In this paper, a new and integrated approach easily used to calculate the pollutant loads from agricultural watersheds is suggested. Basic concepts of this empirical tool are based on the hypotheses that variations in event mean concentrations(EMCs) of the pollutants from a given agricultural watershed during rainstorms are only due to the rainfall pattern. This assumption would be feasible to agricultural watersheds whose land uses does not change during the cultivation period overlapped by rainy season and also in which point-sources of the pollutants are rare. Therefore, if EMC data sets through extensive sampling from various rural areas are available, it is possible to establish relationships between EMCs, shapes and land uses of the watersheds, and rainfall events. For this purpose, fifty one sets of EMC values were obtained from nine different watersheds, and those data were used to develop predictive tools for the EMCs of 55, COD, TN and TP in rainfall runoff. The results of the statistical tests for those formulas show that they are not only fairly good in predicting actual EMC values of some parameters, but also useful in terms of calculating pollutant loads on any time-spans such as the day of rainfall event or weekly, monthly, and yearly. Their applicability was briefly demonstrated and discussed. Also, the unit loads calculated from EMCs based on different land uses and real rainfall data over one of the watershed used for this study. were provided, and they are compared with other well-known unit loads.
Generally, the synthetic unit hydrograph method is presented to estimate the design flood in the ungaged watershed. However, due to the lack of rainfall-runoff data, the models developed in other countries such as U.S.A. and Japan have been widely used in Korea. Therefore, it may be essential to develope the rainfall-runoff model suitable for the hydrological char-acteristics in Korea. In this study, the representative unit hydrographs are derived from rainfall-runoff data at 19 basins in Selma-Cheon and 3-IHP experimental watersheds using ridge-regression method and Nash model. And a new synthetic unit hydrograph for Korea is suggested by integrating the described results and previous studies on unit hydrograph. The newly developed method is represented as two regression forms with three independent variables of watershed area, channel length, and channel slope by multiple regression analysis is carried out for each watershed, the coefficients of determination are not improved in all cases compared out for each watershed, the coefficients of determination are not improved n all cased the synthetic unit hydrograph for each watershed. Therefore, when the new method is applied to some watersheds, the result analyzed for all data has to be used.
Kim, Dong Young;Yoon, Chun Gyeong;Rhee, Han Pil;Choi, Jae Ho;Hwang, Ha Sun
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.35
no.6
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pp.497-509
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2019
After the Total Maximum Daily Loads(TMDLs) was applied, it became beyond the limit of concentration management. However, it does not adequately reflect the characteristics of various watersheds, and causes problems with local governments because of the standard flow set. Thus, in this study, the Han River system is organized into four groups in estimating the Pollution Contribution by applying the Flow Duration Curve(FDC) created by the daily flow of data from the HSPF. And the method of this study is expected to be valuable as basic data for the TMDLs. As a result, Group I contains the main watersheds with no large hydraulic structures and tributary watersheds. There is no specificity in the FDC and the Pollution Contribution is estimated as rainfall runoff. Group II contains watersheds near the city where the FDC is maintained above a certain level during the Low Flow Conditions and the Pollution Contribution is estimated as the discharge flow of large scale point pollution facilities. Group III contains the main watersheds in which the large hydraulic structures are installed and FDC is curved in the Low Flow Conditions. So the Pollution Contribution is estimated as the water quality of the large hydraulic structures. Group IV contains the upstream in mainstream watersheds in which the large hydraulic structures are installed and the FDC is disabled before the Low Flow Conditions. As the flow is concentrated in the High Flow Conditions, the non-point pollution sources are estimated as the Pollution Contribution.
The synthetic unit hydrograph is developed and verified using Nash model and characteristic velocities considering geomorphological dispersion in this present study. Application watersheds are selected 5 subwatersheds of Bocheong basin. The mean and variance of hillslope and stream path length are estimated in each watershed with GIS. Characteristic velocities are calculated using estimated path lengths and moment characteristics of rainfall-runoff data. Characteristic velocities of random devised 7 ungauged watersheds are estimated through regional analysis of chracteristic velocities in guaged watershed. And Nash model parameters and IUH are derived using characteristic velocities and path length in the gauged and ungauged watershed. The result to compare of IUH about gauged watershed and random devised ungauged watershed in application watershed presents coherently hydrologic response characteristics that peak discharge is reduced and peak time is extended. In conclusion, Developed synthetic unit hydrograph in this study expects that it is useful method to estimate runoff discharge for managing of water pollution in ungauged watershed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.1
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pp.79-86
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1986
The parameters of Nash's conceptual model of Instantaneous Unit Hydrograph, n and k, are estimated by the moment method from the rainfall and runoff data in 18 watersheds of drainage area ranging 53.7 to 1,361 sq. km. Then, these parameters are represented in terms of watershed characteristics by F-test and multiple correlation method. The unit hydrographs by this study are compared with the unitgraphs obtained from the recorded runoff data and agreements are good. The results imply that unit hydrographs in ungaged watersheds can be derived by watershed characteristics only through Nash's model.
Distributed models represent watersheds using a network of numerous, uniform calculation units to provide spatially detailed and consistent evaluations across the watershed. However, these models have a disadvantage in general requiring a high computing cost. Semi-distributed models, on the other hand, delineate watersheds using a simplified network of non-uniform calculation units requiring a much lower computing cost than distributed models. Employing a simplified network of non-uniform units, however, semi-distributed models cannot but have limitations in spatially-consistent simulations of hydrogeochemical processes and are often not favoured for such a task as identifying critical source areas within a watershed. Aiming to overcome these shortcomings of both groups of models, a hybrid watershed model STREAM (Spatio-Temporal River-basin Ecohydrology Analysis Model) was developed in this study. Like a distributed model, STREAM divides a watershed into square grid cells of a same size each of which may have a different set of hydrogeochemical parameters reflecting the spatial heterogeneity. Like many semi-distributed models, STREAM groups individual cells of similar hydrogeochemical properties into representative cells for which real computations of the model are carried out. With this hybrid structure, STREAM requires a relatively small computational cost although it still keeps the critical advantage of distributed models.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.17
no.1
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pp.91-106
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2014
This study tries to cluster the 795 standard watersheds of Korea Water Resources Unit Map using multivariate statistical analysis technique. The 30 factors of watershed characteristics related to topography, stream, meteorology, soil, land cover and hydrology were selected for comprehensive analysis. From the factor analysis, 16 representative factors were selected. The significant factors in order were the pedological feature, scale and geological location and meteorological and hydrological features of the watershed. As a next step, the 73 gauged watersheds were selected for cluster analysis. They are scattered properly to the whole country and the discharge data were within a confidential level. Based on the 73 watersheds, the other ungaged watersheds were clustered by applying the 16 factors and calculating Euclidian distances. The clustering results showed that the similarity between standard watersheds within the same river basin were 87%, 69%, 41%, 52%, and 27% for Han, Nakdong, Geum, Seomjin, and Yeongsan river basins respectively.
This research analyzed the runoff patterns and estimated unit loads of selected pollutatnts using monitored data conducted for three years in a bridge area. Three estimating methods; the arithmetic average method, the regression method and the rainfall class method were used to estimate the unit load. Results of three estimating methods were compared with the unit pollutant loads from landuses in Korea and the unit pollutant loads from urban watersheds in Milwaukee, USA. Unit load using the arithmetic mean method were found to be overestimated. In terms of TSS, unit loads of two estimate were half lower than that of USA. Estimated TN and TP unit loads of three estimate were lower than that of Ministry of Environment in Korea.
The allocation of margin of safety (MOS) at a uniform rate to all areas of the unit watershed makes it very difficult to keep the load allotment stable in the area for lack of reduction measures like forest land. This study developed an equation to calculate margin of safety differentially according to the regional characteristics. The equation was formulated on the basis of the regional characteristic factors such as a load contribution factor for land use type and a site conversion factor for the unit watershed. The load contribution factor represents a contribution of loads from a particular land use. The site conversion factor was derived from the site conversion ratio of a unit watershed. Margin of safety for the non-point pollution load in the land use sector decreased by 20~25% in three river basins. The margin of safety in the unit watersheds with low site occupation ratios decreased in high rate, while in the unit watersheds with large urban area decreased in low rate. With the application of the differential margin of safety considering regional characteristics, not only the reduction of pollution loads can become lighter but also it can be easier to develop plans for Total Maximum Daily Loads (TMDLs) even where the reduction measures are not available.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.19
no.2
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pp.4377-4384
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1977
The curvilinear hydrograph can be replaced by an equivalent triangular hydrograph which is more easily constructed and, for routing through reservoirs or stream channels, gives results about as accurate as those obtained using the curvilinear hydrograph. A synthetic hydrograph is prepared using the data from a number of watersheds to develop a dimensionless unit hydrograph applicable to ungauged watersheds. The dimensionless unit hydrograph for the NakDong River Basin was prepared from the unit hydrographs of a variety of nine subwatersheds. The equation for the peak rate of flow (unit volume of runoff in 1.0mm) was derived as {{{{ { q}_{p } = { 0.21AR} over { {T }_{p } } }}}} The results summarized in this study are as follows: 1) It found that the watershed lag time (Lg, hrs) could be expressed by Lg=0.253(L.Lca)0.4171 The product L.Lca is a measure of the size and shape of the watershed. Correlation coefficient for Lg was 0.97 which defined with high significance. 2) The base length of the unitgraph, in hours, was adopted as Tb=17.51+2.073Lg with high significant correlation coefficient, 0.92. 3) Time in hour from start of rise to peak rate (TP) generally occured at the position of 0.289 Tb with some indication of higher values for larger watershed. 4) Triangular hydrograph is a dimensionless unitgraph prepared from the 40 unitgraphs. The equation is shown as {{{{ { q}_{p } = { K.A.R} over { { T}_{p } } }}}}. The constant K=0.21 is defined to NakDong River basin. 5) In the light of the results analyzed in this study, average errors in the peak discharge of the Trjangular unitgraph was estimated as 5.34 percent to the peak of observed average unitgraph. Each ordinate of the Triangular unitgraph was approached closely to the observed one.
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