• Tunnel and Underground Space
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• v.31 no.6
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• pp.400-414
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• 2021

Under high-level radioactive waste repository conditions, bentonite as an engineered barrier material undergoes thermal, hydrological, mechanical, and chemical processes. We report the applications of X-ray Computed Tomography (CT) imaging technique on the characterization and analysis of bentonite over the past decade to provide a reference of the utilization of this technique and the recent research trends. This overview of the X-ray CT technique applications includes the characterization of the bentonite either in pellets or powder form. X-ray imaging has provided a means to extract grain information at the microscale and identify crack networks responsible for the pellets' heterogeneity. Regarding samples of pellets-powder mixtures under hydration, X-ray CT allowed the identification and monitoring of heterogeneous zones throughout the test. Some results showed how zones with pellets only swell faster compared to others composed of pellets and powder. Moreover, the behavior of fissures between grains and bentonite matrix was observed to change under drying and hydrating conditions, tending to close during the former and open during the latter. The development of specializing software has allowed obtaining strain fields from a sequence of images. In more recent works, X-ray CT technique has served to estimate the dry density, water content, and particle displacement at different testing times. Also, when temperature was added to the hydration process of a sample, CT technology offered a way to observe localized and global density changes over time.

• Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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• v.55 no.5
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• pp.655-661
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• 2022

Iota carrageenan-containing surimi was refrigerated for 7 days to investigate the change in its properties. Physical properties, color differences, and sensory evaluation were tested for analysis after addition of 0-3 Wt% iota carrageenan. In unheated surimi, the 2% carrageenan- containing surimi had higher chromaticity and color difference compared to the surimi without added carrageenan. However, the surimi with 3% iota carrageenan showed enhanced yellowness, resulting in a modified color difference. Surimi containing iota carrageenan showed the same trend in color difference in heated surimi after storage for 7 days, particularly when carrageenan content was 2% or greater. The hardness, gumminess, and chewiness of the heated Iota carrageenan-containing surimi also increased after 7 days of storage. Compared to surimi without added carrageenan, the heated Iota carrageenan-containing surimi had higher hardness, gumminess, chewiness, and lower adhesiveness after storage. The overall preference for surimi decreased, while the hardness increased, when carrageenan was added. Therefore, the addition of the iota carrageenan to stored surimi can significantly enhance its hardness.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.34 no.4
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• pp.128-134
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• 2022

Nakdong river estuary is being operated with the goal of expanding the period of seawater inflow from this year to 2022 every month and creating a brackish water area within 15 km of the upstream of the river bank. In this study, the deep learning algorithm Long Short-Term Memory (LSTM) was applied to predict the salinity of the Nakdong Bridge (about 5 km upstream of the river bank) for the purpose of rapid decision making for the target brackish water zone and prevention of salt water damage. Input data were constructed to reflect the temporal and spatial characteristics of the Nakdong River estuary, such as the amount of discharge from Changnyeong and Hamanbo, and an optimal model was constructed in consideration of the hydraulic characteristics of the Nakdong River Estuary by changing the degree according to the sequence length. For prediction accuracy, statistical analysis was performed using the coefficient of determination (R-squred) and RMSE (root mean square error). When the sequence length was 12, the R-squred 0.997 and RMSE 0.122 were the highest, and the prior prediction time showed a high degree of R-squred 0.93 or more until the 12-hour interval.

• KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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• v.35 no.4
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• pp.328-333
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• 1990

In developing dynamic growth model of a crop, it is important to estimate accurate dry matter partition to different parts of crop plants. Two rice varieties, Samkang and Chucheong, were transnplanted with three planting densities of 72. 90 and 120 hills per 3.3㎡ on May 30 and June 15 in 1988 to study the effect of planting density on dry matter partition in rice plants. Total dry wight per square meter of two varieteis in May 30 transplanting were greater than those in June 15 transplanting. Total dry wights were increased as planting density was increased. The response of dry weights of differents parts of rice plants per hill were decreased as the density was increased. Although the difference in dry weights of leaf blade and stem and sheath between two varieties was not great, greater ear weight of Samkang resulted in greater total dry weight than that of Chucheong. Despite of transplant in date and planting density on dry weights, the ratio of dry matter partition to different parts of rice plants at a certain growth stage remained constant. Estimated dry weights of different parts at two stages of growth based on average ratio of dry matter partition over two transplantion dates and planting densities agreed well with those observed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.148-148
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• 2023

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 한편, 우리나라와 같이 몬순 기후대에 속한 댐 저수지의 경우 강우시 유입하는 탁수에 의해 다량의 유기물과 인이 유입되기도 하지만 식물플랑크톤의 제한요인 중 광량에 많은 영향을 미친다. 식물플랑크톤의 광합성은 수체 내 유기탄소 내부생성에 매우 중요한 요소이나 점 단위의 실험적 방법을 활용한 유기탄소 순환 해석은 저수지의 시·공간적인 변동성을 고려하기에 한계가 있다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 탁수가 저수지에서의 유기탄소 순환에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2018년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정 및 검정을 수행하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였으며 유기탄소순환 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였으며 탁수의 영향을 분석하기 위해 탁수 포함여부 시나리오를 구성하고 유기탄소 생성 및 소멸기작별 변동성을 비교 분석하였다. 모델은 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 수온 및 탁도 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수질을 적절하게 모의하였다. 탁수를 고려하였을 시 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 56% 수준이였으나 탁수를 배제한 경우 내부기원 부하량은 82%로 나타났다. 특히, 연평균 Chl-a 농도가 44~48% 차이가 발생하면서 1차생산량이 약 4배가량 증가하였다. 몬순지역에서의 탁수는 체류시간이 긴 성층 저수지에서 식물플랑크톤 성장제어에 큰 영향을 미쳤으며 전반적인 유기탄소 순환을 해석하는데 있어 매우 중요한 인자로 작용하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.10 no.3
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• pp.51-63
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• 2023

Riverine tree management is crucial in realizing a balance between flood control and ecological preservation, which requires an accurate assessment of the impact of trees on river water elevations. In this study, eight different formulas for evaluating vegetation roughness considering the drag force acting on trees, were reviewed, and the characteristics and applicability of these methods were evaluated from a practical engineering perspective. The study compared the characteristics of vegetation roughness measurement methods for calculated roughness coefficients at different water depths and analyzed factors such as effects of tree canopy width, tree density and diameter, and tree stiffness coefficient, and water level estimation results. A comparison of roughness coefficients at the same water depths revealed that the Kouwen and Fathi-Moghadam formulas and the Fischenich formula yield excessive drag coefficients compared to other formulas. Factors such as channel geometry, tree diameter, and tree density showed varying trends depending on the formula but did not exhibit excessive outliers. Formulas considering the tree stiffness coefficient, such as the Freeman et al.'s formula and the Whittaker et al.'s formula, showed significant variations in drag coefficients depending on the stiffness coefficient. When applied to small- and medium-sized virtual rivers in South Korea using the drag coefficient results from the eight formulas, the results indicated a maximum increase in water level of approximately 0.2 to 0.4 meters. Based on this review, it was concluded that the Baptist et al., Huthoff et al., Cheng, Luhar, and Nepf's formulas, which exhibit similar characteristics and low input data uncertainties, are suitable for practical engineering applications.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.5
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• pp.601-610
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• 2023

The comprehension of water-level behavior in rivers is essential for effective flood and river environmental management. The objective of this study is to propose a methodology that can be used by field engineers engaged in actual practice, to readily identify the characteristics of water-level behavior during flood events. To this end, a total of 45 historical water-level records from 2010 to 2022 year, which provide flood information for the flood vulnerable districts of the Han River, were obtained. A Water-level Rise Behavior Curve (WRBC) was developed and suggested to quantify the amount of water-level rise per unit time during flood. As a result, the water-level rises by more than 80% of the total rise within the first 6.2 hours, followed by a gradual rise. The time required to achieve a particular equilibrium varied depending on the area and runoff characteristics of the upstream. Furthermore, the study revealed that the WRBC provides a statistical representation of the water-level rise trend during floods, and can be effectively utilized for flood mitigation measures in waterfront spaces and irrigation facilities.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.62-62
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• 2021

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 특히, 국내 하천에서 나타나고 있는 난분해성 유기물 오염도의 증가 추세에 대응한 실효성 있는 유기물 오염관리 정책을 수립하기 위해서는 다양한 유기물의 근원을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 저수지시스템에서의 유기탄소 물질수지를 해석하는 데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2017년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정을 수행하였고 2018년을 대상으로 모델을 검정하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였다. 모델은 2017년과 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수온, 수질을 적절하게 모의하였다. 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 2017년 68.4 %, 2018년은 높은 강우량의 영향으로 55.0%로 산정되었다. 내부 소멸 기작 중 침전으로 인한 손실이 가장 높은 것으로 나타났으며, 2017년과 2018년 각각 31.3%, 29.0%로 나타났다. TOC의 공간분포는 Chl-a 농도 분포와 유사하게 나타났으며, 댐 설치로 형성된 정체수역은 유역의 유기물 순환에 많은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. TOC 관리 정책 기초자료 확보를 위해서는 향후 유역-저수지 시스템을 연계한 유기물 물질순환 심층 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.88-88
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• 2021

최근 수자원과 수질관리 분야에 자료기반 머신러닝 모델과 딥러닝 모델의 활용이 급증하고 있다. 그러나 딥러닝 모델은 Blackbox 모델의 특성상 고전적인 질량, 운동량, 에너지 보존법칙을 고려하지 않고, 데이터에 내재된 패턴과 관계를 해석하기 때문에 물리적 법칙을 만족하지 않는 예측결과를 가져올 수 있다. 또한, 딥러닝 모델의 예측 성능은 학습데이터의 양과 변수 선정에 크게 영향을 받는 모델이기 때문에 양질의 데이터가 제공되지 않으면 모델의 bias와 variation이 클 수 있으며 정확도 높은 예측이 어렵다. 최근 이러한 자료기반 모델링 방법의 단점을 보완하기 위해 프로세스 기반 수치모델과 딥러닝 모델을 결합하여 두 모델링 방법의 장점을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다(Read et al., 2019). Process-Guided Deep Learning (PGDL) 방법은 물리적 법칙을 반영하여 딥러닝 모델을 훈련시킴으로써 순수한 딥러닝 모델의 물리적 법칙 결여성 문제를 해결할 수 있는 대안으로 활용되고 있다. PGDL 모델은 딥러닝 모델에 물리적인 법칙을 해석할 수 있는 추가변수를 도입하며, 딥러닝 모델의 매개변수 최적화 과정에서 Cost 함수에 물리적 법칙을 위반하는 경우 Penalty를 추가하는 알고리즘을 도입하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 모델을 훈련시킨다. 본 연구의 목적은 대청호의 수심별 수온을 예측하기 위해 역학적 모델과 딥러닝 모델을 융합한 PGDL 모델을 개발하고 적용성을 평가하는데 있다. 역학적 모델은 2차원 횡방향 평균 수리·수질 모델인 CE-QUAL-W2을 사용하였으며, 대청호를 대상으로 2017년부터 2018년까지 총 2년간 수온과 에너지 수지를 모의하였다. 기상(기온, 이슬점온도, 풍향, 풍속, 운량), 수문(저수위, 유입·유출 유량), 수온자료를 수집하여 CE-QUAL-W2 모델을 구축하고 보정하였으며, 모델은 저수위 변화, 수온의 수심별 시계열 변동 특성을 적절하게 재현하였다. 또한, 동일기간 대청호 수심별 수온 예측을 위한 순환 신경망 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 개발하였으며, 종속변수는 수온계 체인을 통해 수집한 수심별 고빈도 수온 자료를 사용하고 독립 변수는 기온, 풍속, 상대습도, 강수량, 단파복사에너지, 장파복사에너지를 사용하였다. LSTM 모델의 매개변수 최적화는 지도학습을 통해 예측값과 실측값의 RMSE가 최소화 되로록 훈련하였다. PGDL 모델은 동일 기간 LSTM 모델과 동일 입력 자료를 사용하여 구축하였으며, 역학적 모델에서 얻은 에너지 수지를 만족하지 않는 경우 Cost Function에 Penalty를 추가하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 훈련하고 수심별 수온 예측결과를 비교·분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.5B
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• pp.575-589
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• 2008

In the present work, we investigate the hydrodynamic behavior of a turbulent bore, such as tsunami bore and tidal bore, generated by the removal of a gate with water impounded on one side. The bore generation system is similar to that used in a general dam-break problem. In order to the numerical simulation of the formation and propagation of a bore, we consider the incompressible flows of two immiscible fluids, liquid and gas, governed by the Navier-Stokes equations. The interface tracking between two fluids is achieved by the volume-of-fluid (VOF) technique and the M-type cubic interpolated propagation (MCIP) scheme is used to solve the Navier-Stokes equations. The MCIP method is a low diffusive and stable scheme and is generally extended the original one-dimensional CIP to higher dimensions, using a fractional step technique. Further, large eddy simulation (LES) closure scheme, a cost-effective approach to turbulence simulation, is used to predict the evolution of quantities associated with turbulence. In order to verify the applicability of the developed numerical model to the bore simulation, laboratory experiments are performed in a wave tank. Comparisons are made between the numerical results by the present model and the experimental data and good agreement is achieved.