일점연속 채취, 멱 속도 분포 및 Laursen의 토사농도 분포식을 이용한 총 부유 유사량 계산방법을 제안하였다. 이 방법은 미국 리오그안데 강에서 채취한 자료에 의해 검증되었다. 이 방법으로 계산된 농도분포는 $\beta$, $\kappa$, 그리고 w의 보편적인 값을 사용하여 계산한 보정 전수심 채취방법과 잘 일치하였다. 지역특성에 맞는 농도와 속도 분포식의 계수 x 와 z를 사용하였을 때는 더 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 일점 채취에 사용한 이 방법과 일반적으로 많이 쓰는 전수심 채취를 사용한 방법과의 총 유사량의 차이는 채취때 생길 수 있는 오류 정도로 작은 것이었다. 일점 연속 채취에 의한 총 부유 유사량 측정은 여러 가지 중요한 이점을 가지고 있다. 채취 시간에 및 비용을 절감할 수 있으며 채취를 자주 할 수 있고 유사량 변화에 신속하게 대응할 수 명실상부 또한 이 방법은 미래에 추구해야 할 자동채취 방법으로 사용될 수 있다.
점착성 부유사 농도분포는 해수유동과 물질 확산에 의해서 결정되며 지배방정식으로는 2차원 수심적분된 Reynolds운동방정식, 연속방정식과 Fick의 확산법칙에 근거를 둔 대류-확산방정식이 사용되었다. 해수유동과 점성퇴적물 확산인 두개의 모형은 유한차분법을 이용하였고 유동모형은 양해법, 확산모형은 다증법을 사용하여 부유사 이동의 현상을 파악하였다. 해수유동방정식의 적용시 이송항의 포함여부에 대해서 조사하였으며 물질확산 방정식에 대해서는 한계전단응력값의 변화가 부유사농도에 영향을 주는가에 대해서 비교하였다.
대한원격탐사학회 1998년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.399-403
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1998
Absorption coefficient per mass unit of particles, specific absorption coefficient, is one of main parameters in developing algorithms for ocean color remote sensing. Specific absorption coefficient of chlorophyll (a$^*_{ph}$) and suspended sediment (SS) were analyzed by "wet filter technique" and "Kishino method" for data sets observed in the Yellow and Mediterranean Seas. A new data-recovering method for the filter technique was also developed using spectrum slopes. This method recovered the baseline of spectrum that was often missed in the Kishino method. High a$^*_{ph}$($\lambda$) values in the oligotrophic Mediterranean Sea and low values in the Yellow Sea were observed, spanning over the range of 0.02 to 0.12 $m^2$/mg, at the chlorophyll maximum absorption wavelength 440nm. The empirical relationship between a$^*_{ph}$ and chlorophyll concentration was found to fit a power function, which was slightly different from that proposed by Bricaud et ai. (1995). Absorption specific coefficients for suspended sediment (a$^*_{SS}$) didn't show any relationship with concentrations of suspended sediment. However, the average value of a$^*_{SS}$ at 440nm was close to the specific absorption coefficient of soil (loess) measured by Ahn (1990). The more-pronounced variability of a$^*_{SS}$ than a$^*_{ph}$ perhaps can explain more wide range of size-distribution for SS, which were determined by their specific gravity and agitation of water mass in the sea surface.
부유사 농도는 유사이송해석, 하천 및 구조물의 안정성 평가 등에 있어서 매우 중요한 자료라 할 수 있다. 그러나, 국내의 경우 주로 재래식 채집방식으로 유사량을 관측하고 있어 유사량 자료가 현저히 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 수평초음파도플러유속계(H-ADCP)에서 제공하는 신호대잡음비(SNR)와 레이저부유사측정기(LISST-100X)를 활용한 실측 부유사농도와의 상관관계를 구축하여 H-ADCP를 활용하여 공간 시간적으로 정밀한 유사량을 지속적으로 추정할 수 있는 기법을 개발하고자 한다. 이를 위해 H-ADCP의 신호대잡음비 보정식을 개발하였으며, 실규모 하천에서 유사를 인위적으로 공급하며 H-ADCP와 LISST를 활용하여 신호대잡음비와 부유사농도 자료를 계측하고, 개발된 보정식이 적용된 신호대잡음비-부유사농도(SNR-SSC) 관계식을 시범적으로 구축해 보았다. 구축한 SNR-SSC 관계로부터 상관계수 0.85~0.88의 상대적으로 높은 상관도를 가진 선형회귀식을 구성할 수 있었으며, 본 연구 결과는 자동유량측정장치로 사용되고 있는 H-ADCP를 적절히 활용할 경우 실시간 유사량 관측이 가능하다는 점을 시사한다.
To precict the suspended sediments which are 80% of total sediments in a flood disch- arge, an equation representing vertical distribution of sediment concentration was derived based upon the diffusion theory and the logalithmic velocity distribution function in the tubulent flow mechanism. The hypothesis that the uniform mass transfer is occurred at upper part along the center line of water depth, was established as a preconition to solve the problem. The theorecal and the observed values were compared. And the theoretical equation was modified to be fit the theoretical values the observed values. Observed results are as follow; 1) Equation 12) is the theoretical equation representing the vertical concentration distri- bution of suspended sedimenta 2) Rous&exonential type vertical concentration distribution equation shows signification errors near the water surface. But the equation 12) shows substation cocentration values near the water surface. 3) Equation 15) is the modified theoretical equation which is possible to predict the vertical concentration distribution of suspended sediments.
The fate and transport mechanism of pollutants which have affinities to particles, such as trace metals and some petroleum product based compounds, can be effectively explained by the movement of sediment. The sediment release from lands to adjacent water bodies due to rainfall events was investigated in an effort to predict the total suspended solids (TSS) concentrations in runoff. The contribution of sediment from land origin to the river TSS can be better understood by the relationship between TSS concentration and particle size in runoff. The sieve analysis was used to determine the particle size distribution and these results were incorporated into statistical models. The critical size of particles was set to $74{\mu}m$ which contributes to the river TSS concentration since fine particles (wash load) of the sediment in the runoff play the key role in constituting TSS in a water column of the river. Empirical relationships were developed to predict TSS in runoff from the percentage of the critical particle size and were proven statistically to be valid.
득량만의 20여개 지점에 대한 표층퇴적물 입도분포와 부유물총량을 해수에 의한 부유물이동 및 침전작용으로 해석하였다. 득량만의 표층퇴적물은 대부분 비대칭 단일 모드 입도분포를 보이며 거문고 욕지도간의 내대륙붕에 분포하는 뻘구역의 입도분포와 매우 유사하다. 입도분포자료의 분석에 의하면 득량만의 표층쾨적물은 황애쪽에서 동 진하는 부유이동 세립질퇴적물이 만으로 유입되어 퇴적된 것으로 보인다. 조립질퇴적 물의 함량과 계산에 의해 얻어진 조류의 유속(Lee, 1994)이 서로 유사한 공간적인 분 포를 나타내는 것으로 볼 때, 득량만내의 표층퇴적물은 강한 조류와 얕은 수심으로 인 하여 부유이동 및 침전작용을 거듭하는 것으로 판단된다. 이러한 작용이 퇴적물로 하 여 금 특징적인 비대칭 단일모드 입도분포를 가지게끔 하는 것으로 보인다. 또 이러한 작용은 부유물총량의 분포에도 큰 영향을 미치는 듯하다. 득량만에서 의 평균 부유물 농도는 표저층간의 차이는 하계가 동계에 비해 2배 정도크다. 이것은 득량만에서 하계 에는 수괴의 성층현상이 발달하는데 반해 동계에는 균질한 수괴가 발달하는데 원인이 있는 것으로 판단된다. 부유물질의 양적인 분포와 계절적인 변동특성을 종합해서 볼 때 득량만내의 부유물 총량을 크게 좌우하는 요인은 유속 및 성층변동과 같은 수괴의 물리적인 특성, 수심과 같은 지형적 특성 그리고 부분적으로 육지로부터 의 부유물질 의 공급등이다.
A sedimentation basin is used to remove suspended sediments which can cause abrasive and erosive wear on hydraulic turbines of hydropower plants. This sediment erosion not only decreases efficiency of the turbine but also increases maintenance costs. In this study, the three-dimensional numerical simulations were carried out on the overseas hydropower project. The simulations of flow and suspended sediment concentration were obtained using FLOW-3D computational fluid dynamics code. The simulations provide removal efficiency of a sedimentation basin based on particle sizes. The influence of baffles on the flow field and the removal efficiency of suspended sediments in the sedimentation basin has been investigated. This paper also provides the numerical simulations for sediment-induced density currents that may occur in the sedimentation basin. The simulation results indicate that the formation of density currents decreases the removal efficiency. When a baffle is installed in the sedimentation basin, the baffle provides intensive settling zones resulting in increasing the sediments settling. Thus the enhanced removal efficiency can be achieved by installing the baffle inside the sedimentation basin.
저면경계층에서 부유사와 소류사 flux를 포함하는 실제적인 표사이동에 기초한 지형변화모델(SED-FLUX)이 개발되었다. SED-FLUX는 파랑모듈, 동수역학 모듈 및 부유사농도, 순부상 flux($Q_s$)와 소류사 flux를 계산하는 표사수송 및 확산모듈을 포함하며, 소류사 flux는 파-흐름 공존장에서 검증된 van Rijn의 TRANSPOR 프로그램에 의해 평가되어진다. 저면에서 순부상 flux $Q_s$는 표사확산모듈에서 source/sink 항으로서 평가되어지며, 수심변화모듈은 수심변화량을 계산하고 시간에 따른 bed level의 변화를 계산한다. 모델의 검증을 위하여 소류사이동의 이동한계수심은 방사성 동위원소 추적자를 사용한 현장 실험자료와 파와 흐름에 의한 표사이동한계수심에 대한 몇몇 경험식과 비교되었다. 본 모델을 파에 의한 해빈 단면변화에 적용한 결과 입사파의 특성에 따른 명확한 침식과 퇴적분포를 나타내었다. 끝으로, 이안제 배후에서 파와 해빈류에 의한 수심변화를 계산한 결과 이안제의 배후에서 초기 tombolo의 형성을 보여주었다.
자연하천에서의 유사량 계측은 하천공학적으로 중요한 의미를 가지지만 계측 방법의 비용 문제로 유사량 실측에 어려움이 따른다. 특히 소류사량 계측의 어려움으로 인해 주기적인 유사량 모니터링의 대부분이 부유사 농도 계측에만 제한되어 있는 실정이다. 본 연구에는 자동유량관측소에 설치된 횡방향 도플러 유속계(H-ADCP)의 후방산란값과 부유사 농도의 상관관계를 이용해 실시간으로 부유사 농도를 산정하고 총유사량을 산정하는 서포트벡터회귀 모형을 제안한다. 제안하는 실시간 총유사량 모니터링 시스템은 부유사 농도 모형과 수정 아인슈타인 방법을 모사하는 총유사량 산정 모형으로 구성된다. 각 모형의 매개변수와 입력변수는 K겹 교차검증 기반 격자검색 방법과 재귀적 특징 제거법을 이용해 결정되었다. 교차검증에서 부유사 농도 모형과 총유사량 산정 모형의 R2가 각각 0.885와 0.860으로 유사량-유량 관계곡선에 비해 정확한 것으로 나타났다. 시계열 유사량 관측을 통해 새로 제시되는 실시간 총유사량 관측 시스템이 자연하천에서 발달하는 유사량-유량 이력관계와 미세한 유량 변화에서 나타나는 유사량 변화를 성공적으로 관측할 수 있음을 확인했다. 본 연구에서 제안하는 방법은 마찰경사나 부유사 입도 등의 수리 조건을 가정할 필요 없이 H-ADCP의 원시자료만으로 부유사 농도와 총유사량을 산정할 수 있어 기존 방법에 비해 불확도가 적으며 경제적이다. 본 방법은 H-ADCP가 설치된 유사량 관측소에 광범위하게 적용 가능해 유사량 모니터링의 시간적 해상도를 경제적으로 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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