The general pattern of the hydrographic conditions and tidal front of the northern coastal area of Cheju Island is investigated using the CTD observation data and a stratification parameter V ($J/m^3$) in $1991\~1993$. 1. The sea water of the northern coastal area of Cheju Island has a lower temperature and higher salinity than that in the central area of the Strait, and local temperature and salinity fronts appears frequently around this area. It seems that they are caused by the upwelling and the tidal front as well as a local topography. 2. A saddle-like distribution of temperature and salinity is formed in the Cheju Strait almost every month with relation to mixing of the different water masses. 3. In the northern coastal area of Cheju Island the stratification parameter V ($J/m^3$) was ranged from 8.4 to 209.8 $J/m^3$ in June, 201.9 to 634.9 $J/m^3$ in August, 0.18 to 680 $J/m^3$ in September, and $2.7\~462\;J/m^3$ in October, respectively. The tidal front was often formed around the place where the horizontal variation of the depth is very large and the potential energy with 10$J/m^3$ appears roughly along 50 m isobath.
A real-time monitoring and modeling system (RTMMS) for rainfall-induced turbidity flow, which is one of the major obstacles for sustainable use of reservoir water resources, is under development. As a prediction model for the RTMMS, a laterally integrated two-dimensional hydrodynamic and water quality model, CE-QUAL-W2 was tested by simulating the temperature stratification, density flow regimes, and temporal and spatial distributions of turbidity in a reservoir. The inflow water temperature and turbidity measured every hour during the flood season of 2004 were used as the boundary conditions. The monitoring data showed that inflow water temperature drop by 5 to $10^{\circ}C$ during rainfall events in summer, and consequently resulted in the development of density flow regimes such as plunge flow and interflow in the reservoir. The model showed relatively satisfactory performance in replicating the water temperature profiles and turbidity distributions, although considerable discrepancies were partially detected between observed and simulated results. The model was either very efficient in computation as the CPU run time to simulate the whole flood season took only 4 minutes with a Pentium 4(CPU 2.0GHz) desktop computer, which is essentially requited for real-time modeling of turbidity plume.
In a deep lake and reservoir, thermal stratification is of great importance for characteristics of hydrodynamic mixing of the waterbody, and thereby influencesvertical distribution of dissolved oxygen, substances, nutrients, and the phytoplankton community. The purpose of this study, was to project the effect of a future climate change scenario on water temperature, stratification strength, and thermal stability in the Soyanggang Reservoir in the Han River basin of South Korea, using a suite of mathematical models; SWAT, HEC-ResSim, and CE-QUAL-W2(W2). W2 was calibrated with historical data observed 2005-2015. Using climate data generated by HadGEM2-AO with the RCP 4.5 scenario, SWAT predicted daily reservoir inflow 2016-2070, and HEC-ResSim simulated changes in reservoir discharge and water level, based on inflow and reservoir operation rules. Then, W2 was applied, to predict long-term continuous changes of water temperature, in the reservoir. As a result, the upper layer (5 m below water surface) and lower layer (5 m above bottom) water temperatures, were projected to rise $0.0191^{\circ}C/year$(p<0.05) and $0.008^{\circ}C/year$(p<0.05), respectively, in response to projected atmospheric temperature rise rate of $0.0279^{\circ}C/year$(p<0.05). Additionally, with increase of future temperature, stratification strength of the reservoir is projected to be stronger, and the number of the days when temperature difference of the upper layer and the lower layer becomes greater than $5^{\circ}C$, also increase. Increase of water temperature on the surface of the reservoir, affected seasonal growth rate of the algae community. In particular, the growth rate of cyanobacteria increased in spring, and early summer.
This study examines the operational effectiveness of a Convection Current Aeration System (CCAS) in reservoir. CCAS was run from June, 2008 when the thermocline begun forming in the reservoir. This paper reviews the influence of stratification, dissolved oxygen dynamics and temperature in the lake's natural state from June to October 2008. The survey was done on a week basis. Upwelling flow effects a radius of $7{\sim}10m$ at a surface directly and was irrelevant to the strength of thermocline. On the other hand, it was affected the number of working days, and strength of thermocline at vertical profiles of the reservoir. Longer CCAS run, the deeper was the vertical direct flow area. However it didn't break the thermocline during summer season of 2008. The operating efficiency of the CCAS in the reservoir depends on hydraulics and meteological conditions. Computational Fluid Dynamics (CFD) is a very useful tool for evaluating the operating efficiency of fluid dynamics. The geometry for CFD simulation consists of a cylindrical vessel 25 m radius and 40 m height. The CCAS is located in center of domain. The non-uniform tetrahedral meshes had a bulk of the geometry. The meshes ranged from the coarse to the very fine. This is attributed to the cold water flowing into the downcomer and rising, creating a horizontal flow to the top of the CCAS. The result of CFD demonstrate a closer agreement with surveyed data for temperature and flow velocity. Theoretical dispersion volume were calculated at 8m depth, 120 m diameter working for 30 days and 10 m depth, 130 m diameter working for 50 days.
Characteristics of hydrography and tidal currents were investigated in Hampyung Bay through in situ CTD data, tidal currents and elevations. According to the seasonal weather variability, hydrography showed the lower density with high temperature and low salinity in summer and the higher density with low temperature and high salinity in winter. In particular, the thermal structure like a tidal front was formed along the central channel at the neap tide of summer. The critical value of the parameter $SH(=log_{10}(H/U^3)$ where H is depth and U is $M_2$ tidal current amplitude) representing the formation position of tidal front was estimated from 2.4 to 3.5. In addition, the potential energy anomaly $({\phi})$ was ranged between 0.985 and 6.998 Joule/$m^3$, which gradually increased from the mouth into the inner bay. This front may be caused by the unique topography with wide tidal flat and the local difference of tidal current strength. The observed tidal currents at the mouth of bay showed that the ebb time was shorter than the flood time with the increase of depth. This asymmetric ebb-tide dominance is interpreted as a result of tidal distortion by the development of a shallow-water-constituent in Hampyung Bay with a wide macro-tidal flat.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.15
no.2
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pp.51-61
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2010
Surface particulate organic carbon (POC) concentration was measured in the Northeastern Gulf of Mexico on 9 cruises from November 1997 to August 2000 to investigate the seasonal and spatial variability related to synchronous remote sensing data (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS), sea surface temperature (SST), sea surface height anomaly (SSHA), and sea surface wind (SSW)) and recorded river discharge data. Surface POC concentrations have higher values (>100 $mg/m^3$) on the inner shelf and near the Mississippi Delta, and decrease across the shelf and slope. The inter-annual variations of surface POC concentrations are relatively higher during 1997 and 1998 (El Nino) than during 1999 and 2000 (La Nina) in the study area. This phenomenon is directly related to the output of Mississippi River and other major rivers, which associated with global climate change such as ENSO events. Although highest river runoff into the northern Gulf of Mexico Coast occurs in early spring and lowest flow in late summer and fall, wide-range POC plumes are observed during the summer cruises and lower concentrations and narrow dispersion of POC during the spring and fall cruises. During the summer seasons, the river discharge remarkably decreases compared to the spring, but increasing temperature causes strong stratification of the water column and increasing buoyancy in near-surface waters. Low-density plumes containing higher POC concentrations extend out over the shelf and slope with spatial patterns and controlled by the Loop Current and eddies, which dominate offshore circulation. Although river discharge is normal or abnormal during the spring and fall seasons, increasing wind stress and decreasing temperature cause vertical mixing, with higher surface POC concentrations confined to the inner shelf.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.3
no.1
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pp.25-33
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1998
Temporal and spatial variations of nutrient elements (ammonia, nitrate, nitrite, phosphate and silicate) in surface seawater off the west coast of Korea were investigated during three periods of field survey aboard R/V Eardo of KORDI (May 1995 and June 1996) and a patrol vessel of the National Maritime Police (November 1995). In general, the concentrations of nutrient elements were lowest in June and highest in November except for ammonia that showed the lowest concentration in May and the highest in November. The results tell us that the development of thermocline and tidal front restricts riverine and benthic supply of nutrient elements to surface waters in June in the offshore regions of the study area which become nutrient-depleted due to phytoplankton bloom in spring. In late fall (November) the level of nutrient concentrations of the surface waters of the study area become high due to vigorous vertical mixing within the water column, which supplies nutrient-enriched bottom water to the surface waters.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.148-148
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2023
산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 한편, 우리나라와 같이 몬순 기후대에 속한 댐 저수지의 경우 강우시 유입하는 탁수에 의해 다량의 유기물과 인이 유입되기도 하지만 식물플랑크톤의 제한요인 중 광량에 많은 영향을 미친다. 식물플랑크톤의 광합성은 수체 내 유기탄소 내부생성에 매우 중요한 요소이나 점 단위의 실험적 방법을 활용한 유기탄소 순환 해석은 저수지의 시·공간적인 변동성을 고려하기에 한계가 있다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 탁수가 저수지에서의 유기탄소 순환에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2018년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정 및 검정을 수행하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였으며 유기탄소순환 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였으며 탁수의 영향을 분석하기 위해 탁수 포함여부 시나리오를 구성하고 유기탄소 생성 및 소멸기작별 변동성을 비교 분석하였다. 모델은 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 수온 및 탁도 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수질을 적절하게 모의하였다. 탁수를 고려하였을 시 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 56% 수준이였으나 탁수를 배제한 경우 내부기원 부하량은 82%로 나타났다. 특히, 연평균 Chl-a 농도가 44~48% 차이가 발생하면서 1차생산량이 약 4배가량 증가하였다. 몬순지역에서의 탁수는 체류시간이 긴 성층 저수지에서 식물플랑크톤 성장제어에 큰 영향을 미쳤으며 전반적인 유기탄소 순환을 해석하는데 있어 매우 중요한 인자로 작용하였다.
The focus of this study was to quantify the thermal stratification and analyze the relationship between the stratification structure and the tributaries to understand flow variations in the Paldang Reservoir. The vertical distribution of the temperature and density gradients, and the depth and thickness of the thermocline were quantitatively calculated using a lake physics tool (rLakeAnalyzer) and high-frequency monitoring data. Based on a density gradient of 0.2 kg/㎥/m, the thermocline was formed from mid-May to early-September 2019 and the other periods were weakly stratified or mixed. The thickness of the thermocline was developed until 4.7 m and the depth of the thermocline was formed at a depth of 3 - 6 m at the front of the Paldang Reservoir. During the formation of the thermocline, the Namhangang and Gyeongancheon tributaries with relatively high water temperature (low-density) flowed into the upper layer of the reservoir, and the Bukhangang tributary with low water temperature (high-density) mainly affected the lower layer of the reservoir. This is because the density currents were formed due to the difference in the water temperature of the tributaries. The findings of this study may be used for constructing high-frequency monitoring and quantitative data analyses of reservoirs.
Yoon, Sung Wan;Park, Gwan Yeong;Chung, Se Woong;Kang, Boo Sik
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.30
no.5
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pp.491-502
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2014
As meteorology is the driving force for lake thermodynamics and mixing processes, the effects of climate change on the physical limnology and associated ecosystem are emerging issues. The potential impacts of climate change on the physical features of a reservoir include the heat budget and thermodynamic balance across the air-water interface, formation and stability of the thermal stratification, and the timing of turn over. In addition, the changed physical processes may result in alteration of materials and energy flow because the biogeochemical processes of a stratified waterbody is strongly associated with the thermal stability. In this study, a novel modeling framework that consists of an artificial neural network (ANN), a watershed model (SWAT), a reservoir operation model(HEC-ResSim) and a hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2) is developed for projecting the effects of climate change on the reservoir water temperature and thermal stability. The results showed that increasing air temperature will cause higher epilimnion temperatures, earlier and more persistent thermal stratification, and increased thermal stability in the future. The Schmidt stability index used to evaluate the stratification strength showed tendency to increase, implying that the climate change may have considerable impacts on the water quality and ecosystem through changing the vertical mixing characteristics of the reservoir.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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