In the present paper it is aimed to perform the stochastic dynamic analysis of fluid and fluidstructure systems by using the Lagrangian approach. For that reason, variable-number-nodes twodimensional isoparametric fluid finite elements are programmed in Fortran language by the authors and incorporated into a general-purpose computer program for stochastic dynamic analysis of structure systems, STOCAL. Formulation of the fluid elements includes the effects of compressible wave propagation and surface sloshing motion. For numerical example a rigid fluid tank and a dam-reservoir interaction system are selected and modeled by finite element method. Results obtained from the modal analysis are compared with the results of the analytical and numerical solutions. The Pacoima Dam record S16E component recorded during the San Fernando Earthquake in 1971 is used as a ground motion. The mean of maximum values of displacements and hydrodynamic pressures are compared with the deterministic analysis results.
Dam reservoirs have been reported to contribute significantly to global carbon emissions, but unlike natural lakes, there is considerable uncertainty in calculating carbon emissions due to the complex of emission pathways. In particular, the method of calculating carbon dioxide (CO2) net atmospheric flux (NAF) based on a simple gas exchange theory from sporadic data has limitations in explaining the spatiotemporal variations in the CO2 flux in stratified reservoirs. This study was aimed to analyze the spatial and temporal CO2 distribution and mass balance in Daecheong Reservoir, located in the mid-latitude monsoon climate zone, by applying a two-dimensional hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2). Simulation results showed that the Daecheong Reservoir is a heterotrophic system in which CO2 is supersaturated as a whole and releases CO2 to the atmosphere. Spatially, CO2 emissions were greater in the lacustrine zone than in the riverine and transition zones. In terms of time, CO2 emissions changed dynamically according to the temporal stratification structure of the reservoir and temporal variations of algae biomass. CO2 emissions were greater at night than during the day and were seasonally greatest in winter. The CO2 NAF calculated by the CE-QUAL-W2 model and the gas exchange theory showed a similar range, but there was a difference in the point of occurrence of the peak value. The findings provide useful information to improve the quantification of CO2 emissions from reservoirs. In order to reduce the uncertainty in the estimation of reservoir carbon emissions, more precise monitoring in time and space is required.
Reservoir turbidity flows degrade the efficiency and sustainability of water supply system in many countries located in monsoon climate region. A decision support system called RTMMS aimed to assist reservoir operations was developed for the real time monitoring, modeling, and management of turbidity flows induced by flood runoffs in Daecheong reservoir. RTMMS consists of a real time data acquisition module that collects and stores field monitoring data, a data assimilation module that assists pre-processing of model input data, a two dimensional numerical model for the simulation of reservoir hydrodynamics and turbidity, and a post-processor that aids the analysis of simulation results and alternative management scenarios. RTMMS was calibrated using field data obtained during the flood season of 2004, and applied to real-time simulations of flood events occurred on July of 2006 for assessing its predictive capability. The system showed fairly satisfactory performance in reproducing the density flow regimes and fate of turbidity plumes in the reservoir with efficient computation time that is a vital requirement for a real time application. The configurations of RTMMS suggested in this study can be adopted in many reservoirs that have similar turbidity issues for better management of water supply utilities and downstream aquatic ecosystem.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.5B
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pp.439-447
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2011
It is a main concern for sustainable development in water resources management to evaluate adaptation capability of water resources structures under the future climate conditions. This study introduced the Fuzzy Inference System (FIS) to represent the change of release and storage of reservoirs in the Han River basin corresponding to various inflows. Defining the adaptation capability of reservoirs as the change of maximum and/or minimum of storage corresponding to the change of inflow, the study showed that Gangdong Dam has the worst adaptation capability on the variation of inflow, while Soyanggang Dam has the best capability. This study also constructed an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for the more accurate and efficient simulation of the adaptation capability of the Soyanggang Dam. Nine Inflow scenarios were generated using historical data from frequency analysis and synthetic data from two general circulation models with different climate change scenarios. The ANFIS showed significantly different consequences of the release and reservoir storage upon inflow scenarios of Soyanggang Dam, whilst it provides stable reservoir operations despite the variability of rainfall pattern.
Korea water resources corporation (K-Water) has developed the real-time water resources management system for the Nakdong and the Geum River basin to efficiently operate multi-purpose dams in the basins. This study has extended to the Han River basin for providing an effective ending target storage of a month to the real-time water resources management system using Sampling Stochastic Dynamic Programming (SSDP), consequently increasing the efficiency of the reservoir system. The optimization model were developed for three reservoirs, named Soyang, Chungju, and Hwacheon, with high priority in terms of the amounts of effective capacity and water supply for the basin. The number of storage state variable for each dam to set an optimization problem has been assigned from the results of sensitivity analysis. Compared with the K-water operating policy with the target water supply elevations, the optimization model suggested in this study showed that the shortfalls are decreased by 37.22 MCM/year for the required water demands in the basin, even increasing 171 GWh in hydro electronic power generation. In addition, the result of a reservoir operating system during the drawdown period applied to real situation demonstrates that additional releases for water quality or hydro electronic power generation would be possible during the drawdown period between 2007 and 2008. On the basis of these simulation results, the applicability of the SSDP model and the reservoir operating system is proved. Therefore, the more efficient reservoir operation can be achieved if the reservoir operating system is extended further to other Korean basins.
The peak flood discharge at a downstream station and the flood travel time between a pair of dams due to a specific flood release from the upper reservoir are computed using a hydraulic river channel routing method. The study covered the whole reservoir system in the Han River. The computed peak flood discharges and the travel times between dams were correlated with the duration and the magnitude of flood release rate at the upstream reservoir, and hence a multiple regression model is proposed for each river reach between a pair of dams. The peak flood discharge at a downstream location can be converted to the peak flood stage by rating curve. Hence, the proposed regression model could be used to forecast the peak flood stage at a downstream location and the flood travel time between dams using the information on the flood release rate and duration from the upper dam.
The increasing frequency of droughts has been increasing the necessity of utilizing subsurface dams as reliable groundwater resources in areas where it is difficult to supply adequate agricultural water using only surface water. In this study, we analyzed the current status and actual conditions of five agricultural subsurface dams as well as the effect of obtaining additional groundwater from subsurface dams operated as one aspect of the sustainable integrated water management system. Based on the construction methods and functions of each subsurface dam, the five subsurface dams are classified into three types such as those that derive water from rivers, those that prevent seawater intrusion, and those that link to a main irrigation canal. The classification is based on various conditions including topography, reservoir location, irrigation facilities, and river and alluvial deposit distributions. Agricultural groundwater upstream of subsurface dams is obtained from four to five radial collector wells. From the study, the total amount of groundwater recovered from the subsurface dam is turned out to be about 29~44% of the total irrigation water demand, which is higher than that of general agricultural groundwater of about 4.6%.
Nowaday the amount of water resource to generate the hydro-power energy has decreased as that of the water supply has increased. In case that the national market of the energy will be in free competition, the energy producer need to suggest the amount of the optimal supply with the hydrological reliability for a deal. In this study the optimal reservoir operation was performed by the linear programming and the optimal reliabilities of inflows and the power supply were obtained by the one dimensional search technique to estimate the energy with the optimal inflow reliability which the power system of the Yongdam multipurpose dam in Geum river can produce. And the main results were presented.
The artificial aeration in the middle and the small scale reservoirs is widely used to destroy the stratified layer and algal boom. This study has been conducted at the Youncho reservoir located in Keoje island since Jan. 2000 to suggest the most suitable control strategy of the artificial aeration and reduce the side effect. The main results obtained from this research are as follows. The starting time of aeration for destratification was adjusted from the end of March to the beginning of April when the natural stratification is started. In order to prevent an anoxic condition the artificial mixing should be started by the middle of April when the DO in hypolimnion is dropped to less than $5mg/{\ell}$. The decrease DO, caused by the increase in water temperature, spreads rapidly from hypolimnion to themocline. Thermal stratification disappeared after the onset of artificial aeration within 7 days in the Yuncho reservoir. The air diffusers decrease water temperature in the layer of epilimnion and thermocline, but rise it in hypolimnion. The continuous operation of air diffuser prevent the stratification and anoxic condition in hypolimnion despite of the rising of water temperature and algal abundance. The algal abundance is not observed in effective zone by aeration. The turbidity rising problem induced from the aeration is avoided by keeping an air diffuser about 1.5m high from the bottom of lake. During the summer season, ceasing the aeration should be decided carefully. And also, it is necessary to operate the system it considering weather and temperature, and depending on the number and the position of aerators.
In Floating PV (Photovoltaic) systems, PV modules are installed on water by utilizing the surface of idle water such as a reservoir and multipurpose dam. A floating PV system, therefore, has the advantage of efficiency in national land use and improved energy yield owing to cooling effect compared to on-land PV systems. Owing to the limitation of installation environment for a floating PV system, the system, however, has the disadvantage of an increase in transmission distance of DC (Direct current) cables. A longer transmission distance of a DC cable results in greater power loss due to a voltage drop. This leads to a decline in economic feasibility for the floating PV system. In this paper, the economic analysis for 10 floating PV systems installed in a reservoir has been conducted in terms of a change in annual power sales according to the variation of transmission losses depending on the factors affecting the voltage drop, such as transmission distance, cross-section area of underwater cable, the presence of joint box, and PV capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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