Nonpoint source pollutants from agriculture are identified as one of the main causes of water quality degradation in the United States. The Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF) was used to simulate runoff, nitrogen, and sediment loads from an urbanizing watershed; the Polecat Creek watershed located in Virginia. Model parameters related to hydrology and water quality were calibrated and validated using observed hydrologic and water quality data collected at the watershed outlet and at several sub-watershed outlets. A comparison of measured and simulated monthly runoff at the outlet of the watershed resulted in a correlation coefficient of 0.94 for the calibration period and 0.74 for the validation period. The annual observed and simulated sediment loads for the calibration period were 220.9 kg/ha and 201.5 kg/ha, respectively. The differences for annual nitrate nitrogen ($NO_3$) loads between the observed and simulated values at the outlet of the watershed were 5.1% and 42.1% for the calibration and validation periods, respectively. The corresponding values for total Kjeldahl nitrogen (TKN) were 60.9% and 40.7%, respectively. Based on the simulation results, the calibrated HSPF input parameters were considered to adequately represent the Polecat Creek watershed.
Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was selected as a tool for assessing the effect of pollutant sources on the total loads from the Chungju Dam upstream watershed. The model was constructed through calibration of parameters related to nitrogen (N) and phosphorus (P), which was based on the runoff and sediment modeling performed in the previous research. Using this, the spatial and temporal pollutant loadings by source type were investigated. Results of this study indicated that in most forested upstream sub-watersheds, pollutant loadings from point sources were very low, and total loadings by point and non-point sources were also insignificant. On the other hand, in #14 sub-watershed including Jecheon city, the loadings by point source were relatively considerable. For the whole watershed, non-point sources accounted for 99% of sediment, 97% of N, and 93% of P loads. And monthly non-point source loadings were concentrated on rainy summer season, while point source loadings of N and P kept nearly constant throughout the year and were high on dry winter season relative to non-point source.
The objective of this research was to experimentally test the effect of tillage methods on the reduction of runoff, non-point source (NPS) pollution load, sediment and discharge under a rainfall simulation. We used the runoff plots of $5m{\times}30m$ ($L{\times}W$) in size. Experimental treatments were conventional tillage (CT), CT-rice straw bundle (CT-RSB) and two no-till (NT) plots; slope of 3 % or 8 % ; and rainfall intensity of 30 mm/hr. The rainfall simulation was conducted to three times. The time to initial runoff from NT plots was less than that from CT plots regardless of the slope and it was delayed about 65~90 % compared to that of CT plot. And sediment discharge of 8 % slope reduced to 55 % compared to CT plot. But the sediment discharge was not occurred at 3 % slope. The NT and CT-RSB methods have a great possibility of reducing runoff and NPS pollution loads. Runoff rate of NT plots was significantly lower than those of CT plot. The average NPS pollution loads of the NT plots and CT-RSB plot reduced about 55~80 % and 2.1~40 % compared to those of the CT plots, respectively. It was also shown that runoff and NPS pollution loads reduction by NT method could be very significant and contribute to improve the water quality of streams in agricultural regions. It was concluded that the use of NT method on agricultural fields could reduce soil erosion and muddy runoff significantly and help improve the water quality and aquatic ecosystem.
The purpose of this study is to identify potential methodologies to reasonably estimate the effectiveness of road vacuum cleaning in terms of pollution loads reduction. In this context, this study proposes two empirical equations to estimate the amount of diffuse pollution loads removed by road vacuum cleaning. The proposed equations estimate the removed amount of pollution loads respectively taking into consideration of: a) the distance of road vacuum cleaning; and b) the amount of road-deposited sediment(RDS). All of the parameters in these equations were evaluated based on results of field monitoring and laboratory analyses, except for the RDS generation rate. The results of this study suggest that pollutant removal efficiency is 46.3% for $BOD_5$ and 56.4% for TP; discharge ratios for particulate and dissolved $BOD_5$ are 35.0% and 21.2%, respectively; discharge ratios for particulate and dissolved TP are 35.0% and 19.4%, respectively. Average concentrations of pollutants in RDS are $BOD_5$ 977.3 mg/kg and TP 317.6 mg/kg. Some results of a case study imply that both equations can be potentially useful if the adopted parameters are reasonably evaluated. In particular, the RDS generation rate should be evaluated based on monitoring data collected from various road conditions.
In the Chinhae Bay, Korea, sedimentation rates and sedimentary record of anthropogenic metal loads were determined by $^{210}Pb$ dating and heavy metal analysis of four sediment cores . The sedimentation rates varied from 0.16g/$cm^2$/yr(3.1mm/yr) at Sta. Ct, located within narrow waterway to 0.24g/$cm^2$/yr(4.8mm/yr) at Sta. Cl, located in Haengam Bay. Maximum contents of Mn, Zn, Cu and Cr were observed at Sta. C2 located near the mouth of Masan Bay, while minimum contents were observed at Sta. CB. Mn/Fe ratios at Sta. C2 and Sta. C4 showed gradually increasing and decreasing downward, respectively, in the upper layer of sediment cores. This suggests that Mn may be diagenetically redistributed in highly reduced environment. At Sta. C2, the concentrations of Zn and Cu began to increase from 1920s by anthropogenic input and have been remarkablely increasing since mid 1960s. At Sta. C3, located near Sungpo, anthropogenic input of these two elements has also slightly increased after 1970s. However, pollution of these two elements was not significant in Haengam Bay(Sta. Cl) and Chiljun watenway(Sta. C4). The pollution of Co, Ni and Cr was not remarkable in all core samples except surface sediment of Sta. C2. The total input of anthropogenic Zn and Cu since 1920s was estimated to be 28∼792 ㎍/cm2 and 0∼168㎍/cm2, respectively. Sta. C2 showed remarkablely higher values relative to other stations: anthropogenic loads of Zn and Cu constituted 27% and 29% of the total sedimentary inventories at the present day, respectively. Fe, Ni, Cr and Co contents showed good correlation(r>0.8) with each other. Anthropogenic Zn and Cu also showed a very good positive correlation(>0.9). However, correlation between these two group of element was quite scattered, indicating different sources and geochemical behaviors.
In the Chinhae Bay, Korea, sedimentation rates and sedimentary record of anthropogenic metal loads were determined by $^{210}Pb$ dating and heavy metal analysis of four sediment cores . The sedimentation rates varied from 0.16g/$cm^2$/yr(3.1mm/yr) at Sta. Ct, located within narrow waterway to 0.24g/$cm^2$/yr(4.8mm/yr) at Sta. Cl, located in Haengam Bay. Maximum contents of Mn, Zn, Cu and Cr were observed at Sta. C2 located near the mouth of Masan Bay, while minimum contents were observed at Sta. CB. Mn/Fe ratios at Sta. C2 and Sta. C4 showed gradually increasing and decreasing downward, respectively, in the upper layer of sediment cores. This suggests that Mn may be diagenetically redistributed in highly reduced environment. At Sta. C2, the concentrations of Zn and Cu began to increase from 1920s by anthropogenic input and have been remarkablely increasing since mid 1960s. At Sta. C3, located near Sungpo, anthropogenic input of these two elements has also slightly increased after 1970s. However, pollution of these two elements was not significant in Haengam Bay(Sta. Cl) and Chiljun watenway(Sta. C4). The pollution of Co, Ni and Cr was not remarkable in all core samples except surface sediment of Sta. C2. The total input of anthropogenic Zn and Cu since 1920s was estimated to be 28~792 $\mu\textrm{g}$/cm2 and 0~168$\mu\textrm{g}$/cm2, respectively. Sta. C2 showed remarkablely higher values relative to other stations: anthropogenic loads of Zn and Cu constituted 27% and 29% of the total sedimentary inventories at the present day, respectively. Fe, Ni, Cr and Co contents showed good correlation(r>0.8) with each other. Anthropogenic Zn and Cu also showed a very good positive correlation(>0.9). However, correlation between these two group of element was quite scattered, indicating different sources and geochemical behaviors.
The goal of this study was to evaluate sediment reduction effects of VFS (vegetative filter strip) applied for Iksan area in Saemangeum watershed. This study simulated runoff and sediment load from different types of uplands using VFSMOD-W. The general upland characteristics of the study area was investigated to build reasonable scenarios of the simulation. The simulation scenarios were designed by various areas, shapes, and slopes of uplands. Grass mixture was selected as VFS vegetation and the size of VFS was fixed as 10 % of uplands area. Additionally 50mm, 100mm, 150mm of daily rainfall were applied for the runoff and sediment simulation. As results, the calculated runoff and sediment loads were obtained $20.7{\sim}1,030.6m^3$ and 568.4~675,731.4 kg for the range of 0.1~1.0 ha of uplands with 7 % and 15 % slopes. The reduction effects on runoff and sediment were obtained 5~10 % and 21.0~47.7 % respectively from VFS applications. The VFSMOD-W simulations showed that runoff tended to increase as upland area and amount of rainfall increased while sediment increased when slope, length and area of uplands and amount of rainfall increased. These results indicated that rainfall amount and upland size are the critical factors for the generation of runoff and sediment load. In order to support this conclusion, further studies such as, long term monitoring, field experiments, and to calibrate and evaluate the model are necessary.
하천 퇴적물질의 마식은 하상과의 충돌과 퇴적물질 입자간의 충돌에 의하여 발생한다. 하천 퇴적물질의 물리적 강도는 마식에 대한 저항의 정도를 나타내는 것으로 정의할 수 있으나, 이에 대한 실증적인 연구는 큰 진전을 보이지 못해왔다. 본 연구에서는 퇴적물질의 마식에 영향을 미치는 요소들(퇴적물질의 물리적강도, 퇴적물질의 크기, 퇴적물질의 양등)의 관계를 파악하기 위해서 마식기를 이용한 물리적 실험을 실시하였으며, 특히 퇴적물질의 물리적 강도가 마식율에 미치는 영향을 분석하는데 강조점을 두고 있다. 이 실험에서는 266개의 퇴적물을 이용했으며, 퇴적물질의 양과 퇴적물질의 평균 무게에 따라 11개의 소집단으로 나눠 실험하였다. 각 실험은 1시간 단위로 이루어 졌으며 퇴적물질은 최장 8시간 동안 마식되었다. 마식율은 각 실험단계마다 퇴적물질 입자 무게의 변동으로 측정하였으며, 총 2,128번의 측정이 이루어졌다. 퇴적물질의 물리적 강도는 시험이 종료한 뒤에 파괴하중을 측정하여 계산한 점 하중강도지수를 통해 측정하였다. 퇴적물질의 점하중강도지수는 마식율과 음의 상관이 있는 것으로 나타났으나, 두 변수들 간의 회귀식의 설명율($R^2$)은 0.22로 나타났다. 퇴적물질의 전반적인 마식은 실험 초기에는 빠르게 진행되지만, 풍화각이 제거된 뒤에는 마식율이 급감하는 경향을 보여주고 있다. 풍화각을 제거하는 초기 단계에는 퇴적물질의 물리적 강도와 마식율의 관계가 미약하지만 이후로 점점 설명율이 상승한다. 이 실험 결과에 의하면 퇴적물질의 물리적 강도는 마식율의 결정적인 설명변수가 아닐 수 있으며, 물리적 속성 이외에도 퇴적물질의 운반조건 등이 마식율에 큰 영향을 주는 것으로 판단된다.
BACKGROUND: An intensive farming system may be of the most important source for agricultural non-point source (NPS) pollution, which is a major concern for agricultural water management in South Korea. Various management practices have therefore been applied to reduce NPS loads from upland fields. This study presents performances of sediment trap for reducing NPS and soil loss from rainfall runoff in cropland. METHODS AND RESULTS: In 2018 and 2019, three sediment traps (L1.5 m × W1.0 m × D0.5 m = 0.75 ㎥) and their controls were established in the end of sloped (ca. 3%) upland field planted with maize crops. Over the seasons, runoff water was monitored, collected, and analyzed at every runoff. Soils deposited in sediment traps were collected and weighed at the season end. Sediment traps reduced runoff amount (p<0.05) and NPS concentrations, though the decreased NPS concentrations were not always statistically significant. In addition, sediment traps had a significant prevention effect on soil loss from rainfall runoff in a sloped cropland. CONCLUSION: The results suggest that the sediment trap could be a powerful and the best management practice to reduce NPS pollution and soil loss in a sloped upland field.
As a basic study for establishing a countermeasure for an oxygen deficient water mass (ODW), we investigated the variation of ODW volume according to the enforced total pollution load management in Jinhae Bay. This study estimated the inflowing pollutant loads into Jinhae Bay and predicted the reduction in ODW by using a sediment-water ecological model (SWEM). The result obtained in this study are summarized as follows: 1) The daily average pollutant loads of COD, SS, TN, TP, DIN, and DIP inflowing into Jinhae bay in 2005 were estimated to be about 12,218 kg-COD/day, 91,884 kg-SS/day, 5,292 kg-TN/day, 182 kg-TP/day, 4,236 kg-DIN/day, and 130 kg-DIP/day. 2) The calculated results of the tidal current by the hydrodynamic model showed good agreement with the observed currents. Also, an ecological model well reproduced the spatial distribution of the water quality in the bay. 3) This study defined the ODWDI (ODW decreasing index) in order to estimate the ODW decreasing volume caused by a reduction in the inflowing pollutant loads. As a result, the ODWDI was predicted to be about 0.91 (COD 30% reduction), 0.87 (COD 50% reduction), 0.79 (COD 70% reduction), 0.85 (ALL 30% reduction), 0.66 (ALL 50% reduction), and 0.45 (ALL 70% reduction). The ODW volume was decreased 1.5 $\sim$ 2.6 times with a reduction in the COD, TN, and TP inflowing pollutant loads compared to a reduction in just the COD inflowing pollutant load. Therefore, it is necessary to enforce total pollution load management, not only for COD, but also fm TN and TP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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