Classification and dynamic simulation of the vertical density structure of lakes1

Abstract

Field data from two lakes of widely differing geometry and size are analyzed in terms of four nondimensional numbers which allow the principal mixing processes in each lake to be identified. The numbers are based on basin geometry, density stratification, wind stress, and rates of inflow and outflow. The procedure highlights the differences in the dynamics of the two lakes and allows assessment of the validity of the assumption of one-dimensionality. The result is that both lakes were dominated by one-dimensional, but different processes. The dynamics of the epilimnion of the smaller lake were dominated by stirring from surface wind and cooling, whereas shear at the pycnocline was also significant in the larger lake. In neither case did the effects of the earth's rotation, inflow, or outflow generate significant horizontal gradients. A one-dimensional numerical model (DYRESM) was used to simulate the vertical temperature and salinity structures of both lakes over lengthy periods, with good results. The model is based on the parameterization of the important physical processes in a framework of horizontal layers of variable thickness and was applied in both lakes without alteration. The interpretative power of the model is demonstrated by examination of the formation and erosion of a thermal inversion in the larger lake.

Caracterización física y química del embalse Riogrande II (Antioquia), Colombia

“…El Embalse Riogrande II recibió para el año de muestreo vientos con la suficiente velocidad (> 3,5 m/s según Margalef 1983, Patterson et al 1984, Reynolds 1992 como para afectar la estabilidad de la columna en todas las estaciones. A esto se suma que tuvieron una dirección relativamente constante (noroeste en las estaciones Presa, río Grande abajo y río Chico abajo, sur-oeste en río Chico arriba, y quebrada Las Ánimas sin dirección constante) (figura 3) lo que aumentó la frecuencia de choque entre la masa de aire y la de agua (Roldán y Ramírez 2008, Wetzel 2001.…”

Etude du régime thermique du lac de Pareloup avec le modèle EOLE

“…Ces modèles, comme le remarquent les précurseurs Niiler et Kraus (1 977), grâce à l'approche intégrale, s'appuient sur de bonnes bases phy-siques et aboutissent à des outils relativement simples et fiables, ce qui justifie le choix qui en est fait actuellement par un certain nombre de modélisateurs (Stefan et Ford, 1975 ; Hurley Octavio et al, 1977 ;Enderlé, 1982 ;Harleman, 1982 ; Spigel et al, 1986 ;lmberger et Patterson, 1989;Salençon 1994 (Patterson et al, 1984).…”

“…Les perturbations turbulentes sont ré-duites à des épisodes intermittents qui induisent des mouvements horizontaux (coutants de densité, ondes internes) dont le rôle est de redistribuer les instabilités locales tout en conservant la structure unidimensionnelle. II suffit alors de représenter l'effet de ces phénomènes sur la structure verticale : les variations sur la verticale étant prédominantes dans les équa-tions de bilan de masse, moment et énergie (Patterson et al, 1984), les variations transversales ou longitudinales y jouent un second rôle permettant de les négliger, ou de représenter avec des modèles du premier ordre les processus bidimensionnels comme les courants induits par le vent (Spigel et Imberger, 1980) ou les entrées et sorties d'eau (Ryan et Harleman, 1971 ;Hebbert et al, 1979;Akiyama et Stefan, 1984;Hocking et al, 1988;lmberger et Patterson, 1 989).…”

Sensitivity of vertical mixing in a large saline lake to variations in runoff

“…Hypolimnetic transport is modeled as a diffusive process whose magnitude depends on the local density gradient and rate of energy dissipation (Weinstock 198 1). The model has been successfully applied to reservoirs (Imberger and Patterson 198 1) and freshwater lakes (Patterson et al 1984).…”