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정재민(Jae Min Jeong),김승현(Seung Hyun Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.9
천변여과지에서 표류수 유속이 여재의 폐색에 주는 영향을 파악하기 위하여 파일럿 규모의 실험을 수행하였다. 표류수 유속을 0~40 cm/sec 범위에서 단계적으로 변화시키면서 설비를 운전하여 폐색이 발달하는 현상을 관측하였고, 관측결과를 수치해석코드로 해석하여 폐색계수를 얻었다. 연구결과 이 범위의 표류수 유속에서는 표류수 유속이 폐색발달에 영향을 주지 않는 것으로 나타났고, 폐색은 주로 표층에서 발생함을 알 수 있었다. 여과수 산출율이 5 m3/m2-day에서 3 m3/m2-day까지 감소하는 동안 표층 50 cm에서의 폐색계수는 약 30,000 sec까지 증가하였으며, 이는 전체 여재두께 2.4 m가 가지는 폐색계수의 87%에 해당되었다. 표층 50 cm의 폐색계수에서 표면폐색이 90% 정도를 차지하여 내부폐색은 약 10%에 불과함을 알 수있었다. 운전지속에 따라 표면폐색은 심화되었지만 내부폐색은 일정함도 알 수 있었다. 또한, 폐색이 진행되어도 여과깊이에 따른 탁도분포는 일정함을 알 수 있었다. A pilot-scale sand-box experiment was performed in order to investigate the effect of cross-flow velocity on the clogging of the filter sand in a model filtration pond. The clogging phenomenon was observed during the operation with the cross-flow varied in stages in a range of 0~40 cm/sec, and the experimental result was analyzed using a numerical code. Results showed that the cross- flow velocity in this range had no influence on the development of clogging and that clogging occurred mostly on the filter-surface. It was found that while the production rate decreased from 5 m3/m2-day to 3 m3/m2-day the clogging coefficient of the top 50 cm layer increased up to about 30,000 sec, which corresponded to 87% of the clogging coefficient of the total 2.4 m layer. Of the clogging coefficient of the top 50 cm layer, surface clogging constituted 90% while the other 10% was intermediate clogging. It was also found that the surface clogging increased while the intermediate clogging remained constant as the operation continued, and that filtrate turbidity along the filtration depth remained constant in spite of the increase in clogging.
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피성민(Seong Min Pi),김승현(Seung Hyun Kim) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.6
홍수터여과에서 집수관의 설계에 대한 자료를 얻기 위해 실험실 규모의 모래통 실험을 수행하였으며, 집수관의 직경, 모래의 투수계수, 집수정의 수위 그리고 지표에서의 원수공급률 등의 변화에 따른 집수관에서의 수두분포와 지하수면 분포를 측정하였다. 측정결과를 수치해석코드에 적용하여 집수관 각 부위에서의 여과수 유입률도 파악하였다. 이들 자료로부터 홍수터여과에서 집수정의 운영수위를 낮춤으로 인한 부작용은 없을 것으로 예상되었으며, 적절한 회수능력에 비해 원수공급률이 큰 경우 대수층에서의 수평방향의 흐름이 발달하여 수평집수관의 통수능 부족을 보완함을 알 수 있었다. 이 경우 여과수의 토양중 이동거리가 늘어나므로 여과수의 수질개선에도 도움이 될 것으로 판단되었고, 따라서 홍수터여과에서는 강변/하상여과에서보다 더 작은 직경의 수평집수관을 사용할 수 있음을 알 수 있었다. 전체 수두손실중 수평집수관에서의 수두손실이 차지하는 비율이 수평집수관 출구유속과 비례함을 알 수 있었으며, 이를 이용하면 홍수터여과에서 수평집수관의 설계와 평가가 가능할 것으로 판단되었다. In order to obtain information on the design parameters of the horizontal laterals in floodplain filtration, laboratory-scale sand-box experiments were performed where the head distributions on the laterals and the groundwater profiles were measured according to the change in parameters including lateral diameter, hydraulic conductivity of the sand, water level at the well and raw-water supply rate. Measured data were analyzed using a numerical code in order to identify the discharge intensity distribution along the laterals. It was observed from the result that the lowering of the water level at the well had minimal adverse effect on the performance of the floodplain filtration. Results also elucidated that the low conveyance of the laterals to transmit the filtrate was compensated and supplemented by a natural augmentation in horizontal conveyance through the aquifer when the raw-water supply rate exceeded the adequate recovery rate. With this mechanism, the water quality is expected to improve further since the travel distance through the aquifer is amplified. Based on these findings it can be suggested that the diameter of the lateral used in the floodplain filtration may be smaller than those in riverbank/bed filtration. It was also found that the ratio between the head loss occurring in a lateral and the total head loss in the floodplain filtration was proportional to the exit velocities of the laterals, which may be used to design and/or evaluate the lateral in floodplain filtration.
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정재민(Jae Min Jeong),박재영(Jae Young Park),이종진(Jong Jin Lee),김용운(Yong Woon Kim),김승현(Seung Hyun Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.5
강변여과용 수평집수관을 모사하는 파일럿 규모의 모래통 실험을 수행하였으며, 다양한 출구유속에 대한 수평집수관에서의 수두분포를 구하였다. Kim24)이 수행한 실험실 규모의 수평집수관에서의 손실수두에 Kim25)이 개발한 이론 즉, 작은 규모의 수평집수관에서의 손실수두로부터 큰 집수관의 손실수두를 계산하는 방법을 적용하여 본 연구의 관측치와 비교함으로써 Kim25)의 이론이 타당함을 알 수 있었다. 또한, 이들의 이론을 적용하여 본 연구에서의 관측치로부터 실규모 집수관에서의 수두분포를 구하는 방안을 예를 들어 설명함으로써 강변여과의 수평집수관 설계방법을 제시하였다. A pilot-scale sand-box experiment simulating a lateral of collector well used in riverbank filtration was performed, and hydraulic head distributions along the lateral were measured according to the various drawdowns at the well. The results of this experiment were compared to the predicted values obtained using a theory previously developed by Kim25) in order for its validation. This theory predicts the head loss in a large-scale lateral given the loss in a small-scale one, and to have actual values for comparison, the results from a lab-scale experiment previously performed by Kim24) were employed. Comparing the experimental values to the extrapolated value indeed confirmed the validity of the theory. A procedure to determine the hydraulic head distribution of a practical-scale lateral was also presented applying the theory to the experimental result of this study in an effort to show the process of lateral design for riverbank filtration.
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배가람(Gha Ram Bae),김승현(Seung Hyun Kim) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.5
장대형 수평집수관은 내부에서 축방향 흐름에 대한 마찰저항으로 인해 우물효율이 낮아지므로 이를 방지하기 위하여 다직경 수평집수관을 제안하였고, 그 효능을 평가하기 위해 실험실 규모의 모래통 실험을 수행하였다. 실험에서는 다직경과 여러 직경의 단직경 집수관에 대해 산출유량을 달리하면서 집수관에서의 수두분포를 파악하였으며, 이를 통해서 집수관의 효능을 평가하였다. 연구결과 다직경 집수관은 단직경에 비해 재료비가 1/3 이상 절감되면서도 그 산출유량은 최대직경의 단직경 집수관의 93% 이상이어서 그 효능이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 출구유속이 약 0.8 m/sec 이상에서는 수평집수관의 수두분포가 왜곡되어 수리학적으로 비효율적인 수평우물임을 알 수 있었다. In order to prevent the decrease in well efficiencies due to friction in the axial flow in long, large-diameter laterals, a multi-diameter lateral was devised and tested through lab-scale sand-box experiments to assess its performance. In the experiment, three different production rates were applied over the multi-diameter and the three single-diameter laterals to obtain the hydraulic head distributions for each, which was used to assess the performance of the laterals. Results elucidated that the multi-diameter lateral reduced the material cost by more than a third, in comparison to the single-diameter lateral, while maintaining the production rate at higher than 93%, proving its superiority. Furthermore, results indicated that exit velocities exceeding 0.8 m/sec in horizontal wells tended to distort the hydraulic head distribution near the exit, providing evidence of its inefficiency.
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