In order to understand the hydrological processes on the mountainous forest, the configuration of soil evaporation (E) out of evapotranspiration (ET) is a challenging and important topic. In this study, we attempted to understand the soil evaporation process for a humid forest hillslope via measuring and analyzing soil moistures with a sampling interval in 2 hours at three locations for 10 days between May 22th and 31th 2009. Two methods were used to estimate soil evaporation in every 2hr; one is a method using soil moisture measurement ($E_{SM}$), the others methods are based on Penman equation (Penman (1948), Staple (1974), Konukcu (2007), Equilibrium Penman ($E_{equili}$)). As a critical parameter in determining $E_{SM}$, the dry surface layer (DSL), was estimated using energy balance equation. The accumulated soil evaporation ($E_{SM}$) of A, B, C points were estimated as 2.09, 1.08 and 2.88 mm, respectively. The estimated evaporation of Penman (1948), Staple (1974), Konukcu (2007), $E_{equili}$ were 4.91, 8.80, 8.63 and 3.28 mm. The proposed method with soil moisture measurement showed lower soil evaporations than the other conventional methods. The increasing soil temperature and interaction between soil and atmosphere due to existence of litter and DSL are considered as dominant factors for soil evaporation. The $E_{SM}$ has the apparent lag time between 2 and 4 hr compared with $E_{equili}$ and net radiation. The DSL and surface resistance ($r_s$) were increased as soil moisture was decreased for in this study. The estimated DSL through the temporal distribution analysis of soil moisture and tension measurements was also similar to that of the energy balance relationship.
Chun, Beomseok;Lee, Taehwa;Kim, Sangwoo;Kim, Jonggun;Jang, Keunchang;Chun, Junghwa;Jang, Won Seok;Shin, Yongchul
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.62
no.5
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pp.93-103
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2020
In this study, we estimated soil moisture values using the Deep Neural Network(DNN) scheme at the mountainous regions. In order to test the sensitive analysis of DNN scheme, we collected the measured(at the soil depths of 10 cm and 30 cm) soil moisture and DNN input(weather and land surface) data at the Pyeongchang-gun(relatively flat) and Geochang-gun(steep slope) sites. Our findings indicated that the soil moisture estimates were sensitive to the weather variables(5 days-averaged rainfall, 5 days precedent rainfall, accumlated rainfall) and DEM. These findings showed that the DEM and weather variables play the key role in the processes of soil water flow at the mountainous regions. We estimated the soil moisture values at the soil depths of 10 cm and 30 cm using DNN at two study sites under different climate-landsurface conditions. The estimated soil moisture(R: 0.890 and RMSE: 0.041) values at the soil depth of 10 cm were comparable with the measured data in Pyeongchang-gun site while the soil moisture estimates(R: 0.843 and RMSE: 0.048) at the soil depth of 30 cm were relatively biased. The DNN-based soil moisture values(R: 0.997/0.995 and RMSE: 0.014/0.006) at the soil depth of 10 cm/30 cm matched well with the measured data in Geochang-gun site. Although uncertainties exist in the results, our findings indicated that the DNN-based soil moisture estimation scheme demonstrated the good performance in estimating soil moisture values using weather and land surface information at the monitoring sites. Our proposed scheme can be useful for efficient land surface management in various areas such as agriculture, forest hydrology, etc.
Salt accumulation at soil surface is one of the most detrimental factors for crop production in reclaimed tidal land. This study was conducted to investigate the effect of capillary barriers beneath the soil surface on dynamics of soil salts at coarse-textured reclaimed tidal land. A field experiment was conducted at Saemangeum reclaimed tidal land for two years (2012-2013). Capillary barriers ($3.5{\times}12m$) were treated with crushed-stone, oyster shell waste, coal briquette ash, coal bottom ash, rice hull and woodchip at 40-60 cm depth from soil surface. Silage corn (Zea mays) was cultivated during the experimental period and soil salinity was monitored periodically. Soil salinity was significantly reduced with capillary barrier compared to that of control. Oyster shell waste was one of the most effective capillary barrier materials to control soil salinity at Saemangeum reclaimed tidal land. At the first growing season capillary barrier did not influence on corn growth regardless of types of the material, but plant biomass and withering rate of corn were significantly improved with capillary barrier at the second growing season. The results of this study showed that capillary barrier was effective on the control of soil salinity and improvement of corn growth, which indicated that capillary barrier treatment can be considered one of the best management practices for stable crop production at Saemangeum reclaimed tidal land.
Ji, Hee-Sook;Hwang, Seung-On;Lee, Johan;Hyun, Yu-Kyung;Ryu, Young;Boo, Kyung-On
Atmosphere
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v.32
no.4
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pp.395-409
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2022
A new soil moisture initialization scheme is applied to the Korea Meteorological Administration (KMA) Global Seasonal forecasting system version 6 (GloSea6). It is designed to ingest the microwave soil moisture retrievals from Soil Moisture Active Passive (SMAP) radiometer using the Local Ensemble Transform Kalman Filter (LETKF). In this technical note, we describe the procedure of the newly-adopted initialization scheme, the change of soil moisture states by assimilation, and the forecast skill differences for the surface temperature and precipitation by GloSea6 simulation from two preliminary experiments. Based on a 4-year analysis experiment, the soil moisture from the land-surface model of current operational GloSea6 is found to be drier generally comparing to SMAP observation. LETKF data assimilation shows a tendency toward being wet globally, especially in arid area such as deserts and Tibetan Plateau. Also, it increases soil moisture analysis increments in most soil levels of wetness in land than current operation. The other experiment of GloSea6 forecast with application of the new initialization system for the heat wave case in 2020 summer shows that the memory of soil moisture anomalies obtained by the new initialization system is persistent throughout the entire forecast period of three months. However, averaged forecast improvements are not substantial and mixed over Eurasia during the period of forecast: forecast skill for the precipitation improved slightly but for the surface air temperature rather degraded. Our preliminary results suggest that additional elaborate developments in the soil moisture initialization are still required to improve overall forecast skills.
Hazem W. Tawadros;Mousa M. Farag;Sameh S.F. Mehanny
Earthquakes and Structures
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v.24
no.4
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pp.289-301
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2023
Developing a competent soil-bridge interaction model for the seismic analysis of piled foundation bridges is of utmost importance for investigating the seismic response and assessing fragility of these lifeline structures. To this end, ground motion histories are deemed necessary at various depths along the piles supporting the bridge. This may be effectively accomplished through time history analysis of a free-field standalone soil column extending from bedrock level to ground surface subjected to an input bedrock motion at its base. A one-dimensional site/ground response analysis (vide one-directional shear wave propagation through the soil column) is hence conducted in the present research accounting for the nonlinear hysteretic behavior of the soil stratum encompassing the bridge piled foundation. Two homogeneous soil profiles atop of bedrock have been considered for comparison purposes, namely, loose and dense sand. Analysis of the standalone soil column has been performed under a set of ten selected actual bedrock ground motions adopting a nonlinear time domain approach in an incremental dynamic analysis framework. Amplified retrieved PGA and maximum soil shear strains have been generally observed at various depths of the soil column when moving away from bedrock towards ground surface especially at large hazards associated with high (input) PGA values assigned at bedrock. This has been accompanied, however, by some attenuation of the amplified PGA values at shallower depths and at ground surface especially for the loose sand soil and particularly for cases with higher seismic hazards associated with large scaling factors of bedrock records.
The resistance of soil to the tractive force of flowing water is one of the essential parameters for the stability of the soil when directly exposed to the movement of water such as in rivers and ocean beds. Biopolymers, which are new to sustainable geotechnical engineering practices, are known to enhance the mechanical properties of soil. This study addresses the surface erosion resistance of river-sand treated with several biopolymers that originated from micro-organisms, plants, and dairy products. We used a state-of-the-art erosion function apparatus with P-wave reflection monitoring. Experimental results have shown that biopolymers significantly improve the erosion resistance of soil surfaces. Specifically, the critical shear stress (i.e., the minimum shear stress needed to detach individual soil grains) of biopolymer-treated soils increased by 2 to 500 times. The erodibility coefficient (i.e., the rate of increase in erodibility as the shear stress increases) decreased following biopolymer treatment from 1 × 10-2 to 1 × 10-6 times compared to that of untreated river-sands. The scour prediction calculated using the SRICOS-EFA program has shown that a height of 14 m of an untreated surface is eroded during the ten years flow of the Nakdong River, while biopolymer treatment reduced this height to less than 2.5 m. The result of this study has demonstrated the possibility of cross-linked biopolymers for river-bed stabilization agents.
This study was carried for the understanding of infiltration and percolation characteristics of water in agricultural land filled with rock-dust (Technosols). The experiment was performed at two sites (A, B), and soil horizons of the sites were classified with 4 layers, respectively. The soil texture of all soil horizons was analyzed with silt loam (SiL) except for the soil texture, which was loamy sand (LS), at the lowest horizon of measurement site A. The bulk densities at each horizon of two soils were mostly over $1.49g{\cdot}cm^{-3}$, which is very higher than $1.25g{\cdot}cm^{-3}$ of typical medium-textured mineral soil, except for the surface of site A measured immediately after tillage. The concentrations of $P_2O_5$ at surface of two soils s were 1962 (A), 1613 (B) $mg{\cdot}kg^{-1}$, respectively. These concentrations are 3.2~6.5 times of $300{\sim}500mg{\cdot}kg^{-1}$, which is the optimum concentration for crop growth. Infiltration rates at surface of the soils were 3.54 (A), 2.85 (B) cm $hr^{-1}$, but percolation rates at soil horizons under the surface were below 0.3 (A), below 0.003 (B) cm $hr^{-1}$. These results would be because the surface soils were managed by tillage and crop planting etc., but soils under surface were formed with structural problems occurred at the formation time of agricultural land accumulated with rock-dust or a compaction by farm machines.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.25
no.2
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pp.94-103
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1997
The purpose of this study is to find out the effects of brick paved under-surface soil physical properties which are changed by fixed trampling. Thus, a sandy loam which is known as a profitable soil for plants is used an experimental soil to study the changes of the soil physical properties. It is related to sand bed's thickness & particle size which are settled by experimental variable factors. According to the variation of sand bed's particle size, bulk density and soil hardness at natural dryed soilcondition result in 0.075~2.00mm>2.00~5.00mm>2.00~8.00mm>5.00~8.00mm, and water content at natural dryed soil condition are observed being insensible change rate from the point that sand thickness is 30~40mm and more sand bed's thickness constructed by the variation of sand bed's thickness.
Recent climatic changes by global warming include increased amount and intensity of rainfall. This study was conducted to find out possible roles of turfgrasses to reduce the impact of climatic changes, especially surface soil erosion. Soil erosions by intensive rain were measured after each significant precipitation from the artificially sloped plots of zoysiagrass, cool-season grass mixture of Kentucky bluegrass and perennial ryegrass and other typical korean summer crops. Sodded zoysiagrass resulted in minimal annual soil erosion followed by strip-sodded zoysiagrass and cool-season turfgrass mixture while dry-field rice and bean cultivations eroded the surface soils of 5 to 10 MT $ha^{-1}yr^{-1}$ and pepper cultivation resulted in 7 to 14 MT $ha^{-1}yr^{-1}$ annual loss of surface soil. Annual loss of surface soil from bare land with hand weeding was up to 18 MT $ha^{-1}yr^{-1}$ while greatly reduced soil erosion was observed from weed grown treatment.
The guideline of selection of Integrated Management Practices (IMPs), such as wood, green roof, lawn, and porous pavement, for Low Impact Development (LID) design was proposed by ranking the reduction rate of surface runoff using LIDMOD1.0. Based on the guideline, LID was designed with several scenarios at two apartment complexes located at Songpa-gu, Seoul, Korea, and the effect of LID on surface runoff was evaluated during last 10 years. The effect of runoff reduction of IMP by land use change was highly dependent on the kind of hydrologic soil group. The wood planting is the best IMPs for reduction of surfac runoff for all hydrologic soil groups. Lawn planting is an excellent IMP for hydrologic soil group A, but reduction rate is low where soil doesn't effectively drains precipitation. The green roof shows constant reduction rate of surface runoff because it is not influenced by hydrologic soil group. Compared to the rate of other IMPs, the green roof is less effect the surface runoff reduction for hydrologic soil group A and is more effect for hydrologic soil group C and D followed to planing wood. The porous pavement for the impervious area is IMPs which is last selected for LID design because of the lowest reduction rate for all hydrologic soil group. As a result of LID application at study areas, we could conclude that the first step of the strategy of LID design at apartment complex is precuring pervious land as many area as possible, second step is selecting the kind of plant as more interception and evapotranspiration as possible, last step is replacing impervious land with porous pavement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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