This paper is to understand the settling properties of cohesive sediments under effects of ions in turbulent flow. The experiments were conducted using a miniature annular flume(mini flume) with a free water surface. Silica was used as sediment of experiment. The suspended concentrations were measured by using a CCD-Camera. Settling of silica($SiO_2$) was allowed to occur under various shear stresses in a concentration of 7g/L. At condition of pH 4.2 and high NaCl concentration, the floc size D of silica was larger than D at condition of pH6.8 with the bed shear stress increasing. The settling velocity $W_s$ of silica was higher at condition of 10g NaCl/L than $W_s$ at condition of pH4.2. Comparison of measured concentration-time curves and concentration-time curves calculated by this study showed similar tendency in flow under effects of ions.
The purpose of this study is to quantitatively estimate the erosional properties for cohesive sediment from Saemankeum artificial lake. A series of erosion tests were conducted with Chonbuk annular flume, which is the first one constructed in this country and verified with validities. Each erosion tests were conducted under a uniform bed condition but a different bed density respectively, and its critical shear stress for erosion(${\tau}_{ce}$) as well as the erosion rate coefficient (${\varepsilon}_M$) were determined quantitatively. Since the erosional properties of the cohesive sediments vary largely depending in the physico-chemical properties, such properties of Saemankeum sediments were also estimated and their effects on the erosional properties were analyzed. For Saemankeum sediments, it can be seen that ${\tau}_{ce}$ increases from $0.26N/m^2$ to $0.52N/m^2$ and ${\varepsilon}_M$ decreases exponentially from $14.28mg/cm^2\;hr$ to $6.02mg/cm^2\;hr$, as the bed density varies from $1.17g/cm^3$ to $1.34g/cm^3$. The erosional parameters of Saemankeum sediments are found to be remarkably different in quantity as compared with those for cohesive sediments from other sites. Particularly, ${\tau}_{ce}$ for Saemankeum sediments is known to be larger than that of Kunsan sediments but similar with that of Shihwa sediments, while ${\varepsilon}_M$ for Saemankeum sediments is shown to be smaller than that for Kunsan sediments.
Kang, Ki-Ho;Jang, Chnag-Lae;Lee, Gi Ha;Jung, Kwansue
Journal of Korea Water Resources Association
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v.49
no.8
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pp.693-705
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2016
In this study, the effects of sediment supply on the downstream of a large dam are investigated using a numerical model. The model simulation shows a good agreement with laboratory experiment results of sediment transport and diffusion from sediment pulses. The water surface changes from the various sediment bed elevations are also simulated using the model. The site which has a relatively stiff bed slope and meandering of a channel is selected as an appropriate location for sediment supply because of its shear stress enough to supply the sediment downstream. The model simulation shows the decrease of channel bed elevation through the simulation period with time. The well-deposition of sediment supplied from the downstream of dam is found in the location where the flow rate is relatively low. A bed relief index is increased with time and it is relatively greater in downstream compared to upstream. The channel bed variability increases as flow rate increases with a greater bed relief index. The results of this study demonstrate the importance of increasing water discharge of a large dam to increase the dynamic of channel bed and thus to enhance the efficiency of channel bed restoration by sediment supply.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2002.05a
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pp.3-16
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2002
This article describes some of the recent and on-going research developments of the author at Colorado State University. Advances in the field of sedimentation and river mechanics include basic research and computer modeling on several topics. Only a few selected topics are considered here: (1) analytical determination of velocity profiles, shear stress and sediment concentration profiles in smooth open channels; (2) experiments on bedload particle velocity in smooth and rough channels; (3) field measurements of sediment transport by size fractions in curved flumes. In terms of computer modeling, significant advances have been achieved in: (1) flashflood simulation with raster-based GIOS and radar precipitation data; and (2) physically-based computer modeling of sediment transport at the watershed scale with CASC2D-SED. Field applications, measurements and analysis of hydraulic geometry and sediment transport has been applied to: (1) gravel-bed transport measurements in a cobble-bed stream at Little Granite Creek, Wyoming; (2) sand and gravel transport by size fraction in the sharp meander bends of Fall River, Colorado; (3) changes in sand dune geometry and resistance to flow during major floods of the Rhine River in the Netherlands; (4) changes in hydraulic geometry of the Rio Grande downstream of Cochiti Dam, New Mexico; and (5) analysis of the influence of water temperature and the Coriolis force on flow velocity and sediment transport of the Lower Mississippi River in Louisiana. Recent developments also include two textbooks on "Erosion and Sedimentation" and "River Mechanics" by the author and state-of-the-art papers in the ASCE Journal of Hydraulic Engineering.
The design and maintenance of navigation channel and water facilities of an harbor which is located at the mouth of river or at the estuary area are difficult due to the complexity of estuarial water and sediment circulation. Effects of deepening navigable waterways, of changing coastline configurations, or of discharging dredged material to the open sea are necessary to be investigated and predicted in terms of water quality and possible physical changes to the coastal environment. A borad analysis of the transport mechanism in the estuary area was made in terms of sediment property, falling velocity, concentration and flow characteristics. In order to simulate the transport processes, a two-dimensional finite element model is developed, which includes erosion, transport and deposition mechanism of suspended sediments. Galerkin’s weighted residual method is used to solve the transient convection-diffusion equation. The fluid domain is subdivided into a series of triangular elements in which a quadratic approximation is made for suspended sediment concentration. Model could deal with a continuous aggregation by stipulating the settling velocity of the flocs in each element. The model provides suspended sediment concentration, bed shear stress, erosion versus deposition rate and bed profile at the given time step.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1B
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pp.125-135
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2008
The purpose of this study is to quantify the erosion parameters of cohesive sediments in Keum Estuary. This study also involves the examinations on the local/seasonal variation of them in Keum Estuary and on their spatial variation comparing with those of other sites. As erosional properties of cohesive sediments are in general influenced largely by the physico-chemical properties of cohesive sediments themselves, this study also involves the qualitative analyses on the impact by the physico-chemical properties. Erosion tests have been performed under the uniform bed condition using the Chonbuk annular flume and total 16 tests have been carried out with various bed densities and bottom shear stresses. Experimental results show that the critical shear stress for erosion varies in the range of $0.19{\sim}0.41N/m^2$ and the coefficient of erosion rate varies in the range of $54.26{\sim}7.70mg/cm^2{\cdot}hr$, over the corresponding bulk-density range of $1.14{\sim}1.38g/cm^3$. While erosion parameters estimated for Keum estuary sediments are found to be remarkably different in quantity compared with those for cohesive sediments from other sites, their local/seasonal variabilities within Keum Estuary are found to be insignificant.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2B
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pp.169-175
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2008
The clear-water scour experiments were conducted to shed light on the unsteadiness of the horseshoe vortex around a bridge pier since the fluctuations of velocity components and unsteadiness of the horseshoe vortex can be considered as one of the main factors on local scour. The characteristics of the flow speed and turbulence around a bridge pier was examined using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) and the flow visualization with kaolin clay particles upstream of a bridge pier. The outcomes of this study on the turbulence characteristics related with scour mechanism were presented with the quadrant analysis, the integral time scales, and the bed shear stresses before and after scouring, respectively. The bed shear stress before scouring was approximately quadruple times higher than that of the equilibriums state. It implies that the unsteadiness of the horseshoe vortex would play a significant role in the initial development of scour depth. Therefore, the bimodal distribution of flow velocity was identified as one of the mechanical properties of the horseshoe vortex and the unsteadiness of horseshoe vortex can be one of the major characteristics to understand the flow sturucture and local pier scour.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.4
no.2
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pp.63-71
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1992
A solution method is developed for computing the bed shear stress driven by combined wave and current flow on a natural mobile coastal beach. An empirical equation is introduced to determine the shape of ripples formed on the natural sandy beach. The model being based on the Prandtl's mixing length theory, the effect of arbitrarily-angled interaction is included in the estimation of current velocity reduction and all numerical integrations are expressed by explicit approximate equations to improve the computation speed. In addition the computed sediment transport rates were compared with the measured values reported in literature. using the refined bottom friction model considering the ripple formation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.3
no.2
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pp.108-115
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1991
This paper aims at the elucidation of the characteristics of longshore current profile after wave breaking. Wave breakers are always accompanied by complex turbulent process, wave energy losess occur and the mean water level also varies due to the gradient of radiation stress. These with other factors result in the development of longshore currents. Longshore currents have relations to the alongshore sand transport and to the diffusion of contaminants in nearshore region, thus the understanding and elucidation of them are very important from the engineering point of view. Using the calculated results, the factors such as lateral mixing cofficients, bed shear stress. wave angle. wave steepness and bottom slope. which are influencing the longshore current profile. are examined. Also, by comparing the results of longshore currents with the experimental data obtained by other investigators, the procedure proposed in the present study is shown to be valid.
The distribution of gravel-bed materials in mountainous river is formed by the process of deposition and transportation of sediment responding to stream power of the latest flood that is over the certain scale. The particle size of bed material was surveyed in the longitudinal points of river and detail points of a specific meandering section and used to estimate the critical velocity and stream power. Yang's critical unit stream power and Bagnold's critical stream power for gravel-bed materials increased with the distance from downstream to upstream. Dimensionless shear stress based on the designed flood discharge in Shields diagram was evaluated that the gravel-bed materials in most survey points may be transported as form of bedload. The mean diameter in the meandering section was the biggest size in first water impingement point of inflow water from upstream and the second big size in second water impingement point by reflection flow. The mean diameters were relatively the small sizes in points right after water impingement. The range of mean critical velocity was 0.77~2.60 m/s and critical unit stream power was big greatly in first water impingement point. The distribution of critical stream power, range of 7~171 $W/m^2$, was shown that variation in longitudinal section was more obvious than that of cross section and estimated that critical stream power may be affected greatly in first and second water impingement point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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