Analysis of the mixing effect of the confluence by the difference in water temperature between the main stream and the tributary

Seol Ha Ahn; Chang Hyun Lee; Kyung Dong Kim; Dong Su Kim; Si Wan Ryu; Young Do Kim

doi:10.3741/JKWRA.2023.56.2.103

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2023 Vol.56, Issue 2 Preview Page Next Page

Research Article

Analysis of the mixing effect of the confluence by the difference in water temperature between the main stream and the tributary 본류와 지류의 수온 차에 의한 합류부 혼합 양상 분석

28 February 2023. pp. 103-113

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Abstract

The river confluence is a section in which two rivers with different topographical and hyrodynamic characteristics are combined into one, and it is a section in which rapid flow, inflow of sediments, and hydrological topographic changes occur. In the confluence section, the flow of fluid occurs due to the difference in density due to the type of material or temperature difference, which is called a density flow. It is necessary to accurately measure and observe the confluence section including a certain section of the main stream and tributaries in order to understand the mixing behavior of the water body caused by the density difference. A comprehensive analysis of this water mixture can be obtained by obtaining flow field and flow rate information, but there is a limit to understanding the mixing of water bodies with different physical properties and water quality characteristics of rivers flowing with stratigraphic flow. Therefore, this study attempts to grasp the density flow through the water temperature distribution in the confluence section. Among the extensive data of the river, vertical data and water surface data were acquired, and through this, the stratification phenomenon of the confluence was to be confirmed. It was intended to analyze the mixed pattern of the confluence by analyzing the water mixing pattern according to the water temperature difference using the vertical data obtained by measuring the repair volume by installing the ADCP on the side of the boat and measuring the real-time concentration using YSI. This study can supplement the analysis results of the existing water quality measurement in two dimensions. Based on the comparative analysis, it will be used to investigate the current status of stratified sections in the water layer and identify the mixing characteristics of the downstream section of the river.

Keywords

Water temperature

Density flow

Mixed aspect

Water body mixing

하천 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 합류부 구간에서는 물질의 종류 또는 온도 차로 유체의 흐름이 밀도 차이로 발생하게 되는데 이것을 밀도류라고 한다. 밀도 차이에 의해 성층이 생긴 수체혼합거동을 파악하기 위해서는 본류 및 지류의 일정 구간을 포함하는 합류부 구간에 대한 정밀한 계측 및 관찰이 필요하다. 이러한 수체 혼합에 대한 종합적인 분석은 유속장 및 유량 정보를 취득하여 파악할 수 있지만, 성층류가 흐르는 하천의 서로 상이한 물리적 특성과 수질특성을 가지는 수체의 혼합양상 및 그에 따른 물질혼합양상을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 합류부 구간에서의 수온 분포를 통하여 밀도류를 파악하고자 한다. 하천의 광범위한 데이터 중 연직 자료와 수표면 자료를 취득하였고, 이를 통해 합류부의 성층현상을 확인하고자 하였다. ADCP를 보트 측면에 설치하여 저속운행으로 수리량을 측정하는 방식과 YSI를 이용해 측선설치 없이 측선 선정 후 보트를 이용하여 흐름에 직각인 방향으로 이동하며 실시간 농도를 측정하는 방식으로 얻은 연직자료 중 수온, 전도도(Conductivity) 등의 직독식 센서 데이터 값을 사용하여 수온 차에 따른 수체혼합 패턴을 분석하여 합류부의 혼합양상을 분석하고자 하였다. 본 연구는 기존 수질 측정의 한계였던 1차원적인 측정결과가 나타내는 분석결과를 2차원적으로 보완이 가능하며, 비교 분석한 결과를 토대로 밀도류에 따른 혼합양상 결과가 지니는 혼합패턴을 분석한다면 향후 하천 하류구간의 취수 시스템에 많은 도움을 줄 뿐만 아니라 합류부 구간의 혼합패턴에 따라 수층 내 성층구간의 현황조사와 하천 합류부의 혼합특성 파악하여 합류구간의 수질 관리방안이나 수체 흐름특성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

키워드

수온

밀도류

혼합양상

수체혼합

References

Choi, H., Han, K., and Park, J. (2017). "Reproducibility evaluation of stratification using EFDC model in Nakdong River." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 37, No. 3, pp. 561-573.

Choi, S., and Choi, S.U. (2017). "Numerical simulation of dense interflow using the k-ε turbulence model." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 50, No. 9, pp. 637-646. 10.3741/JKWRA.2017.50.9.637

Chung, S., OH, J., and Ko, I. (2005). "Simulations of temporal andspatial distributions of rainfall-induced turbidity flow in a reservoir using CE-QUAL-W2." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 38, No. 8, pp. 655-664. 10.3741/JKWRA.2005.38.8.655

Chung, S.W., and Gu, R. (1998). "Two-dimensional simulations of contaminant currents in stratified reservoir." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 124, No. 7, pp. 704-711. 10.1061/(ASCE)0733-9429(1998)124:7(704)

Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J., and Brooks, N.H. (1979). Mixing in inland and coastal waters. Academic Press, Inc., New York, NY, U.S.

Mueller, D.S., and Wagner, C.R. (2009). Measuring discharge with acoustic doppler current profilers from a moving boat. US Department of the Interior, US Geological Survey, Reston, VA, U.S.

Oh, C., and Choi, J. (2015). "Consideration on changes of density stratification in Saemangeum reservoir." Journal of the Korean Societyfor Marine Environment and Energy, Vol. 18, No. 2, pp. 81-93. 10.7846/JKOSMEE.2015.18.2.81

Park, H., and Chung, S. (2014). "Water transportation and stratification modification in the Andong-Imha linked reservoirs system." Journal of Korean Society on Water Environment, Vol. 30, No. 1, pp. 31-43. 10.15681/KSWE.2014.30.1.031

Yoon, S., Jung, S., and Choi, J. (2008). "Variation of inflow density currents with different flood magnitude in Daecheong reservoir." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 12, No. 41, pp. 1219-1230. 10.3741/JKWRA.2008.41.12.1219

Information

Publisher :KOREA WATER RESOURECES ASSOCIATION
Publisher(Ko) :한국수자원학회
Journal Title :Journal of Korea Water Resources Association
Journal Title(Ko) :한국수자원학회 논문집
Volume : 56
No :2
Pages :103-113
Received Date : 2022-11-18
Revised Date : 2022-12-09
Accepted Date : 2022-12-12
DOI :https://doi.org/10.3741/JKWRA.2023.56.2.103

Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

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