The objectives of this study were to understand the runoff characteristics of the non-point sources originating from impervious surfaces and to assess their effect on the aquatic environment in the urban areas. The concentration of pollutants (SS, BOD, COD and T-P) except for T-N showed the highest value in runoff from road, and event mean concentration (EMC) also showed high value from road. The pollutants discharged from road showed a higher concentration in the beginning stage (0 ${\sim}$ 30%) of progressive percentage of rainfall. The contribution percentages of non-point sources by load were 44.9% for SS, 11.2% for BOD, 21.4% for COD, 11.4% for T-N and 8.1% for T-P in the total load of pollutant discharged through sewer. From our results, the road was a significant potential source that deteriorated water quality of the streams and lakes in the vicinity of the urban area during the rain period. Therefore, counter plan is required to reduce pollutant concentration on the road from non-point sources in the urban area. Also, since pollutant concentration in the beginning stage of rainfall was quite high, road cleaning seems to be one of the very useful methods to prevent inflowing of pollutants to the aquatic environment.
Window interface to Hydrological Simulation Program-FORTRAN (WinHSPF) developed by the United States Environmental Protection Agency (EPA) was applied to the upstream of Nam-Han river watershed to examine its applicability for loading estimates in watershed scale and to evaluate non-point source control scenarios using BMPRAC in WinHSPF. The WinHSPF model was calibrated and verified for water flow using Ministry of Construction and Transportation (MOCT, 3 stations, 2003~2005) and water qualities using Ministry of Environment (MOE, 5 station, 2000~2006). Water flow and water quality simulation results were also satisfactory over the total simulation period. But outliers were occurred in the time series data of TN and TP at some regions and periods. Therefore, it required more profit calibration process for more various parameters. As a result, all the study was performed within the expectation considering the complexity of the watershed, pollutant sources and land uses intermixed in the watershed. The estimated pollutant load for annual average about $BOD_5$, T-N and T-P respectively. Nonpoint source loading had a great portion of total pollutant loading, about 86.5~95.2%. In WinHSPF, BMPRAC was applied to evaluate non-point source control scenarios (constructed wetland, wet detention ponds and infiltration basins). All the scenarios showed efficiency of non-point source removal. Overall, the HSPF model is adequate for simulating watersheds characteristics, and its application is recommended for watershed management and evaluation of best management practices.
The purpose of this study is to develop a system, which estimates watershed pollutant loading rate through the combination of GIS and computational mode. Also, the applicability of this study was estimated by the application of the above system for Chuncheon City. The detailed results of these studies are as follows; The pollutant loading estimation system was developed for more convenient estimation of pollutant loading rate in watershed, and the system load was minimized by the separation of estimation module for point and non-point source. This system on the basis of GIS is very economical and efficient because it can be applied to other watershed with the watershed map. System modification is not needed. The pollutant loading estimation system for point source was developed to estimate the pollutant loading rate in watershed through the extraction of the proper data from all districts and yearly data and the execution of spatial analysis which is main function of GIS. From the verification result of spatial analysis, real watershed area and the administrative districtarea extracted by spatial analysis were $1,114,893,340.15m^2$ and $1,114,878,683.68m^2$, respectively. It shows that the spatial analysis results were very exact with only 0.001% error. The pollutant loading estimation system for non-point source was developed to calculate the pollutant loading rate through the overlaying of land-use and watershed map after the construction of new land-use map using the land register database with most exact land use classification. Application result for Chuncheon City shows that the proposed system results in one percent land use error while the statistical method results in five percent. More exact nonpoint source pollutant loading was estimated from this system.
Kim, Kang Suk;Park, Jong Seok;Hong, Hyeon Seung;Rhee, Kyoung Hoon
Journal of Wetlands Research
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v.14
no.4
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pp.581-589
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2012
Non-point source pollutant is exerting a serious influence on the water quality, since the characteristics of stormwater runoff is varied by the land usage pattern of an area and a basin, and all sorts of pollutants on the earth in rainfall flow into the urban stream. This study estimated EMC of each pollutant to investigate the characteristics of stormwater runoff by separating the urban area as the housing area and industrial area. As a result of the analysis, the first flush effect occurred in the non-point source pollutant of housing area and industrial area, as the runoff concentration gradually reduces after it rapidly increases in the initial rainfall, and in case of the non-point source pollutant the control of first stage rain-water. It is considered to require the continuous follow-up study such as the scale of long-term rainfall event and water quality data, land usage pattern by GIS method, database of topography and geological features, and so forth.
Jeong, Yeonji;Lee, Dongjun;Kang, Hyunwoo;Jang, Won Seok;Hong, Jiyoung;Lim, Kyoung Jae
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.4
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pp.1-10
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2022
A vegetative filter strip (VFS) is one of the best management practices (BMPs) to reduce pollutant loads. This study aims to assess the effectiveness of VFS in dense upland field areas. The study areas are agricultural fields in the Maedae (MD), Gaa (GA), and Jaun (JU) watersheds, where severe sediment yields have occurred and the Korean government has designated them as non-point management regions. The agricultural fields were divided into three or four clusters for each watershed based on their slope, slope length, and area (e.g., MD1, MD2). To assess the sediment trapping (STE) and pesticide reduction efficiency (PRE) of VFS, the Vegetative Filter Strip Modeling System (VFSMOD) was applied with three different scenarios (SC) (SC1: VFS with rye vegetation; SC2: VFS with rye vegetation and a gentle slope in VFS range; and SC3: VFS with grass mixture). For SC1, there were relatively short slope lengths and small areas in the MD1 and GA3 clusters, and they showed higher pollutant reduction (STE>50%, PRE>25%). For SC2 and SC3, all clusters in GA and some clusters (MD1 and MD3) in MD show higher pollutant reduction (>25%), while the uplands in JU still show a lower pollutant (<25%). With correlation analysis between geographic characteristics and VFS effectiveness slope and slope length showed relative higher correlations with the pollutant efficiency than a area. The results of this study implied that slope and slope length should be considered to find suitable upland conditions for VFS installations.
Recently, the population growth, industrial and agricultural development are rapidly undergoing in the Lower Rio Grande Valley (LRGV) in Texas. The Lower Rio Grande Valley (LRGV) composed of the 4 counties and three of them are interesting for Non-point and point source pollutant modeling: Starr, Cameron, and Hidalgo. Especially, the LRGV is an intensively irrigation region, and Texas A&M University Agriculture Program and the New Mexico State University College of Agriculture applied irrigation district program (Guy Fipps and Craig Pope, 1998), projects in GIS and Hydrology based agricultural water management systems and assessment of prioritized protecting stream network, water quality and rehabilitation based on water saving potential in Rio Grande River. In the LRGV region, where point and non-point sources of pollution may be a big concern, because increasing fertilizers and pesticides use and population cause. This project objective seeks to determine the accumulation of non-point and point source and discuss the main impacts of agriculture and environmental concern with water quality related to pesticides, fertilizer, and nutrients within LRGV region. The GIS technique is widely used and developed for the assessment of non-point source pollution in LRGV region. This project shows the losses in kg/$km^2$/year of BOD (Biological Oxygen Demand), TN (total Nitrogen) and TP (total phosphorus) in the runoff from the surface of LRGV.
This study analyzed runoff characteristics of non-point sources pollutant and evaluated removal of pollution by BMP(Best Management Practice) using BASINS/WinHSPF model. Hourly meterological data including input data was provided from 2010 to 2011 year to run HSPF model in Miho stream watershed. As the results of calibration and validation of the model, the model could be successfully performed to simulate the flow and water quality parameters. The apprehensive area of non-point source pollution was chosen by non-point source pollution per area of a tributary to the Miho stream and applied constructed wetland in area chosen. Three scenarios were based on installation area of an constructed wetland and HSPF model would be applied to estimate the pollutant removals through the constructed wetland. The removal rates of pollutants through the constructed wetland were estimated with the runoff and water quality parameters by the comparisons of before and after the constructed wetland application.
The purpose of this study is the evaluation of the impact of increase in impervious areas due to urbanization on the pollutant discharge using the HSPF model at Musim watershed. Model calibration and validation were performed based on the observed data 2015 and 2014, all simulation items have been successfully simulated such as flow, BOD, and TP. The land cover map used in the model reflected on the land use status of the Musim watershed in 2015 and the application of the development areas and locations. As a result of simulation, during rainfall daily pollutant load with the increased impervious land increased more than that before the development. However, the pollutant load decreased during the non-rainfall time. Annual pollutant load in rainfall time was significantly higher than that in non-rainfall time, BOD and TP increased. The simulation of non-point source pollutant load was applied under two assumptions, such as the increased area of impervious land and the non-change number of point source load before and after development. As the result of a simulation, the non-point source pollutant load after development was bigger than those before development. It was necessary to take measures to control non-point source pollution at the consideration status of development.
In this study, the discharge loads of non-point pollution sources were analyzed using a Hydrologic Simulation Program-Fortran (HSPF) model for 46 sub-watersheds in order to guide the management plan for water and streams passing through the city. The results using HSPF showed good applicability in comparison to point measurements, which were based on BOD, TP, and TN. The mean value of the BOD loads was $4.08kg/km^2$ per day, and the highest level of BOD was $17.75kg/km^2$ per day at Namri. Three potential areas of high priority for the installment of constructed wetlands were selected in order to reduce non-point pollution sources based on BOD loads and on environmental and economic conditions. The results for these scenarios indicated a maximum rate of reduction in BOD of 39.12% within the proposed constructed wetlands.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.5
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pp.1477-1488
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2014
Prevalent construction of impermeable pavements in urban areas causes diverse water-related environmental issues, such as lowering ground water levels and shortage of water supply for the living. In order to resolve such problems, a rainwater reservoir can be an effective and useful solution. The rainwater reservoir facilitates the hydrologic cycle in urban areas by temporarily retaining precipitation-runoff within a shallow subsurface layer for later use in a dry season. However, in order to use the stored water of precipitation-runoff, non-point source pollutants mostly retained in initial rainfall should be removed before being stored in the reservoir. Therefore, the purification system to filter out the non-point source pollutants is essential for the rainwater reservoir. The conventional soil filtration technology is well known to be able to capture non-point source pollutants in a economical and efficient way. This study adopted a sand filter layer (SFL) as a non-point source pollutant removal system in the rainwater reservoir, and conducted a series of lab-scale chamber tests and field tests to evaluate the pollutant removal efficiency and applicability of SFL. During the laboratory chamber experiments, three types of SFL with the different grain size characteristics were compared in the chamber with a dimension of $20cm{\times}30cm{\times}60cm$. To evaluate performance of the reservoir systems, the concentration of the polluted water in terms of TSS (Total Suspended Solids) and COD (Chemical Oxygen Demand) were measured and compared. In addition, a reduction in hydraulic conductivity of SFL due to pollutant clogging was indirectly estimated. The optimum SFL selected through the laboratory chamber experiments was verified on the in-situ rainwater reservoir for field applicability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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