KR101543722B1 - Method of numerical verification of hyporheic zone depth estimation using streambed temperature - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환경 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to the field of environmental technology, and more particularly, to a method for measuring the depth of a hyperic rock in a river.
현대사회에서는 기후변화와 환경오염이 심각해짐에 따라, 지표수 자원의 안정적인 확보가 점차 어려워지는 실정이다.In modern society, as climate change and environmental pollution become serious, stable water resource availability becomes increasingly difficult.
지하수는 지표수에 비하여 외부변화에 안정적이며, 그 변화가 느리다는 특성이 있다.Groundwater is stable to external changes compared to surface water and has a characteristic that the change is slow.
이러한 지하수 자원은 인간이 생존하는데 필요한 필수적인 수자원으로서, 그 중요성이 증대되고 있다.These groundwater resources are becoming an essential source of water for human survival, and their importance is increasing.
한편, 하이퍼릭존이란 지하수와 지표수가 활발히 상호작용(교환, 저장 등)을 하는 구간을 의미한다.On the other hand, hypericons mean active interactions (exchange, storage, etc.) between groundwater and surface water.
이 하이퍼릭존의 깊이를 추정함으로써, 사용가능한 지하수 및 지표수 수자원의 양을 정량적으로 평가할 수 있고, 오염된 지하수를 복원하는 방안을 모색할 수 있다.By estimating the depth of this hyperic - zon, the amount of available groundwater and surface water can be quantitatively assessed and a method for recovering contaminated groundwater can be sought.
하이퍼릭존의 깊이를 구하기 위하여 종래에 사용되는 방법으로는 염소, 브롬, 로다민 등을 이용한 추적자 시험방법이 있다.Conventionally, there is a method of tracer test using chlorine, bromine, rhodamine, etc. in order to obtain the depth of hyperic.
이러한 추적자 시험방법을 수행하기 위해서는 추적자 이용물질 선택, 농도, 측정범위, 시료채취와 분석방법, 추적자의 물리, 화학, 생물학적 성질, 독성 등 여러가지 사항들을 모두 고려해야한다.In order to perform such a tracer test method, consideration must be given to various factors such as the choice of the tracer, the concentration, the measuring range, the sampling and analysis method, the physical, chemical, biological properties and toxicity of the tracer.
따라서, 위의 방법은 고려해야할 사항들이 많으므로 하이퍼릭존의 깊이를 추적하는데 소요되는 시간이 길고, 작업이 번거롭다는 단점이 있다.Therefore, the above method has a lot of points to consider, so it takes a long time to track the depth of the Hyperic-zon and has a disadvantage that it is troublesome to work.
또한, 각각의 사항들 중 오차가 발생할 우려가 있으므로, 결과값의 정확성이 저하된다는 단점이 있다.In addition, there is a disadvantage that the accuracy of the resultant value is deteriorated because an error may occur among the respective items.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 하이퍼릭존의 깊이를 추정하는데 소요되는 시간이 짧고, 간단하며, 현장 적용성이 뛰어나고, 사용가능한 지하수 및 지표수 수자원의 양을 정량적으로 해석할 수 있으며, 지하수의 오염을 예방하고, 효과적으로 관리할 수 있는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a method and apparatus for quantitatively analyzing the amount of groundwater and surface water that can be used and which has a short time required for estimating the depth of hyperic- And it is an object of the present invention to provide a method for measuring the depth of a hyperic rock in a river that can prevent contamination of groundwater and effectively manage it.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 하천의 하이퍼릭존 깊이를 측정하기 위하여, 하천의 심도별 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 하천의 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계; 상기 측정한 온도를 통해 지하수와 지표수의 상호작용을 정량적으로 분석하는 정량적 분석단계; 상기 측정한 온도를 통해 하이퍼릭존 깊이를 산출하는 하이퍼릭존 깊이 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법을 제시한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for measuring a depth of a river, comprising: a temperature measuring step of measuring a depth of a river by depth; Estimating the shape and size of the hyperic flux of the stream; A quantitative analysis step of quantitatively analyzing the interaction between the ground water and the surface water through the measured temperature; And calculating a depth of the hyperic-zone based on the measured temperature. The present invention also provides a method for measuring the depth of a hyperic-zone depth of a river.
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계는 하기 수학식 1에 의하여 연산되는 것이 바람직하다.It is preferable that the hyperlite depth calculating step is calculated by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
위 수학식 1에서,In Equation (1) above,
ρ: 입자의 밀도(kg/m3)ρ: density of particles (kg / m 3 )
C : 토양의 열용량(J/k℃)C: Heat capacity of the soil (J / k ° C)
T : 온도(℃)T: Temperature (캜)
: 유효 열전도도(W/m℃) : Effective thermal conductivity (W / m ° C)
: (유체의 흐름이없는 경우) 초기 열전도도(W/m℃) : (Without fluid flow) Initial thermal conductivity (W / m ° C)
: 유체의 열전도도(W/m℃) : Thermal conductivity of fluid (W / m ° C)
: 입자의 열전도도(W/m℃) : Thermal conductivity of particles (W / m ° C)
β: 열분산성(m)β: thermal diffusivity (m)
n : 다공성(-)n: Porous (-)
ρf: 유체의 밀도(kg/m3)ρ f : density of fluid (kg / m 3 )
Cf : 유체의 비열(J/k℃)C f : Specific heat of fluid (J / k ° C)
Vf : 수직유체속도(m/s)V f : vertical fluid velocity (m / s)
z : 깊이(m)z: depth (m)
t : 시간(s)t: Time (s)
상기 정량적 분석단계는 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의하여 연산되는 것이 바람직하다.The quantitative analysis step is preferably calculated by the following equations (2) and (3).
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
위 수학식 2 및 수학식 3에서,In the above equations (2) and (3)
t : 시간(s)t: Time (s)
x : 하천흐르는 방향의 길이(m)x: Length in the stream direction (m)
C : 하천의 농도(mg/L)C: Concentration of stream (mg / L)
CS : 저장존의 농도(mg/L)C S : Concentration of storage zone (mg / L)
CL : 지하수의 농도(mg/L)C L : Concentration of groundwater (mg / L)
Q : 하천의 체적유량(m3/s)Q: Volumetric flow of stream (m 3 / s)
qL in : 하천의 단위면적당 지하수의 유입범위(m3/s/m)q L in : Inflow range of groundwater per unit area of river (m 3 / s / m)
D : 하천의 세로 확산계수(m2/s)D: Vertical diffusion coefficient of stream (m 2 / s)
A : 하천의 단면적(m2)A: Cross-sectional area of stream (m 2 )
AS : 저장존의 단면적(m2)A S : sectional area of the storage zone (m 2 )
: 저장교환계수(S-1) : Storage Exchange Coefficient (S -1 )
λ : 하천 흐름의 생물학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1)λ: the first rate constant (s -1 ) representing the net absorption of the reactive solute by biological processes in the stream flow
λS : 하천 흐름의 화학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1)λ S is the first rate constant (s -1 ) representing the net absorption of the reactive solute by the chemical process of the stream flow,
상기 정량적 분석단계는 하기 수학식 4 및 수학식 5에 의하여 연산되는 것이 바람직하다.It is preferable that the quantitative analysis step is calculated by the following equations (4) and (5).
[수학식 4]&Quot; (4) "
[수학식 5]&Quot; (5) "
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후, 상기 산출한 하이퍼릭존 깊이와 현장 데이터값을 비교하는 비교단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.And a comparison step of comparing the calculated hyperbolic depth with the field data value after the hyperbolic depth calculation step.
상기 비교단계 이후, 상기 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계 내지 하이퍼릭존 깊이 산출단계를 반복하는 것이 바람직하다.After the comparing step, it is preferable to repeat the step of estimating the shape and size of the hyperic flux and the step of calculating the hyperic-kernel depth.
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후, SSD(sum of squared differences)값을 산출하여 민감도를 평가하는 민감도 평가단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.And a sensitivity evaluation step of calculating a sum of squared differences (SSD) value and evaluating the sensitivity after the hypersensitive depth calculation step.
본 발명은 하이퍼릭존의 깊이를 추정하는데 소요되는 시간이 짧고, 간단하며, 현장 적용성이 뛰어나고, 사용가능한 지하수 및 지표수 수자원의 양을 정량적으로 해석할 수 있으며, 지하수의 오염을 예방하고, 효과적으로 관리할 수 있는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법을 제시한다.The present invention provides a method for estimating the depth of a hyperic-zon in a short time, simple, excellent in field application, quantitatively analyzing the amount of groundwater and surface water that can be used, preventing contamination of groundwater, This paper presents a method for measuring the depth of a hyperic rock in a river.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법에 관하여 도시한 것으로서,
도 1은 하천의 하이퍼릭 영역을 나타내는 구성도.
도 2는 하이퍼릭 플럭스의 개념도.
도 3은 열전달 분석을 위한 하이퍼릭 플럭스의 구성도.
도 4는 하이퍼릭 플럭스 형상의 종류.
도 5 내지 도 14는 본 발명에 의한 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법의 타당성을 확인하기 위한 실험의 실시예로서,
도 5는 하이퍼릭존 깊이 측정방법의 타당성을 확인하기 위해 실험을 실시한 현장 지도.
도 6은 하이퍼릭존 깊이 측정방법의 타당성을 확인하기 위해 사용한 데이터 조건으로서, a는 가상의 초기조건, b는 가상의 경계조건에 따른 하천의 깊이별 온도 그래프.
도 7은 하이퍼릭 형상이 삼각형 형상일 경우 하천의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 8은 삼각형 형상의 하이퍼릭 플럭스의 민감도 평가 결과를 나타낸 3차원 그래프.
도 9의 a는 하이퍼릭 플럭스 깊이와 형상에 따른 민감도 평가결과이며, b는 하이퍼릭 플럭스 크기와 형상에 따른 민감도 평가결과를 나타낸 그래프.
도 10은 하이퍼릭 플럭스 깊이에 대한 하이퍼릭 플럭스 형상의 영향을 조사하는 구성도.
도 11은 측정지역의 하천의 심도별 온도분포를 나타낸 그래프.
도 12의 a는 보간법에 의한 초기조건의 온도분포이며, b는 보간법에 의한 경계조건의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 13은 삼각형 형상이며, Vf,max = -0.4 mm/min, DH = 0.116 m인 하이퍼릭 플럭스의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 14는 추적자 시험방법과 본 발명의 방법을 비교하기 위하여 하이퍼릭존의 깊이별 추적물질의 분포를 나타낸 그래프.1 to 4 illustrate a method for measuring the depth of a hyperic rock in a river according to the present invention,
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a hyperic area of a river. FIG.
2 is a conceptual view of a hyperic flux;
3 is a schematic view of a hyperic flux for heat transfer analysis.
Fig. 4 shows a kind of a hyperic flux shape. Fig.
FIGS. 5 to 14 illustrate an experiment for confirming the validity of the method for measuring the depth of hyperic-zone of a river according to the present invention,
Fig. 5 is an on-the-spot map of an experiment conducted to confirm the validity of the hyperlick-zen depth measurement method.
FIG. 6 is a data condition used to verify the validity of the hyperic-zon depth measurement method, where a is a virtual initial condition, and b is a temperature-dependent temperature graph of the river according to a virtual boundary condition.
7 is a graph showing a temperature distribution of a river when the hyperic shape is a triangular shape.
FIG. 8 is a three-dimensional graph showing the sensitivity evaluation result of the triangular shaped hyperic flux. FIG.
9 (a) is a sensitivity evaluation result according to the hyperic flux depth and shape, and b is a graph showing a sensitivity evaluation result according to the hyperic flux size and shape.
10 is a configuration diagram for examining the effect of a hyperic flux shape on the hyperic flux depth;
FIG. 11 is a graph showing the temperature distribution of depths of a river in a measurement area. FIG.
12A is a graph showing the temperature distribution of the initial condition by the interpolation method and b is a graph showing the temperature distribution of the boundary condition by the interpolation method.
13 is a graph showing the temperature distribution of a hyperic flux having a triangular shape and having Vf, max = -0.4 mm / min and D H = 0.116 m.
14 is a graph showing the distribution of trace substances by depth of hyperlyzone in order to compare the method of the present invention with the tracer test method.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 제시하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법은 하천의 하이퍼릭존 깊이를 측정하기 위하여, 하천의 심도별 온도를 측정하는 온도 측정단계; 하천의 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계; 측정한 온도를 통해 지하수와 지표수의 상호작용을 정량적으로 분석하는 정량적 분석단계; 측정한 온도를 통해 하이퍼릭존 깊이를 산출하는 하이퍼릭존 깊이 산출단계;를 포함한다.The method of measuring the depth of a hyper-rain zone of a river according to the present invention includes: a temperature measurement step of measuring a depth of a river according to a depth of a river to measure a depth of a hyper-rain zone; Estimating the shape and size of the hyperic flux of the stream; A quantitative analysis step of quantitatively analyzing the interaction between groundwater and surface water through measured temperatures; And a hyperic-yn depth calculating step of calculating a hyperic-yn depth through the measured temperature.
즉, 종래에 사용되는 하이퍼릭존 깊이 측정방법인 추적자 시험과 비교하여, 본 발명의 측정방법은 현장에서 측정한 하천 온도 및 하이퍼릭 플럭스의 모양을 이용하여 보다 간편하게 하이퍼릭존 깊이를 추정할 수 있다.That is, the measurement method of the present invention can more easily estimate the hyperic-kernel depth by using the stream temperature measured in the field and the shape of the hyperic flux, as compared with the tracker test, which is a conventionally used hyperic-depth measuring method.
따라서, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.Therefore, the following advantages can be obtained.
첫째, 하이퍼릭존의 깊이를 추정하는 작업이 간단하고, 신속하게 이루어진다는 장점이 있다.First, there is an advantage that the operation of estimating the depth of hyperic - zon is simple and quick.
둘째, 종래의 추적자 시험과 비교하여 고려해야할 사항들이 간단하므로, 현장에서 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다.Second, it has a merit that it can be easily applied in the field because the matters to be considered in comparison with the conventional tracker test are simple.
셋째, 현장에서 측정한 하천 온도자료 및 하이퍼릭 플럭스의 모양만을 이용하여 측정하므로, 종래의 추적자 시험과 비교하여 오차가 발생할 우려가 적다.Third, since the measurement is made using only the shape of the stream temperature data and the hyperic flux measured in the field, there is less possibility of error as compared with the conventional tracker test.
따라서, 하이퍼릭존의 깊이 추정에 대한 결과값의 신뢰성 및 정확성이 향상된다는 장점이 있다.Therefore, there is an advantage that the reliability and accuracy of the result value for the depth estimation of hyperic-zon are improved.
넷째, 간단하고 정확한 측정방법을 통해 사용가능한 지하수 및 지표수 수자원의 양을 정량적으로 해석할 수 있으며, 지하수의 오염을 예방하고, 효과적으로 관리할 수 있다는 장점이 있다.Fourth, it is possible to quantitatively analyze the amount of available groundwater and surface water resources through a simple and accurate measurement method, and to prevent contamination of groundwater and to effectively manage it.
따라서, 환경적인 측면에서도 매우 바람직하다는 효과를 더불어 얻을 수 있다.Therefore, it is possible to obtain an effect of being highly desirable from the environmental point of view.
보다 구체적으로, 본 발명에서 제시하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법은 먼저, 현장에서 하천의 심도별 즉 하천의 표면온도, 1cm, 10cm, 20cm, 30cm, 40cm, 50cm 에서의 온도를 측정하는 단계가 이루어진다.More specifically, the method for measuring the depth of a hyperic-rain of a river according to the present invention includes a step of measuring the temperature at a depth of a river in the field, that is, at a surface temperature of 1 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, .
또한, 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계가 함께 이루어진다.In addition, a step of estimating the shape and size of the hyperic flux is performed together.
위의 단계를 통해 얻어진 자료를 통하여 지하수와 지표수의 상호작용을 정량적으로 분석하는 단계와, 하이퍼릭존 깊이를 산출하는 단계가 이루어지는 것이다.The data obtained through the above steps are used to quantitatively analyze the interactions between groundwater and surface water, and to calculate the hyperic-zon depth.
본 발명에서는 하천의 심도별 온도분포가 하이퍼릭 플럭스에 의해 영향을 받는다는 사실에 기인하였으며, 이를 이용하여 하이퍼릭 존의 깊이를 측정할 수 있도록 한다.The present invention is based on the fact that the temperature distribution by the depth of a river is influenced by the hyperic flux, and the depth of the hyperic zone can be measured by using this.
또한, 측정된 온도자료를 CAD(conduction-advection-dispersion equation)식을 이용하여 계산할 수 있다.Also, the measured temperature data can be calculated using a conduction-advection-dispersion equation (CAD).
위의 CAD식은 본 발명에서 제시하는 수학식 1로서, 수학식 1은 다음과 같이 연산된다.The above CAD expression is the expression (1) proposed by the present invention, and the expression (1) is calculated as follows.
위 수학식 1에서, ρ는 입자의 밀도(kg/m3), c는 토양의 열용량(J/k℃), T는 온도(℃), 는 유효 열전도도(W/m℃), 는 (유체의 흐름이없는 경우) 초기 열전도도(W/m℃), 는 유체의 열전도도(W/m℃), 는 입자의 열전도도(W/m℃), β는 열분산성(m), n는 다공성(-), ρf는 유체의 밀도(kg/m3), Cf는 유체의 비열(J/k℃), Vf는 수직유체속도(m/s), z는 깊이(m), t는 시간(s)을 의미한다.In the above equation (1), ρ is the density of the particles (kg / m 3 ), c is the heat capacity of the soil (J / k ° C), T is the temperature (W / m < 0 > C), (In the absence of fluid flow), initial thermal conductivity (W / m ° C), Is the thermal conductivity (W / m ° C) of the fluid, (M), n is the porosity (-), ρ f is the density of the fluid (kg / m 3 ), C f is the specific heat of the fluid (J / k ° C), V f is the vertical fluid velocity (m / s), z is depth (m) and t is time (s).
도 2는 하이퍼릭 플럭스의 개념도를 나타낸 것이며, 도 3은 열전달 분석을 위한 하이퍼릭 플럭스의 구성도를 나타낸 것이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of a hyperic flux, and FIG. 3 is a schematic diagram of a hyperic flux for heat transfer analysis.
도 2에 도시된 바와 같이, 위의 수학식 1에서 초기조건 및 경계조건은 필수적인 요소이며, 이러한 조건들은 심도별, 시간별에 따라 각각 현장에서 수집된 하천의 심도별 온도분포에 따라 얻을 수 있는 것이다.As shown in FIG. 2, the initial condition and the boundary condition in Equation (1) are indispensable factors, and these conditions can be obtained according to the depth distribution of the depths of the rivers collected in the field according to depth and time .
한편, 지하수와 지표수의 상호작용을 정량적으로 분석하는 단계는 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의하여 연산된다.On the other hand, the step of quantitatively analyzing the interaction between the groundwater and the surface water is calculated by the following equations (2) and (3).
위 수학식 2 및 수학식 3에서, t는 시간(s), x는 하천흐르는 방향의 길이(m), C는 하천의 농도(mg/L), CS는 저장존의 농도(mg/L), CL는 지하수의 농도(mg/L), Q는 하천의 체적유량(m3/s), qL in는 하천의 단위면적당 지하수의 유입범위(m3/s/m), D는 하천의 세로 확산계수(m2/s), A는 하천의 단면적(m2), AS는 저장존의 단면적(m2), 는 저장교환계수(S-1), λ는 하천 흐름의 생물학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1) λS는 하천 흐름의 화학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1)를 의미한다.Where C is the concentration of the stream (mg / L), C S is the concentration of the storage zone (mg / L) ), C L is the groundwater concentration (mg / L), Q is the volumetric flow of the river (m 3 / s), q L in is the groundwater inflow range (m 3 / s / (M 2 / s), A is the cross-sectional area of the stream (m 2 ), A s is the cross-sectional area of the storage zone (m 2 ) (S -1 ), where λ is the first rate constant (s -1 ) that represents the net uptake of the reactive solute by the biological process of the stream flow, λ S is the net absorption of the reactive solute by the chemical process of the stream flow Means the first rate constant (s -1 ) that represents.
위의 수학식 2, 수학식 3은 하이퍼릭존 근처의 유량이 적고, 추적자 이용물질이 주입된 지점과 측정지점간의 거리가 짧다는 전제하에, 다음과 같은 수학식 4, 수학식 5에 의하여 단순화 될 수 있다.Equations (2) and (3) are simplified by the following equations (4) and (5), assuming that the flow rate near the hypersonic zone is small and the distance between the point where the tracer material is injected and the measurement point is short .
위의 수학식 4,5에서 속도상수는 하천의 물이 하이퍼릭 영역에서 교환되는 속도를 의미한다.In
그리고 위의 수학식 4,5는 하기식 6에 의하여 하이퍼릭 플럭스와 연관시킬 수 있다.And Equations (4) and (5) above can be associated with the hyperic flux by Equation (6).
위 수학식 6에서,In Equation (6) above,
qs는 저장-교환의 흐름 즉, 하천의 단위길이당 하이퍼릭존을 통한 물의 평균자속을 의미한다.q s means the flow of the storage-exchange, ie the average flux of water through the Hyperion Zone per unit length of the stream.
저장존의 단면적 As는 하이퍼릭존의 깊이 ds를 통해 계산할 수 있으며, 하이퍼릭존의 깊이 ds는 하기 수학식 7을 통해 계산될 수 있다.A cross-sectional area s of the storage zone is calculated from the depth d s of the hyper rikjon, and to a depth d s of the hyper rikjon may be computed through the equation (7).
위 수학식 7에서, ds는 하이퍼릭 존의 깊이(m), w는 하천의 넓이(m), n은 침전물의 공극율(-)을 의미한다.In Equation (7), d s is the depth (m) of the hyperic zone, w is the width of the stream (m), and n is the porosity of the sediment (-).
또한, 본 발명에서는 하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후, 산출한 하이퍼릭존 깊이와 현장 데이터값을 비교하는 비교단계가 더 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the comparing step of comparing the calculated hyperic-y'z depth with the field data value is further performed after the hyperic-yin depth calculating step.
그리고 비교단계 이후에, 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계 내지 하이퍼릭존 깊이 산출단계를 반복한다(도 2).After the comparison step, the step of estimating the shape and the size of the hyperic flux and the step of calculating the hyperic-zon depth are repeated (Fig. 2).
하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후, SSD(sum of squared differences)값을 산출하여 민감도를 평가하는 민감도 평가단계가 이루어지는 것이 바람직하다.After the hypersensitive zone depth calculation step, it is preferable that a sensitivity evaluation step of calculating a sum of squared differences (SSD) value to evaluate the sensitivity is performed.
하이퍼릭 플럭스는 두가지 매개변수 즉, 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기에 의해 구성되므로, SSD값은 하이퍼릭존의 깊이와 하이퍼릭존의 플럭스 두가지 요인에 제곱차이를 이용하여 측정된다.
Since the hyperic flux is composed of two parameters, namely the shape and size of the hyperic flux, the SSD value is measured using the squared difference between the depth of the hyperic zone and the flux of the hyperic zone.
이하, 본 발명에서 제시하는 측정방법의 타당성을 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.Hereinafter, an experimental example for examining the validity of the measurement method presented in the present invention will be described.
본 발명에서 제시하는 하이퍼릭존의 깊이 측정방법의 적합성을 평가하기 위하여, 도 6의 (a)에 도시된 가상의 초기조건 및 도 6의 (b)에 도시된 가설의 경계조건을 수립하여 본 발명의 수학식 1을 통해 추정하였다.In order to evaluate the suitability of the depth measuring method of the Hyperic-zon proposed in the present invention, the hypothetical initial condition shown in FIG. 6 (a) and the hypothetical boundary condition shown in FIG. 6 (b) 1 < / RTI >
도 7은 가상의 초기 및 경계조건에서 하천의 온도분포 및 최고속도 Vf=0.05m/min, 깊이 Dh=0.1m에서의 삼각형 모양의 하이퍼릭 플럭스의 온도 측정결과를 나타내 것이다.Fig. 7 shows the temperature distribution of the triangular hyperplastic flux at the maximum velocity V f = 0.05 m / min and the depth D h = 0.1 m in the imaginary initial and boundary conditions.
그래프상의 점은 SSD값을 의미한다.The point on the graph means the SSD value.
표 1은 수학식 1의 매개변수를 나타낸 것이다.Table 1 shows the parameters of Equation (1).
초기 열 전도율은 유체와 입자의 도전성을 이용하여 계산되었고, 표 1의 기공율은 문헌에 보고된 포화퇴적물의 기공율과 일치하는 1.927 W/m℃이다.The initial thermal conductivity was calculated using the fluid and particle conductivity, and the porosity of Table 1 is 1.927 W / m ° C, which is consistent with the porosity of the saturated sediments reported in the literature.
SSD값은 하이플럭스의 크기에 의존하므로, SSD값을 최소화하는 하이퍼릭 플럭스의 크기를 조사하기 위하여, 하이퍼릭 플럭스의 크기에 따른 삼각형 형상의 SSD값을 표 2에 나타내었으며, 수학식 1 즉, CAD식에 에 대입한 결과를 도 8에 나타내었다.Since the SSD value depends on the size of the high flux, in order to investigate the size of the hyperic flux that minimizes the SSD value, the SSD value of the triangular shape according to the size of the hyperic flux is shown in Table 2, The result of substitution into the CAD formula is shown in Fig.
도 9의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 하이퍼릭 형상에 관계없이 하이퍼릭 플럭스의 속도보다 하이퍼릭존의 깊이에 대한 SSD의 민감도가 크다는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 9A and 9B, it can be seen that the sensitivity of the SSD to the depth of the hyperbolic zone is greater than the speed of the hypermic flux regardless of the hyperic shape.
이 결과는 하이퍼릭 플럭스의 속도보다 하이퍼릭존의 형상을 나타내는 방법에 대한 타당성을 입증해주는 결과이다.This result is a result of demonstrating the validity of the method of representing the shape of the hyperic-zon than the speed of the hyperic flux.
한편, 하천의 깊이에 따른 하이퍼릭 플럭스 형상의 효과를 평가하였다.On the other hand, the effect of the hyperic flux shape on the river depth was evaluated.
이를 위하여, Vf.max = 0.005 m/min and DH = 0.10 m의 조건인 삼각형 형상의 하이퍼릭 플럭스를 본 발명의 수학식 1에 의해 계산함과 더불어, 다른 하이퍼릭 플럭스 형상의 온도분포와 비교를 위한 기준으로 설정하였다.For this purpose, a triangular hyperplastic flux having a condition of Vf.max = 0.005 m / min and DH = 0.10 m is calculated according to Equation (1) of the present invention and a comparison with the temperature distribution of another hyperplastic flux shape is made .
도 3은 하이퍼릭존의 크기 즉, 표면적은 하천의 심도가 깊어질수록 감소하는 것을 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에서 가정한 하이퍼릭 플럭스의 모양 즉, spendral, triangle, cosine, a quarter of an ellipse을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows that the size of hyperic zon, that is, the surface area, decreases as the depth of the river deepens. FIG. 4 shows the shape of hyperic fluxes assumed in the present invention, that is, spendral, triangle, cosine, a quarter of an ellipse Lt; / RTI >
도 10은 최적의 하이퍼릭존 깊이에 따른 하이퍼릭 플럭스 형상의 영향을 조사하는 과정을 도시한 것이며, 조사결과를 표 3에 나타내었다.FIG. 10 shows a process of examining the influence of the hyperic flux shape according to the optimal hyperic-zone depth, and the results of the investigation are shown in Table 3. [
조사결과, 하이퍼릭 형상이 spendral, triangle, cosine, ellipse의 순서로 변화함에 따라, 하이퍼릭존 깊이와 속도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.As a result of the investigation, it can be seen that the depth and velocity of hyperic is decreased as the hyperic shape changes in order of spendral, triangle, cosine, ellipse.
하지만, 서로 다른 형상의 하이퍼릭 플럭스를 수학식 1에 의해 계산한 결과, 하이퍼릭존 깊이에 대한 하이퍼릭 플럭스 형상의 영향이 크지는 않다는 것을 확인할 수 있다.However, as a result of calculating the hyperfine fluxes of different shapes by the equation (1), it can be confirmed that the effect of the hyperflex flux shape on the hyperfine depth is not large.
이는, 측정하고자 하는 현장에서 하천의 하이퍼릭 플럭스 형상은 일반적으로 파악하는 것이 어렵기 때문에, 본 발명에서 제안된 방법이 유리한 것이라고 볼 수 있다.This is because the shape of the hyperic flux of the river at the site to be measured is generally difficult to grasp, so that the method proposed in the present invention is considered to be advantageous.
즉, 본 발명에서는 하이퍼릭 플럭스 형상을 알기 어려울지라도, 대략적인 가정을 통해 비교적 정확한 범위로 하이퍼릭존의 깊이를 추정할 수 있는 것이다.That is, in the present invention, although it is hard to know the shape of the hyperic flux, it is possible to estimate the depth of the hyperic zone in a relatively accurate range through a rough assumption.
다음으로, 본 발명에서 제시하는 측정방법을 실제 필드에서 적용하여 하이퍼릭존의 깊이를 산출하였다.Next, the depth of the Hyperic-zon was calculated by applying the measurement method of the present invention to the actual field.
필드 영역은 도 5에 도시된 바와 같으며, 필드 영역의 온도분포는 도 11에 도시된 바와 같다.The field region is as shown in Fig. 5, and the temperature distribution of the field region is as shown in Fig.
다양한 하이퍼릭플럭스 형상을 가정하였으며, 본 발명에서 제시하는 수학식 1 즉, CAD식을 이용하여 하이퍼릭존의 깊이를 계산하였다.Assuming various hyperic flux shapes, the depth of the hyperic zone was calculated using the equation (1) proposed by the present invention, that is, a CAD equation.
민감도 평가 결과는, 각각의 형상으로 계산한 SSD값이 실제 값과 비슷하다는 것을 확인할 수 있다.As a result of the sensitivity evaluation, it can be confirmed that the SSD value calculated by each shape is similar to the actual value.
도 12에 도시된 그래프는, 초기 및 경계조건을 측정한 온도로부터 보간법에 의해 나타낸 것이다.The graph shown in Fig. 12 is shown by interpolation from the temperatures at which initial and boundary conditions are measured.
서로 다른 하이퍼릭 플럭스 형상에 따른 하이퍼릭 존 깊이는 표 4에 나타낸 바와 같으며, 삼각형 형상의 하이퍼릭 플럭스를 수학식 1에 의해 계산한 결과는 도 13에 도시된 바와 같다.The hyperic zone depth according to different hypermic flux shapes is shown in Table 4, and the result of calculating the triangular hypermic flux by Equation (1) is as shown in FIG.
또한, 도 14는 종래에 사용되는 추적자 시험방법과 본 발명의 방법을 비교하기 위하여, 하이퍼릭존의 깊이별 추적물질의 분포를 나타낸 것이다.FIG. 14 also shows the distribution of trace substances by depth of hyperic-zone in order to compare the method of the present invention with the conventional tracker test method.
비교결과, 본 발명에서 제시하는 측정결과와 동일한 예측결과를 보여주었으며, 본 발명에 따른 측정방법이 상대적으로 더 좁은 범위로 예측할 수 있다는 결과를 나타내었다.As a result of the comparison, the same prediction results as those of the present invention were shown, and the results showed that the measurement method according to the present invention can be predicted in a relatively narrow range.
이와 같이 본 발명에서 하이퍼릭존 깊이를 추정하는 방법은 기존의 추적자 시험방법에 비하여 더 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 온도분포만이 요구되는 유일한 방법이므로 측정하는 작업이 비교적 매우 쉽다는 장점이 있다.
As described above, the method of estimating the hyperic-kernel depth in the present invention can obtain more accurate results than the conventional tracker test method, and it is advantageous that the measurement operation is relatively easy since it is the only method requiring only the temperature distribution.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is to be understood that both the technical idea and the technical spirit of the invention are included in the scope of the present invention.
Claims (7)
상기 하천의 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계;
상기 측정한 온도를 통해 지하수와 지표수의 상호작용을 정량적으로 분석하는 정량적 분석단계;
상기 측정한 온도를 통해 하이퍼릭존 깊이를 산출하는 하이퍼릭존 깊이 산출단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.A temperature measuring step of measuring the depth of the river in order to measure the depth of the hyperic zone of the stream;
Estimating the shape and size of the hyperic flux of the stream;
A quantitative analysis step of quantitatively analyzing the interaction between the ground water and the surface water through the measured temperature;
And a hyperic-zoned depth calculating step of calculating a hyperic-zoned depth through the measured temperature
Wherein the method comprises the steps of:
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계는
하기 수학식 1에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.
[수학식 1]
위 수학식 1에서,
ρ: 입자의 밀도(kg/m3)
C : 토양의 열용량(J/k℃)
T : 온도(℃)
: 유효 열전도도(W/m℃)
: (유체의 흐름이없는 경우) 초기 열전도도(W/m℃)
: 유체의 열전도도(W/m℃)
: 입자의 열전도도(W/m℃)
β: 열분산성(m)
n : 다공성(-)
ρf: 유체의 밀도(kg/m3)
Cf : 유체의 비열(J/k℃)
Vf : 수직유체속도(m/s)
z : 깊이(m)
t : 시간(s)The method according to claim 1,
The hyperic-kernel depth calculation step
The method according to claim 1, wherein the depth of the hyperplane is measured by the following equation (1).
[Equation 1]
In Equation (1) above,
ρ: density of particles (kg / m 3 )
C: Heat capacity of soil (J / k ° C)
T: Temperature (캜)
: Effective thermal conductivity (W / m ° C)
: (Without fluid flow) Initial thermal conductivity (W / m ° C)
: Thermal conductivity of fluid (W / m ° C)
: Thermal conductivity of particles (W / m ° C)
β: thermal diffusivity (m)
n: Porous (-)
ρ f : density of fluid (kg / m 3 )
C f : Specific heat of fluid (J / k ° C)
V f : vertical fluid velocity (m / s)
z: depth (m)
t: Time (s)
상기 정량적 분석단계는
하기 수학식 2 및 수학식 3에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.
[수학식 2]
[수학식 3]
위 수학식 2 및 수학식 3에서,
t : 시간(s)
x : 하천흐르는 방향의 길이(m)
C : 하천의 농도(mg/L)
CS : 저장존의 농도(mg/L)
CL : 지하수의 농도(mg/L)
Q : 하천의 체적유량(m3/s)
qL in : 하천의 단위면적당 지하수의 유입범위(m3/s/m)
D : 하천의 세로 확산계수(m2/s)
A : 하천의 단면적(m2)
AS : 저장존의 단면적(m2)
: 저장교환계수(S-1)
λ : 하천 흐름의 생물학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1)
λS : 하천 흐름의 화학적 과정에 의해 반응성 용질의 순흡수를 나타내는 첫번째 속도상수(s-1)The method according to claim 1,
The quantitative analysis step
(2) and (3): " (2) "
&Quot; (2) "
&Quot; (3) "
In the above equations (2) and (3)
t: Time (s)
x: Length in the stream direction (m)
C: Concentration of stream (mg / L)
C S : Concentration of storage zone (mg / L)
C L : Concentration of groundwater (mg / L)
Q: Volumetric flow of stream (m 3 / s)
q L in : Inflow range of groundwater per unit area of river (m 3 / s / m)
D: Vertical diffusion coefficient of stream (m 2 / s)
A: Cross-sectional area of stream (m 2 )
A S : sectional area of the storage zone (m 2 )
: Storage Exchange Coefficient (S -1 )
λ: the first rate constant (s -1 ) representing the net absorption of the reactive solute by biological processes in the stream flow
λ S is the first rate constant (s -1 ) representing the net absorption of the reactive solute by the chemical process of the stream flow,
상기 정량적 분석단계는
하기 수학식 4 및 수학식 5에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.
[수학식 4]
[수학식 5]
The method of claim 3,
The quantitative analysis step
(4) and (5): " (5) "
&Quot; (4) "
&Quot; (5) "
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후,
상기 산출한 하이퍼릭존 깊이와 현장 데이터값을 비교하는 비교단계;를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.The method according to claim 1,
After the hyperic-zoned depth calculation step,
A comparison step of comparing the calculated hyperbolic depth and the field data value;
And measuring the depth of the hyper-rain zone in the stream.
상기 비교단계 이후,
상기 하이퍼릭 플럭스의 모양과 크기를 추정하는 단계 내지 하이퍼릭존 깊이 산출단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.6. The method of claim 5,
After the comparing step,
Wherein the step of estimating the shape and size of the hyperic flux and the step of calculating the hyperic-kernel depth are repeated.
상기 하이퍼릭존 깊이 산출단계 이후,
SSD(sum of squared differences)값을 산출하여 민감도를 평가하는 민감도 평가단계;를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 하천의 하이퍼릭존 깊이 측정방법.The method according to claim 1,
After the hyperic-zoned depth calculation step,
A sensitivity evaluation step of calculating a sum of squared differences (SSD) value to evaluate the sensitivity;
And measuring the depth of the hyper-rain zone in the stream.
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