피해를 경감시키기 위한 방안으로 우수유출 저감시설에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그러나 침투형 우수유출 저감시설의 경우 침투량 산정에 필요한 여러 인자 중 토성에 의해 저감 능력에 많은 차이를 보이고 있으며, 강우시 침투로 인한 토양내 함수비의 변화와 선행강우 조건 등에 의해 정량적인 분석이 어려워 활용도가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2009년 국립방재연구원에서 시행한 침투실험 자료의 조건과 동일하게 투수계수 및 형상이 다른 두 종류의 투수성 보도블록 A, B와 토양내 선행강우의 유무에 대하여 표 1과 같이 검증 케이스로 구분하고, 4 가지의 강우강도로 모의 조건을 설정한 후 불포화 투수층의 침투해석을 실시하고 실험결과를 이용하여 모의결과에 대한 검증을 시행하였으며, 모의 결과의 검증을 뒷받침하기 위하여 통계적인 적합도를 나타내는 평균제곱오차(RMSE), 평균편차비율(PBIAS), 모형 효율성 계수(NSE), 지속성 모형효율성 계수(PME)을 산정해 보았다. 검증 결과 그림 1과 같이 투수성 보도블록 B의 형태가 투수성 보도블록 A의 형태보다 적합도가 높게 나타났고, 50mm/hr의 강우강도에서 변동성이 크게 나타났으나, 50mm/hr를 제외한 나머지 강우조건에서 양호한 적합도를 보였으며, 선행강우가 있는 조건이 선행강우가 없는 조건에 비해 높은 적합도를 나타내었다.

• 지질공학
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• 제28권4호
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• pp.727-740
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• 2018

불포화대 매질은 지하수면 상부층으로서 지하수에 의해 포화되어 있지 않거나 불연속적으로 포화되어 있는 층으로 정의된다. 불포화대의 특성은 토양층 하부로부터 지하수면까지 유동하는 오염물질의 저감에 영향을 미친다. 최근 지하수오염도 평가에서는 불포화대 매질의 이방성 및 불균질성을 고려하지 않고 투수성을 나타내는 가중치를 주는 문제점이 있다. 지질학적 매질들은 다양한 범위의 투수성을 갖는다. 표준화된 입도를 대상으로 투수성을 나타내는 가중치로 오염취약도 작성에 적용한다면 불포화대 지질특성을 고려하여 작성한 오염취약도보다 과대하게 작성될 것이다. 본 연구에서는 이방성의 불균질 불포화대의 투수특성을 알아보기 위하여 복수의 불포화층을 고려한 실내 칼럼실험을 실시하였으며, 이를 바탕으로 현장 시추자료에서 얻어진 불포화대 매질의 특성에 의한 평균 투수계수로 환산하여 기존의 불포화대의 가중치를 적용한 지하수오염취약도와 불포화대 매질특성을 고려한 지하수오염취약도를 비교한 결과 불포화대 매질특성을 고려한 지하수오염취약도가 현장의 수질 측정결과와 잘 일치한다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.9-17
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• 2009

현재까지의 일반적인 도로하부 배수설계방법은 구성층이 완전포화 되었다는 가정하에 현장실험결과 및 이론적인 해석해를 바탕으로 개발되었다. 본 연구에서는 포장하부구성층의 불포화상태가 포장체의 배수에 미치는 영향을 분석하였다. 상용의 유한요소해석 프로그램인 SEEP/W를 이용하여 불포화상태에서의 포장하부구성층과 그 투수특성을 달리하여 포장하부층에서의 배수효과를 분석하였다. 반면 현재 포장하부배수해석을 위하여 가장 널리 사용되는 미 연방도로국 개발 DRIP 프로그램은 포장하부구 성층이 완전포화 되어있다고 가정한다. 불포화와 포화가정에 따른 배수효과의 차이를 비교, 분석하였으며 불포화가정의 경우 배수시간이 포화에 비하여 크게 오래 걸려 배수효과가 떨어짐이 확인되었다.

• 지질공학
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• 제26권1호
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• pp.87-99
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• 2016

본 연구에서는 단열을 포함하는 불포화 암반에서의 지하수 유동 흐름을 예측하기 위한 2차원 수치 모델링을 수행하였다. 특히, 불연속 단열망 모델링(Dscrete Fractured Network, DFN)을 통하여 도출된 투수계수의 분포를 나타내는 k-field를 모델링 입력변수로 적용하였다. 투수계수 차이는 불포화대에서 지하수의 이동속도 차이를 야기시키는 중요한 인자로 적용되었다. 연구지역의 지표 토양층으로부터 지하 대수층까지의 불포화대 깊이를 적용하여 지하수 유동 모델링의 초기조건을 실제와 유사하게 설정하였다. 강우의 지표 침투율은 인공구조물과 자연 토양층의 침투율 차이를 적용하여 실제 불포화 암반을 거쳐서 포화대까지 지하수의 이동흐름을 해석하고 시각화하였다. 특히, 오염물질의 이동 시작점이 될 수 있는 인공구조물의 하부에 모니터링 지점을 설정하여 실제 오염물질원이 지하수에 용해되어 불포화대를 이동할 때의 경로를 예측 하였으며 중력방향인 직하부로 이동하는 것을 확인되었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제8권2호
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• pp.95-104
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• 2006

일반적으로 도로의 하부인 노상층은 불포화토 상태로 존재하기 때문에 함수비의 변동을 예측하기 위해서는 불포화 함수특성곡선(soil-water characteristic curve)의 추정은 필수적이다. 따라서, 국내 대표적인 노상토인 다짐된 화강풍화계열 노상토를 대상으로 함수특성을 정량화하기 위하여 pressure plate 장치를 활용하여 건조 및 습윤 이력과정의 실험을 각각 수행한 후 이를 토대로 불포화토 함수특성에 대한 해석을 수행하였다. 실험결과, 화강 풍화 노상토의 함수비를 좌우하는 흡수력이 건조와 습윤 과정에 있어 서로 다른 수치를 나타내었고 흡수력에 따른 불포화 투수계수와 습윤용적 그리고 확산 등의 흐름특성을 통하여 이력(hysteresis)을 확인하였다. 이를 토대로 도로하부의 연중흡수력을 추정하였다.

• 지질공학
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• 제15권2호
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• pp.123-132
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• 2005

본 연구에서는 폐기물 매립장의 차수층으로 사용되는 벤토나이트 혼합토에 대한 연직침윤시험과 Frequency Domain Reflectometry 측정 장비를 이용한 유전율 측정시험을 수행하였다. 표준사, 화강풍화토, 벤토나이트 재료에 대해 다양한 배합 비율을 적용하여 제작된 벤토나이 트 혼합토의 체적함수비, 간극비, 유전율상수 등의 관계로부터 이들의 불포화 투수 특성을 파악하였다. 연구결과에 따르면 초기 벤토나이트 혼합비는 체적함수비 변화에 영향을 미치며, 체적함수비 변화는 간극비와 밀접한 관계를 가지고 있다. 또한 벤토나이트 혼합토의 체 적 함수비 변화는 유전율 반응으로부터 명확히 측정됨을 파악하였다. 벤토나이트 혼합토의 불포화 투수 특성을 파악하기 위한 본 연구에서 체적함수비와 유전율상수의 관계함수를 추정하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권3C호
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• pp.113-120
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• 2012

진주 잔류토 사면의 실제 붕괴사례에 대한 해석을 수행하였다. 강우시 침투로 인하여 불포화층에서 유효응력과 전단 강도가 감소하여 안전율이 저하된다. 본 연구에서는 함수특성곡선을 이용하여 흡수응력에 기반한 유효응력을 산정하였다. 대상 현장에서 채취한 시료로부터 함수특성곡선, 투수계수, 전단강도와 관련한 불포화 물성들을 획득하였다. 실제 강우에 대한 불포화층의 침투해석을 수행하고 사면 지층의 간극수압 분포를 구할 수 있었다. 유한요소 응력장에서 탄성 해석으로 지층내 전응력을 계산하고 활동면에 작용하는 전단응력의 분포를 계산하였다. 활동면에 작용하는 흡수응력 및 유효응력을 산정하여 전단강도를 평가할 수 있었다. 이로부터 강우에 따른 안전율을 계산하였으며, 실제 강우에 의하여 사면이 활동이 일어나는 것을 모의할 수 있었다. 또한 활동면에서 흡수응력이 증가하고 유효응력이 감소하는 동시에 전단강도가 감소하는 것을 추적할 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권2호
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• pp.36-43
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• 2008

Guelph 투수계를 이용한 현장 토양 불포화 수리전도도의 산정기법을 제시하고 이 기법을 활용하여 강변여과수 취수계획 지역인 김해시 낙동강 딴섬 일대의 지표 특성을 조사하였다. 조사된 지표 포화 및 불포화 수리전도도의 값은 대규모 강변여과 개발에 대한 지하수 모델링 평가시 중요한 경계조건인 지표 함양량과 하천 경계조건을 설정하는데 활용될 수 있다. 딴섬의 지표 수리전도도는 상류에 조립질 입자가, 하류에 상대적으로 세립질 입자가 퇴적되었음을 보여주었고, 이러한 현상은 강의 부유물이 퇴적되는 특성을 반영하고 있다. 이러한 결과는 상대적으로 딴섬의 남측지역(상류)이 북측 지역(하류)에 비해 강변여과 방식 취수에 유리한 조건을 가질 수 있음을 시사한다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2011년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.465-466
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• 2011

이 연구는 일본식 배수공이 설치된 제방의 침투 흐름을 비정상 상태로 SEEP/W 모형을 사용하여 해석하고 모형의 적용성을 평가하기 위해 수행하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위해 비정상 상태로 제방 침투에 대한 수리모형실험을 수행하였다. 제체 재료는 경상북도 구미시에 위치한 해평천의 제방 건설 현장의 재료를 사용하였고 일본식배수공은 굵은 골재와 부직포를 사용하여 실험실에 제방 축소 모형을 수조 내부에 제작하였다. 모형제방은 제방축조 방법과 유사하게 다짐을 하기 위해 흙을 쌓으면서 0.20 m 높이마다 다짐을 실시하였다. 다짐방법은 고무망치를 이용한 층다짐을 하였다. 제방 제외지에 0.55 cm/min의 속도로 수위를 증가하여 15분 간격으로 각 0.3 m, 0.4 m, 0.5 m 수위에 따른 비정상 상태의 위압계 측정을 수행하였다. SEEP/W 모형의 매개변수는 투수계수와 입도분포도, 불포화 함수특성곡선(값을 산정하기 어려움)이 있으며, 각 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. SEEP/W 모형의 모의 결과는 수리모형실험 결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.