The objective of this research was to experimentally test the effect of rice straw mats on the reduction of runoff, sediment and discharge under a laboratory scale with different rainfall intensity and slopes. We used the small runoff plots of $1m{\times}1m{\times}0.65m$ ($L{\times}W{\times}H$) in size were filled with loamy sand. Experimental treatments were bare (control), rice straw mats + PAM(SP), rice straw mats + PAM + sawdust(SPS) and rice straw mats + PAM + rice husks(SPR); slope of 10% or 20%; and rainfall intensity of 30 or 60 mm/hr. Runoff volume and coefficient from covered plots were significantly lower than those from control plots. Under the 30 mm/hr and 10% simulations, average runoff coefficient of covered plots decreased more than 92%. Under 60 mm/hr and 20% simulations, the ratios were between 39.8~58.1%. Under the condition of 30 mm/hr rainfall and 10% slope, sediment discharge from covered plots was practically zero. And at 20% plots, sediment reduction ratio was more than 95%. Under the condition of 60 mm/hr rainfall, sediment reduction ratio of 10 and 20% plots ranged between 86.3~95.3% and between 79.8~86.5%, respectively. The differences in initial runoff time, runoff and sediment discharge among different cover materials were not significant. Rainfall intensity showed higher impact on initial runoff time, runoff, and sediment discharge than slope. It was also shown that even if runoff reduction by surface cover were low, sediment discharge reduction could be very significant and contribute to improve the water quality of streams in sloping agricultural regions. It was concluded that the use of straw mat and PAM on sloping agricultural fields could reduce soil erosion and muddy runoff significantly and help improve the water quality and aquatic ecosystem in receiving waters.
Park, Youn-Shik;Kim, Jong-Gun;Kim, Nam-Won;Engel, Bernie;Lim, Kyoung-Jae
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.752-757
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2009
In the last decade, many methods such as greet chamber, reservoir, or debris barrier, have been utilized to manage and prevent muddy water problem. The Vegetative Filter Strip (VFS) has been thought to be one of the most effective methods to trap sediment effectively. The VFS are usually installed at the edge of agricultural areas adjacent to stream or drainage ditches, and it has been shown that the VFS effectively removes pollutants transported with upland runoff. But, if the VFS is installed without any scientific analysis of rainfall-runoff characteristics, soil erosion, and sediment analysis, it may not reduce the sediment as much as expected. Although Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been used worldwide for many hydrologic and Non-Point Source Pollution (NPSP) analysis at a watershed scale. but it has many limitations in simulating the VFS. Because it considers only 'filter strip width' when the model estimates sediment trapping efficiency, and does not consider the routing of sediment with overland flow option which is expected to maximize the sediment trapping efficiency from upper agricultural subbasin to lower spatially-explicit filter strip. Therefore, the SWAT overland flow option between landuse-subbasins with sediment routing capability was enhanced with modifications in SWAT watershed configuration and SWAT engine. The enhanced SWAT can simulate the sediment trapping efficiency of the VFS in the similar way as the desktop VFSMOD-w system does. Also it now can simulate the effects of overland flow from upper subbasin to reflect the increased runoff volume at the receiving subbasin, which is what is occurring at the field if no diversion channel is installed. In this study, the enhanced SWAT model was applied to small watershed located at Jaun-ri in South Korea to simulate diversion channel and spatially-explicit VFS. It was found that approximately sediment can be reduced by 31%, 65%, 68%, with diversion channel, the VFS, and the VFS with diversion channel, respectively.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.52
no.5
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pp.87-95
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2010
The optimum volume of sediment settling pond is determined by the maximum rainfall and surface peak rate runoff from crop field. Based on analysis of measured rainfall and runoff data, it was found that rainfall intensity of 2 mm/min would result in peak rate runoff from the agricultural field of study area. Optimum pond volume under various slope scenarios were determined using the WEPP model calibrated with measured flow and sediment data for the study watershed. For the agricultural field with the slope of 7 % and area of $2,600\;m^2$ at the study area, at least $6.4\;m^3$ of sediment settling pond is needed as shown in this study. The results presented in this study could be used as a guide in designing appropriate volume of sediment settling pond at highland agricultural areas because both very detailed field measurement and calibrated WEPP model results are used in the analysis.
To evaluate the soil erosion best management practices, many computer models has been utilized over the years. Among those, the USLE and SWAT models have been widely used. These models estimate the soil erosion from the field using empirically-based USLE/MULSE in it. However, these models are not good enough to estimate soil erosion from highland agricultural watershed where severe storm events are causing soil erosion and muddy water issues at the receiving watersheds. Thus, physically-based WEPP watershed version was applied to a watershed, located at Jawoon-ri, Gangwon with very detailed rainfall data, rather than daily rainfall data. Then it was validated with measured sediment data collected at the sediment settling ponds and through overland flow. In this study, very detailed rainfall data, crop management data, soil data reflecting soil reconditioned for higher crop production were used in the WEPP runs. The $R^2$ and the EI for runoff comparisons were 0.88 and 0.91, respectively. For sediment comparisons, the $R^2$ and the EI values were 0.95 and 0.91. Since the WEPP provides higher accuracies in predicting runoff and sediment yield from the study watershed, various slope scenarios (2%, 3%, 5.5%, 8%, 10%, 13%, 15%, 18%, 20%, 23%, 25%, 28%, 30%) were made and simulated sediment yield values were analyzed to develop appropriate soil erosion management practices. It was found that soil erosion increase linearly with increase in slope of the field in the watershed. However, the soil erosion increases dramatically with the slope of 20% or greater. Therefore special care should be taken for the agricultural field with slope greater than 20%. As shown in this study, the WEPP watershed version is suitable model to predict soil erosion where torrential rainfall events are causing significant amount of soil loss from the field and it can also be used to develop site-specific best management practices.
The fact that soil loss causing to increase muddy water and devastate an ecosystem has been appearing upon a hot social and environmental issues which should be solved. Soil losses are occurring in most agricultural areas with rainfall-induced runoff. It makes hydraulic structure unstable, causing environmental and economical problems because muddy water destroys ecosystem and causes intake water deterioration. One of three severe muddy water source areas in Soyanggang-dam watershed is Jawoon-ri region, located in Hongcheon county. In this area, many cash-crops are planted at illegally cultivated agricultural fields, which were virgin forest areas. The purpose of this study is to estimate soil loss with current land uses(including illegal cash-crop cultivation) and soil loss reduction with land use conversion from illegal cultivation back to forest. In this study, the Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control(SATEEC) ArcView GIS was utilized to assess soil erosion. If the illegally cultivated agricultural areas are converted back to forest, it would be expected to 17.42% reduction in soil loss. At the Jawoon-ri region, illegally cultivated agricultural areas located at over 30% and 15% slopes take 47.48 ha(30.83%) and 103.64 ha(67.29%) of illegally cultivated agricultural fields respectively. If all illegally cultivated agricultural fields are converted back to forest, it would be expected that 17.41% of soil erosion and sediment reduction, 10.86% reduction with forest conversion from 30% sloping illegally agricultural fields, and 16.15% reduction with forest conversion from 15% sloping illegally agricultural fields. Therefore, illegally cultivated agricultural fields located at these sloping areas need to be first converted back to forest to maximize reductions in soil loss reduction and muddy water outflow from the Jawoon-ri regions.
Seo, Il Kyu;Park, Youn Sik;Kim, Nam Won;Moon, Jong Pil;Ryu, Ji Chul;Ok, Yong Sik;Kim, Ki-Sung;Lim, Kyoung Jae
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.26
no.3
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pp.497-506
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2010
Severe muddy water problem has been the hot issue in Korea. Because of increased nonpoint source pollutions at Kangwon province, best soil erosion management system is required to reduce inflow of nonpoint source pollutions into the waterbodies. The USLE-based SATEEC system have been developed and enhanced for soil erosion and sediment yield estimation. However, the SATEEC cannot estimate soil depositions depending on topography in the watershed, while the USPED estimates soil erosion and deposition using sediment transport capacity of the surface runoff. In this study, the SATEEC and USPED were used to determine soil erosion hot spot subbasins. For this, 54 subbasins were delineated. In general, soil erosion hot spot subbasins were identified similarly with SATEEC and USPED. However, depending on erosion and deposition patterns in each subbasin. USPED estimated soil erosion hot spot subbasins didn't match those estimated with SATEEC. For some subbasins, much deposition was expected than erosion. This indicates that SATEEC estimated soil erosion values may be overestimated for these subbasins. Thus, care should be taken when understanding soil erosion status in the watershed based on USLE-based SATEEC results. In addition, the USPED results could be used to identify the site-specific soil erosion best management practices. If the USPED and USLE-based SATEEC are combined, it would help determining soil erosion hot spot subwatersheds in economic and environmental perspectives.
This study evaluates the water quality of the river near the alpine farmland in the upper Naerin stream, which is a typical stream of the upper Bukhan River with muddy water generation, by the flow examination, it aims to estimate the characteristics of nonpoint sources flowing out from the investigated area and figure out effective methods to reduce them. According to the result of water quality examination, the average BOD of the area not affected by the cultivated land among the areas of the upper Naerin River was 0.47mg/l, and total phosphorous was 0.007mg/l; thus, it maintained the cleanliness level of Ia. The average BOD of the area with the alpine farmland was 0.52mg/l, which was similar to the one of the non-cultivated land. But total phosphorous concentration was 0.023mg/l, which was more than three times higher than the area belonging to level II due to the effect of fertilizer ingredients discharged from the cultivated land. About the loadings of the investigated area generated from each of the pollution sources, BOD was 878.5kg/day and total phosphorous was 79.7kg/day. Moreover, for the load density, BOD was $2.22kg/day.km^2$ and total phosphorous was shown as $0.20kg/day.km^2$. Regarding the rates generated from nonpoint sources like land among the loadings per pollution sources, BOD was 54%, total nitrogen was 91%, and total phosphorous was 73.4%. Therefore, it was shown that most of the nutrients were produced from the nonpoint sources. The level of BOD runoff loading in the Jaun River area, where nonpoint sources were mainly generated, was 37.1kg/day and total phosphorous was 1.33kg/day. The flow rates to the generated amount were estimated as 10.5% and 4.7% each.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.10
no.1
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pp.1377-1387
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1968
In order to measure runoff and soil losses produced in a small test plot during rainfall, it is usually insufficient to use a tank only, necessitating the combined use of a main tank and a subsidiary tank. Accordingly. exact measurement largely depends on how to connect those two measuring tanks. The main purpose of this thesis is to improve the connecting parts of two measuring tanks so as to assure exact measurement of runoff and soil losses. In this experiment, two types of main tank, i. e. A-type and B-type, were used. A-type is a square tank having a flume at its end. At the flume, ten apertures are provided by using metal columns so as to be able to catch one tenth of total muddy flow discharging at the end of the flume, One tenth of total flow is led to the subsidiary tank through a slot sampler fixed to an aperture. B-type differes in that its flume does not have apertures and slot sampler is fixed directly to the end of the flume, other features being the same as those of A-type. Discharge volumes were measured by using weighing tanks and compared. The effect of baffle screen provided in the flume was also observed in connection with exact measurements. In order to keep main tank and its flume in a horizontal position, bolts and nuts mechanism was used. Vertical and horizontal screens were provided in the main to prevent coarse sands coming into the flume. The conclusion derived through this experiment is as follows: (1) The discharge through slot sampler at each aperture is almost the same for A-type. However, it is slightly more than one tenth of total discharge volume. (2) In case that baffle screen is provided in the flume of A-type tank, the discharge volume of slot sampler is less than that of the same type without screen. (3) For B-type tank, slot sampler discharge increases as slot sampler nears toward the center of flume. (4) When baffle screen is provided in the flume of B-type, slot sampler discharge is less than that of the same type without screen, and this phenomenon is more apparent as compared with A-type. (5) In case that the slot width of slot sampler for B-type is one inch, slot sampler discharge exceeds one tenth of total discharge volume. (6) When the slot width for B-type is 15/16 inch and slot sampler is fixed 3/8 inch apart from either flume wall, slot sampler discharge is approximately equal to one tenth of total discharge volume.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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