$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

확률론적 저장대모형을 이용한 하천에서의 물질혼합거동 해석
Analysis of solute transport in rivers using a stochastic storage model 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.54 no.5, 2021년, pp.335 - 345  

김병욱 (서울대학교 건설환경공학부) ,  서일원 (서울대학교 건설환경공학부) ,  권시윤 (서울대학교 건설환경공학부) ,  정성현 (서울대학교 건설환경공학부) ,  윤세훈 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

하천에서의 용존물질의 혼합거동을 신속하게 예측하기 해석하기 위하여 1차원 추적모형이 개발되어 왔다. 그 중 저장대모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용되는 1차원 추적모형이다. 하지만 TSM의 정확도는 본류대 및 저장대의 면적, 물질교환계수 등 모형의 매개변수에 의존하며 이들은 직접적으로 측정될 수 없다는 단점이 있다. 또한 TSM은 농도곡선의 꼬리에 나타나는 저장대특성의 형태를 지수함수형태로 반영하는데 이는 실제 추적자실험을 통해 관측되는 꼬리는 형태와 다르다는 평가가 제기되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 1차원 확률론적 저장대모형에 대한 수치모형을 개발하여 자연하천에 적용하고 그 결과를 TSM의 모의결과와 비교하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 낙동강의 1차 지류 중 하나인 감천의 4.85 km의 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 본 추적자 실험을 통해 측정한 농도곡선과 본 연구에서 제시된 확률론적 저장대모형의 모의 곡선의 꼬리부 멱함수 기울기를 비교해본 결과, 오차율은 평균 0.24으로 나타났는데, 이는 1차원 이송-분산 모형과 TSM로부터의 오차율인 14.03과 1.87에 비해 보다 정확한 값이다. 본 연구 결과, 감천에서의 저장대 특성을 나타내는 하상의 체류시간분포는 지수함수분포보다는 멱함수 분포에 가까운 것으로 밝혀졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The one-dimensional solute transport models have been developed for recent decades to predict behavior and fate of solutes in rivers. Transient storage model (TSM) is the most popular model because of its simple conceptualization to consider the complexity of natural rivers. However, the TSM is high...

주제어

표/그림 (8)

참고문헌 (41)

  1. Baek, D., Seo, I. W., Kim, J.S., and Nelson, J.M. (2019). "UAV-based measurements of spatio-temporal concentration distributions of fluorescent tracers in open channel flows." Advances in Water Resources, Vol. 127, pp. 76-88. 

  2. Bencala, K.E., and Walters, R.A. (1983). "Simulation of solute transport in a mountain pool-and-riffle stream: A transient storage zone model." Water Resources Research, Vol. 19, pp. 718-724. 

  3. Bencala, K.E., Gooseff, M.N., and Kimball, B.A. (2011). "Rethinking hyporheic flow and transient storage to advance understanding of stream-catchment connections." Water Resources Research, Vol. 47, No. 3, pp. 1-9. 

  4. Boano, F., Packman, A. I., Cortis, A., Revelli, R., and Ridolfi, L. (2007a). "A continuous time random walk approach to the stream transport of solutes." Water Resources Research, Vol. 43, No. 10, pp. 1-12. 

  5. Boano, F., Revelli, R., and Ridolfi, L. (2007b). "Bedform-induced hyporheic exchange with unsteady flows." Advances in Water Resources, Vol. 30, No. 1, pp. 148-156. 

  6. Bottacin-Busolin, A., Dallan, E., and Marion, A. (2020) "STIR-RST: A software tool for reactive smart tracer studies." Environmental Modelling & Software, Vol. 135, 104894. 

  7. Bottacin-Busolin, A., Marion, A., Musner, T., Tregnaghi, M., and Zaramella, M. (2011). "Evidence of distinct contaminant transport patterns in rivers using tracer tests and a multiple domain retention model." Advances in Water Resources, Vol. 34, No. 6, pp. 737-746. 

  8. Choi, S.Y., Seo, I.W., and Kim, Y.O. (2020). "Parameter uncertainty estimation of transient storage model using Bayesian inference with formal likelihood based on breakthrough curve segmentation." Environmental Modelling & Software, Vol. 123, 104558. 

  9. Deng, Z., Bengtsson, L., and Singh, V.P. (2006). "Parameter estimation for fractional dispersion model for rivers." Environmental Fluid Mechanics, Vol. 6, No. 5, pp. 451-475. 

  10. Deng, Z.Q., Singh, V.P., and Bengtsson, L. (2004). "Numerical solution of fractional advection-dispersion equation." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 130, No. 5, pp. 422-431. 

  11. Elder, J. (1959). "The dispersion of marked fluid in turbulent shear flow." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 5, No. 4, pp. 544-560. 

  12. Elliott, A.H. (1991). Transfer of solutes into and out of streambeds. Ph. D. dissertation, California Institute of Technology, Pasadena, CA, U.S. 

  13. Elliott, A.H., and Brooks, N.H. (1997). "Transfer of nonsorbing solutes to a streambed with bed forms: Theory." Water Resources Research, Vol. 33, No. 1, pp. 123-136. 

  14. Fischer, H.B. (1968). "Dispersion in Natural Streams." Journal of the Sanitary Engineering Division, ASCE, Vol. 95, pp. 927-943. 

  15. Fischer, H.B. (1975). "Simple method for predicting dispersion in streams." Journal of the Environmental Engineering Division, ASCE, Vol. 101, No. 3, pp. 453-455. 

  16. Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J., and Brooks, N.H. (1979). "Mixing in inland and coastal waters." Academic Press, Vol. 4, pp. 2758-2771. 

  17. Haggerty, R., McKenna, S.A., and Meigs, L.C. (2000). "On the late-time behavior of tracer test breakthrough curves." Water Resources Research, Vol. 36, No. 12, pp. 3467-3479. 

  18. Haggerty, R., Wondzell, S.M., and Johnson, M.A. (2002). "Power-law residence time distribution in the hyporheic zone of a 2nd-order mountain stream." Geophysical Research Letters, Vol. 29, No. 13, pp. 18-1-18-4. 

  19. Hays J.R., Krenkel P.A., and Schnelle K.B. (1967). Mass transport mechanisms in open-channel flow. Technical Report, No. 8, Vanderbilt University, Nashville, TN. 

  20. Kilpatrick, F.A., and Wilson, J.F. (1989). "Measurement of time of travel in streams by dye tracing." US Government Printing Office, Vol. 3, pp. 1-27. 

  21. Kim, B., and Seo, I.W. (2020). "Development of one-dimensional river storage model for mixing analysis of hazardous chemicals in rivers." Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference. KWRA, pp. 148-148. 

  22. Kim, B., Seo, I.W., Kwon, S., Jung, S.H., and Choi, Y. (2021). "Modelling One-dimensional reactive transport of toxic contaminants in natural rivers." Environmental Modelling & Software, Vol. 137, 104971. 

  23. Kim, J.S., Baek, D., Seo, I.W., and Shin, J. (2019). "Retrieving shallow stream bathymetry from UAV-assisted RGB imagery using a geospatial regression method." Geomorphology, Vol. 341, pp. 102-114. 

  24. Kraft, D. (1988). A software package for sequential quadratic programming. DFVLR, German. 

  25. Kwon, S., Noh, H., Seo, I. W., Jung, S.H., and Baek, D. (2021). "Identification framework of contaminant spill in rivers using machine learning with breakthrough curve analysis." International Journal of Environmental Research and Public Health, Vol. 18, No. 3, 1023. 

  26. Marion, A., and Zaramella, M. (2005a). "A residence time model for stream-subsurface exchange of contaminants." Acta Geophysica Polonica, Vol. 53, No. 4, 527. 

  27. Marion, A., and Zaramella, M. (2005b). "Diffusive behavior of bedforminduced hyporheic exchange in rivers." Journal of Environmental Engineering, Vol. 131, No. 9, pp. 1260-1266. 

  28. Marion, A., Zaramella, M., and Bottacin-Busolin, A. (2008). "Solute transport in rivers with multiple storage zones: The STIR model." Water Resources Research, Vol. 44, No. 10, pp. 1-10. 

  29. Marion, A., Zaramella, M., and Packman, A.I. (2003). "Parameter estimation of the transient storage model for stream-subsurface exchange." Journal of Environmental Engineering, Vol. 129, No. 5, pp. 456-463. 

  30. Meerschaert, M.M., Zhang, Y., and Baeumer, B. (2008). "Tempered anomalous diffusion in heterogeneous systems." Geophysical Research Letters, Vol. 35, No. 17, pp. 1-5. 

  31. Noh, H., Baek, D., and Seo, I.W. (2019). "Analysis of the applicability of parameter estimation methods for a transient storage model." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 52, pp. 681-695. 

  32. Noh, H., Kwon, S., Seo, I.W., Baek, D., and Jung, S.H. (2021). "Multi-gene genetic programming regression model for prediction of transient storage model parameters in natural rivers." Water, Vol. 13, No. 1, 76. 

  33. Rutherford, J.C. (1994). River mixing. John Wiley and Son Limited, Hoboken, NJ, U.S. 

  34. Seo, I.W., and Maxwell, W.H.C. (1992). "Modeling low-flow mixing through pools and riffles." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 118, No. 10, pp. 1406-1423. 

  35. Seo, I.W., Kim, J.S., and Jung, S.H. (2016). "Numerical simulation of two-dimensional pollutant mixing in rivers using RAMS." Procedia Engineering, Vol. 154, pp. 544-549. 

  36. Shin, J., Seo, I.W., and Baek, D. (2020). "Longitudinal and transverse dispersion coefficients of 2D contaminant transport model for mixing analysis in open channels." Journal of Hydrology, Vol. 583, 124302. 

  37. Taylor, G.I. (1954). "The dispersion of matter in turbulent flow through a pipe." Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, Vol. 223, No. 1155, pp. 446-468. 

  38. Valentine, E.M., and Wood, I.R. (1977). "Longitudinal dispersion with dead zones." Journal of the Hydraulics Division, Vol. 103, No. 9, pp. 975-990. 

  39. Worman, A., Packman, A.I., Johansson, H., and Jonsson, K. (2002). "Effect of flow-induced exchange in hyporheic zones on longitudinal transport of solutes in streams and rivers." Water Resources Research, Vol. 38, No. 1, pp. 2-1-2-15. 

  40. Zaramella, M., Marion, A., Lewandowski, J., and Nutzmann, G. (2016). "Assessment of transient storage exchange and advection-dispersion mechanisms from concentration signatures along breakthrough curves." Journal of Hydrology, Vol. 538, pp. 794-801. 

  41. Zaramella, M., Packman, A.I., and Marion, A. (2003). "Application of the transient storage model to analyze advective hyporheic exchange with deep and shallow sediment beds." Water Resources Research, Vol. 39, No. 7, pp. 1-12. 

저자의 다른 논문 :

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로