Lee, Sangung;Jo, Bugeon;Kim, Young Do;Lee, Joo-Heon
Journal of Korea Water Resources Association
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v.56
no.6
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pp.393-402
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2023
Drought, which has been increasing in frequency and magnitude due to recent abnormal weather events, poses severe challenges in various sectors. To address this issue, it is important to develop technologies for drought monitoring, forecasting, and response in order to implement effective measures and safeguard the ecological health of aquatic systems during water scarcity caused by drought. This study aimed to predict water quality fluctuations during drought periods by integrating the watershed model HSPF and the water quality model QUAL-MEV. The researchers examined the SPI and RCP 4.5 scenarios, and analyzed water quality changes based on flow rates by simulating them using the HSPF and QUAL-MEV models. The study found a strong correlation between water flow and water quality during the low flow. However, the relationship between precipitation and water quality was deemed insignificant. Moreover, the flow rate and SPI6 exhibited different trends. It was observed that the relationship with the mid- to long-term drought index was not significant when predicting changes in water quality influenced by drought. Therefore, to accurately assess the impact of drought on water quality, it is necessary to employ a short-term drought index and develop an evaluation method that considers fluctuations in flow.
In this study, it provides the diagnostic index for the rural landscape formation. For the development of diagnostic index, this study first analyzed documents and papers on the landscape formation. Landscape types are also classified by their function and then landscape index was developed by AHP method. Classification system was categorized as three steps: 2 items for 1st step, 10 items for 2nd step, and 20 items(criteria) for 3rd step. In the survey of weighting values with AHP method, the analysis result for the first step showed that rural village landscape is more important than landscape around the village by approximately 20%. In the second step, residence is rated as the most important, followed by village tree planting, and then farmland around the rural villages, greenery, and water environment. In the third step, the feng shui is rated as the most important, followed by tree planting, village forest, culture, and history. While vehicle maintenance, village alleys and pedestrian facilities are rated lower. In index of the around the village, weighting value for index of the farm land and skyline has the highest value. While species richness, water quality and water resources were rated relatively low. In the future, the rural landscapes diagnosis index will be applied to measure the level of the rural villages landscapes and it is expected to propose political support for the landscapes formation.
To identify the spatial distribution pattern of water quality in Masan Bay, Pearson's correlation as a common statistic method and Moran's I as a spatial autocorrelation statistics were applied to the hydrological data seasonally collected from Masan Bay for two years ($2004{\sim}2005$). Spatial distribution of salinity, DO and silicate among the hydrological parameters clustered strongly while chlorophyll a distribution displayed a weak clustering. When the similarity matrix of Moran's I was compared with correlation matrix of Pearson's r, only the relationships of temperature vs. salinity, temperature vs. silicate and silicate vs. total inorganic nitrogen showed significant correlation and similarity of spatial clustered pattern. Considering Pearson's correlation and the spatial autocorrelation results, water quality distribution patterns of Masan Bay were conceptually simplified into four types. Based on the simplified types, Moran's I and Pearson's r were compared respectively with spatial distribution maps on salinity and silicate with a strong clustered pattern, and with chlorophyll a having no clustered pattern. According to these test results, spatial distribution of the water quality in Masan Bay could be summed up in four patterns. This summation should be developed as spatial index to be linked with pollutant and ecological indicators for coastal health assessment.
Water quality characteristics and their spatial variations in the Nakdong River were statistically analyzed by multivariate techniques including correlation analysis, CA, and FA/PCA based on water quality parameters for 17 sites over 2017-2019, yielding PI values for primary factors. Site 10 indicated the highest parameter concentrations, and results of pearson's correlation analysis suggest that non-biodegradable organic matter had been distributed on the site. Five clusters were identified in order of descending pollution levels: I (Ib > Ia) > II (IIa > IIb) > III. Spatial variations started from sub-cluster Ib in which Daegu city and Geumho-river are joined. T-P, PO4-P, SS, COD, and TOC corresponded to VF 1 and 2, which were found to be principal components with strong influence on water quality. Sub-cluster Ib was strongly influenced by NO3-N and T-N compared to other clusters. According to the PIs, water quality pollution deteriorated due to non-biodegradable organic matter, nitrogen- and phosphorus-based nutrient salts in the middle and lower reaches, illustrating worsening water pollution due to inflows of anthropogenic sources on the Geumho-river, i.e., sewage and wastewater, discharged from Site 10, at which there is a concentration of urban, agricultural, and industrial areas.
Jin Hyo Lee;Hyeon Han;Jun Yeon Lee;Young Seop Cha;Seog Ju Cho
Korean Journal of Environmental Biology
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v.40
no.2
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pp.172-186
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2022
Benthic macroinvertebrates are important ecological and environmental indicators as primary or secondary consumers, and therefore are widely used in the evaluation of aquatic environments. However, there are no comprehensive river ecosystem monitoring surveys that link the major physicochemical water quality items with benthic macroinvertebrates in urban streams. Therefore, this study investigated the distribution characteristics of benthic macroinvertebrates and physicochemical water quality items (17 items) in Yangjaecheon and Yeouicheon from 2019 to 2020. At the same time, by applying Spearman's rank correlation analysis and nonmetric multidimensional scaling (nMDS) analysis in the water quality data and biotic index, we tried to provide basic data for diagnosing the current status of river ecosystems in major urban rivers in Seoul. Based on the study results, a total of 39 species and 3,787 individuals were identified in Yangjaecheon, the water quality(based on BOD, TOC, and TP) of Yangjaecheon was higher than Grade Ib(good), and the BMI using benthic macroinvertebrates appeared as Grade C(normal) at all the sites. In Yeouicheon, a total of 51 species and 4,199 individuals were identified, the water quality(based on BOD, TOC, TP) was higher than Grade Ib(good) similar to Yangjaecheon, and the BMI of both Upstream and Saewon bridge was Grade B(good), while Yeoui bridge was Grade C(normal). Overall, analysis results for the distribution of benthic macroinvertebrates by a nonmetric multidimensional scaling method showed no significant difference between the two streams (p=0.1491). Also, significant environmental variables related to benthic macroinvertebrates distribution were determined as water temperature and DO. On the other hand, the results of the correlation analysis between biotic index and major water quality items confirmed that R1 and BMI could be used for on-site urban river water quality evaluation.
This study evaluated structural alternatives for managing water quality problems by reinterpreting and then applying the robustness-cost index (RCI) for urban flood problems. Cases of endogenous hormone pollution in treated sewage and proliferation of protozoa in intake-water were chosen as representative examples because they have different types of regulation standards for the treatment. Current facilities and structural alternatives with robustness indices (RIs) greater than unity were determined to be robust. The RI was combined with the cost index (CI) to obtain the RCI values. For the endogenous hormone pollution in treated sewage, a human-oriented estrogen $17{\beta}$-estradiol was selected as a target pollutant. The RI and RCI values for a structural alternative, extension of the current sewage treatment facility for advanced treatment, were greater than the values for the current practice of conventional activated sludge process. For the intake-water pollution by protozoa, UV and ozone disinfection facilities were evaluated for inactivation of Cryptosporidium parvum. The RCI values for ozone disinfection were greater than those for UV disinfection. Based on the results and the logics involved in the calculation of RCI for water quality issues we studied, we proposed procedures for establishing and implementing structural alternatives for the restoration from and prevention of outbreaks of water quality problems.
To protect water pollution and scarcity in lake and river, water quality monitoring applications have become important tools to understand the change of aquatic ecosystem. KLEON (Korean Lake Ecological Observatory Network) is designed to manage and share the ecological observations. The various kinds of water quality and phytoplankton observations are collected from the selected observatories such as seven lakes/rivers/wetlands. To deeply understand the collected observations with weather, KLEON also manages the observatory information such as lake, dam, floodgate, and weather. The accumulated observation and analyzed results are used to improve the water quality index of the observatories and encourage the ecologists' cooperation.
Woo, So Young;Jung, Chung Gil;Kim, Jin Uk;Kim, Seong Joon
Journal of Korea Water Resources Association
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v.51
no.10
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pp.863-874
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2018
The purpose of this study is to evaluate the future climate change impact on stream aquatic ecology health of Han River watershed ($34,148km^2$) using SWAT (Soil and Water Assessment Tool) and random forest. The 8 years (2008~2015) spring (April to June) Aquatic ecology Health Indices (AHI) such as Trophic Diatom Index (TDI), Benthic Macroinvertebrate Index (BMI) and Fish Assessment Index (FAI) scored (0~100) and graded (A~E) by NIER (National Institute of Environmental Research) were used. The 8 years NIER indices with the water quality (T-N, $NH_4$, $NO_3$, T-P, $PO_4$) showed that the deviation of AHI score is large when the concentration of water quality is low, and AHI score had negative correlation when the concentration is high. By using random forest, one of the Machine Learning techniques for classification analysis, the classification results for the 3 indices grade showed that all of precision, recall, and f1-score were above 0.81. The future SWAT hydrology and water quality results under HadGEM3-RA RCP 4.5 and 8.5 scenarios of Korea Meteorological Administration (KMA) showed that the future nitrogen-related water quality in watershed average increased up to 43.2% by the baseflow increase effect and the phosphorus-related water quality decreased up to 18.9% by the surface runoff decrease effect. The future FAI and BMI showed a little better Index grade while the future TDI showed a little worse index grade. We can infer that the future TDI is more sensitive to nitrogen-related water quality and the future FAI and BMI are responded to phosphorus-related water quality.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.58
no.3
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pp.1-12
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2016
The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, and to estimate the required amount of ecological streamflow for good water environment of Trophic Diatom. For the main stream of Chungju dam watershed of South Korea, total 100 field data of 3 years (2008~2010) measured in May and September were used to derive the relationship between water quality and TDI. Trophic Diatom had high correlation (0.55 determination coefficient) with TN. Using the relationship, the required streamflow was evaluated by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for good Trophic Diatom water environment through T-N water quality maintenance. The SWAT simulated 8 years (2003~2010) stream discharges and T-N water quality along the main stream. From present garde C (score range: 30.0~45.0) to grade A (score above 60.0) of TDI, the May needs additional streamflow of $63.1m^3/sec$ (+36.7 % comparing with the present streamflow of $172.0m^3/sec$) at the watershed outlet.
A biological assessment of water quality was carried out in the Pyungchang River water system, Gangwon-do, Korea from September 1999 through August 2000. The benthic macroinvertebrates collected seasonally from 15 field sites were identified mostly up to species level. Benthic macroinvertebrates composed of 109 species, 77 genera, 31 families, 10 orders, 4 classes in 4 phyla. Dominant species occurring in all the field sites were mostly ephemeropterans and trichopterans. On the basis of the values of species diversity and biological indices such as Trent Biotic Index (TBI) Modified Biological Monitoring Working Party Score System (BMWP) and Biotic Index (BI), the Pyungchang River Water system was generally regarded as showing oligosaprobic water quality.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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