Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.417-417
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2021
복합 토지이용 유역의 수문 모형에서 중요한 것은 큰 강우량이 발생하는 시점에서의 유출량과 유사량이다. SWAT 모형도 이와 같은 부분이 중요한 요소로 작용하는데 이는 모형의 평가가 실측값에 대한 예측값의 결정계수(Coefficient of determination, r2) 또는 Nash-Sutcliffe efficiency(NSE)와 같이 큰 값의 영향이 큰 지수들로 모형의 적합성을 평가하기 때문이다. 수질오염총량제와 같이 유역에서 발생하는 총량을 평가할 때는 강우로 인해 발생하는 유출과 수질뿐만 아니라 평시에 유출에 대한 수질도 중요한 부분이 될 수 있으나 모형의 평가에서 반영되기 어려우므로 실측값과 매우 다른 경향을 나타내는 경우가 많다. SWAT 모형에서는 하천 유사량에 사용되는 계수가 모든 상황에 일괄적으로 적용되기 때문에 과대 평가되는 경향이 있다. 본 연구에서는 SWAT 모형의 비강우시 하천 유사량 모의에 대한 부분이 강우시 하천 유사량에 미치는 영향을 분석하였다. SWAT 모형에서 하천 유출량과 관련된 계수를 확정하고, 하천 유사량과 보정에 사용되는 변수 중에서 prf 계수를 평시와 강우시 다른 계수 적용하여 하천 유사량 변화에 대한 SWAT 모형의 반응을 확인하였다. 지표면 유출과 관련된 변수는 변화하지 않으므로 하천에 유입되는 유사량은 항상 같다고 가정하면, 특정 강우 조건에서의 하천 유사량은 변화하지 않아야 하지만 SWAT 모형에서는 평시 유사량에 따라 달라지는 경향이 나타났다. 이는 평시 prf 계수가 낮아질 때 하천을 통해 유역 밖으로 배출되는 유사량이 감소하였기 때문에 특정 강우 조건에서 유사량이 달라진 것으로 해석될 수 있다. 또한 현재 SWAT 모형은 지표면 유출로 유입되는 유사량 일부가 퇴적되기 때문에 평시에 실제보다 높은 농도로 예측되는 경향도 나타났다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 지표면 유출로 발생하는 유사의 하천 퇴적량을 최소화하고, prf 계수를 강우반응에 대해 변동성을 부여하는 등 비강우시에도 실측과 비슷한 수준의 유사량이 모의 될 수 있도록 SWAT 모형을 개선하고 있다.
A mathematical modeling program called Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) developed by the United States Environmental Protection Agency(EPA) was applied to the Yongdam Watershed to examine its applicability for loading estimates in watershed scale. It was run under BASINS (Better Assessment Science for Integrating point and Nonpoint Sources) program, and the model was validated using monitoring data of 2002 ${\sim}$ 2003. The model efficiency of runoff was high in comparison between simulated and observed data, while it was relatively low in the water quality parameters. But its reliability and performance were within the expectation considering complexity of the watershed and pollutant sources and land uses intermixed in the watershed. The estimated pollutant load from Yongdam watershed for BOD, T-N and T-P was 1,290,804 kg $yr{-1}$, 3,753,750 kg $yr{-1}$ and 77,404 kg $yr{-1}$,respectively. Non-point source (NPS) contribution was high showing BOD 57.2%, T-N 92.0% and T-P 60.2% of the total annual loading in the study area. The NPS loading during the monsoon rainy season (June to September) was about 55 ${\sim}$ 72% of total NPS loading, and runoff volume was also in a similar rate (69%). However, water quality was not necessarily high during the rainy season, and showed a decreasing trend with increasing water flow. Overall, the BASINS/HSPF was applied to the Yongdam watershed successfully without difficulty, and it was found that the model could be used conveniently to assess watershed characteristics and to estimate pollutant loading in watershed scale.
A mathematical modeling program called Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by USDA was applied to Kyongan stream watershed. It was run under BASINS (Better Assessment Science for Integrating point and Non-point Sources) program, and the model was calibrated and validated using KTMDL monitoring data of 2004${\sim}$2008. The model efficiency of flow ranged from very good to fair in comparison between simulated and observed data and it was good in the water quality parameters like flow range. The model reliability and performance were within the expectation considering complexity of the watershed and pollutant sources. The results of pollutant loads estimation as yearly (2004${\sim}$2008), pollutant loadings from 2006 were higher than rest of year caused by high precipitation and flow. Average non-point source (NPS) pollution rates were 30.4%, 45.3%, 28.1% for SS, TN and TP respectably. The NPS pollutant loading for SS, TN and TP during the monsoon rainy season (June to September) was about 61.8${\sim}$88.7% of total NPS pollutant loading, and flow volume was also in a similar range. SS concentration depended on precipitation and pollution loading patterns, but TN and TP concentration was not necessarily high during the rainy season, and showed a decreasing trend with increasing water flow. SWAT based on BASINS was applied to the Kyongan stream watershed successfully without difficulty, and it was found that the model could be used conveniently to assess watershed characteristics and to estimate pollutant loading including point and non-point sources in watershed scale.
There has been increasing concern regarding misuse of disinfectants and sanitizers such as ethanol, sodium hypochlorite, and hydrogen peroxide for food contact surfaces in the food industry. Examining the efficacy of the concentration of currently used disinfectants and sanitizers is urgently required in the Korean society. This study aimed to develop predictive reduction models for Escherichia coli and Staphylococcus aureus in suspension, as a function of $ClO_2$ (chlorine dioxide) and contact time using response surface methodology. E. coli ATCC 10536 and S. aureus ATCC 6538 (initial inoculum, 8-9 log CFU/mL) in tryptic soy broth were treated with different concentrations of $ClO_2$ (5, 20, and 35 ppm) for different contact times (1, 3, and 5 min) following a central composite design. The polynomial reduction models for $ClO_2$ on E. coli and S. aureus were developed under the clean condition. E. coli reduction by 35 ppm $ClO_2$ for 1, 3, and 5 min was 2.49, 2.70, and 3.65 log CFU/mL, respectively. Also, S. aureus reduction by 35 ppm $ClO_2$ for 1, 3, and 5 min was 4.59, 5.25, and 5.81 log CFU/mL, respectively. The predictive response polynomial models developed were $R=0.43231-0.056492^*X_1-0.097771^*X_2+9.24167E-003^*X_1^*X_2+3.06333E-003^*X_1{^2}$ ($R^2=0.98$) on E. coli and $R=1.10542-0.20896^*X_1-0.046062^*X_2+8.30000E-003^*X_1^*X_2+8.73300E-003^*X_1{^2}$ ($R^2=0.99$) on S. aureus, where R was the bacterial reduction (log CFU/mL), $X_1$ was the concentration and $X_2$ was the contact time. Our predictive reduction models should be validated in developing the optimal concentration and contact time of $ClO_2$ for inhibiting E. coli and S. aureus on food contact surfaces.
Although rivers cover only 0.5% of the total land area on the Earth, they are windows that show the integrated effects of watershed biogeochemistry. Studies on the loads and properties of riverine carbon have been conducted because they are directly linked with drinking water quality, and because regional or global net ecosystem production (NEP) can be overestimated, unless riverine carbon loads are subtracted. Globally, ${\sim}0.8-1.5Pg\;yr^{-1}$ and ${\sim}0.62-2.1Pg\;yr^{-1}$ of carbon are transported from terrestrial ecosystems to the ocean via rivers and from inland waters to the atmosphere, respectively. Concentrations, ${\delta}^{13}C$, and fluorescence spectra of riverine carbon have been investigated in South Korea to understand the spatiotemporal changes in the sources. Precipitation as well as land use/land cover can strongly influence the composition of riverine carbon, thus shifting the ratios among DIC, DOC, and POC, which could affect the concentrations, loads, and the degradability of adsorbed organic and inorganic toxic materials. A variety of analyses including $^{14}C$ and high resolution mass spectroscopy need to be employed to precisely define the sources and to quantify the degradability of riverine carbon. Long-term data on concentrations of major ions including alkalinity and daily discharge have been used to show direct evidence of ecosystem changes in the US. The current database managed by the Korean government could be improved further by integrating the data collected by individual researchers, and by adding the major components ions including DIC, DOC, and POC into the database.
The Ministry of Environment(MoE) of Korea has recently established the Environmental Health Act. This Act contains a clause related to implementation of Health Impact Assessment(HIA). So, selecting a landfill which was expected to have an influence on human health among major development projects, this study carried out the human risk assessment due to inhalation exposure to landfill gas emission and attempted to measure the possibility of domestic application of HIA in the future. The process for HIA on landfill site extension focusing on human risk assessment is as follows: The first step is to presume and calculate the amount of landfill gas emissions using LandGEM, The second step is to carry out exposure assessment using K-SCREEN Model which is used for predicting the concentration in a conservative method. The last step is to carry out human risk assessment of carcinogenic and non-carcinogenic substances. It is considered that it is likely to apply a technique for human risk assessment due to inhalation exposure to landfill gas emission performed here more specifically in the case of implementing HIA. In addition, it is also believed that more systematic studies are needed to overcome some weak points and limits found in this study and if these weak points and limits are improved more reliable outcomes will be produced.
There have been increasing interests in the odor generation problems as concerns about the quality of life has been increased recently. Especially, approximately 67% of the odor complaints from environmental facilities are those from sewage treatment facilities and food waste treatment facilities. Moreover, sewage ocean dumping will be prohibited from 2012 by the international and domestic ocean laws, and thus, demand for alternative management plans is increasing. Therefore, it was first selected 5 sewage treatment facilities and 5 food waste treatment facilities where the amounts of waste are relatively immense in Busan, and collect their sludge samples. Then it was investigated the samples' physical and chemical characteristics through proximate analysis, elemental analysis, XRF analysis, and calorific value analysis. Finally, estimate the $H_2S$ emission rates were estimated in order to apply the results as the basic data for providing the fundamental solution for the oder complaints. As a result, the concentration of $H_2S$ in sewage sludge and in food waste treatment facility were 57.3 mg/kg and 19.7 mg/kg in average, respectively. Finally, the units of $H_2S$ in wastes stored in total 10 waste treatment facilities was estimated 16,017,910.0 mg/d.
For analyzing the direct contamination pathway of radionudides in rice plants, a Solution containing $^{54}Mn,\;^{57}Co,\;^{85}Sr,\;^{103}Ru$ and $^{134}Cs$ was applied to the aboveground Parts of the between RI application and harvest. Its highest observed value was 0.94. The fractions of the initial plant deposition that remained in rice plants at harvest were in the range of $19{\sim}47%,\;17{\sim}43%,\;19{\sim}42%,\;23{\sim}61%$ and $11{\sim}69%$ for $^{54}Mn,\;^{57}Co,\;^{85}Sr,\;^{103}Ru$ and $^{134}Cs$, respectively, when no decay was assumed. The translocation factors of those radionuclides in hulled seeds were in the range of $6.9{\times}10^{-4}3.8{\times}10^{-2},\;3.6{\times}10^{-3}{\sim}1.6{\times}10^{-1},\;5.8{\times}10^{-4}{\sim}3.2{\sim}10^{-2},\;1.6{\times}10^{-4}{\sim}7.6{\times}10^{-3}$ and $3.2{\times}10^{-2}{\sim}2.0{\times}10^{-1}$, respertively, and were highest when they were applied at the stage of active seed development. It was indicated that the remaining percentage and translocation factor would not be greatly affected by the difference in the rain frequency if it is within a factor of 2. These results can be utilzed for predicting the radionuclide concentrations in rice seeds when an accidental deposition of those radionuclides occurs during the rice-growing season.
Kim, Byunguk;Seo, Il Won;Kim, Jun Song;Noh, Hyoseob
Journal of Korea Water Resources Association
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v.57
no.4
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pp.263-276
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2024
Since the first introduction of one-dimensional transient storage modeling in the field of solute transport analysis in rivers, its application has notably expanded for various purposes, including for hydrology and geobiology over the past few decades. Despite strides in refining transient storage models, there remain unresolved challenges in simplifying complex river transport dynamics into concise formulas and a limited set of parameters. This review paper is dedicated to cataloging and assessing existing transient storage models, outlining the difficulties associated with model structures, parameters, and data, and suggesting directions for future research. We seek to enhance understanding of transient storage by highlighting the importance of continuously evaluating residence time distribution modeling, integrating hydrodynamic models, and using data with minimal assumptions. This paper would contribute to advance our comprehension of the transient storage process, offering insights into sophisticated modeling techniques, pinpointing uncertainty in parameters, and suggesting the necessary avenues for further study.
To quantitatively predict the impacts of large-scale volcanic eruptions of Mt. Baekdu on air quality and damage around the Korean Peninsula, a three-dimensional chemistry-transport modeling system (Weather Research & Forecasting - Sparse Matrix Operation Kernel Emission - Comunity Multi-scale Air Quality) was adopted. A worst-case meteorology scenario was selected to estimate the direct impact on Korea. This study applied the typical worst-case scenarios that are likely to cause significant damage to Korea among worst-case volcanic eruptions of Mt. Baekdu in the past decade (2005~2014) and assumed a massive VEI 4 volcanic eruption on May 16, 2012, to analyze the concentration of PM2.5 caused by the volcanic eruption. The effects of air quality in each region-cities, counties, boroughs-were estimated, and vulnerable areas were derived by conducting an exposure assessment reflecting vulnerable groups. Moreover, the effects of cities, counties, and boroughs were analyzed with a high-resolution scale (9 km × 9 km) to derive vulnerable areas within the regions. As a result of analyzing the typical worst-case volcanic eruptions of Mt. Baekdu, a discrepancy was shown in areas between high PM2.5 concentration, high population density, and where vulnerable groups are concentrated. From the result, PM2.5 peak concentration was about 24,547 ㎍/㎥, which is estimated to be a more serious situation than the eruption of Mt. St. Helensin 1980, which is known for 540 million tons of volcanic ash. Paju, Gimpo, Goyang, Ganghwa, Sancheong, Hadong showed to have a high PM2.5 concentration. Paju appeared to be the most vulnerable area from the exposure assessment. While areas estimated with a high concentration of air pollutants are important, it is also necessary to develop plans and measures considering densely populated areas or areas with high concentrations of susceptible population or vulnerable groups. Also, establishing measures for each vulnerable area by selecting high concentration areas within cities, counties, and boroughs rather than establishing uniform measures for all regions is needed. This study will provide the foundation for developing the standards for disaster declaration and preemptive response systems for volcanic eruptions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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