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Jun 08, 2023

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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10341 (2022) 이 기사 인용 5615 액세스 3 인용 11 Altmetric Metrics 세부 정보 강에서의 미세 퇴적물 이동은 집수에 중요합니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10341(2022) 이 기사 인용

5615 액세스

3 인용

11 알트메트릭

측정항목 세부정보

강에서의 미세 퇴적물 이동은 집수지 영양 흐름, 글로벌 생지화학적 순환, 수질 및 강 유역, 해안 및 해양 생태계의 오염에 중요합니다. 현재 센서를 사용하여 강의 부유 퇴적물을 모니터링하는 것은 까다롭고 비용이 많이 들며 대부분의 모니터링 설정은 소수의 단일 현장 측정으로 제한됩니다. 미세한 퇴적물 공급원과 하천망에서의 수송의 공간적 이질성을 더 잘 이해하려면 정확하고 저렴한 여러 장소에서 사용할 수 있는 새로운 스마트 탁도 감지가 필요합니다. 이 작업에서 우리는 제어 볼륨에 있는 두 개의 감지기를 사용하여 LED 소스에서 산란된 빛을 감지하고 강에 배치할 수 있는 센서를 만들었습니다. 우리는 강에서 관찰되는 광범위한 일반적인 농도에 걸쳐 두 가지 퇴적물 유형을 사용하는 혼합 탱크 실험에서 센서의 여러 복제물을 다양한 상업용 탁도 프로브와 비교합니다. 우리의 결과는 0–4000 NTU 또는 0–16g/L 범위에서 정확하고 재현 가능한 탁도 측정을 달성할 수 있음을 보여줍니다. 우리 센서는 부유 퇴적물 센서로 직접 사용할 수도 있으며 불필요한 포마진 보정을 우회할 수도 있습니다. 개발된 탁도 센서는 비슷한 품질의 기존 옵션보다 훨씬 저렴하며 특히 하천 네트워크 전반에 걸친 분산 감지를 위해 고안되었습니다.

미세 퇴적물 생산 및 운송은 전 세계적으로 중요한 과정으로 강변, 해안 및 해양 생태계에 영향을 미칩니다1,2,3. 현재 큰 강을 통해 지표면에서 전 세계 해양으로 배출되는 미세한 퇴적물은 연간 약 15.5~18.5Gt로 추산되며4,5 이는 지표면에서 추정되는 전 세계 연간 토양 침식량의 약 절반에 해당합니다6. 그러나 강을 따라 부유하는 퇴적물 농도(SSC)의 높은 변동성과 이에 대한 부적절한 모니터링으로 인해 강의 부유 퇴적물 생산량을 추정하는 것은 여전히 ​​매우 어렵습니다.

SSC를 결정하는 주요 방법은 강 횡단면에서 규칙적이거나 불규칙한 간격으로 채취한 병 샘플의 중량 분석입니다. 이 방법은 신뢰할 수 있지만 불연속적(낮은 시간적 분해능), 비효율적, 비용이 많이 든다(시료 수집/운반/분석에 많은 노력, 긴 처리 시간) 등 많은 단점이 있습니다. 강 유역의 퇴적물 수지는 일반적으로 SSC7,8의 직접 측정에서 파생됩니다. 높은 시간 해상도의 연속 SSC 데이터는 탁도(T)를 측정하는 전용 현장 센서와 SSC와 T 사이의 관계를 보정하여 얻을 수 있습니다. 유량(Q)도 측정하는 하천 횡단면에서, 퇴적량(QS)은 QS = SSC*Q로 계산됩니다. SSC의 고해상도 추정치는 퇴적물 생산에 대한 인간의 영향(예: 댐 건설 및 침식 제어 효과9,10, 전체 산맥에 대한 자연 침식 구배11, 전 세계 침식률12에서 샘플링의 역할 등)을 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. . 유역 배출구에서 SSC를 측정하면 강우 침식, 눈이 녹은 언덕 경사면 침식, 빙하 얼음이 녹는 침식, 심지어 댐의 수력 저장과 같은 수문 기후에 의해 유발될 수 있는 퇴적물 소스에 대한 유역 통합 그림을 제공할 수 있습니다13. SSC의 이러한 측정은 퇴적물 소스 및 수송 역학 활성화에 대한 수문 기후 강제력의 영향과 이에 대한 물리적 기반 모델링을 이해하는 데에도 중요합니다14,15,16,17,18.

예를 들어 빙하 하천에서 현장 탁도 센서를 사용한 높은 시간 해상도 모니터링은 빙하기 채널의 개발 및 진화와 전빙하 퇴적물 소스19,20의 가능한 기여와 관련된 시간에 따른 퇴적물 수출 속도를 식별하는 데 유용합니다. 입자 크기 측정과 함께 고도로 분해된 SSC 데이터는 빙하 하천의 용융수 배수에 의한 빙하 유래 퇴적물 이동의 상세한 수리학적 모델링에 사용될 수 있습니다. 전빙하 지역의 하천 네트워크에 대한 Hillslope 소스 연결성은 또한 시간에 따른 퇴적물 생산의 중요한 조절자입니다14,22. 이러한 과정을 이해하려면 단일 현장 측정으로는 달성할 수 없는 유역 내 생산 및 저장의 퇴적 경로에 대한 공간적 관점이 필요합니다. 또한 전용 부유 퇴적물 모니터링 센서에 의한 지점 하천 측정의 주요 결함은 가격이 비싸다는 것입니다(예: Campbell의 최첨단 탁도 센서는 약 6000, In-Situ는 7000). 따라서 많은 현장에 널리 배포됩니다. 불가능에 가까운 공간적 변동성을 정량화하기 위해 강 시스템을 따라 진행됩니다. 그럼에도 불구하고, 이는 현재 크고 작은 하천 시스템 모두에 대한 최첨단 측정입니다.