When the costal zone surrounded by a breakwater has a narrow vertical opening, currents in the vicinity of a narrow entrance can result in a jet flow, coinciding with the tide. Such a Tidal-Jet Generator(TJG) can change the water mass distribution and transport processes in the domain of influence of the jet. Also, it can decrease the residual time of them. In the present study, the water purification utilizing tidal jets in the coastal zone over constant bathymetry are estimated numerically, using a finite-difference numerical scheme, named the NS-MAC-TIDE method, which isbased on the fully 3D Navier-stokes(NS) equations. The shear velocity near the inlet of the TJG are predicted from the flow field simulation, and are assessed qualitatively with the development of scouring or sediment that is caused by the change of diffusion or sweeping flowup from the seabed of sediment particles. Finally, through solving a transport equation of concentration, the residual time related on mass transport processes and the flushing mechanism for water purification are investigated.
A model combining multi-dimensional discretized population balance equations with a computational fluid dynamics simulation (CFD-DPBE model) was developed and applied to simulate turbulent flocculation and sedimentation processes in sediment retention basins. Computation fluid dynamics and the discretized population balance equations were solved to generate steady state flow field data and simulate flocculation and sedimentation processes in a sequential manner. Up-to-date numerical algorithms, such as operator splitting and LeVeque flux-corrected upwind schemes, were applied to cope with the computational demands caused by complexity and nonlinearity of the population balance equations and the instability caused by advection-dominated transport. In a modeling and simulation study with a two-dimensional simplified pond system, applicability of the CFD-DPBE model was demonstrated by tracking mass balances and floc size evolutions and by examining particle/floc size and solid concentration distributions. Thus, the CFD-DPBE model may be used as a valuable simulation tool for natural and engineered flocculation and sedimentation systems as well as for flocculant-aided sediment retention ponds.
A case study is presented where a fluvial system is modeled in three dimensions and compared to data gathered from a study of the Arkansas River. The data is unique in that it documents changes that affected a straight channel that was excavated within the river by the U.S. Army Corps of Engineers. Excavation plan maps and sequential aerial photographs show that the channel underwent massive deposition and channel migration as it returned to a more natural, meandering path. These records illustrate that stability of fluvial system can be disrupted either by catastrophic events such as floods or by subtle events such as the altering of a stream's equilibrium base level or sediment load. SEDSIM, Stanford's Sedimentary Basin Simulation Model, is modified and used to model the Arkansas River and the geologic processes that changed in response to changing hydraulic and geologic parameters resulting from the excavation of the channel. Geologic parameters such as fluid and sediment discharge, velocity, transport capacity, and sediment load are input into the model. These parameters regulate the frequency distribution and sizes of sediment grains that are eroded, transported and deposited. The experiments compare favorably with field data, recreating similar patterns of fluid flow and sedimentation. Therefore, simulations provide insight for understanding and spatial distribution of sediment bodies in fluvial deposits and the internal sedimentary structure of fluvial reservoirs. These techniques of graphic simulation can be contributed to support the development of the new design criteria compatible with natural stream processes, espacially drainage problem to minimize environmental disruption.
Journal of The Geomorphological Association of Korea
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v.28
no.1
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pp.13-33
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2021
Successful sediment management at the watershed scale requires an understanding of the erosion, transport and sedimentation processes at the specific site scale. However, studies on the sediment runoff characteristics in a small uppermost watershed, which serves as a sediment supply function, are very rare. Therefore, this study attempted to investigate the fluctuations in major sediment supply areas and sediment runoff in the uppermost mountain small watershed, and for this purpose, ArcSWAT (Soil and Water Assessment Tools with GIS interface) was applied to the Woldong reservoir catchment located in Gosam-myeon, Anseong-si, Gyeonggi-do. The model results were manually calibrated using the monitoring data of the Woldong reservoir sedimentation rate from 2005 to 2007. It was estimated that annual average of 34.4 tons/year of sediment was discharged from the Woldong reservoir basin. This estimate almost coincided with the monitoring data of the Woldong reservoir during the low flow period but tended to be somewhat underestimated during the high flow period. Although the SWAT model does not fully reflect the erosion process of gully and in-channel, this underestimation is probably due to the spatial connectivity of sediment transport and the storage and reactivation of the sediment being transported. Most of the forested hillslopes with a well-developed organic horizon were evaluated as having a low risk of erosion, while the places with the highest risk of erosion were predicted to be distributed in the logged area with some weeds or shrubs (classified as pasture) with relatively steeper slopes, and in the bare land. The results of this study are expected to be useful in developing strategies for sediment control and reservoir management.
In the present work, a 3D numerical model is proposed to study local scouring around single vertical piers with different cross-section shapes under steady-current flow. The model solves the flow field and sediment transport processes using a coupled approach. The flow field is obtained by solving the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations in combination with the k-ω SST turbulence closure model and the sediment transport is considered using both bedload and suspended load models. The proposed model is validated against the empirical measurements of local scour around single vertical piers with circular, square, and diamond cross-section shapes obtained from the literature. The measurement of scour depth in equilibrium condition for the simulations reveal the differences of 4.6%, 6.7% and 13.1% from the experimental measurements for the circular, square, and diamond pier cases, respectively. The model displayed a remarkable performance in the prediction of scour around circular and square piers where horseshoe vortices (HSVs) have a leading impact on scour progression. On the other hand, the maximum deviation was found in the case of the diamond pier where HSVs are weak and have minimum impact on the formation of local scour. Overall, the results confirm that the prediction capability of the present model is almost independent of the strength of the formed HSVs and pier cross-section shapes.
The physically based model KINEROS2 was applied to forest road segments for simulating hydrology and sediment production. Data on rainfall amounts, runoff volume, and sediment yields were collected at two small plots in the Yangpyong experimental watershed. The KlNEROS2 model can be parameterized to match the volume of surface flow and sediment yields during seven storm events. Model predictions of hydrology were in good agreement with the observed data at two plots in the year 1997 and 1998. A comparison between the observed and predicted sediment yields indicated that the model provided reasonable estimates, although the model tended to under-estimate for some storm events. The overall result shows that the KINEROS2 model properly represents the hydrology and sediment transport processes in the forest road segments.
Sediment transport around artificial habitat which is induced by the change ol flow due to installation of the structure plays a role not only as a defect function of subsidence and burial but also bottom-environment control function. This study examined the characteristics of local scouring and deposition with sediment sizes, current velocities and installation direction of artificial habitat in flow field. Resultant subsidence and burial processes are investigated and discussed with Reynolds number. Together with sediment number and dimensionless time elapse, prediction formulas are established by combining these relationships. Bottom control function as cultivating effects is discussed with installation direction, and applicability of countermeasures is compared and stone pavement method is recommended.
Annually, about 48-60% of sediment discharge of the Mekong River is delivered near the mouths of the Mekong River branches which is mostly coinciding with the southwest (SW) monsoon. This sediment budget in turn will be southwestwardly transported along the coast of the Mekong Delta (MD) during the northeast (NE) monsoon. Analysis of monsoonal changes in grain-size distribution (GSD) of surface sediment contributes to a better understanding of erosion and deposition processes along the MD. This study aims to figure out changes in GSD and sediment textures along the MD between SW and NE monsoons based on 183 surficial sediment samples collected along the MD during two field surveys carried-out in October 2016 and February-March 2017. Compared to the GSD during the SW and NE monsoon, the GSD along the MD changed significantly, especially in the estuary areas and along the coast of Bac Lieu and Ganh Hao. Whereas, in the west coast of the MD, GSD seem no changes between the two seasons. These changes in seabed sediment suggest that sediment with grain-sizes ranging from silt to fine sand can be transported during only a NE season.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.3
no.2
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pp.59-70
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1998
Two-dimensional trend-vector model of sediment transport is first tested in the tidal flat of Garolim Bay, mid-western coast of the Korean Peninsula. Three major parameters of surface sediment, i.e., mean grain size, sorting and skewness, are used for defining the best-fitting transport trend-vector on the sand ridge and muddy sand flat. These trend vectors are compared with the real transport directions determined from morphology, field observation and bedforms. The 15 possible cases of trend vectors are calculated from total sediments. In order to find the role of coarse sediments, trend vectors from sediments coarser than < 4.5 ${\phi}$, (sand size) are separately calculated from those of total sediments. As compared with the real directions, the best-fitting transport-vector model is the "case M" of coarse sediments which is the combined trend vectors of two cases: (1) finer, better sorted and more negatively skewed and (2) coarser, better sorted and more positively skewed. This indicates sand-size grains are formed by simpler hydrodynamic processes than total sediments. Transported sediment grains are better sorted than the source sediment grains. This indicates that consistent hydrodynamic energy can make sediment grains better sorted, regardless of complicated mechanisms of sediment transport. Consequently, both transported vector model and real transported direction show that the source of sediments are located outside of bay (offshore Yellow Sea) and in the baymouth. These source sediments are transported through the East Main Tidal Channel adjacent the baymouth. Some are transported from the subtidal zone to the upper tidal flat, but others are transported farther to the south, reaching the south tidal channel in the study area. Also, coarse sediment grains on the sand ridge are originally from the baymouth, and transported through the subtidal zone to the south tidal channel. These coarse sediments are moved to the northeast, but could not pass the small north tidal channel. It is interpreted that the great amount of coarse sediments is returned back to the outside of the bay (Yellow Sea) again through the baymouth during the ebb tide. The distribution of muddy sand in the northeastern part of study area may result from the mixing of two sediment transport mechanisms, i.e., suspension and bedload processes. The landward movement of sand ridge and the formation of the north tidal channel are formed either by the supply of coarse sediments originating from the baymouth and outside of the bay (subaqueous sand ridges including Jang-An-Tae) or by the recent relative sea-level rise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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