Kim, JongChan;Lee, Jong-Sub;Hong, Seung-Seo;Lee, Changho
The Journal of Engineering Geology
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v.24
no.1
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pp.111-122
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2014
For accurate laboratory evaluations of soil deposits, it is essential that the samples are undisturbed. An artificial ground-freezing system is the one of the most effective methods for obtaining undisturbed samples from sand deposits. The objective of this study is to estimate the shear strengths and the characteristics of elastic waves of frozen-thawed and unfrozen specimens through the undrained triaxial compression test. For the experiments, Jumunjin standard sands are used to prepare frozen and unfrozen specimens with similar relative densities (60% and 80%). The water pluviation method is used to simulate the fully saturated condition under the groundwater table. When thawing the frozen specimens, the temperature is measured every minute. After the specimens are completely thawed, undrained triaxial compression tests are conducted using the same procedures as for the unfrozen specimens. During the triaxial tests (saturation, consolidation, and shear phase), compressional and shear waves are measured. The results show that the freeze-thaw process has minor effects on the peak deviatoric stress and shear strength values, and that the process does not affect the internal friction angle. The compressional wave velocity increases with increasing B-value to 1800 m/s in the saturation phase, but tends to remain constant in the process of consolidation and shearing. The shear wave velocity decreases with increasing B-value in the process of saturation, but changes velocity in accordance with the change in effective stress in the processes of consolidation and shearing. The compressional wave velocity has similar values regardless of the freeze-thaw process, but values of shear wave velocity are slighly lower in frozen-thawed specimens than in unfrozen specimens. This study is a preliminary experiment for estimating the shear strength and characteristics of elastic wave velocity in undisturbed frozen specimens that have been obtained using the artificial ground-freezing method.
Nam, Sooyoun;Chun, Kun-Woo;Lee, Jae Uk;Kang, Won Seok;Jang, Su-Jin
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.54
no.1
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pp.49-60
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2021
We examined the flow characteristics by direct runoff and base flow in a headwater stream during observed 59 rainfall events of flood season (June~September) from 2017 to 2020 yrs. Total precipitation ranged from 5.0 to 400.8 mm, total runoff ranged from 0.1 to 176.5 mm, and runoff ratio ranged from 0.1 to 242.9% during the rainfall events. From hydrograph separation, flow duration in base flow (139.3 days) was tended to be longer than direct runoff (78.3 days), while the contribution of direct runoff in total runoff (54.2%) was greater than base flow (45.8%). The total amount and peak flow of direct runoff and base flow had the highest correlation (p<0.05) with total precipitation and duration of rain among rainfall and soil moisture conditions. Dominant rainfall events for the total amount and peak flow of base flow were generated under 5.0~200.4 and 10.5~110.5 mm in total precipitation. However, when direct runoff occurred as dominant rainfall events, total amount and peak flow were increased by 267.4~400.8 and 169.0~400.8 mm in total precipitation. Therefore, the unique aspects of our study design permitted us to draw inferences about flow characteristic analysis with the contribution of base flow and/or direct runoff in the total runoff in a headwater stream. Furthermore, it will be useful for the long-term strategy of effective water management for integrated surface-groundwater in the forested headwater stream.
This study was aimed at assess environmental conservation functions by analyzing the change of land use areas in agricultural fields between 1999 and 2006, and comparing land surface temperature distribution between 1994 and 2006 in Yongin city. Land use maps of Yongin city were obtained from soil maps for 1999, Quickbird satellite images(less than 1 m) and parcel map for 2006. The land use area for Yongin city was in the order of forest > paddy field > upland > residence & building in 1999, and forest > residence & building > paddy field > upland in 2006. Decrease of paddy and upland fields reduced 34% and 41% of the capability of agricultural multifunctionality as to environment including flood control, groundwater recharge, and air cooling. Land surface temperature(LST) was derived from Landsat TM thermal infrared band acquired in September of 1994 and 2006 and classified into three grades. The results impplied that green vegetation in agricultural field and forest play an important role to reduce land surface temperature in warm season.
Kim Kyeong-Su;Choo Chang-Oh;Booh Seong-An;Jeong Gyo-Cheol
The Journal of Engineering Geology
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v.15
no.4
s.42
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pp.447-462
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2005
The purposes of this study are to evaluate and discuss the importance of geochemical properties of soil materials that play an important role in the occurrence of the landslide, using analyses of microtexture, particle size distribution, XRC, and FE-SEM equipped with energy dispersive spectrum on soils collected from landslide slopes of gneiss, granite and sedimentary rock areas. Soils from gneiss and granite areas where landslides took place have much clay content relative to those from non landslide areas, particularly pronounced in the granite area. Therefore the clay content is considered a sensitive factor on landslide. Clay minerals contained in soils are illite, chlorite, kaolinite and montmorillonite. Especially the content of clay minerals in soils from the Tertiary sedimentary rocks is highest, with abundant montmorillonite as expandable species. It is believed that this area was much vulnerable to landslide comparable to other areas because of its high content of monoorillonite, even though there might be weak precipitation. Since no conspicuous differentiation in mineralogy between the landslide area and non landslide area can be made, the occurrence of landslide may be influenced not by mineralogy, but by local geography and mechanical properties of soils. Geochemical information on weathering properties, mineralogy, and microtexture of soils is helpful to better understand the causes and patterns of landslide, together with engineering geological analyses.
Carbon is not only an essential element for life but also a key player in climate change. The radiocarbon (14C) analysis using accelerator mass spectrometry (AMS) is a powerful tool not only to understand the carbon cycle but also to track pollutants derived from fossil carbon, which have a distinct radiocarbon isotope ratio (Δ14C). Many studies have reported Δ14C of carbon compounds in streams, rivers, rain, snow, throughfall, fine particulate matter (PM2.5), and wastewater treatment plant effluents in South Korea, which are reviewed in this manuscript. In summary, (1) stream and river carbon in South Korea are largely derived from the chemical weathering of soils and rocks, and organic compounds in plants and soils, strongly influenced by precipitation, wastewater treatment effluents, agricultural land use, soil water, and groundwater. (2) Unprecedentedly high Δ14C of precipitation during winter has been reported, which can directly and indirectly influence stream and river carbon. Although we cannot exclude the possibility of local contamination sources of high Δ14C, the results suggest that stream dissolved organic carbon could be older than previously thought, warranting future studies. (3) The 14C analysis has also been applied to quantify the sources of forest throughfall and PM2.5, providing new insights. The 14C data on a variety of ecosystems will be valuable not only to track the pollutants derived from fossil carbon but also to improve our understanding of climate change and provide solutions.
Rahayu, Ni Wayan Sukma Taraning;Kim, Seonhee;Tak, Hyunji;Kim, Kyeongtae;Lee, Minhee
Economic and Environmental Geology
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v.53
no.5
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pp.529-542
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2020
The cesium (Cs) sorption characteristics of a bead-type polysulfone carrier contained HNO3-treated bamboo charcoal (3 - 5 mm in diameter) in water system were investigated and its Cs removal efficiency as an adsorbent from water was also identified by various laboratory experiments. From the results of batch sorption experiments, the bead-type polysulfone carrier with only 5% HNO3-treated bamboo charcoal (P-5NBC) represented the high Cs removal efficiency of 57.8% for 1 hour sorption time. The Cs removal efficiency of P-5NBC in water after 24 hours reaction maintained > 69% at a wide range of pH and temperature conditions, attesting to its applicability under various water systems. Batch sorption experiments were repeated for P-5NBC coated with two cultivated microorganisms (Pseudomonas fluorescens and Bacillus drentensis), which were typical indigenous species inhabited in soil and groundwater. The Cs removal efficiency for two microorganisms coated polysulfone carrier (BP-5NBC) additionally increased by 19% and 18%, respectively, compared to that of only P-5NBC without microorganisms coated. The average Cs desorption rate of P-5NBC for 24 h was lower than 16%, showing the Cs was stably attached on HNO3-treated bamboo charcoal in so much as its long-term use. The maximum Cs sorption capacity (qm) of P-5NBC calculated from the Langmuir isotherm model study was 60.9 mg/g, which was much higher than those of other adsorbents from previous studies for 1 h sorption time. The results of continuous column experiments showed that the P-5NBC coated with microorganisms packed in the column maintained > 80% of the Cs removal efficiency during 100 pore volumes flushing. It suggested that only 14.7 g of P-5NBC (only 0.75 g of HNO3 treated bamboo charcoal included) can successfully clean-up 7.2 L of Cs contaminated water (the initial Cs concentration: 1 mg/L; the effluent concentration: < 0.2 mg/L). The present results suggested that the Cs contaminated water can be successfully cleaned up by using a small amount of the polysulfone carrier with HNO3-treated bamboo charcoal.
Perchlorate (ClO4−) is an emerging pollutant detected in surface water, soil, and groundwater. Previous studies provided experimental evidence of autotrophic ClO4− removal with elemental sulfur (S0) particles and activated sludge, which are inexpensive and easily available, respectively. In addition, ClO4− removal efficiency was shown to increase when an enrichment culture was used as an inoculum instead of activated sludge. PCR-DGGE was employed in the present study to investigate the microbial community in the enrichment culture that removed ClO4− autotrophically. Microorganisms in the enrichment culture showed 99.71% or more ClO4− removal efficiency after a 7-day incubation when the initial concentration was approximately 120 mg ClO4−/l. Genomic DNA was isolated from the enriched culture and its inoculum (activated sludge), and used for PCR-DGGE analysis of 16S rRNA genes. Microbial compositions of the enrichment culture and the activated sludge were different, as determined by their different DGGE profiles. The difference in DGGE banding patterns suggests that environmental conditions of the enrichment culture caused a change in the microbial community composition of the inoculated activated sludge. Dominant DGGE bands in the enrichment culture sample were affiliated with the classes β-Proteobacteria, Bacteroidetes, and Spirochaetes. Further investigation is warranted to reveal the metabolic roles of the dominant populations in the ClO4− degradation process, along with their isolation.
Arsenic has recently become of the most serious environmental concerns, and the worldwide regulation of arsenic fur drinking water has been reinforced. Arsenic contaminated groundwater and soil have been frequently revealed as well, and arsenic contamination and its treatment and measures have been domestically raised as one of the most important environmental issues. Arsenic behavior in geo-environment is principally affected by oxides and clay minerals, and particularly iron (oxy)hydroxides have been well known to be most effective in controlling arsenic. Among a number of iron (oxy)hydroxides, for this reason, 2-line ferrihydrite was selected in this study to investigate its effect on arsenic behavior. Adsorption of 2-line ferrihydrite was characterized and compared between As(III) and As(V) which are known to be the most ubiquitous species among arsenic forms in natural environment. Two-line ferrihydrite synthesized in the lab as the adsorbent of arsenic had $10\sim200$ nm for diameter, $247m^{2}/g$ for specific surface area, and 8.2 for pH of zero charge, and those representative properties of 2-line ferrihydrite appeared to be greatly suitable to be used as adsorbent of arsenic. The experimental results on equilibrium adsorption indicate that As(III) showed much stronger adsorption affinity onto 2-line ferrihydrite than As(V). In addition, the maximum adsorptions of As(III) and As(V) were observed at pH 7.0 and 2.0, respectively. In particular, the adsorption of As(III) did not show any difference between pH conditions, except for pH 12.2. On the contrary, the As(V) adsorption was remarkably decreased with increase in pH. The results obtained from the detailed experiments investigating pH effect on arsenic adsorption show that As(III) adsorption increased up to pH 8.0 and dramatically decreased above pH 9.2. In case of As(V), its adsorption steadily decreased with increase in pH. The reason the adsorption characteristics became totally different depending on arsenic species is attributed to the fact that chemical speciation of arsenic and surface charge of 2-line ferrihydrite are significantly affected by pH, and it is speculated that those composite phenomena cause the difference in adsorption between As(III) and As(V). From the view point of adsorption kinetics, adsorption of arsenic species onto 2-line ferrihydrite was investigated to be mostly completed within the duration of 2 hours. Among the kinetic models proposed so for, power function and elovich model were evaluated to be the most suitable ones which can simulate adsorption kinetics of two kinds of arsenic species onto 2-line ferrihydrite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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