저수지 퇴적토 코어의 깊이에 따른 물리적 특성 변화

김흥태,김재근,윤호중 한국습지학회 2010 한국습지학회지 Vol.12 No.3

본 연구는 저수지의 퇴적작용을 이해하는데 필요한, 저수지퇴적토 코어의 물리적 특성 변화에 대한 기초자료를 제공하기 위하여 수행되었다. 준설작업이 시행된 적이 없는 세 곳의 저수지에서 채취한 퇴적토 코어에 대하여 깊이에 따른 가비중, 유기물량, 평균입자크기, 모래의 비율 변화를 연중 일강수량 50㎜이상일 때의 강수량 을 합산한 연강수량(AP50) 변화 자료와 비교, 분석하였다. 저수지의 퇴적토 코어는 무기질 토양으로서 유기물은 육상식물의 잔재물로부터 기원하였으며, 유기물 함량이 10% 이하인 미사질양토 퇴적토에서 유기물 함량의 변화는 저수지로 유입되는 토양입자크기의 변화와 관계가 있었다. 퇴적토 코어의 입자크기 및 모래 비율의 급격한 변동은 강수량의 증감과 관계가 있었으며, 저수지의 수위 변화와 유속이 저수지의 퇴적토 형성에 영향을 미칠 수도 있다. AP50의 연간 변동 자료를 기초로 추정하였을 때, 10년 이내의 짧은 기간 동안 약 30㎝ 이상의 퇴적토가 쌓일 수 있는 것으로 나타났다. 저수지에서 짧은 시간 동안 쌓여서 형성된 퇴적토에도 유역에서 발생한 인위적 또는 자연적 사건들이 퇴적토의 물리적 특성들에 반영될 수 있음이 확인되었다.

와점성계수를 이용한 토석류 퇴적 형상 수치해석

정석일,송창근,이승오 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.4

Recently, the increase in heavy rainfall has led to an increase in damage due to debris flow, and thus, interest in accurate debris-flow prediction has increased. In this regard, understanding the behavior of debris flow is necessary. Whereas many studies have been carried out to improve the prediction accuracy of debris-flow movements, relatively few studies have focused on debris-flow deposits. Therefore, investigating the possibility of accurate numerical simulation is necessary, and we performed simulation of deposits using Urban Debris Simulator (UDS). Before the simulation of the deposits, the optimum conditions were derived from the sensitivity analysis of the time step and grid size of the United States Geological Survey debris flume. Because the deposit shape of a debris flow is asymmetrical and irregular, reproducing it using the rheological models whose viscosity is in the scalar form is difficult. The deposit experiments performed in USGS debris flume were reproduced in UDS, which had a tensor-type eddy viscosity, and numerical simulations were carried out under varying eddy viscosity values. As a result, the optimal eddy viscosity was obtained, and we confirmed that the accurate deposit shape of the debris flow can be simulated using eddy viscosity. 최근 집중호우의 증가는 토석류에 대한 피해 증가로 이어졌으며, 이에 따라 정확한 토석류 예측에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이를 위해서는 토석류 거동 특성에 대한 이해가 선행되어야 한다. 토석류의 이동에 대한 예측 정확도 향상을 위한 연구는 많이 수행된 반면, 상대적으로 퇴적에 대한 연구는 적게 수행되었다. 이에 Urban Debris Simulator (UDS)를 이용하여 토석류 퇴적형상에 대한 정확한 수치해석 가능성을 검토하였다. 수치해석 전 과정으로 USGS 토석류 수로를 대상으로 시간간격과 격자크기에 대한 민감도 분석을 통해 최적 조건을 도출하였다. 토석류의 퇴적은 비대칭적이고 불규칙하기 때문에, 단일 점성계수를 갖는 유동 모델로 구현하는 것은 쉽지 않다. 천수방정식 기반의 UDS는 텐서형태의 와점성계수를 갖고 있으며, 이를 이용하여 불규칙한 토석류 퇴적형상을 모의할 수 있다고 판단하였다. 이에 USGS 토석류 실험수로에서 수행한 실험을 UDS로 재현하였으며, UDS의 와점성계수를 변화시켜가며 퇴적에 대한 수치모의를 수행하였다. 그 결과, 최적의 와점성계수가 제시되었으며, 정확하게 토석류 퇴적 형상이 모의될 수 있음을 확인하였다.

연직수문의 퇴적토 배출특성에 관한 실험적 연구

이지행,최흥식 응용생태공학회 2018 Ecology and resilient infrastructure Vol.5 No.4

In order to analyze sediment transport characteristics of knickpoint migration, sediment transport length, and sediment transport weight through the under-flow type vertical lift gate, the hydraulic model experiment and dimensional analysis were performed. The correlations between Froude number and sediment transport characteristics were schematized. The multiple regression formulae for sediment transport characteristics with non-dimensional parameters were suggested. The determination coefficients of multiple regression equations appeared high as 0.618 for knickpoint migration, 0.632 for sediment transport length, and 0.866 for sediment transport weight. In order to evaluate the applicability of the developed hydraulic characteristic equations, 95% prediction interval analysis was conducted on the measured and the calculated by multiple regression equations, and it was determined that NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency), RMSE (root mean square), and MAPE (mean absolute percentage error) are appropriate, for the accuracy analysis related to the prediction on sediment transport characteristics of kickpoint migration, sediment transport length and weight. 하단배출 형태의 연직수문을 대상으로 퇴적토 배출특성에 따른 두부침식거리비, 퇴적토 이동거리, 퇴적토 이동량을 분석하기 위해 수리 모형실험과 차원해석을 수행하였다. Froude 수와 배출특성의 상관관계를 도식화하고, 퇴적토 배출특성을 지배하는 무차원 매개변수에 의한 다중회귀식을 제안하였다. 두부침식거리, 퇴적토 이동거리와 이동량에 대한 각 다중회귀 분석식의 결정계수는 각각 0.618, 0.632, 0.866으로 높게 나타났다. 개발한 퇴적토 배출특성식의 사용성을 평가하기 위해 실제 측정값과 회귀분석식에 의해 계산된 값의 95%의 예측구간 분석을 수행하였고, 두부침식거리, 퇴적토 이동거리와 이동량에 대한 예측의 정확도 분석차원의 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency), RMSE (root mean square)와 MAPE (mean absolute percentage error)는 적절한 것으로 판단되었다.

시화호 퇴적토의 오염도 평가 및 효과적 관리방안

김승진,배우근,신경훈,최동호,백승천,윤승준,최형주,Kim, Seung-Jin,Bae, Woo-Keun,Shin, Kyung-Hoon,Choi, Dong-Ho,Baek, Seung-Chun,Yoon, Seung-Joon,Choi, Hyung-Joo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.4

시화호 저서생태계의 비용효과적 복원을 위한 퇴적토 관리 대안을 제시하기 위하여 시화호 내 오염퇴적물의 현황 및 저서생태계 특성에 대한 조사와 퇴적물 관리 기준과 사례 연구가 수행되었다. 미국해양대기청의 퇴적물환경권고기준에 따라 시화호 퇴적토의 중금속 오염도를 평가한 결과 13개 조사지점 중 반월/시화 산단과 인접해 있는 4개 지점의 퇴적토가 2개 이상의 중금속에서 ERL (Effects Range Low : 저서생물 10%에 악영향을 끼칠 수 있는 농도)을 초과하는 것으로 나타났다. 그러나 미국 워싱턴 주와 네덜란드에서 정하고 있는 퇴적토 제거기준은 초과하지 않는 것으로 나타났다. 반면에 유기물 및 황화물 오염의 관점에서 개발된 일본 나고야항과 동경만/요코하마만의 퇴적물 제거기준에 의하면 시화호 표층 퇴적물 대부분이 제거대상인 것으로 나타났다. 한편 저서생물의 조사결과 Polydora ligni (얼굴갯지렁이)와 Musculista senhousia (종밋)와 같은 오염지시종이 우점종으로 출현하였으며, 이로 미루어 유기물 오염에 의한 여름철 용존산소 고갈 및 황화수소 생성등이 일반적인 저서생물의 건강한 성장을 크게 저해하는 것으로 판단되었다. 유기물, 황화물 및 중금속과 오염퇴적토가 주변지역에 미치는 영향을 종합적으로 고려한 결과 일부 지역은 우선적으로 퇴적토 정화가 이루어져야 할 것으로 판단되었다. An investigation on the polluted sediments in the Lake Sihwa and the benthos that inhabited on the sediments was conducted. Cost effective remediation alternatives were derived form the results of the investigation. The sediment samples taken from four sampling points out of thirteen showed relatively high heavy metal (particularly copper) concentrations which exceeded the Effects Range Low (ERL) of the National Oceanic and Atmospheric Administration, USA. The four sampling points were located in front of industrial complexes. Although the heavy metals appeared to have affected the growth of the benthos, the concentration of it did not exceed the criteria of dredging that were developed by Netherlands or the State of Washington, USA. However, contamination by organic matters and sulfur compounds was severe, which exceeded the criteria of dredging that were established in Japan. The sediments taken from the four sampling points which were contaminated with heavy metals showed higher organic matter content in general. The organic matters in the sediments depleted oxygen in summer, which appeared to be fatal to the benthos. A comprehensive analysis on the sediments, benthos, and other environmental impact from the contaminated sediments drew a conclusion that the benthonic environment of the Lake Sihwa needed a stepwise remediation, giving a particular emphasis on the clean up of the sediments upstram of the Lake which could cause odor problems to the nearby residential area.

시화호 인공습지에서 표층퇴적토의 오염물질 함량 분포와 제거효율 평가

최돈혁(Don Hyeok Choi),최광순(Kwang Soon Choi),김동섭(Dong Sup Kim),김세원(Sea Won Kim),황인서(In Seo Hwang),이미경(Mi Kyung Lee),강호(Ho Kang),김은수(Eun Soo Kim) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.9

시화호 인공습지내 표층퇴적토에 의한 오염물질 제거효율을 평가하기 위하여 표층퇴적물내 물질함량과 퇴적토에 의한 오염물질의 용출여부를 조사하였다. 조사기간 동안 표층퇴적물의 COD, TOC, IL, TN, TP 함량은 각각 4.1~47.7 mg/g, 0.29~2.81%, 1.88~8.15%, 0.03~0.35%, 362~1,150 μg/g의 범위로 조사지점과 시기에 따라 차이를 보였다. 유기물과 TN 함량은 봄에 높고 시간이 지날수록 감소하는 경향을 보인 반면 TP 함량은 유의적인 차이를 보이지 않았다(3월≥5월≥7월≥9월, p=0.003 for COD, p=0.001 for TOC, p=0.017 for IL, p=0.015 for TN). 표층퇴적토의 중금속 함량은 As 3.5~13.9 μg/g, Cd 0.08~0.38 μg/g, Cr 51.8~107.0 μg/g, Cu 16.4~81.8 μg/g, Pb 26.8~81.8 μg/g, Zn 85~559 μg/g의 범위로 항목에 따라 상이한 시공간적인 분포를 보였다. 퇴적물환경기준으로 볼 때 유기물 함량은 대부분 기준 이하의 수준을 보인 반면 TN과 TP는 "중간오염" 또는 "심한 오염" 수준을 보였다. 그리고 중금속 함량은 Cd과 Pb을 제외한 모든 항목에서 퇴적물 환경기준으로 초과하는 것으로 나타났다. 퇴적토의 용출실험 결과로부터 TN, Pb, Zn은 퇴적토에 의해 제거되는 반면 TP, Cd, Cu는 퇴적토로부터 용출되는 경향을 보였다. 그러므로 시화호 인공습지에서 표층퇴적토의 수질정화기능을 향상시킬 수 있는 방안수립이 필요하다. To estimate the pollutant removal efficiency by surface sediment, matter content within surface sediment and its release from the sediment were investigated at 12 sites in the Sihwa constructed wetland. The content of COD, TOC, IL, TN, and TP within sediment varied temporally and spacially, showing ranges of 4.1~7.7 mg/g, 0.29~2.81%, 1.88~8.15%, 0.03~0.35%, 362~1,150 μg/g, respectively. The contents of organic matter and TN were significantly highest in March and decreased towards fall (March≥May≥July≥September, p=0.003 for COD, p=0.001 for TOC, p=0.017 for IL, p=0.015 for TN), whereas TP content was not significant statistically in difference between sampling times. The contents of heavy metals also varied largely with sampling sites and times (As:3.5~3.9 μg/g, Cd:0.08~0.38 μg/g, Cr:51.8~107.0 μg/g, Cu:16.4~81.8 μg/g, Pb:26.~81.8 μg/g, Zn:85~559 μg/g). As compared with sediment quality guideline, the content of organic matter within surface sediment of the Sihwa constructed wetland was classified as unpolluted level. In contrast, the contents of TN, TP and heavy metals were classified as medium or severe pollution state, except some heavy metals (Cu and Pb). From the results of release experiment, TN, Pb, and Zn tend to be removed by surface sediment, but TP, Cd, and Cu have a tendency to released from sediment. Therefore, a relevant plan to improve the removal efficiency of pollutant (especially phosphorus) by surface sediment in the Sihwa constructed wetland is needed.

수치모형을 이용한 연안에서의 토석류 모의

이호진,김성덕 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

기후변화에 기인한 집중호의 영향으로 산지에서 토석류를 비롯한 토사재해가 해마다 발생하고 있다. 대분의 경우 토석류 등의 재해는 산지에서 일어나는 것으로 한정하기 쉬우나, 토석류와 산사태가 발생하여 인근의 하천에 유입되면 고농도의 탁수가 혼합된 것과 동일한 효과가 발생하여, 수질에 악영향을 미친다. 이와 마찬가지로 연안에 위치한 산지에서 토석류가 발생하면, 발생된 토석류는 바다와 연결된 하천을 따라서 바다로 유입되게 된다. 이와 같은 고농도의 토석류가 바다에 유입되면 주변의 수질은 오염되어 생태계에 악영향을 미친다. 본 연구에서는 바다와 연결된 강원도 오십천 유역의 산지를 연구대상지역으로 하여, 유역 내 산지에서 토석류가 발생하였을 때 이에 따른 토석류의 거동을 모의하였다. 바다와 연결된 하구를 원점으로 하여 10 km의 거리에 대해서 토석류의 유량과 토석류의 유동심을 모의 하였다. 산지유역의 상류부에서 토석류가 발달함에 따라 침식과 퇴적이 반복되어 일어나고 있다. 모의결과 하구에서의 토사유출량은 114,216 ㎥으로 나타났다. 이와 같은 연구를 발생시켜 실제현상에 대한 예측능력을 강화시킨다면 산지와 연결된 하구부 또는 하천에서의 토석류에 의한 2차 재해를 방지하는데 효과적일 것으로 판단된다.

안정화제를 혼합한 비소 오염 퇴적토의 장기 침출 기반 유효성 평가

이선재,장용호,한지희,김민주,김정민,이나래,송서영,안용태,이해석,최재영 한국퇴적환경준설학회 2023 한국환경준설학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.5

수중 퇴적토 내 비소는 3가와 5가 형태로 존재할 수 있으며, 이 중 3가 형태의 비소가 위해성이 큰 것으로 알려져 있다. 비소는 다양한 요인에 의해 퇴적토로 유입될 수 있는데, 대표적으로 자연발생적인 오염과 광산 활동에 의한 인위적인 오염 가능성이 존재한다. 따라서, 국내 휴·폐광산 인근 하천, 호소 퇴적토의 비소 오염 사례가 보고되고 있다. 오염 퇴적토는 준설에 의한 정화가 지배적이었으나, 최근 안정화제를 펠렛 형태를 퇴적토에 분사하여 비소의 이동성을 저감시키는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 안정화 공법은 오염원을 영구적으로 제거하는 것이 아닌, 이동성 저감에 목적을 두므로 안정화제의 유효성 여부에 따라 재오염 발생 가능성이 있다. 따라서, 안정화 공법 적용과 더불어 유효성 평가를 통한 재오염 시기를 예측하는 것이 중요할 수 있다. 본 연구에서는 안정화제를 혼합한 퇴적토의 전기적인 물성과 강우 조건에서의 침출 실험을 통해 안정화제를 혼합한 퇴적토의 유효성을 평가하고자 하였다.

토석류 위험구역 설정과 재해 후 항공사진을 이용한 유효성 검토

이광연,장수진,서기범,김석우,김경남 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

우리나라의 토석류 위험지 관리는 산림청의 산사태 위험지 관리제도와 구 소방방재청의 급경사지 관리 제도를 준용하고 있으나, 토석류 위험지를 구체적으로 관리하고 있지 못하다. 그 이유는 우리나라의 토석류 발생지의 대부분이 황폐산지의 반복되는 토석류 발생지가 아니라, 국지성 집중호우로 인해 돌발적으로 발생되는 토석류가 대부분이기 때문에 위험지 관리 대책을 수립할 수 없는 어려움이 있다. 이 연구는 지형 및 입지특성에 근거한 기준점 설정을 통해 토석류 위험구역 구획방안을 제시한 선행연구를 검토하고자 시행되었다. 2011년 7월 토석류 피해지역인 춘천시 신북읍 천전리 일원의 퇴적토사량과 토석류의 도달거리를 산정하여 위험구역을 구획하였다. 실제 피해 대상지인 2개의 유역을 연구대상지로 선정하여, 산정된 침식가능토사량(지질·계류 차수별 원단위 기준 산정법)과 운반가능토사량(총수량·용적토사농도 이용 산정법)을 현지 측량에 의해 얻어진 퇴적토사량과 비교하였다. 그 결과 침식가능토사량은 실측에 의해 얻어진 토사량과 유사한 범위에 있었고 운반가능 토사량은 과대치가 산정되었다. 토석류의 도달거리는 경험식에 지질·계류 차수별 원단위 기준 산정법으로 계산된 침식가능토사량으로 산정하였다. 경험식으로 산정된 도달거리는 수해 직후 촬영된 항공사진의 판독으로 산정한 도달거리와 비교한 결과 유사 범위에 위치하였다. 수해 직후 촬영된 항공사진을 판독하여 구획된 토석류의 퇴적범위는 구획된 토석류 위험구역 내에 위치하여 이 방법이 유효함을 확인하였다.

호소 퇴적물내 총인 분석방법 비교 분석

도효석 ( Hyo Seok Do ),곽진석 ( Sang-hyeon Mun ),이진경 ( Jin-kying Lee ) 한국환경농학회 2018 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2018 No.-

호소 내 퇴적물은 다양한 오염물질의 저장소로 수질관리에 있어 직·간접적으로 영향을 미치는 중요한 지표 중 하나이다. 그 중 총인은 호소, 하천 등의 부영양화의 원인이 되는 대표 항목이다. 최근 퇴적물의 오염으로 인해 수질문제가 제기되는 등 환경적인 측면에서 퇴적물 관리의 중요성이 강조되고 있다. 퇴적물의 총인 분석을 위해 과거부터 다양한 방법이 적용되어 왔으며, 여러 기관에서 토양화학분석법(농촌진흥청), Standard methods (APHA) 등 퇴적물분석법을 적용하여 왔다. 2010년부터는 수질오염공정시험기준 중 퇴적물 총인 분석법이 추가가되어 국가물환경 측정망에 활용되고 있다. 본 연구에서는 시료를 질산과 과염소산에 의해 분해 후 총인산을 측정하는 농촌진흥청의 토양화학분석법의 Vanado Molybdate 법과 퇴적물을 강열하여 인을 산화시킨 후, 염산 용액을 넣어 추출하고 몰리브덴산인암모늄을 아스코르빈산으로 환원, 생성된 몰리브덴산의 흡광도를 측정하여 총인의 양을 정량하는 수질오염공정시험기준 중 퇴적물 총인 분석법(ES 04863. 1) 간의 비교 실험을 통해 분석결과를 비교·분석하였다. 총인의 비교 분석을 위한 시료는 농업용저수지 호소수인 오태지의 퇴적물에 대해 동일 시료를 시험법에 따라 7회씩 분석하여 결과에 활용하였다. 총인 분석에 영향을 미칠 수 있다고 판단되는 유기물, 강열감량, 입도를 추가로 분석하여 비교하였다. Vanado Molybdate 법으로 분석한 총인의 결과는 평균 411.59 mg/kg로 측정되었으며, 수질오염공정시험기준 - 퇴적물 총인 분석법(ES 04863. 1)의 평균값은 323.08 mg/kg으로 분석되었다. 분석법을 비교한 결과, Vanado Molybdate 법보다 수질오염공정시험기준의 퇴적물 분석법이 21% 정도 다소 낮게 측정되는 경향을 나타냈다. 이는 Vanado Molybdate 분석 방법의 과정중, 질산과 과염소산으로 시료 내 유기물뿐만 아니라 중금속까지 전분해가 진행되어 간섭물질의 영향을 적게 받았기 때문으로 판단된다. 이에 대한 정확한 검증을 위해 다른 호소수의 퇴적물에 대한 추가 분석과 더 다양한 조건 변화에 따른 분석법 비교로 영향요인 및 간섭물질을 확인하는 연구가 추가로 필요할 것이라 생각된다. 또한 이를 위해 분석간 오차를 줄이기 위한 정도관리(QA/QC) 검증도 함께 진행되어야 할 것이다. 시료 특성에 따른 분석법의 적용을 위해 좀 더 많은 연구가 필요하며, 조사 목적에 따라 적절한 분석법의 선택이 필요하다고 생각된다.

하상경사변화에 따른 토석류의 침식/퇴적

전병희,전계원,김병식 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

토석류 매커니즘에 대한 많은 선행 연구가 이루어졌으며, 토석류 수치해석은 설정된 지형이나 수문곡선 등의 조건하에서 토석류의 발생, 이동, 퇴적, 범람범위 등의 거동을 표현하는 것이다. 토석류 수치해석을 통해서 토석류재해의 규모나 범위를 예측할 수 있으며 실제로 발생한 토석류재해의 검증, 사방구조물의 기능평가에도 유용하게 이용될 수 있다. 본 연구에서는 토석류 해석에 자주 이용되는 Takahashi model과 Egashira model을 이용하였다. Takahashi model에서는 토석류, 소류상 집합유동 등에 따라 유동형태가 달라지는 반면, Egashira model에서는 유동형태의 구분없이 침식이나 퇴적이 일어나지 않는 평형경사를 상정하여 하상구배가 평형구배를 만족시키는 방향으로 침식/퇴적이 발생한다고 평가한다. 이러한 각각의 토석류 모델을 이용하여 여러 가지 하상에서의 침식현상, 퇴적현상을 수치모의하고 각 모델의 해석결과를 비교하였다. 또한 이동상에서의 침식/퇴적거동을 해석하였으며, 실제 지형에 대한 적용가능성을 검토하였다. 본 연구에서는 1차원해석에 머물러 있으나 계류상의 거동을 표현하고 사방구조물의 위치선정을 위해서는 무리가 없으며, 향후 2차원해석을 통해 범람거동을 해석한다면 토석류위험지도 작성에 유효할 것으로 판단되었다.