River Sediment Transport Measurement of a River Column

Yogi C. Agrawal, President Sequoia Scientific, Inc., Bellevue, Washington 

HORIBA ‐ SEQUOIA JOINT WEBINAR

Sequoia Scientific, Inc. (Bellevue, WA) are makers of LISST‐series field instruments.

These are used in coasts, ports, harbors, oceans, rivers, and in industry.

[LISST is a trademark of Sequoia Scientific, Inc.]

Laser Diffraction

In‐line Holography

New: LISST‐ABS:  8MHz Acoustic Backscatter

The LISST‐SLTM instrument is used to study Velocity, turbidity, sediment concentration and particle size distribution. We find some remarkable results. 

[LISST is a trademark of Sequoia Scientific, Inc.]

(Data courtesy of Chris Curran and Raegan Huffman, USGS Tacoma, WA)

Measure:• Multi‐angle scattering; • Optical Transmission

Derive:• Particle Size Distribution• Concentration

Lifting Point

Underwater Connector

Intake

Pitot Tube Outlet

• Fish‐shaped samplers

• Contained a bottle

• Sample analyzed in lab

P‐61 sampler

• Depth• Optical Transmission• Velocity (from Pitot tube)• Particle Size Distribution• Concentration• Water Temperature• Pump control, and • State of Battery

Topside Control Box

B‐Reel

Intake nozzlePitot tube

Size Class # 26 27 28 29 30 31 32

Diameter[µm]

131 155 183 216 255 302 352

u* [cm/sec]

5.2 5.2 5.3 5.6 6.1 6.9 8.3

u* = (D*I*g)1/2; D= 4m => I =2 x 10‐4

(USGS reports 3 x 10‐4 for Cowlitz River)

1234567890

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Size, phi units

mg/

L

0.21

0.69

1.14

1.6

1.96

2.57

2.83

SSC varies x 2‐3 or more; Xmission does not Strong washload component < ~16 µm SMD increases x 3; VMD increases x 5 Turbidity sensors would miss SSC increase

Vertical gradients of coarse particles yields fairly consistent u* estimates 

Water column mean PSD ~= PSD at half depth Due to Rouse; coarse sediment concentration decays exponentially

• Coarse grains in high concentrations can destroy turbines by abrasion;

• Sequoia makes an auto‐dilution Laser Diffraction system – LISST Infinite

• Real‐time data is displayed at Control Room

• At hazardous conditions, warning alarms are sounded.

TOTALSSC

<75 m

75‐200 m

200‐500 m

Linear fit used to predict if concentration will exceed a set value – for warning

If critical value (set by operator) is exceeded, alarm will sound

Linear fit also predicts when water will clear

25 26 27 28 29 30 31 01 02 030

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

May-Jun'11

Con

cent

ratio

n (m

g/l)

120 min interval

05 06 07 08 090

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

Oct'11

Con

cent

ratio

n (m

g/l)

30 min interval 5 min interval

0 500 1000 1500 20000

200

400

600

800

1000

1200

Num

ber o

f occ

urre

nces

Suspended Sediment Concentration (mg/l)

Mode = 90 mg/l

Mean = 235 mg/l

May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

Months, 2011-2012

Tons

of S

edim

ent

Q = 40 m3/sQ = 52 m3/s

May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb0

50,000

100,000

150,000

200,000

Months, 2011-2012

Tons

of S

edim

ent

200-500 µm75-200µm2.5-75µm

LISST‐SL and LISST‐Infinite instruments

Data from a river suggest far superior method for sediment work.

Real‐time data at a Hydro Power plant warns operators for turbine protection.