Kim, Hong-Sik;Seo, Il-Won;Yu, Dae-Yeong;Seo, Yong-Won
Journal of Korea Water Resources Association
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v.32
no.2
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pp.153-162
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1999
In this study, mixing and dilution characteristics of vertical multijet discharged by multiport diffuser into stagnant water are investigated. The results obtained from the experiment of multiport diffuser performed in the three dimensional flume are as follows. As far as merging process of multiport diffuser is concerned, merging starts at about z/l = 3 although merging length is dependent upon stability condition and thereafter lateral temperature distribution becomes gradually uniform which is typical distribution of plane jet. Analyses of experimental data for minimum dilution show that characteristics of minimum dilution are described based on three regions which are jet region where momentum is dominated, intermediate region, and plume region where buoyancy is dominated. Minimum dilution coefficient in plume region of multiport diffuser obtained in this study is 15% higher than that of plane diffuser. This is because individual jet of multiport diffuser entrains more ambient water before merging is occurred, and therefore dilution increases.
In this paper, mixing characteristics and dilution of the merging buoyant discharges from array of multiple jets has been extensively studied in the hydraulic model experiments. New equations for dilution, which include the merging effects correctly, were derived. Experiments were constructed in a 20-m long, 4.9-m wide and 0.6-m deep flume, and the model diffuser was manufactured to indicate the typical characteristics of the existing ocean wastewater outfall in South Korea. Buoyant discharge from the diffuser was reproduced using heated water. Water temperature was measured using CC-Type thermocouple sensors, which were connected to a 40-channel data logger. Experimental results show that merging between ports in a particular riser is dependent upon the discharge densimetric Froude number, whereas merging between two ports which are facing each other at 90$\circ$ at the adjacent risers is dependent upon the discharge densimetric Froude number and distance from the port and port spacing. Centerline dilution increase with distance from the port outlet until two plumes has merged. However, after merging occurs, increase of the centerline dilution almost stops. Further distance from the position where merging occurs, centerline dilution increases again.
Field and laboratory studies of the near field behavior of the San Francisco ocean outfall were reported. The data sets cover broad ranges of discharge conditions and oceanic conditions, and are associated with a typical type of outfall discharges with multiport diffusers. The laboratory data sets were obtained in density-stratified towing tanks to replicate the field tests. Model studies of wastefield behavior using these data sets were predicted by the mathematical models UM, UDKHDEN, RSB, and CORMIX2 for minimum dilution, the height to top of wastefield, and wastefield thickness. In this paper, the results are discussed and compared measurements with mathematical model predictions. The hydraulic model studies reproduced the major features observed in the field. It also afforded considerable insight into the mechanics of mixing of multiport risers which could have been obtained neither from the field test nor the mathematical models.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.12
no.2
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pp.53-69
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2000
For the case of the capacity increase of Masan-Changwon wastewater treatment plant, the changes of near-field dilution rates due to the increased discharges into Masan Bay from the submerged multipart-diffuser were predicted by using CORMIX model. As the increase of wastewater discharges from currently 280,000 m3f day to 720,000 m3fday by 2011, the dilution rates become much lower than the present rates. To enhance the reduced dilution rates, the engineering design changes of diffuser length and alignment were considered as an optimal engineering option. According to the results of the model simulations for these changes, the dilution rates were increased in the strong ambient current of spring tide, but they were not affected by these changes in the weak current of neap tide in Masan Bay. From the analysis of oceanographic survey data, new outfalls sites have been searched. A promising outfalls site is selected and proposed on the basis of maximum obtainable dilution rates predicted by the model simulations.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.11
no.2
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pp.116-126
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1999
In this paper, we have studied the seasonal vanatIons of near-field dilutions of wastewater discharged from the submerged mutiport-diffuser in Masan Bay. Seasonal changes of temperature and salinity, and tidal currents were measured at 16 stations in Masan Bay. Based on the observed ambient field data, the seasonal changes of near-field dilutions due to ambient current and density fields were calculated by CORMIX model. Because of the shallow ambient water depth of 15 m, the density profiles are isopycnal in autumn and winter seasons, in which the dilution factors were the highest, 168 with the strong spring-tidal current and 110-120 with the weak neap-tidal current. As the season changes from spring to summer, the dilution factors are considerably reduced by the factor of 2 as the thermocline is getting deepened up to Sm in depth in summer. In the case of a weak ambient current, the dilution factor in summer was reduced to 1/4 of the dilution in winter. However, with strong ambient current the difference between summer and winter dilutions becomes relatively small by 30%. The results indicate that the seasonal variation of near-field dilution is very large up to 4 times with a weak neap-tidal current, but its variations become small under a strong ambient current of spring tide in MasanBay.
Kim, Young-Do;Kang, See-Whan;Seo, Il-Won;Oh, Byung-Cheol
Ocean and Polar Research
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v.22
no.2
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pp.69-80
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2000
A 3-D particle tracking model with normalized characteristic equations has been developed to predict the variation of near-field mixing characteristics and the far-field transport of the effluent plumes discharged from sea outfalls. The model was applied to the case study on the Masan sea outfall plumes discharged through a submerged multiport-diffuser. Numerical simulations of the effluent transport for 15 days which cover neap and spring tidal cycles in Masan Bay were conducted using fall velocities of the solid wastes and the initial plume characteristics obtained from normalized near-field characteristic equations. The results showed that time variations in near-field minimum dilutions with tidal ambient flow conditions are about $45{\sim}49$. Most of the heavy particles in the effluent plumes were settled and deposited in the vicinity of the outfalls immediately, and the finer particles were transported eastwards 3 km away from the outfalls for 15 days. A similar depositional trend of contaminated sediment was also found during a recent field survey.
In the United States, a number of ocean outfalls discharge primary treated effluent into deep sea water and contribute for more efficient wastewater treatment. The long multiport diffuser connected by long pipe from a treatment plant discharge wastewater into deep water due to the steep slope of the sea bed. However, Plume discharged from the diffuser can have significant impacts on coastal communities and possibly immediate consequence on public health. Therefore, there have been growing interests about the dynamics of plume in the vicinity of the ocean outfalls. It is expected that the ocean outfall should be considered for more efficient and reliable wastewater treatments as soon as possible around coastal area in South Korea. A number of studies of plume ynamics have used various models to predict plume behavior. However, in many cases, the calculated values of plume behavior are in significantly poor agreement with realistic values. Therefore, in this study, it is recommended that improvements should be made in the application of the plume model to more simulate the actual discharge characteristics and ocean conditions. It should be noted that input parameters in plume models reflect realistic ocean conditions like waves as well as currents. In this study, as one of the new parameters, current and long wave-influenced plume rise and initial dilution have been taken into account by using simple linear wave theory under some specific assumptions for more reliable plume behavior description. Among the improved plume models approved by EPA (Environmental Protection Agency), the RSB(Roberts-Snyder-Baurngartner) and UM(Updated Merge) models were chosen for the calculation of plume behavior, and the variation calculated by both models on the basis of long period wave was compared in terms of plume rise and initial dilution.
A number of ocean outfalls are located around coastal area over the United States and discharge primary treated effluent into deep water for efficient wastewater treatment. Two of them, the Sand Island and Honouliuli municipal wastewater outfalls, are located on the south coast of Oahu. There have been growing interests about the plume dynamics around the ocean outfalls since plume discharged from the multiport diffuser may have significant impacts on coastal communities and immediate consequence on public health. Among the studies of plume dynamics performed in the vicinity of both outfalls, Project MB-4 in the Mamala Bay Study recently made with the funding in the $ 9 million amount statistically dealt with the near-field behavior of the plumes at the Sand Island and Honouliuli outfalls. However, Project MB-4 predicted much higher surfacing frequency than the realistic value obtained by model studies by Oceanit Laboratories, Inc.. It is suggested that improvements should be made in the application of the plume model to more simulate the actual discharge characteristics and ocean conditions. In this study, it has been recommended that input parameters in plume models reflect realistic density profile over the entire water column since. in the previous Mamala Bay Study, the density profiles were measured at 5m depth increments extending from 13 to 63 m depth (the density profile on the upper portion of water column was not included, Roberts 1995). It is proved that the density stratification is the important parameter for the submergence of the plume. In this study, as one of the important parameters, plume rise and initial dilution reflecting the density profile over the entire water column have been taken into account for more reliable plume behavior description.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6B
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pp.641-649
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2006
The behavior of a three-dimensional pure rectangular water jet with aspect ratio of 10 was experimentally investigated based on the results of the mean velocity field obtained by PIV. The saddle back distribution was observed in the lateral distribution along the major axis. The theoretical centerline velocity equation derived from the point source concept using the spreading rate for the axisymmetric jet was in good agreement with the measured centerline velocity and gave the division of the potential core region, two-dimensional region, and axisymmetric region. The range of the two-dimensional region divided by the criterion of the theoretical centerline velocity decay for the aspect ratio of 10 was observed to be smaller than that of the transition region. The applicability of the two-dimensional model to the behavior of the rectangular jet with low aspect ratio or the wastewater discharged from a multiport diffuser in the deep water of real ocean may result in significant error in the transition and axisymmetric regions after the two-dimensional region. In the two-dimensional region, the Gaussian constant tended to be conserved, and the spreading rate slightly decreased at the end of the two-dimensional region. The normalized turbulent intensity along the centerline of the jet initially abruptly increased and showed relatively higher intensity for higher Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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