실험수로에서 신호대잡음비와 부유사농도의 상관관계 분석 (Correlation Analysis of Signal to Noise Ratio (SNR) and Suspended Sediment Concentration (SSC) in Laboratory Conditions)

서지정보

· 발행기관 : 대한토목학회
· 수록지 정보 : 대한토목학회논문집(국문) / 37권 / 5호 / 775 ~ 786페이지
· 저자명 : 서강현, 김동수, 손근수

초록

유사량 자료는 하천을 유지·관리하기 위하여 지속적으로 확보할 필요가 있다. 최근 해외에서는 유사량 자료 확보의 효율성 제고를 위해 초음파도플러유속계를 이용하여 간접적으로 유사량을 관측하는 연구가 시도되고 있다. 그러나, 기존 연구의 경우 주파수가 낮은 저주파 초음파도플러유속계를 이용하여 대하천 및 실제 하천에서만 연구가 수행되었다. 이에 본 연구에서는 3 MHz의 높은 주파수가 적용된 수평초음파도플러유속계(H-ADCP)를 유량과 유사량 통제가 가능한 실험수로에 적용하여 획득한 신호대잡음비(SNR)를 이용하여 입경에 따른 초음파의 반사특성을 규명하고, 대하천을 기반으로 개발된 신호대잡음비 보정 알고리즘의 적용성 검토를 실시하며, 보정된 신호대잡음비를 활용하여 실험수로 규모의 하천에서 유사량 측정 가능성을 검토하였다. 이를 위해, 레이저부유사측정기(LISST-100X)를 활용하여 실측 부유사농도 데이터를 획득하고 신호대잡음비와의 상관관계를 분석하였다. 또한, 수로 전 단면에 균일한 유사를 공급하기 위해 실험수로 규격에 맞게 유사공급장치를 제작하였으며, 초음파 반사특성 규명을 위해 입경이 다른 두 종류의 유사(Silt, Sand)를 활용하여 실험을 수행하였다. 기존 신호대잡음비 보정 알고리즘을 실험수로 측정결과에 대해 적용성 검토를 실시한 결과, 적절한 보정 결과를 보여 보정 알고리즘이 실험수로 규모에도 적용 가능함을 확인하였으며, 보정된 신호대잡음비와 부유사농도 사이의 상관관계 경향을 분석한 결과, 실트와 모래에 대해 전체적으로 일정한 연관성을 보여, 향후 추가적인 연구를 통해 신호대잡음비를 이용한 간접적인 유사량 관측이 가능할 것으로 사료된다.

영어초록

Monitoring sediment flux is crucial especially for maintaining river systems to understand morphological behaviors. Recently, hydroacoustic backscatter (or SNR) as a surrogate to empirically estimate suspended sediment concentration has been increasinglyhighlighted for more efficient acquisition of sediment dataset, which is difficult throughout direct sediment sampling. However, relevant contemporary researches have focused on wide range solution applicable for large natural rivers where H-ADCPs with relatively low acoustic frequency have been widely utilized to seamlessly measure streamflow discharge. In this regard, this study aimed at investigating hydroacoustical characteristics based on a very recently released H-ADCP (SonTek SL-3000) with high acousticfrequency of 3 MHz in order to capitalize its capacity to be applied for suspended sediment monitoring in laboratory conditions.
SL-3000 was tested in a laboratory flume to collect SNR in conjunction with LISST-100X for actual sediment concentration and particle distribution in both sand and silt sediment injection in various amount. Conventional algorithms to correct signal attenuations for water and sediment were carefully tested to validate whether they can be applied for SL-3000. As result of analyzing the SNR-SSC correlation trand, through further study in the future, it is confirmed that SSC can be observed indirectly by using the SNR.

참고자료

· 없음