Floc Property of Yeongsan Cohesive Bed Sediment with Respect to Salinity and Sediment Concentration

점착성 퇴적물의 염분과 퇴적물농도에 따른 플럭 특성: 플럭카메라를 이용한 실험연구

To examine floc characteristics of cohesive bed sediment of the Yeongsan River estuary, a floc camera system has been developed and utilized to observe flocs under varying conditions. In order to validate the floc camera system, sand particles were passed through 88-125 and $63-88{\mu}m$ sieves and observed within the laboratory. Mean grain size and settling velocities were found to be 102 and $56.2{\mu}m$ and 6.7 and 5.9 mm/s, respectively. Artifacts of particles estimated outside of the sieve range are attributed to being imaged out of the depth of focus. However, as mean grain size and settling velocity of each size class were within the confidence interval, the floc camera system was confidently used to examine cohesive bed sediments of Yeongsan River estuary. The bed sediment sample was prepared with a concentration of 0.1 g/L in 0 psu deionized water. The mean grain size, settling velocity and fractal dimension of flocs were $40.6{\pm}0.66{\mu}m$, 14 mm/s, and 2.86, respectively. Experiments were also conducted using different salinities (10 and 34 psu) and sediment concentrations (0.1 and 0.3 g/L). Despite changing these parameters, the mean observed grain size and settling velocities were found to be the same within the error range of the system. The relatively higher values of settling velocity and fractal dimension are considered a result of the sediment containing relatively small concentrations of organic matter. Moreover, consistent floc size over various grain sizes and concentrations may be the result of insufficient turbulence to aggregate flocs.

점착성 퇴적물이 다른 광물입자 혹은 유기물과 결합하여 형성되는 플럭(floc)을 현장에서 관측하기 위한 플럭카메라 시스템을 제작하였다. 본 연구의 목적은 실험실에서 플럭카메라 시스템을 검증하고 영산강 점착성 해저 퇴적물의 플럭 특성을 규명하는 데 있다. 플럭카메라 시스템의 검증은 $88-125{\mu}m$와 $63-88{\mu}m$의 체에 걸러진 모래를 사용하였다. 플럭카메라 영상을 통해 분석한 평균입경은 각각 102와 $65.2{\mu}m$고, 침강속도는 각각 6.7과 5.9 mm/s이다. 카메라 심도에서 벗어난 입자는 실제 크기보다 크거나 작게 측정이 되는 현상으로 인해 체의 범위를 벗어난 입자가 관측되지만, 입경과 침강속도의 평균값에 대한 95% 신뢰수준 오차가 체의 범위에 속하므로 플럭카메라를 이용한 분석을 신뢰할 수 있었다. 영산강 하구의 해저 표층 퇴적물을 0 psu의 증류수에 0.1 g/L 퇴적물 농도로 관측한 평균 입경은 약 $40.6{\pm}0.66{\mu}m$, 침강속도는 1.4 mm/s 프랙탈 차원은 2.86이었다. 추가적으로 10과 34 psu의 염분과 0.1 및 0.3 g/L의 퇴적물 농도에서 관측한 평균입경과 침강속도는 서로 유사했고, 그 값들은 오차범위 내에 존재한다. 플럭카메라 관측을 통해서 얻은 플럭의 빠른 침강속도와 프랙탈 차원은 유기물 함량이 상대적으로 적은 표층퇴적물의 특성을 반영한다. 또한, 염분과 퇴적물 농도를 변화시켰음에도 플럭의 입경 변화가 거의 없는 것은 플럭을 형성에 충분한 난류 강도가 주어지지 못했기 때문이라고 판단된다. 향후에는 염분, 퇴적물 농도 및 외력의 변화에 따른 플럭의 특성을 밝히는 연구가 필요하다.