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논문 상세정보

초록

현재 자연 하천의 유사농도의 측정에 있어서 실제 측정은 기상 조건에 영향을 받으며, 기계적 한계로 인해 하천바닥에 인접한 소류사 구간의 유사농도 측정값은 부유사 구간의 유사농도 측정값 보다 신뢰도가 낮다. 그리하여, 하천의 바닥농도는 이론식을 통해 산정되어왔으나, 기존 유사농도 계산 공식들의 바닥농도 산정값은 실측값에 비해 신뢰도가 낮고 서로 다른 공식 간의 차이는 여러 조건에 따라 천차만별이다. 따라서 하천의 바닥농도를 산정하기 위해 보다 신뢰성이 높은 공식이 요구되고 있다. 본 연구는 하천의 유사농도에 정보엔트로피이론을 적용하여 유사농도분포와 평균유사농도의 결정방법을 제시하고 평균유사농도와 바닥농도의 관계를 통해 바닥농도를 산정하는 방법을 제시하였다. 유사농도 분포의 확률은 제약조건하에 계산된 최대 엔트로피에 의해 일정한 확률분포를 나타내게 되고, 이러한 관계에 근거하여 유사농도분포, 평균유사농도 그리고 바닥유사농도 간의 관계를 유도하고 측정 표본을 통해 바닥 유사농도를 산정할 수 있다. 본 연구의 이론 검증을 위해 과거 실험의 유사농도 측정값을 사용하여 유도된 유사농도분포와 평균유사농도 공식을 적용하였으며, 유도된 두 공식의 관계를 이용하여 대표 농도변수(EN : Equilibrium N )를 도출하였다. 대표 농도변수를 통해 산정한 점 농도는 실측값과 결정계수가 평균적으로 R2=0.924의 높은 신뢰도를 보였다. 이를 통하여, 실제 하천의 부유사 구간과 소류사 구간의 유사농도의 전체 경향을 보다 쉽게 파악하고 평균유사농도와 바닥농도의 관계를 이용하여, 신뢰도가 확보된 바닥농도를 손쉽게 산정할 수 있다.

Abstract

Current methods of measuring the sediment concentration of natural streams can be affected by weather conditions and have lower reliability in bed-load sections due to mechanical limits. Theoretical methods have to be used to solve this problem, but they have low reliability compared to the measured values and diverse results for the bed-load sediment concentration. This study proposes a new way to reliably determine the bed-load sediment concentration from the relation with theoretical depth-integrated concentration based on the informational entropy concept. Sediment distribution shows a uniform probability distribution under maximized entropy conditions under some constraints, so a function can be calculated for the sediment distribution and depth-integrated concentration. The parameters of a stream were estimated by a nonlinear regression method using the concentration data from a past experiment. Equilibrium N (EN) was estimated using the relation between two different formulas proposed in this study, which can ease the estimation of both the total sediment distribution and depth-integrated sediment concentration with high reliable results with an average R2 of 0.924.

본문요약 

문제 정의
  • 따라서 본 연구에서는 기존 유사농도의 현장 측정법과 이론적 산정법의 한계점을 극복하기 위해 지점 유사농도를 확률변수로 대입하여 정보엔트로피 식을 나타내고 제약조건을 통하여 유사농도분포 곡선과 평균유사농도, 바닥농도를 산정하는 공식을 제안하였다

    해외에서는 수문 자료의 불확실성에 정보엔트로피 개념을 도입한 Chapman[6], 개수로 내의 점유속을 확률변수로 대입하여 2차원 유속분포와 평균유속을 산정한 Chiu [7-13], 하천 수계의 평균 고도를 정보엔트로피로 규명한 Fiorentino[14]이 있으며, 국내 연구에서도 하천 경사와 정보엔트로피를 이용한 하천 종단고도 결정[15], 지형특성인자 산정[16], 정보엔트로피 기반 등류 및 부등류의 전단응력 산정 [17]과 같이 활용사례를 찾아볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 유사농도의 현장 측정법과 이론적 산정법의 한계점을 극복하기 위해 지점 유사농도를 확률변수로 대입하여 정보엔트로피 식을 나타내고 제약조건을 통하여 유사농도분포 곡선과 평균유사농도, 바닥농도를 산정하는 공식을 제안하였다. 그리고 공식의 효용성을 입증하기 위해 COLEMAN, N.

  • 본 연구에서 이론적인 방법을 통한 신뢰도 높은 하천 바닥농도와 평균농도를 산정하기 위해 확률 엔트로피 기반의 농도분포공식과 평균농도 공식을 제안하였다

    본 연구에서 이론적인 방법을 통한 신뢰도 높은 하천 바닥농도와 평균농도를 산정하기 위해 확률 엔트로피 기반의 농도분포공식과 평균농도 공식을 제안하였다. 특정 하천 고유의 농도 인자인 대표 농도변수 N의 개념을 도입하여 두 공식의 관계를 명료하게 하였다.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하천공학에서의 유사농도
하천공학에서의 유사농도란?
유량과 함께 하천 유사량의 지표로서 충적하천의 수질 관리, 하상변동 예측, 저수지 퇴사량 추정, 유사 유출량 추정, 하도 계획과 설계, 유사조절 계획 수립 등에서 필수적인 역할을 한다

하천공학에서의 유사농도는 유량과 함께 하천 유사량의 지표로서 충적하천의 수질 관리, 하상변동 예측, 저수지 퇴사량 추정, 유사 유출량 추정, 하도 계획과 설계, 유사조절 계획 수립 등에서 필수적인 역할을 한다. 유사량의 계산은 크게 직접 현장에서 측정하여 계산하는 방법과 이론적 공식을 통해 유도하는 방법이 있다.

현장에서 측정하여 계산하는 방법
유사량을 현장에서 측정하여 계산하는 방법은 무엇에 영향을 받고 어떠한 한계를 가지는가?
현장 측정법은 부유사에 한해 높은 신뢰도를 가지지만 시간적, 경제적 비용이 비싸고 기상 조건에 영향을 받으며, 소류사 구간, 즉, 바닥 유사량 측정에 있어 기계적 한계를 가진다

유사량의 계산은 크게 직접 현장에서 측정하여 계산하는 방법과 이론적 공식을 통해 유도하는 방법이 있다. 현장 측정법은 부유사에 한해 높은 신뢰도를 가지지만 시간적, 경제적 비용이 비싸고 기상 조건에 영향을 받으며, 소류사 구간, 즉, 바닥 유사량 측정에 있어 기계적 한계를 가진다. 한편 유사량의 이론적 공식은 소류사 구간의 유사량 계산에선 Meyer-Peter-Muller[1], Rijn[2]공식이, 총유사량 계산에선 Engelund-Hansen[3], Yang[4], Browline[5]공식 등이 비교적 높은 신뢰도를 가지고 있다.

유사량의 계산
유사량의 계산에는 어떠한 방식들이 있는가?
크게 직접 현장에서 측정하여 계산하는 방법과 이론적 공식을 통해 유도하는 방법이 있다

하천공학에서의 유사농도는 유량과 함께 하천 유사량의 지표로서 충적하천의 수질 관리, 하상변동 예측, 저수지 퇴사량 추정, 유사 유출량 추정, 하도 계획과 설계, 유사조절 계획 수립 등에서 필수적인 역할을 한다. 유사량의 계산은 크게 직접 현장에서 측정하여 계산하는 방법과 이론적 공식을 통해 유도하는 방법이 있다. 현장 측정법은 부유사에 한해 높은 신뢰도를 가지지만 시간적, 경제적 비용이 비싸고 기상 조건에 영향을 받으며, 소류사 구간, 즉, 바닥 유사량 측정에 있어 기계적 한계를 가진다.

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