Testing and application of a two-dimensional hydrothermal model for a water supply reservoir: implications of sedimentation


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Abstract

Validation of a two-dimensional hydrothermal stratification model for 14 years for Schoharie Reservoir, N.Y., an impoundment that experiences substantial drawdown, is documented. The model is demonstrated to perform well in simulating the various features of the reservoir's thermal stratification regime in each of the years, including the timing and duration of stratification, the dimensions and temperature of the layers, and the periods of internal wave oscillations in stratified layers. The average root mean square error for temperature predictions for the 14 years is 1.30 ºC. The validated model is applied in a probabilistic manner to investigate the impacts of sedimentation on the temperature of the withdrawn water (Tw) that enters a stream with a salmonid fishery, and features of the stratification regime. The predicted effects of sedimentation include a shift toward higher Tw values, a shortening of the duration of stratification, and decrease in the depth of the epilimnion in fall. The effects on Tw are exacerbated for the reservoir because of localized sedimentation adjoining the intake that increasingly limits access to cooler layers.RésuméCet article documente la validation d'un modèle de stratification hydrothermique bidimensionnel sur 14 années au réservoir Schoharie, NY, une retenue qui connaît des rabattements substantiels. Il est démontré que le modèle travaille bien lors de simulations des diverses caractéristiques du régime de stratification thermique du réservoir pour chacune des années, incluant le moment et la durée de la stratification, les dimensions et la température des couches ainsi que les périodes d'oscillations des vagues internes dans les couches stratifiées. L'erreur quadratique moyenne pour les prévisions de température pour les 14 années est de 1,30 ºC. Le modèle validé est appliqué de manière probabiliste afin d'étudier les impacts de la sédimentation sur la température de l'eau soutirée (Tw), qui entre dans un ruisseau comportant une pêcherie de salmonidés; le modèle étudie aussi les caractéristiques du régime de stratification. Les effets prévus de la sédimentation comprennent un déplacement vers des valeurs Tw plus élevées, un raccourcissement de la durée de stratification et une diminution de la profondeur de l'épilimnion à l'automne. Les effets sur les valeurs Tw sont exacerbés pour le réservoir en raison d'une sédimentation localisée près de la prise d'eau en réservoir, ce qui limite de plus en plus l'accès aux couches plus froides.

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