Suspended sediment measurements on laboratory experiments

Abstract

The sediment transport processes in rivers and coastal zones are characterized by two types of transport: bed-load and suspension. The quantification of this transport is important, in the evaluation of the shoreline and rivers evolution in order to protect areas that could be in danger of erosion when extreme meteorological phenomenon’s happen. How to measure the suspended sediment concentration has been subject of many discussions during the last years. There are several methods to quantify it numerically, although all of them exhibit uncertainties in the results. This work, performed in the Laboratori d’Enginyeria Marítima (LIM) of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), has as goal to understand why the results obtained from the Optical Backscatter Sensors (OBS) and the Transverse Suction System (TSS) in SINBAD project were distant. To do it, after perform three hundred and twenty nine tests, the experimental and calculation procedures to obtain the best OBS calibration curve were described. Then, the concentrations from OBS and TSS were compared with the real concentrations. In the end, the functionalities of the equipment’s involved in the calibration set-up, OBS applicability and trapping efficiency of TSS, were verified. The results showed that, an accurate fit of OBS data is obtained when the curve is divided in sections depending on the suspended sediment concentration, with different behaviours and fitted differently. This equipment was considered the most accurate, up to concentrations bellow the saturation situation of the sensor.

Os processos de transporte sedimentar nos rios e zonas costeiras caracterizam-se por dois tipos de transporte: pelo fundo ou em suspensão. A quantificação deste transporte é importante, na avaliação da evolução da linha de costa e do leito dos rios, com vista a proteger zonas que possam estar em perigo de erosão na eminência de fenómenos meteorológicos extremos. A medição da concentração de sedimentos em suspensão tem sido, ao longo dos últimos anos, objeto de estudo por vários investigadores. Existem vários métodos para estimar esta grandeza no entanto, ainda apresentam muitas incertezas nos resultados. Esta dissertação, desenvolvida no Laboratório de Engenharia Marítima (LIM) da Universidade Politécnica da Catalunha (UPC), tem como objetivo a verificação do distanciamento dos resultados entre o Optical Backscatter Sensor (OBS) e o Transverse Suction System (TSS) no projeto SINBAD. Para isso, e após realizar 329 testes, foram descritos o procedimento experimental e de cálculo para obter a melhor reta de calibração de um OBS. Seguidamente, as concentrações obtidas com o OBS e com o TSS foram comparadas com as concentrações de sedimentos reais e no final foram verificados parâmetros relacionados com a funcionalidade dos equipamentos utilizados na calibração, a aplicabilidade do OBS e a eficiência do TSS. Os resultados mostraram que, a curva de calibração mais exata de um OBS obtém-se quando os dados são divididos em secções em função da concentração de sedimentos, com diferentes comportamentos, e tratadas separadamente. Este equipamento foi considerado o mais exato, até concentrações em que o sensor não está saturado.