본 논문은 효율적인 저수지 수심측량 및 지층탐사를 위하여 음파탐지 기법을 이용한 수심측량과 지층탐사의 활용에 관한 것으로서 음향 측심기 (Echo Sounder) 및 고주파 지층탐사 장비 (Subbottom Profiler)를 이용하여 수원시 원천저수지에 대한 수심측량과 지층탐사를 수행하였다. 연구에 사용된 음향 측심기 및 고주파 지층탐사 장비는 GPS와 연결하여 선박에 설치하고 DGPS 측량 방법을 이용하여 평면위치, 수심 및 지층탐사 데이터를 동시에 취득하였다. 음향 측심기 및 고주파 지층탐사 장비를 통해 취득된 데이터는 GIS 프로그램을 이용하여 다양하게 분석함으로써 저수지의 수심 지형 저수량에 대한 결과와 저수지 침전물의 종류, 양, 두께, 분포 등에 대한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 데이터들과 분석 결과는 향후 저수지, 호수 및 댐 유역에 대한 장기적인 개발 관리계획을 위하여 음파탐지 기법을 이용한 다양한 관측장비를 활용하는데 다양한 정보들을 제공할 수 있을 것이다.
본 논문은 효율적인 저수지 수심측량 및 지층탐사를 위하여 음파탐지 기법을 이용한 수심측량과 지층탐사의 활용에 관한 것으로서 음향 측심기 (Echo Sounder) 및 고주파 지층탐사 장비 (Subbottom Profiler)를 이용하여 수원시 원천저수지에 대한 수심측량과 지층탐사를 수행하였다. 연구에 사용된 음향 측심기 및 고주파 지층탐사 장비는 GPS와 연결하여 선박에 설치하고 DGPS 측량 방법을 이용하여 평면위치, 수심 및 지층탐사 데이터를 동시에 취득하였다. 음향 측심기 및 고주파 지층탐사 장비를 통해 취득된 데이터는 GIS 프로그램을 이용하여 다양하게 분석함으로써 저수지의 수심 지형 저수량에 대한 결과와 저수지 침전물의 종류, 양, 두께, 분포 등에 대한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 데이터들과 분석 결과는 향후 저수지, 호수 및 댐 유역에 대한 장기적인 개발 관리계획을 위하여 음파탐지 기법을 이용한 다양한 관측장비를 활용하는데 다양한 정보들을 제공할 수 있을 것이다.
This study incorporate hydroacoustic sampling for bathymetry and sediment survey in Won Cheon reservoir, Suwon city, Korea. Bathymetric and sedimentation surveys were conducted using a echo sounder system and subbottom profiler in the reservoirs. Data were collected using echo sounder systems and su...
This study incorporate hydroacoustic sampling for bathymetry and sediment survey in Won Cheon reservoir, Suwon city, Korea. Bathymetric and sedimentation surveys were conducted using a echo sounder system and subbottom profiler in the reservoirs. Data were collected using echo sounder systems and subbottom profiler linked to a GPS, to maximize data accuracy and vessel use, and geo-referenced using a DGPS enabling the acoustic data to be used in a GIS. Echo sounder and subbottom survey data were merged within geographic information system(GIS) software to provide detailed visualization and analyses of current depths, pre-impoundment topography, distribution, thickness, and volume estimates of lacustrine sediment, and water storage capacity. These data and analyses are, necessary for development of long term management plans for these reservoirs and their watersheds.
This study incorporate hydroacoustic sampling for bathymetry and sediment survey in Won Cheon reservoir, Suwon city, Korea. Bathymetric and sedimentation surveys were conducted using a echo sounder system and subbottom profiler in the reservoirs. Data were collected using echo sounder systems and subbottom profiler linked to a GPS, to maximize data accuracy and vessel use, and geo-referenced using a DGPS enabling the acoustic data to be used in a GIS. Echo sounder and subbottom survey data were merged within geographic information system(GIS) software to provide detailed visualization and analyses of current depths, pre-impoundment topography, distribution, thickness, and volume estimates of lacustrine sediment, and water storage capacity. These data and analyses are, necessary for development of long term management plans for these reservoirs and their watersheds.
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문제 정의
본 논문에서는 저수지 관리를 위한 효율적인 수심 및 지층탐사 방법에 대한 연구를 위하여 음향 측심기와 고주파 지층탐사 장비를 GPS 장비와 결합함으로써 수심 및 지층탐사 데이터와 이에 대한 평면위치 데이터를 동시에 관즉하였다. 연구대상지인 원천저수지에서 관즉된 수심 데이터에 대하여 음속보정 및 기준면 보정을 거쳐 인천만의 평균해수면을 기준으로 한 20m 격자간격의 하저지형 데이터를 구축하였다.
본 논문은 호소의 효율적인 개발과 관리시스템 구축을 위해서 필요한 호소 관련 다양한 공간정보를 수집하기 위한 측량 및 조사방법에 대하여 분석하고 실제 측량을 통하여 호소에 대한 3차원 공간정보를 구축함으로써 수자원 관리 를 위한 효율적인 측량방법을 제 시 하고자 한다.
본 연구에서의 음향상분석은 후자에 속한다. 지층탐사는 음파반사의 강도에 의해 단면도를 생성하는데 지층탐사 단면도 해석의 기초는 각 반사파의 성질을 분석하는 것이다. 이러한 반사파의 성질을 음향 임피던스(Acoustic Impedance, Z)라고 정의하며, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
제안 방법
취득하였다. DGPS처리를 위하여 저수지 주변에 설치한 가설 기준점과 선박에서 동시에 GPS 관측을 실시하였으며, Kinematic 방식으로 기준점과 선박을 연결하였다. 수심측량의 수평 및 수직 기준은 국토지리정보원의 GPS 상시관측소와 저수지 인근에 위치한 1등 수준점을 기준으로 GPS 및 수준측량을 실시하여 저수지 주변에 가설 기준점을 설치하였으며, GRS80타원체 기준 TM좌표 및 인천만의 평균해수면을 기준으로 하였다.
고주파 천부지층탐사 장비(2주파)를 이용하여 관측된 원천 저수지의 지층탐사 데이터는 신호강도 보정, 시간 변화 신호 보정, 잡음 필터 링 및 신호 재배열 등의 후처리 과정을 거쳐 지층탐사 탄성파 자료로 변환하였다. 그림 16 은 후처리 소프트웨어를 이용한 지층탐사 데이터 보정을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 2주에 걸쳐 연구대상 저수지에 대한 수심측량을 실시하였으며, 수심의 각 측정점에 대한 평면 위치를 결정하기 위하여 음향 측심기와GPS와 연결하여 수심 데이터와 평면위치 데이터를 동시에 취득하였다. DGPS처리를 위하여 저수지 주변에 설치한 가설 기준점과 선박에서 동시에 GPS 관측을 실시하였으며, Kinematic 방식으로 기준점과 선박을 연결하였다.
또한 수심측량시 수위의 변화량과 수면으로부터 발진기까지의 높이 차이를 보정해 주어 야 한다. 본 연구에서는 수위 변화량 보정을 위하여 수심측량을 실시하는 동안 매 10 분 간격으로 표척을 이용하여 수위를 관측하고 이를 1초 간격으로 선형보간하여 측정시간별 수심관측 데이터에 보정하였다. 2주간의 수심측량 기간 동안 표척점의 수위 변화는 약 L2m~ 1.
수심측량을 위한 항로는 남북방향에 대하여 약 200m 간격 으로 총 20개의 동서 방향 항로를 계 획 하여 수심측량을 실시하였으며, 선박은 약 2.5kiWh로 운항하며 10초 간격으로 수심을 관측하였다. 실제 수심측량을 실시한 항로궤적 및 수심도는 그림 응와같다.
DGPS처리를 위하여 저수지 주변에 설치한 가설 기준점과 선박에서 동시에 GPS 관측을 실시하였으며, Kinematic 방식으로 기준점과 선박을 연결하였다. 수심측량의 수평 및 수직 기준은 국토지리정보원의 GPS 상시관측소와 저수지 인근에 위치한 1등 수준점을 기준으로 GPS 및 수준측량을 실시하여 저수지 주변에 가설 기준점을 설치하였으며, GRS80타원체 기준 TM좌표 및 인천만의 평균해수면을 기준으로 하였다. 연구에 사용된 수심측량용 장비는 ODOM Hydrographic Systems사의 Hydrotac HT97001 모델이며, 상세 규격은다음과같다.
연구대상지인 원천저수지에서 관즉된 수심 데이터에 대하여 음속보정 및 기준면 보정을 거쳐 인천만의 평균해수면을 기준으로 한 20m 격자간격의 하저지형 데이터를 구축하였다. 이로부터 원천저수지변의 길이는 약 2.
저수지변에 수심이 너무 얕거나 장애물이 있어 배의 접근이 어려운 지역은 수심측량에서 제외하였으며, 총 2&613점에 대한 수심을 관측하였다. 연구에 사용된 음향 측심기는 GPS 수신기와 연동하여 수심측량시 음향 측심기의 3차원 위치도 함께 측정하여 저장되도록 하였다.
50m 간격으로 측정되었다. 원시데이터에 대하여 이상 관측값 필터링과 기준면 보정을 실시한 후 AkGIS 프로그램을 이용하여 TIN 모델을 생성하고 이로부터 보간을 통하여 20m 격 자간격 의 수심을 구하였다(그림 14).
00초를 적용하였다. 음향 측심기에서 측정된 수심은 GPS 측량 데이터와 결합하여 3차원 좌표로 변환하였다. 관측된 수심 및 GPS데이터를 분석한 결과 수심은 평균 24.
지층탐사를 위한 항로는 남북방향에 대하여 약 20m 간격으로 총 54개의 동서방향 항로를 계획(그림 12)하여 관측을 실시하였으며, 지층탐사시 음원의 Chirp Length는 5ms, 음원의 발진 간격(TrigRate)은 0.25s로 조정하였고 음원 증폭(hardware gain)은 3db로 설정하여 약 5m 간격으로관측을 수행하였다.
주파수 대역은 2~7kHz와 10~20kHz의 음역대를 동시에 하저 면으로 발진하고, 하저 면과 하저 지층으로부터 반사된 음파 중 2~7kHz와 10~20kHz의 음역 대를 동시 에 수신함으로써 해상도와 투과심도를 높일 수 있다. 지층탐사시 평 면위치는 수심측량과 마찬가지로 DGPS 처리를 위하여 저수지 주변에 설치한 가설 기준점과 선박에서 동시에 GPS 관측을 실시하였으며, Kinematic 방식으로 기준점과 선박을 연결하였다. 측정된 평면위치 데이터는 항적도 작성, 지질채취 점 선정 등을 위한 자료로서 활용하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상지역은 경기도 수원시 영통구 원천동에 위치한 원천저수지 이다(그림 6). 원천저수지 지역은 광교신도시 개발과 더불어 자연친화적이고 환경중심적인 친수공간을 마련하기 위해 물 순환 시스템 조성사업을 실시하고 있으며, 물 순환 시스템 구축을 위한 사전 조사 단계로써 저수지의 수심 및 퇴적층에 대한 정밀 조사를 필요로한다.
수심측량의 수평 및 수직 기준은 국토지리정보원의 GPS 상시관측소와 저수지 인근에 위치한 1등 수준점을 기준으로 GPS 및 수준측량을 실시하여 저수지 주변에 가설 기준점을 설치하였으며, GRS80타원체 기준 TM좌표 및 인천만의 평균해수면을 기준으로 하였다. 연구에 사용된 수심측량용 장비는 ODOM Hydrographic Systems사의 Hydrotac HT97001 모델이며, 상세 규격은다음과같다.
실제 수심측량을 실시한 항로궤적 및 수심도는 그림 응와같다. 저수지변에 수심이 너무 얕거나 장애물이 있어 배의 접근이 어려운 지역은 수심측량에서 제외하였으며, 총 2&613점에 대한 수심을 관측하였다. 연구에 사용된 음향 측심기는 GPS 수신기와 연동하여 수심측량시 음향 측심기의 3차원 위치도 함께 측정하여 저장되도록 하였다.
지층탐사시 평 면위치는 수심측량과 마찬가지로 DGPS 처리를 위하여 저수지 주변에 설치한 가설 기준점과 선박에서 동시에 GPS 관측을 실시하였으며, Kinematic 방식으로 기준점과 선박을 연결하였다. 측정된 평면위치 데이터는 항적도 작성, 지질채취 점 선정 등을 위한 자료로서 활용하였다.
이론/모형
본 연구에서 탄성파탐사를 위해 사용된 지층탐사 장비는 미국 Benthos사의 Chiip-II 시스템으로 천부 탄성파탐사 장비이다. 주파수 대역은 2~7kHz와 10~20kHz의 음역대를 동시에 하저 면으로 발진하고, 하저 면과 하저 지층으로부터 반사된 음파 중 2~7kHz와 10~20kHz의 음역 대를 동시 에 수신함으로써 해상도와 투과심도를 높일 수 있다.
보정과정을 거쳐야 한다(조규전, 2000). 본 연구에서는 기준면 보정방법으로 표척 관측에 의한 방법을 이용하였다. 표척 관측방법은 음향측심 관측의 기준면을 정의하는 것으로써 이미 수심을 알고 있는 점과 선박에 설치된 발진기의 상대적인 높이를 정밀하게 관측하는 것이다(그림 3).
있다(박운용, 2003). 우리나라 해양연구소에서는 해양수심측량 시 염분, 수온, 수압을 관측하여 음속을 보정하는 방법을 사용하고 있으나 본 연구에서는 염분 성분이 없고 수심 이 30m 이 하인 호수나 하천에서 주로 사용되고 있는 Bar-Check에 의한 방법으로 음속을 보정하였다(Alkam, 2006).
성능/효과
음향 측심기에서 측정된 수심은 GPS 측량 데이터와 결합하여 3차원 좌표로 변환하였다. 관측된 수심 및 GPS데이터를 분석한 결과 수심은 평균 24.50m 간격으로 측정되었다. 원시데이터에 대하여 이상 관측값 필터링과 기준면 보정을 실시한 후 AkGIS 프로그램을 이용하여 TIN 모델을 생성하고 이로부터 보간을 통하여 20m 격 자간격 의 수심을 구하였다(그림 14).
특히, 자갈 및 전석층이 풍화암층과 같이 기록되는 곳도 있는데 이는 그 층에서 기반암층에서와 같이 음파에너지가 흡수되기 때문이다. 그러므로 암층도에 표시된 암층의 심도는 기반암은 물론 고형 층인 기반암의 풍화층 중 N값이 높은 잔유토층, 자갈, 화상암, 그리고 모래 및 점토층까지의 심도가 함께 나타날 수있으므로 실제 시추성과를 참고하여 정확한 지층의 종류를 판단하여 야 할 것으로 분석 되었다.
7m인 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 음향 측심 기 및 지층탐사 장비를 GPS와 결합함으로써 수심측량 및 지층탐사의 정밀도를 향상 시킬 수 있으며, 현장 측정시간을 단축함으로써 효율적인 측정 이 가능한 것으로 분석되었다.
본 연구에서 격자 수심데이터로부터 제작된 음영 수심 기복도 및 수심도는 그림 15와 같다. 분석결과 인천만의 평균해수면을 기준으로 한 원천저수지의 지형은 35.0m~440의 표고분포를 나타내는 것으로 나타났다.
0m 이다. 수심은 상류로부터 댐으로 갈수록 깊어지며, 매우 완만한 경사를 이루고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 격자 수심데이터로부터 제작된 음영 수심 기복도 및 수심도는 그림 15와 같다.
그림 16 은 후처리 소프트웨어를 이용한 지층탐사 데이터 보정을 나타낸 것이다. 원천유원지의 지층분석 결과 오니층으로 추정되는 층의 두께는 0.1 ~인 것으로 나타났으며, 오니층의 두께는 상류지 역이 1m 정도로 가장 두껍고 제 방부분은 0.5~0.7m인 것으로 조사되었다. 그림 17은 본 연구결과에서 분석된 원처저수지의 지형과 퇴적층의 단면 중 (그림 12 참조) 저수지 의 중심부분인 29~32단면을 나타낸 것이다.
참고문헌 (10)
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Alkam, R. M., Kalkan, Y., Aykut, O. (2006), Sound Velocity Determination with Empirical Formulas & Bar Check, XXIII FIG Congress, Munich, Germany.
Anon (1987), IHO Standards for Hydrographic Surveys, International Hydrographic Organization Special Publication No. 44, Monaco (3rd edition).
Burdic, W. S .(1984), Underwater Acoustic System Analysis, Prentice-Hall Signal Processing Series, Prentice-Hall, Inc., Eagle wood Cliffs, NJ, 07632.
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Vail, P. R., Todd, R. G. and Sangree, J. B. (1977) Seismic stratigraphy and global changes of sea level: Part 5 Chronostratigraphic significance of seismic reflections: Section 2, Application of Seismic Reflection Configuration to Stratigraphic Interpretation Memoir, No. 26, pp. 99-116.
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