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 concentration of cohesive suspended sediment is determined by the circulation of water and the material dispersion. The equations of the two-dimensional, depth-integrated dispersive transport are the Reynolds equation, continuity equation, and advection-dispersion equation based on the Fick's law. A finite difference method has been applied to two models of circulation and dispersion transport. The circulation model is solved by the explicit scheme and the dispersion transport model is solved by multi-operational scheme. It is investigated wheter advective terms are included when the equation of circulation is applied to the model. For advection-dispersion equation, it was also investigated about variations of suspended sediment concentration with respect to the critical shear stresses.
As a basic study for establishing a countermeasure for an oxygen deficient water mass (ODW), we investigated the variation of ODW volume according to the enforced total pollution load management in Jinhae Bay. This study estimated the inflowing pollutant loads into Jinhae Bay and predicted the reduction in ODW by using a sediment-water ecological model (SWEM). The result obtained in this study are summarized as follows: 1) The daily average pollutant loads of COD, SS, TN, TP, DIN, and DIP inflowing into Jinhae bay in 2005 were estimated to be about 12,218 kg-COD/day, 91,884 kg-SS/day, 5,292 kg-TN/day, 182 kg-TP/day, 4,236 kg-DIN/day, and 130 kg-DIP/day. 2) The calculated results of the tidal current by the hydrodynamic model showed good agreement with the observed currents. Also, an ecological model well reproduced the spatial distribution of the water quality in the bay. 3) This study defined the ODWDI (ODW decreasing index) in order to estimate the ODW decreasing volume caused by a reduction in the inflowing pollutant loads. As a result, the ODWDI was predicted to be about 0.91 (COD 30% reduction), 0.87 (COD 50% reduction), 0.79 (COD 70% reduction), 0.85 (ALL 30% reduction), 0.66 (ALL 50% reduction), and 0.45 (ALL 70% reduction). The ODW volume was decreased 1.5 $\sim$ 2.6 times with a reduction in the COD, TN, and TP inflowing pollutant loads compared to a reduction in just the COD inflowing pollutant load. Therefore, it is necessary to enforce total pollution load management, not only for COD, but also fm TN and TP.
One of the most important factors that cause eutrophication is nutrient materials containing nitrogen and phosphorus which stem from excreation of terrestial sources and release from sediment. Therefore, to improve water quality, the reduction of these nutrients loads should be indispensible. At this study, the three-dimensional numerical hydrodynamic and ecosystem model, which was developed by Institute for Resources and Environment of Japan, were applied to analyze the processes affecting the eutrophication. The residual currents, which were obtained by integrating the simulated tidal currents over 1 tidal cycle, showed the presence of a typical counterclockwise eddies between Gyewha and Garyuk island. Density driven currents were generated westward at surface and eastward at the bottom in Saemankeum area where the fresh waters are flowing into, The ecosystem model was calibrated with the data surveyed in the field of the study area in annual average. The simulated results were fairly good coincided with the observed values within relative error of $30\%$. The simulations of DIN and DIP concentrations were performed using ecosystem model under the conditions of $40\~100\%$ pollution load reductions from pollution sources. In study area, concentration of DIN and DIP were reduced to $59\%$ and $28\%$ in case of the $80\%$ reduction of the input loads from fresh water respectively. But pollution loads from sediment had hardly affected DIN and DIP concentration, The $95\%$ input load abatement is necessary to meet the DIN and DIP concentration of second grade of ocean water quality criteria.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.4
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pp.392-402
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2020
We investigated the concentrations of acid volatile sulfide (AVS), ignition loss (IL), total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), and metallic elements (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, and Zn), in August 2015, to determine the spatial distribution and pollution status of organic matter and metals in the surface sediment of Jinju Bay, a spraying shellfish farming area, Korea. The concentrations of organic matter and metallic elements were significantly higher in the southern part of the bay than in the mouth and center of the bay. The C/N ratio (5.7~8.0) in the sediment represents the dominance of organic matter of oceanic origin in the surface sediment of the study area. The concentrations of AVS, TOC, and metals (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, and Zn) were much lower than the values of the sediment quality guidelines applied in Korea. Based on the results of the pollution load index (PLI) and ecological risk index (ERI), the metal concentrations in the surface sediment of Jinju Bay have a weakly negative ecological effect on benthic organisms although the sediments with high metal pollution status are distributed in the southern parts of the bay, with high dense shellfish farming areas. Thus, the surface sediments in Jinju Bay are not polluted with organic matter and are slightly polluted with metallic elements.
Grain size, the content of ignition loss (IL), and the concentrations of chemical oxygen demand (COD), acid volatile sulfide (AVS), and trace metals (Fe, Mn, Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, As, and Hg) in surface sediments from the Taehwa River estuary, Ulsan, were measured to evaluate pollution levels and potential ecological risks of organic matter and trace metals in estuarine sediment. The mean grain size (Mz) of sediments in the study region ranged from $-0.8-7.7{\varphi}$ (mean $2.8{\pm}2.4{\varphi}$). Surface sediments in the upstream region of the Taehwa River were mainly composed of coarse sediments compared to the downstream region. The concentrations of IL, COD, AVS and trace metals in the sediment were much higher at downstream sites of Myeongchon Bridge in the vicinity of industrial complexes than at upstream sites of those in the vicinity of the residential areas due to the anthropogenic input of organic matter and trace metals by industrial activities. On the basis of several geochemical assessment techniques [sediment quality guidelines (SQGs), enrichment factor (EF), geoaccumulation index ($I_{geo}$), pollution load index (PLI) and ecological risk index (ERI)], the surfaces sediments in the study region are not highly polluted for trace metals, except for As. However, the higher concentrations in downstream study regions of the Taehwa River could impact benthic organisms including shellfish (i.e. Manila clam) in sediments.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.2
no.3
s.6
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pp.109-117
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2002
An analysis to allocate storage space for sediment accumulation during the economic life of the reservoir is required in the planning or design of a reservoir. This analysis has been the most difficult and tedious aspect to deal with reservoir sedimentation because of the interaction between the various parameters related to the hydraulics of flow, reservoir operating policy, inflowing sediment load. The approach to analyzing spatial distribution of deposits has relied on empirical methods, all of which required a great deal of simplification from the actual physical phenomena. For the purpose of this study, reservoir sedimentation rate computed by Empirical Area Reduction Method is compared with measuring rate along the Soyang-gang Dam. As a conclusion, reservoir sedimentation rate can be estimated exactly by Empirical Area Reduction Method.
In the Chinhae Bay, Korea, sedimentation rates and sedimentary record of anthropogenic metal loads were determined by $^{210}Pb$ dating and heavy metal analysis of four sediment cores . The sedimentation rates varied from 0.16g/$cm^2$/yr(3.1mm/yr) at Sta. Ct, located within narrow waterway to 0.24g/$cm^2$/yr(4.8mm/yr) at Sta. Cl, located in Haengam Bay. Maximum contents of Mn, Zn, Cu and Cr were observed at Sta. C2 located near the mouth of Masan Bay, while minimum contents were observed at Sta. CB. Mn/Fe ratios at Sta. C2 and Sta. C4 showed gradually increasing and decreasing downward, respectively, in the upper layer of sediment cores. This suggests that Mn may be diagenetically redistributed in highly reduced environment. At Sta. C2, the concentrations of Zn and Cu began to increase from 1920s by anthropogenic input and have been remarkablely increasing since mid 1960s. At Sta. C3, located near Sungpo, anthropogenic input of these two elements has also slightly increased after 1970s. However, pollution of these two elements was not significant in Haengam Bay(Sta. Cl) and Chiljun watenway(Sta. C4). The pollution of Co, Ni and Cr was not remarkable in all core samples except surface sediment of Sta. C2. The total input of anthropogenic Zn and Cu since 1920s was estimated to be 28∼792 ㎍/cm2 and 0∼168㎍/cm2, respectively. Sta. C2 showed remarkablely higher values relative to other stations: anthropogenic loads of Zn and Cu constituted 27% and 29% of the total sedimentary inventories at the present day, respectively. Fe, Ni, Cr and Co contents showed good correlation(r>0.8) with each other. Anthropogenic Zn and Cu also showed a very good positive correlation(>0.9). However, correlation between these two group of element was quite scattered, indicating different sources and geochemical behaviors.
In the Chinhae Bay, Korea, sedimentation rates and sedimentary record of anthropogenic metal loads were determined by $^{210}Pb$ dating and heavy metal analysis of four sediment cores . The sedimentation rates varied from 0.16g/$cm^2$/yr(3.1mm/yr) at Sta. Ct, located within narrow waterway to 0.24g/$cm^2$/yr(4.8mm/yr) at Sta. Cl, located in Haengam Bay. Maximum contents of Mn, Zn, Cu and Cr were observed at Sta. C2 located near the mouth of Masan Bay, while minimum contents were observed at Sta. CB. Mn/Fe ratios at Sta. C2 and Sta. C4 showed gradually increasing and decreasing downward, respectively, in the upper layer of sediment cores. This suggests that Mn may be diagenetically redistributed in highly reduced environment. At Sta. C2, the concentrations of Zn and Cu began to increase from 1920s by anthropogenic input and have been remarkablely increasing since mid 1960s. At Sta. C3, located near Sungpo, anthropogenic input of these two elements has also slightly increased after 1970s. However, pollution of these two elements was not significant in Haengam Bay(Sta. Cl) and Chiljun watenway(Sta. C4). The pollution of Co, Ni and Cr was not remarkable in all core samples except surface sediment of Sta. C2. The total input of anthropogenic Zn and Cu since 1920s was estimated to be 28~792 $\mu\textrm{g}$/cm2 and 0~168$\mu\textrm{g}$/cm2, respectively. Sta. C2 showed remarkablely higher values relative to other stations: anthropogenic loads of Zn and Cu constituted 27% and 29% of the total sedimentary inventories at the present day, respectively. Fe, Ni, Cr and Co contents showed good correlation(r>0.8) with each other. Anthropogenic Zn and Cu also showed a very good positive correlation(>0.9). However, correlation between these two group of element was quite scattered, indicating different sources and geochemical behaviors.
Kim, Shin;Jeong, Hyun-Gi;Kim, Hyoung-Geun;Kim, Ju-Eon;Park, Su-Jeong;Kim, Yong-Seok;Yang, Deuk-Seok
Journal of Environmental Science International
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v.28
no.12
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pp.1085-1099
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2019
We investigated the spatial and temporal variation in characteristics and pollution assessment of sediments in the watersheds of Andong-Dam and Imha-Dam, in Korea. Surface sediments were collected from six sites once a year for three years (2015-2017), and analyzed for organic matter (water content, IL, COD, TOC, TN, and TP), grain size, and concentration of trace metals (Al, Li, Zn, Cr, Pb, Cu, Ni, and As). Organic matter generally tended to increase, and was higher in the Andong watershed compare to Imha watershed. Surface sediments were mainly composed of silt. Coarse sediments were mainly distributed at the site adjacent to Andong-Dam, and showed fining after coarsening. Fine sediment were mainly distributed at the site adjacent to Imha-Dam, and were gradually coarsening. Concentration of trace metals generally tended to increase, and was higher for sites in watershed of Andong watershed (PLI > 1) than for sites in Imha watershed (PLI < 1). Trace metals in the study area were considered to be affected by fine sediment (silt), and contamination of trace metals was somewhat affected by Pb, and greatly affected by Zn and As.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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