• Journal of Environmental Science International
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• v.32 no.1
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• pp.57-65
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• 2023

The advanced oxidation treatment using persulfate and zero-valent iron (ZVI) has been evaluated as a very effective technology for remediation of soil and groundwater contamination. However, the high rate of the initial reaction of persulfate with ZVI causes over-consumption of an injected persulfate, and the excessively generated active species show a low transfer rate to the target pollutant. In this study, ZVI was modified using selenium with very low reactivity in the water environment with the aim of controlling the persulfate activation rate by controlling the reactivity of ZVI. Selenium-modified ZVI (Se/ZVI) was confirmed to have a selenium coating on the surface through SEM/EDS analysis, and low reductive reactivity to trichlroethylene (TCE) was observed. As a result of inducing the persulfate activation using the synthesized Se/ZVI, the persulfated consumption rate was greatly reduced, and the decomposition rate of the model contaminant, anisole, was also reduced in proportion. However, the final decomposition efficiency was rather increased, which seems to be the result of preventing persulfate over-consumption. This is because the transfer efficiency of the active species (SO4-∙) of persulfate to the target contaminant has been improved. Selenium on the surface of Se/ZVI was not significantly dissolved even under oxidation conditions by persulfate, and most of it was present in the form of Se/ZVI. It was confirmed that the persulfate activation rate could be controlled by controlling the reactivity of ZVI, which could greatly contribute to the improvement of the persulfate oxidation efficiency.

• Structural Engineering and Mechanics
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• v.84 no.5
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• pp.685-697
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• 2022

Nanotechnology has become one of the interesting technique used in material science and engineering. However, it is low used in civil engineering structures. The purpose of the present study is to investigate the static behavior of concrete plates reinforced with silica-nanoparticles. Due to agglomeration effect of silica-nanoparticles in concrete, Voigt's model is used for obtaining the equivalent nano-composite properties. Furthermore, the plate is simulated mathematically with higher order shear deformation theory. For a large use of this study, the concrete plate is assumed resting on a Pasternak elastic foundation, including a shear layer, and Winkler spring interconnected with a Kerr foundation. Using the principle of virtual work, the equilibrium equations are derived and by the mean of Hamilton's principle the energy equations are obtained. Finally, based on Navier's technique, closed-form solutions of simply supported plates have been obtained. Numerical results are presented considering the effect of different parameters such as volume percent of SiO₂ nanoparticles, mechanical loads, geometrical parameters, soil medium, on the static behavior of the plate. The most findings of this work indicate that the use of an optimum amount of SiO₂ nanoparticles on concretes increases better mechanical behavior. In addition, the elastic foundation has a significant impact on the bending of concrete slabs.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.248-248
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• 2023

In recent years, the number of landslides in Korea has been increasing due to extreme weather events such as localized heavy rainfall and typhoons. Landslides often occur with debris flows, land subsidence, and earthquakes. They cause significant damage to life and property. 64% of Korea's land area is made up of mountains, the government wanted to predict landslides to reduce damage. In response, the Korea Forest Service has established a 'Landslide Information System' to predict the likelihood of landslides. This system selects a total of 13 landslide factors based on past landslide events. Using the LR technique (Logistic Regression) to predict the possibility of a landslide occurrence and the accuracy is known to be 0.75. However, most of the data used for learning in the current system is on landslides that occurred from 2005 to 2011, and it does not reflect recent typhoons or heavy rain. Therefore, in this study, we will apply a total of six machine learning techniques (KNN, LR, SVM, XGB, RF, GNB) to predict the occurrence of landslides based on the data of Inje, Gangwon-do, which was recently produced by the National Institute of Forest. To predict the occurrence of landslides, it is necessary to process converting landslide events and factors data into a suitable form for machine learning techniques through ArcGIS and Python. In addition, there is a large difference in the number of data between areas where landslides occurred or not. Therefore, the prediction was performed after correcting the unbalanced data using Tomek Links and Near Miss techniques. Moreover, to control unbalanced data, a model that reflects soil properties will use to remove absolute safe areas.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.82-82
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• 2022

최근 지구온난화로 인한 전 세계적 기후변화가 일어나고 있으며, 이러한 지구온난화 방지 대책으로 탄소의 중요성과 탄소중립을 선언하는 국가가 증가하고 있다. 탄소의 중요성이 증가함에 따라 유역 내의 탄소 중립이 중요 이슈로 떠오르고 있다. 유역 내 탄소 저장원으로는 숲, 하천, 토양 등이 존재하나 하천의 경우 탄소의 저장이 곧 수질 오염과 연결이 되기에 바람직한 방안이 될 수 없다. 그러나 토양의 경우 방대한 양의 탄소를 저장하기에 적합한 기능을 하기에 다른 저장원들에 비해 중요한 저장원으로 대두되고 있다. 토양탄소의 경우 일반적으로 유기물과 무기물의 형태로 토양에 저장된다. 이중 토양유기탄소는 장기간 토양 속에서 대기와의 탄소 조절 역할을 하기에 중요 요인으로 대두되고 있다. 하지만 기후변화로 인한 국지성 호우 및 무분별한 개발 등이 증가함에 따라 유역 내 토양 생태계의 변화가 일어나고 있으며, 이에 따른 유역 내 토양유기탄소 또한 손실이 일어나고 있다. 따라서 본 연구에서는 토양의 특성과 모델을 활용하여 유역단위 토양유기탄소량의 변화량을 산정하여 비교 및 분석을 하고자 한다. 이를 위해서 토양유기탄소의 모의가 가능한 APEX 모델을 활용하였으며, 선정된 연구 대상 지역의 토양 특성 자료를 활용하여 입력자료 전처리를 진행 후 모의를 진행하였다. 이후 선행연구 및 보고서를 통한 실측자료를 기반으로 모델 매개변수 보정을 진행하였으며, 보정된 결과를 통해 유역에 대한 토양유기탄소를 산정을 진행하였고 기간별 변화의 차이를 분석하였다. 해당 연구를 통해 유역 내 잠재되어있는 토양유기탄소량 정량화 등의 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Geomechanics and Engineering
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• v.30 no.6
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• pp.565-577
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• 2022

In this study, a series of three-dimensional numerical parametric study was conducted to investigate deformation mechanisms of an existing box culvert due to an adjacent multi-propped basement excavation in clays. Field measurements from an excavation case history are first used to calibrate a baseline Hardening Soil Small Strain (HS-small) model, which is subsequently adopted for parametric study. Results indicate that the basement-box culvert interaction along the basement centerline can be considered as a plane strain condition when the length of excavation (L) reaches 14 H_e (i.e., final excavation depth). If a plane strain condition (i.e., L/H_e=12.0) is assumed for analyzing the basement-box culvert interaction of a short excavation (i.e., L/H_e=2.0), the maximum settlement and horizontal movement of the box culvert are overestimated significantly by up to 15.7 and 5.1 times, respectively. It is also found that the deformation of box culvert can be greatly affected by the basement excavation if the distance between the box culvert and retaining wall is less than 1.5 H_e. The induced deformation in the box culvert can be dramatically reduced by improving the ground inside the excavation or implementing other precautionary measures. For example, by adding jet grouting columns within the basement and installing an isolation wall behind the retaining structures, the maximum settlements of box culvert are shown to reduce by 37.2% and 13.4%, respectively.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.24 no.12
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• pp.85-92
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• 2008

It is necessary to develop a rational design method for surface reinforcement of very soft ground because most current design works rely on merely crude empirical correlations. In this paper, the mechanical behavior of very soft ground that is surficially reinforced was investigated with the aid of a series of numerical analyses. Several material properties of each dredged soft ground, reinforcement and backfill sand mat have been exercised in the numerical analysis. The result of numerical analysis was compared with those of the laboratory model test. Through the matching process between the numerical and experimental result, it is possible to determine representative material properties of the dredged soft ground, reinforcements and backfill sand mat. These verified material properties permit to evaluate the effect of the stiffness of reinforcement and the thickness of sand mat on the overall deformation of the reinforced soft ground.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.23 no.3
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• pp.89-100
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• 2007

In the companion paper, we provided the novel elastic-plastic constitutive model based on the micromechanics theory. Herein, the elastic and elastic-plastic deformation of granular soils is meticulously analyzed. To guarantee high accuracy of the microscopic parameter, the systematic procedure to evaluate the parameters is provided. The analysis of the elastic response during the isotropic and triaxial compression shows that the stress-level dependency of cross-anisotropic elastic moduli is induced by the power relationship of the contact force in the normal contact stiffness, while the evolution of fabric anisotropy is more pronounced during triaxial compression. The micromechanical analysis indicates that the plastic strains are likely to occur at very small strains. The plastic deformation of tangential contacts has an important role in the reduction of soil stiffness during axial loading.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.114-114
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• 2021

본 연구에서는 Sentinel-1 SAR 센서 기반 이미지자료와 딥러닝기법을 이용하여 고해상도 토양수분을 산정하였다. 입력자료는 지표특성(모래함량, 점토함량, 경사도), 인공위성 기반의 강우와 LANDSAT 기반의 이미지자료(NDVI, LST, 공간분포 토양수분)를 사용하였다. 강우자료의 경우 GPM(Global Precipitation Measurement) 일강우 자료를 사용하였으며, 관측일 기준으로 5일전까지의 강우자료와 5일평균강우를 구분하여 사용하였다. LANDSAT 기반의 토양수분 이미지자료와 지점관측 토양수분을 이용하여 검·보정 이후 딥러닝 모형의 입력자료로 사용하였다. 입력자료는 30m × 30m 해상도로 Resample 하여 딥러닝 모형의 학습을 진행하였으며, 학습에 사용된 모형을 이용하여 Sentinel-1 기반의 고해상도(10m × 10m) 토양수분이미지를 산정하였다. 검증지점은 거창군 거창읍, 계룡시 두마면, 장수군 장수읍 및 무주군 무주읍 토양수분 관측지점을 선정하였다. 거창군 거창읍의 산정결과, LANDSAT 기반의 토양수분 이미지와 DNN 기반의 토양수분 이미지가 매우 유사하게 나타났으며, 모의값(DNN 기반 토양수분)이 실측값(LANDSAT 기반의 토양수분)을 잘 반영한 것(R: 0.875 ; RMSE: 0.013)으로 나타났다. 또한 학습모형을 토지피복이 유사한 지역에 적용하여 토양수분을 산정한 결과 검증지점 계룡시(R: 0.897 ; RMSE: 0.014), 장수군(R: 0.770 ; RMSE: 0.024) 및 무주군(R: 0.909 ; RMSE: 0.012)의 모의값이 실측값과 매우 유사한 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 Seninel-1 SAR센서 이미지자료와 딥러닝기법을 연계한 고해상도 토양수분자료가 농업, 수문, 환경 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.161-161
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• 2021

본 연구에서는 금강 상류의 용담댐 유역(930.0 km²)을 대상으로 Sentinel-1 SAR(Synthetic Aperture Radar) 및 Sentinel-2 MultiSpectral Instrument(MSI) 위성영상을 활용한 토양수분 산출연구를 수행하였다. 연구에 사용된 자료는 10 m 해상도의 Sentinel-1 IW(Interferometric Wide swath) mode GRD(Ground Range Detected) product의 VV(Vertical transmit-Vertical receive) 및 VH(Vertical transmit-Horizontal receive) 편파자료와 Sentinel-2 Level-2A Bottom of Atmosphere(BOA) reflectance 자료를 2019년에 대해 각 6일 및 5일 간격으로 구축하였다. 위성영상의 Image processing은 SNAP(SentiNel Application Platform)을 활용하여 Sentinel-1 영상의 편파 별(VV, VH) 후방산란계수와 Sentinel-2의 적색(Band-4) 및 근적외(Band-8) 영상을 생성하였다. 토양수분 산출 모형은 다중선형회귀모형(Multiple Linear Regression Model)을 활용하였으며, 각 지점에 해당하는 토양 속성별로 모형을 생성하였다. 모형의 입력자료는 Sentinel-1 위성의 편파별 후방산란계수, Sentinel-1 위성에서 산출된 식생지수 RVI(Radar Vegetation Index)와 Sentinel-2 위성에서 산출된 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)를 활용하여 식생의 영향을 반영하고자 하였다. 모의 된 토양수분을 검증하기 위해 6개 지점의 TDR(Time Domain Reflectometry) 기반 실측 토양수분 자료를 수집하고, 상관계수(Correlation Coefficient, R), 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE) 및 IOA(Index of Agreement)를 활용하여 전체 기간 및 계절별로 나누어 검증할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.314-314
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• 2020

SWAT (Soil and Water Assessment Tool)은 미국 농무성 농업연구소에서 개발된 준분포형(semi-distributed) 수문 모형으로 복합토지이용유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양, 토지이용 및 토지관리 상태의 변화에 따른 유역의 유출량, 유사량 및 영양물질의 영향을 예측하기 위해 개발되었다. SWAT은 기본적으로 다양한 매개변수에 대한 수동 보정 기능을 제공하고 있지만 매개변수 보정에 따른 모의결과의 불확실성을 수반하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자동보정 기능을 제공하는 SWAT-CUP (Calibration and Uncertainty Program)이 개발되었다. SWAT-CUP에서 제공하는 매개변수의 최적화 과정에서 유사한 모의 결과를 산출하는 수천 개의 매개변수조합이 존재하기 때문에 보정기법의 선택에 따라 최종 매개변수의 값이 달라질 수 있다. 불확실성을 발생시키는 요인으로 (1) 매개변수의 선택, (2) 보정 기법, (3) 목적함수, (4) 매개변수의 초기 범위, (5) 모의(simulation)의 실행(run) 및 반복(iteration) 횟수, (6) 위치, 개수 등 보정 자료의 선택 등이 주로 지목된다. 이러한 요인으로 발생하는 불확실성은 SWAT 모형의 구조 및 입력 자료에서 기인하는 것으로, 사용자의 설정에 따라 크게 좌우된다. 본 연구에서는 SWAT 매개변수 보정 과정에서 발생할 수 있는 불확실성을 평가하고, 효율적인 보정 방안을 제시하기 위해 수행되었다. 낙동강 권역의 내성천 유역을 대상으로 SWAT 모형을 구축하였으며, 내성천 본류에 위치한 수위(유량) 관측소의 자료를 활용하여 검·보정을 수행하였다. 모의 결과는 유량의 크기 뿐 아니라 유량의 발생 시기, 유역의 반응 및 증가·감소 경향성을 함께 고려하여 평가하였다. 그 결과 모형 구조에 따른 불확실성의 전이과정을 정확하게 파악하는 것은 불가능하지만 SWAT 모형의 비고유성(non-uniqueness)에 의한 불확실성을 정량화하여 나타내었다.