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In MOHID the distribution of contaminants is parameterized by using the ratio between the adsorbed particulate concentration and the dissolved concentration. Physically, the partition coefficient (Johansson et al., 2001) illustrates particle affinity and represents the chemical equilibrium of numerous processes such adsorption onto particulate matter, precipitation and dissolution. Pollutants transport in the adsorbed phase is strongly connected with cohesive sediment transport due to the affinity of many contaminants for the solid phase. Once adsorbed to the sediments, these substances are transported by the sediments (Fernandes L., 2005).
 
  
In MOHID the partition coefficient is defined through a keyword (keyword PARTITION_FRACTION). The concentration of the contaminant in the water is described by the following equations (1) and (2):
 
 
[[File:Image001.gif]]            (1)
 
 
[[File:EquationMetals2.gif]]    (2)
 
 
where:
 
 
Cd is the concentration of the contaminant in the dissolved phase (mol/l)
 
Cp is the concentration of the contaminant in the particulate phase (mol/l)
 
r is the transfer rate from particulate to dissolved phase (1/sec) (keyword PARTITION_RATE)
 
pd is the dissolved fraction (dimensionless)
 
ps is the solid fraction (dimensionless)
 
 
For each contaminant phase it is necessary to specify opposite phase through the keyword PARTITION_COUPLE. For example, for the contaminant dissolved arsenic, the opposite phase is particulate arsenic.
 
It is assumed that particulate and dissolved phases must have equal partition rates. Also, the sum of particulate and dissolved phases’ fractions must be equal to 1.
 
 
In MOHID, the transfer rate depends on the cohesive sediment concentration. A coefficient Rs is defined as
 
 
[[File:Rs_metals.Gif]]          (3)
 
 
SedimentRefConcentration is a cohesive sediment reference concentration (keyword SED_REF_CONC). Particulate and dissolved phases of the same contaminant must have equal cohesive sediment reference concentration.
 
The transfer rate is equal to r for Rs > 1 and equal to  r x Rs for  Rs<1
 
 
 
== Example input files ==
 
 
== File WaterProperty_X.dat ==
 
 
OUTPUT_TIME              : 0.  3600.
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : cohesive sediment
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 1
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 5.
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 15.
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 0
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 1       
 
BOTTOM_FLUXES            : 1 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : particulate copper
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 1           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.0
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 1       
 
BOTTOM_FLUXES            : 1 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.7
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : dissolved copper
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : dissolved copper
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 0           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.02
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.02
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 0       
 
BOTTOM_FLUXES            : 0 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.3
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : particulate copper
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : particulate zinc
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 1           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.0
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 1       
 
BOTTOM_FLUXES            : 1 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.7
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : dissolved zinc
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : dissolved zinc
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 0           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.02
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.02
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 0       
 
BOTTOM_FLUXES            : 0 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.3
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : particulate zinc
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : particulate metal
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 1           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.0
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 1       
 
BOTTOM_FLUXES            : 1 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.7
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : dissolved metal
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                      : dissolved metal
 
UNITS                    : mg/l
 
DESCRIPTION              : No description was given.
 
PARTICULATE              : 0           
 
BOUNDARY_INITIALIZATION  : EXTERIOR   
 
DEFAULTBOUNDARY          : 0.02
 
BOUNDARY_CONDITION        : 2
 
ADVECTION_DIFFUSION      : 1   
 
ADVECTION_H_IMP_EXP      : 0   
 
INITIALIZATION_METHOD    : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE              : 0.02
 
IS_COEF                  : 0.001
 
PARTITION                : 1
 
DISCHARGES                : 1
 
VERTICAL_MOVEMENT        : 0       
 
BOTTOM_FLUXES            : 0 
 
OUTPUT_HDF                : 1         
 
TIME_SERIE                : 0           
 
BOX_TIME_SERIE            : 0
 
PARTITION                : 1
 
PARTITION_FRACTION        : 0.3
 
PARTITION_RATE            : 5e-5
 
PARTITION_COUPLE          : particulate metal
 
USE_SED_REF_CONC          : 1
 
SED_REF_CONC              : 2.
 
<endproperty>
 
 
 
== File InterfaceSedimentWater_X.dat ==
 
 
OUTPUT_TIME                  : 0  3600
 
 
<begin_rugosity>
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.0025
 
<end_rugosity>
 
 
<begin_critical_shear_erosion>
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.2
 
<end_critical_shear_erosion>
 
 
<begin_critical_shear_deposition>
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.1
 
<end_critical_shear_deposition>
 
 
<begin_erosion_rate>
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.00005
 
<end_erosion_rate>
 
 
 
<beginproperty>
 
NAME                        : cohesive sediment
 
UNITS                        : kg/m2
 
DESCRIPTION                  : cohesive sediment mass
 
PARTICULATE                  : 1
 
WATER_FLUXES                : 1
 
EROSION                      : 1
 
DEPOSITION                  : 1
 
MASS_LIMITATION              : 1
 
MASS_MIN                    : 0.
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.00001
 
TIME_SERIE                  : 0
 
BOX_TIME_SERIE              : 0
 
OUTPUT_HDF                  : 1
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                        : particulate copper
 
UNITS                        : kg/m2
 
DESCRIPTION                  : PON mass
 
PARTICULATE                  : 1
 
WATER_FLUXES                : 1
 
EROSION                      : 1
 
DEPOSITION                  : 1
 
MASS_LIMITATION              : 1
 
MASS_MIN                    : 0.
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.
 
TIME_SERIE                  : 0
 
BOX_TIME_SERIE              : 0
 
OUTPUT_HDF                  : 1
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                        : particulate zinc
 
UNITS                        : kg/m2
 
DESCRIPTION                  : PON mass
 
PARTICULATE                  : 1
 
WATER_FLUXES                : 1
 
EROSION                      : 1
 
DEPOSITION                  : 1
 
MASS_LIMITATION              : 1
 
MASS_MIN                    : 0.
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.
 
TIME_SERIE                  : 0
 
BOX_TIME_SERIE              : 0
 
OUTPUT_HDF                  : 1
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                        : particulate metal
 
UNITS                        : kg/m2
 
DESCRIPTION                  : PON mass
 
PARTICULATE                  : 1
 
WATER_FLUXES                : 1
 
EROSION                      : 1
 
DEPOSITION                  : 1
 
MASS_LIMITATION              : 1
 
MASS_MIN                    : 0.
 
INITIALIZATION_METHOD        : CONSTANT
 
DEFAULTVALUE                : 0.
 
TIME_SERIE                  : 0
 
BOX_TIME_SERIE              : 0
 
OUTPUT_HDF                  : 1
 
<endproperty>
 
 
 
== File FreeVerticalMovement_X.dat ==
 
 
 
<beginproperty>
 
NAME                    : cohesive sediment
 
WS_VALUE                : 0.00001
 
WS_TYPE                  : 1
 
DEPOSITION              : 1
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                    : particulate copper
 
WS_VALUE                : 0.00001
 
WS_TYPE                  : 1
 
DEPOSITION              : 1
 
<endproperty>
 
 
 
<beginproperty>
 
NAME                    : particulate zinc
 
WS_VALUE                : 0.00001
 
WS_TYPE                  : 1
 
DEPOSITION              : 1
 
<endproperty>
 
 
<beginproperty>
 
NAME                    : particulate metal
 
WS_VALUE                : 0.00001
 
WS_TYPE                  : 1
 
DEPOSITION              : 1
 
<endproperty>
 
 
 
 
== File Discharges_X.dat ==
 
 
<begindischarge>
 
NAME                          : Discharge
 
I_CELL                        : 28
 
J_CELL                        : 8
 
K_CELL                        : 1
 
ALTERNATIVE_LOCATIONS        : 1
 
DEFAULT_FLOW_VALUE            : 50
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : cohesive sediment
 
UNITS                        : psu   
 
DEFAULTVALUE                  : 50
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : particulate copper
 
UNITS                        : mg/l   
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : dissolved copper
 
UNITS                        : mg/l     
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : particulate zinc
 
UNITS                        : mg/l   
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : dissolved zinc
 
UNITS                        : mg/l     
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : particulate metal
 
UNITS                        : mg/l   
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<<beginproperty>>
 
NAME                          : dissolved metal
 
UNITS                        : mg/l     
 
DEFAULTVALUE                  : 0.02
 
<<endproperty>>
 
 
<enddischarge>
 
 
 
== References ==
 
 
 
Johasson, H., Lindstrom, M.,  Hakanson, L.,  (2001). On the Modelling of  particulate  and  dissolved fractions of substances in  aquatic systems – sedimentological and ecological interactions, Ecological Modelling, 137, 225-240
 
 
Fernandes L., (2005). Modelling of arsenic Dynamics in the Tagus Estuary. MSc dissertation thesis. Technical University of Lisbon.
 

Revision as of 17:43, 10 July 2012