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점착성 부유사의 입도분포형 검증
Statistical investigation on size distribution of suspended cohesive sediment 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.53 no.10, 2020년, pp.917 - 928  

박병은 (충남대학교 공과대학 토목공학과) ,  변지선 (충남대학교 스마트인프라건설연구소) ,  손민우 (충남대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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본 연구는 점착성 부유사의 입도분포에 적합한 이론적 확률분포형을 찾는 것을 목적으로 수행되었다. 유의수준 5%에 대해 적합도 검정을 수행한 결과, 실험실 실험자료와 현장실험 자료에서 측정된 플럭입도분포는 다른 결과를 나타냈다. 현장실험으로부터 얻어진 표본자료의 경우 왼쪽으로 치우친 지수분포의 형태를 나타내며, Gamma 분포가 가장 우수하였다. 실험실실험 자료의 경우 표본자료가 양의 왜도를 가지며 GEV 분포가 가장 적합하였다. 많은 연구에서 점착성 유사의 입도분포로 가정되는 2매개변수 Lognormal 분포의 경우 현장실험 자료와 실험실실험 자료 모두 적합하지 않았으며, 위치매개변수를 추가하여 3매개변수 Lognormal 분포 적용 시 점착성 유사의 입도분포를 모사할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to find the appropriate probability distribution representing the size distribution of suspended cohesive sediment. Based on goodness-of-fit test for a significance level of 5% using the Kolmogorov-Smirnov test, it is found that the floc size distributions measured in la...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 점착성 부유사 입도분포의 형태를 구체화하기 위해 현장 및 실험실실험으로부터 얻어진 자료를 이용하여 적합도 검정을 수행하였다. 현장실험으로부터 얻어진 플럭입도분포자료는 장비의 특성으로 인해 측정 가능한 플럭의 최대 크기가 제한되며 이에 따라 측정 자료가 최대값 부근에 집중된 자료는 분석에 포함하지 않았다.
  • 그러나 플럭입도분포의 대수정규분포에의 적합성을 이론적으로 규명한 사례는 많지 않으며 그 신뢰성과 적합성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 통계학적 기법인 적합도검정법을 이용하여 점착성 유사의 입도분포가 실제로 모사하는 이론적 확률분포형을 찾아보고자 한다. 점착성 유사의 입도분포를 측정한 현장 및 실험실 자료를 수집하여 데이터 처리를 수행한 후, 적합도 검정을 실시하여 점착성 유사의 입도분포를 나타내는 이론적 확률분포형을 찾아 결과를 구체화한다.

가설 설정

  • 수집된 히스토그램별 계급구간과 상대빈도의 수치를 바탕으로 Matlab을 이용하여 계급구간 별로 균등분포를 따르는 난수를 상대빈도만큼 발생시켜 표본 자료를 생성하였다. 계급구간의 개수는 원자료와 동일하게 지정하였으며, 자료의 크기는 가정하여 적용하였다. Fig.
  • Li and Ganczarczyk (1990)은 분석결과를 바탕으로 확률밀도함수식을 제안하였으나, 해당 식은 Meto Toronto 지역에서 채취된 플럭의 입도분포만을 대상으로 개발되었다는 한계점이 존재한다. 수치모형을 이용한 연구로는 플럭의 평형크기를 모의하는 FGM모형의 계산과정에 추계학적 접근법을 적용한 사례가 조사되나(Shin et al., 2015), 난수를 발생시키는 과정에서 플럭의 입도분포를 대수정규분포로 가정하여 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
점착성 유사의 응집모형은 어떤 모형으로 구별 가능한가? , 2018), 응집현상을 살펴보기 위한 수치모형의 개발 또한 활발하게 수행되어왔다. 점착성 유사의 응집모형은 Population Balance Equation (PBE) 모형과 Floc Growth Model (FGM) 모형으로 구분할 수 있다. PBE모형은 특정 지역에서 존재할 것으로 예상되는 플럭 크기의 범위를 가정한 후 여러 계급구간으로 나누어 시간에 따른 계급구간 별 플럭의 개수 변화를 계산한다.
점착성 부유사 입도분포의 형태에 대해 적합도 검정을 수행한 결과는 현장실험과 실험실 자료에서 어떻게 다르게 나타났는가? 현장실험으로부터 얻어진 플럭입도분포자료는 장비의 특성으로 인해 측정 가능한 플럭의 최대 크기가 제한되며 이에 따라 측정 자료가 최대값 부근에 집중된 자료는 분석에 포함하지 않았다. 현장실험 자료를 이용하여 적합도 검정을 수행한 경우 양의 왜도를 가지는 Weibull 분포, 2변수 Gamma 분포가 가장 적합한 것으로 확인되었다. 이는 현장실험 자료의 경우 충분히 평형상태에 도달했을 때의 측정 자료가 아니기 때문으로 생각해 볼 수 있다. 반면 실험실실험 자료는 플럭의 응집현상이 충분히 평형상태에 도달한 이후에 측정된 자료로, 플럭의 평균 크기가 비교적 큰 값을 나타낸다. 플럭카메라를 이용하여 가능최대크기 또한 제한되지 않아 입도분포의 범위가 넓다. 실험실 실험 자료를 이용하여 적합도 검정을 수행한 경우, 분포의 넓은 범위를 고려할 수 있는 3매개변수 GEV분포가 가장 적합한 것으로 나타났다. 2매개변수 확률분포형으로는 Gamma 분포가 가장 우수한 것으로 확인된다. 현장 및 실험실 실험자료를 분석한 결과에 따르면, 많은 연구에서 가정되었던 대수정규분포의 경우 유의수준 5%에 대하여 적합도 검정을 통과하지 못하는 것으로 나타났다. 위치매개변수를 추가한 3매개변수 대수정규분포의 경우 적합도 검정을 통과하는 사례가 있는 것으로 확인되었다. 현장 및 실험실실험자료의 적합도 검정결과를 종합해보면, 자료의 특성과 응집현상의 영향에 따라 적정확률분포형이 다른 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서 수집된 자료들을 바탕으로 수행한 분석결과를 일반화하여 특정 확률분포형으로 플럭입도분포 형태를 정의하기보다는 향후 점착성 유사의 입도분포를 나타내는 확률분포형 선정 시 점착성 유사의 응집특성과 입도분포에 영향을 미칠 수 있는 다양한 인자들에 대한 고려가 필요할 것으로 생각된다.
유사는 어떻게 구별할 수 있는가? 흐름을 따라 부유 상태로 이동하는 유사는 점착성 유무에 따라 점착성 유사와 비점착성 유사로 구분할 수 있다. 점착성 유사는 비점착성 유사에 비해 유사입자의 크기가 작으며, 1차 입자(Primary Particle) 표면의 전자기적 점착력으로 인해 점착성을 띠는 유사로 정의할 수 있다.
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