Seo, Il Won;Park, Inhwan;Kim, Young Do;Han, Eun Jin;Choo, Min Ho;Mun, Hyun Saing
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.29
no.3
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pp.383-392
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2013
In this research, mixing behavior of the floating pollutant such as oil spill accidents was analyzed by studying the advection-diffusion of GPS floaters at water surface. The LPT (Lagrangian Particle Tracking) model of EFDC (Environmental Fluid Dynamics Computer Code) was used to simulate the motion of the GPS floater tracer. In the field experiment, 35 GPS floaters were injected at the Samun Bridge of Nakdong River. GPS floaters traveled to downstream about 700 m for 90 minutes. The field data by the GPS floater experiments were compared with the simulation in order to calibrate the parameter of LPT model. The turbulent diffusion coefficient of LPT model was determined as $K_H/hu^*$ = 0.17 from the scatter diagram. The arrival time of peak concentration and transverse diffusion from the simulation results were similar with the experiments from the concentration curves. Numerical experiments for anticipation of damage from floating pollutant were conducted in the same reach of the Nakdong River and the results show that the pollutant cloud transported to the left bank where the Hwawon pumping station is located. For this reason, it is suggested that the proper action should be needed to maintain the safety of the water withdrawal at the Hwawon pumping station.
A Lagrangian particle tracking model coupled with the Princeton Ocean Model were used to estimate the average residence time of coastal water in Masan Bay, Korea. Our interest in quantifying the transport time scales in Masan Bay was stimulated by the search for a mechanistic understanding of this spatial variability, which is consistent with the concept of spatially variable transport time scales. Tidal simulation was calibrated through a comparison with the results of semi-diurnal current and water elevation measured at the tidal stations of Masan, Gadeokdo. In the model simulations, particles were released in eight cases, including slack before ebb, peak ebb, slack before flood, and peak flood, during both spring and neap tides. The averaged values obtained from the particle release simulations were used for the average residence times of the coastal water in Masan Bay. The average residence times for the southeastern parts of Somodo and the Samho River, Masan Bay were estimated to be about 20~50days and 70~80days, respectively. The spatial difference for the average residence time was controlled by the tidal currents and distance from the mouth of the bay. Our results might provide useful for understanding the transport and behavior of coastal water in a bay and might be used to estimate the dissimilative capacity for environmental assessment.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.1
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pp.11-18
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2022
In order to improve the accuracy of particle tracking prediction techniques near the Korean Strait, this study compared and analyzed a particle tracking model based on a seawater flow numerical model and a machine learning based on a particle tracking model using field observation data. The data used in the study were the surface drifter buoy movement trajectory data observed in the Korea Strait, prediction data by machine learning (linear regression, decision tree) using the tide and wind data from three observation stations (Gageo Island, Geoje Island, Gyoboncho), and prediciton data by numerical models (ROMS, MOHID). The above three data were compared through three error evaluation methods (Correlation Coefficient (CC), Root Mean Square Errors (RMSE), and Normalized Cumulative Lagrangian Separation (NCLS)). As a final result, the decision tree model had the best prediction accuracy in CC and RMSE, and the MOHID model had the best prediction results in NCLS.
After large-scale flooding damage occurred along the Imjin river in 1996, 1998, and 1999, the Hantan river flood control dam was planned, and it has since been under construction. Unlike existing dams in Korea, the Hantan river flood control dam will remain fully open except during high floods, when the dam will store flood water temporarily to reduce flood peaks and flood water volume downstream. During past flooding seasons, floating debris has caused difficulties in the management of large-scale dams. Most of the existing multipurpose dams in Korea have installed nets to collect floating debris based on many years of experience with and data about inflow and distribution of floating debris in the dams. For the Hantan river flood control dam, however, collection of data about inflow and distribution of floating debris is not possible as the dam is located near the border area between North and South Korea. In order to devise a preliminary plan to collect floating debris in the Hantan river flood control dam, an EFDC hydrodynamic model was used to analyze the behavior of floating debris during high floods. The Lagrangian particle tracking method was utilized to simulate the behavior of floating debris in the dam. Based on the analysis of paths and final destinations of the particles, seven collection points were selected where it seemed to be effective to collect floating debris, as debris is likely to accumulate there in high density.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.4
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pp.211-222
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2020
This study suggested a method calculating the influence of effluent discharge from Saemangeum sluice-gates using the particle tracking model. For 2017, we presented the seasonal effects of effluent discharge as probability spatial distributions and compared with the results of the water age, one of the indicators of transport time scale. The influence of sluice-gates effluent discharge increases radially around Sinshi or Gaseok gates, which are expected to be biased toward the south in winter and north in summer due to the effect of seasonal winds. Although the results of the prediction are limited to the 2017 situation, the method of calculating the influence of sluice-gates effluent discharge using the Lagrangian particle tracking model can be used to predict the future of the around Saemangeum.
This paper presents simulation results of particle transport in low-pressure, low-temperature plasma environment. The size dependent transport of particles in the plasma is investigated with a two-dimensional simulation tool developed in-house for plasma chamber analysis and design. The plasma model consists of the first two and three moments of the Boltzmann equation for ion and electron fluids respectively, coupled to Poisson's equation for the self-consistent electric field. The particle transport model takes into account all important factors, such as gravitational, electrostatic, ion drag, neutral drag and Brownian forces, affecting the motion of particles in the plasma environment. The particle transport model coupled with both neutral fluid and plasma models is simulated through a Lagrangian approach tracking the individual trajectory of each particle by taking a force balance on the particle. The size dependant trap locations of particles ranging from a few nm to a few ${\mu}m$ are identified in both electropositive and electronegative plasmas. The simulation results show that particles are trapped at locations where the forces acting on them balance. While fine particles tend to be trapped in the bulk, large particles accumulate near bottom sheath boundaries and around material interfaces, such as wafer and electrode edges where a sudden change in electric field occurs. Overall, small particles form a "dome" shape around the center of the plasma reactor and are also trapped in a "ring" near the radial sheath boundaries, while larger particles accumulate only in the "ring". These simulation results are qualitatively in good agreement with experimental observation.
This study summarizes advantages and disadvantages of numerical methods and compares ELLAM and LEZOOMPC to develop an efficient numerical modeling technique on contaminant transport. Eulerian-Lagrangian method and Eulerian method are commonly used numerical techniques. However Eulerian-Lagrangian method does not conserve mass globally and fails to treat boundary in a straightforward manner. Also, Eulerian method has restrictions on the size of Courant number and mesh Peclet number because of time truncation error. ELLAM (Eulerian Lagrangian Localized Adjoint Method) which has been popularly used for past 10 years in numerical modeling, is known for overcoming these numerical problems of Eulerian-Lagrangian method and Eulerian method. However, this study investigates advantages and disadvantages of ELLAM and suggests a change for the better. To figure out the disadvantages of ELLAM, the results of ELLAM, LEZOOMPC (Lagrangian-Eulerian ZOOMing Peak and valley Capturing), and visual MODFLOW are compared for four examples having different mesh Peclet numbers. The result of ELLAM generates numerical oscillation at infinite of mesh Peclet number, but that of LEZOOMPC yields accurate simulations. The simulation results suggest that the numerical error of ELLAM could be alleviated by adopting some schemes in LEZOOMPC. In other words, the numerical model which combines ELLAM with backward particle tracking, forward particle tracking, adaptively local zooming, and peak/valley capturing of LEZOOMPC can be developed for not only overcoming the numerical error of ELLAM, but also keeping the numerical advantage of ELLAM.
In this study, the collection efficiency of inertial impactors was numerically simulated by employing the statistical Lagrangian particle tracking(SLPT) model. The SLPT model was proven to be correct in predicting the impactor collection efficiency, when the numerically obtained collection efficiencies were compared with the experimental data of Marple et al.(1987) at normal pressure level and the experimental data of $Marjam{\ddot{a}}ki$ et al.(2000) at low pressure level. Based on the validation results, balloon-borne impactors with the cut-off sizes of $1{\mu}m$, $2.5{\mu}m$, and $10{\mu}m$ were designed. Then, the sampling flowrates of the inertial impactors, required to keep the cut-off sizes constant at different pressures and temperatures, were estimated according to the altitude.
The puff models have been developed to simulate the advection-diffusion processes of dredging suspended solids, either alone or in combination with Eulerian models. Computational efficiency and accuracy are of prime importance in designing these hybrid approaches to simulate a pollutant discharge, and we characterize two relatively simple Lagrangian techniques in this regard: forward Gaussian puff tracking (FGPT), and backward Gaussian puff tracking (BGPT). FGPT and BGPT offer dramatic savings in computational expense, but their applicability is limited by accuracy concerns in the presence of spatially variable flow or diffusivity fields or complex no-flux or open boundary conditions. For long simulations, particle and/or puff methods can transition to an Eulerian model if appropriate, since the relative computational expense of Lagrangian methods increases with time for continuous sources. Although we focus on simple Lagrangian models that are not suitable to all environmental applications, many of the implementation and computational efficiency concerns outlined herein would also be relevant to using higher order particle and puff methods to extend the near field.
With the increasing demand for improved marine environments and safety, greater ability to minimize damages to coastal areas from harmful organisms, ship accidents, oil spills, etc. is required. In this regard, an accurate assessment and understanding of current systems is a crucial step to improve forecasting ability. In this study, we examine spatial and temporal characteristics of current systems in the adjacent seas of Jeju Island using a high-resolution regional ocean circulation model. Our model successfully captures the features of tides and tidal currents observed around Jeju Island. The tide form number calculated from the model result ranges between 0.3 and 0.45 in the adjacent seas of Jeju Island, indicating that the dominant type of tides is a combination of diurnal and semidiurnal, but predominantly semidiurnal. The spatial pattern of tidal current ellipses show that the tidal currents oscillate in a northwest-southeast direction and the rotating direction is clockwise in the adjacent seas of Jeju Island and counterclockwise in the Jeju Strait. Compared to the mean kinetic energy, the contribution of tidal current energy prevails the most parts of the region, but largely decreases in the eastern seas of Jeju Island where the Tsushima Warm Current is dominant. In addition, a Lagrangian particle-tracking experiment conducted suggests that particle trajectories in tidal currents flowing along the coast may differ substantially from the mean current direction. Thus, improving our understanding of tidal currents is essential to forecast the transport of marine pollution and harmful organisms in the adjacent seas of Jeju Island.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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