Simplified dispersion analysis based on dye tests at a small stream
Loading...
Date
2023-03-15
Authors
Říha, Jaromír
Julínek, Tomáš
Kotaška, Stanislav
0000-0002-1362-5769Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Institute of Hydrology SAS
Altmetrics
Abstract
The modelling of solid transport in open channels requires good knowledge about parameters related to basic processes such as hydrodynamic dispersion, advection and decay rates. Such parameters are usually determined by dye tests. Numerous tracer studies have been performed on laboratory flumes and natural rivers. However, on-site sampling is often difficult, expensive and needs special apparatus. The main aim of the study was to justify simplified method based on the monitoring of the dye cloud shape in order to determine both longitudinal and transversal dispersion coefficients. In this study, four dye tests were carried out on a small local stream (the Lipkovsky) using Rhodamine WT fluorescein dye as a tracer. The tests were carried out in such a manner that both longitudinal and horizontal transversal dispersion data were obtained. For this purpose, the visually determined extent of the dye cloud was interpreted via the analytical solution of the advection-dispersion equation. The results obtained by this simplified approach indicated that the longitudinal dispersion coefficient Dx = 0.051–0.057 m2/s and the coefficient of horizontal transversal dispersion Dy = 0.00024–0.00027 m2/s. The method was justified by corresponding root mean square error (RMSE) counting RMSE = 0.65–1.02 m for the dye cloud centre, RMSE = 1.87–2.46 m for the head and tail of the cloud and RMSE = 0.025–0.11 m for the cloud width, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficients ranged from 0.9 to 0.998. The comparison of these values with empirical formulae and other tracer studies indicated significant overestimation of the mentioned values of Dx, which can be attributed to the uniform velocity distribution along the width of Lipkovsky Stream. Much better agreement was achieved for Dy.
Modelování transportu pevných látek v otevřených kanálech vyžaduje dobrou znalost parametrů souvisejících se základními parametry jako je hydrodynamická disperze, advekce a rychlost rozpadu. Tyto parametry se obvykle určují pomocí barvicích testů. Na laboratorních korytech a přírodních řekách byla provedena řada studií se značkovači. Odběr vzorků na místě je však často obtížný, nákladný a vyžaduje speciální přístroje. Hlavním cílem studie bylo zdůvodnit zjednodušenou metodu založenou na sledování tvaru oblaku barviva za účelem stanovení koeficientů podélné i příčné disperze. V této studii byly provedeny čtyři barvicí testy na malém místním potoce (Lipkovský) s použitím fluoresceinového barviva rhodamin WT jako stopovací látky. Zkoušky byly provedeny tak, aby byly získány údaje o podélné i horizontální příčné disperzi. Za tímto účelem byl vizuálně zjištěný rozsah oblaku barviva interpretován pomocí analytického řešení advekčně-disperzní rovnice. Výsledky získané tímto zjednodušeným přístupem ukázaly, že podélný Dx = 0,051-0,057 m2/s a koeficient horizontální příčné disperze Dy = 0,00024-0,00027 m2/s. Metoda byla odůvodněna odpovídajícími středními kvadratickými chybami (RMSE), které se počítají RMSE = 0,65-1,02 m pro střed oblaku barviva, RMSE = 1,87-2,46 m pro hlavu a chvost oblaku a RMSE = 0,025-0,11 m pro šířku mraku, koeficienty účinnosti podle Nash-Sutcliffa se pohybovaly od 0,9 do 0,998. Srovnání těchto hodnot s empirickými vzorci a jinými stopovacími studiemi ukázalo výrazné nadhodnocení uvedených hodnot Dx, což lze přičíst rovnoměrnému rozložení rychlostí podél šířky Lipkovského proudu. Mnohem lepší shody bylo dosaženo pro Dy.
Modelování transportu pevných látek v otevřených kanálech vyžaduje dobrou znalost parametrů souvisejících se základními parametry jako je hydrodynamická disperze, advekce a rychlost rozpadu. Tyto parametry se obvykle určují pomocí barvicích testů. Na laboratorních korytech a přírodních řekách byla provedena řada studií se značkovači. Odběr vzorků na místě je však často obtížný, nákladný a vyžaduje speciální přístroje. Hlavním cílem studie bylo zdůvodnit zjednodušenou metodu založenou na sledování tvaru oblaku barviva za účelem stanovení koeficientů podélné i příčné disperze. V této studii byly provedeny čtyři barvicí testy na malém místním potoce (Lipkovský) s použitím fluoresceinového barviva rhodamin WT jako stopovací látky. Zkoušky byly provedeny tak, aby byly získány údaje o podélné i horizontální příčné disperzi. Za tímto účelem byl vizuálně zjištěný rozsah oblaku barviva interpretován pomocí analytického řešení advekčně-disperzní rovnice. Výsledky získané tímto zjednodušeným přístupem ukázaly, že podélný Dx = 0,051-0,057 m2/s a koeficient horizontální příčné disperze Dy = 0,00024-0,00027 m2/s. Metoda byla odůvodněna odpovídajícími středními kvadratickými chybami (RMSE), které se počítají RMSE = 0,65-1,02 m pro střed oblaku barviva, RMSE = 1,87-2,46 m pro hlavu a chvost oblaku a RMSE = 0,025-0,11 m pro šířku mraku, koeficienty účinnosti podle Nash-Sutcliffa se pohybovaly od 0,9 do 0,998. Srovnání těchto hodnot s empirickými vzorci a jinými stopovacími studiemi ukázalo výrazné nadhodnocení uvedených hodnot Dx, což lze přičíst rovnoměrnému rozložení rychlostí podél šířky Lipkovského proudu. Mnohem lepší shody bylo dosaženo pro Dy.
Description
Citation
Journal of Hydrology and Hydromechanics. 2023, vol. 71, issue 3, p. 316-330.
http://www.uh.sav.sk/vc_articles/2023_71_3_Riha%20_316.pdf
http://www.uh.sav.sk/vc_articles/2023_71_3_Riha%20_316.pdf
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/