In order to manage water quality efficiently and systematically through TMDL (Total Maximum Daily Load), the demand for the construction of spatial data for stream networks has increased for use with GIS-based water quality modeling, data management and spatial analysis. The objective of this study was to present an improved KRF (Korean Reach File) design as framework data for domestic stream networks to be used for various purposes in relation to the TMDL. In order to achieve this goal, the US EPA's RF (River Reach File) was initially reviewed. The improved design of the graphic and attribute data for the KRF based on the design of the EPA's RF was presented. To verify the results, the KRF was created for the Han River Basin. In total, 2,047 stream reaches were divided and the relevant nodes were generated at 2,048 points in the study area. The unique identifiers for each spatial object were input into the KRF without redundancy. This approach can serve as a means of linking the KRF with related database. Also, the enhanced topological information was included as attributes of the KRF. Therefore, the KRF can be used in conjunction with various types of network analysis. The utilization of KRF for water quality modeling, data management and spatial analysis as they pertain to the applicability of the TMDL should be conducted.
In today's environmental engineering practice, many technologies such as GIS have been adopted to analyze chemical and biological process in water bodies and pollutants movements on the land surface. However, the linkage between spatially represented land surface pollutants and the in-stream processes has been relatively weak. This lack of continuity needs to develop a method in order to link the spatially-based pollutant source characterization with the water quality modeling. The objective of this thesis was to develop a two-way(forward and backward) link between ArcView GIS software and the USEPA water quality model, WASP5. This thesis includes a literature review, the determination of the point source and non-point source loadings from WASP5 modeling, and the linkage of a GIS with WASP5 model. The GIS and model linkage includes pre-processing of the input data within a GIS to provide necessary information for running a model in the forms of external input files. The model results has been post-processed and stored in the GIS database to be reviewed in a user defined form such as a chart, or a table. The interface developed from this study would provide efficient environment to support the easier decision making form water quality management.
The high oxidants, which occur the daily maximum concentrations in the afternoon, are transported into the other region via long range transport mechanisms or trapped within the shallow mixing boundary layer and then removed physically (deposition, transport by mountain wind, etc.) and chemically (reaction with local sources). Therefore, modeling formation of photochemical oxidants requires a complex description of both chemical and meteorolog ital processecs . In this study, as a part of air quality studies, we reviewed various aspects of photochemical modeling on the basis of currently available literature. The result of the review shows that the model is based on a set of coupled continuity equations describing advection, diffusion, transport, deposition, chemistry, emission. Also photochemical oxidant models require a large amount of input data concerned with all aspects of the ozone life cycle. First, emission inventories of hydrocarbon and nitrogen oxides, with appropriate spatial and temporal resolution. Second, chemical and photochemical data allowing the quantitative description of the formation of ozone and other photochemically-generated secondary pollutants. Third, dry deposition mechanisms particularly for ozone, PAN and hydrogen peroxide to account for their removal by absorption on the ground, crops, natural vegetation, man-made and water surfaces. Finally, meteorological data describing the transport of primary pollutants away from their sources and of secondary pollutants towards the sensitive receptors where environmental damage may occur. In order to improve our present study, shortcomings and limitation of existing models are pointed out and verification Process through observation is emphasized.
The phosphorus contribution rate on water quality of North and South-Han River, and Gyungan-cheon by effluents from environmental fundamental facilities located in upstream basin of Paldang Lake were analyzed. QUALKO2 model was selected for the analysis of contrubution rate, and was constructed considering the location of the main point sources and all facilities in study area. The pollutant loading rates and arrival rates for each unit-watershed in study area were calculated for model operation. For the calibration and verification of model, 2006 water quality dataset from Ministry of Environment and the effluent loadings of the environmental fundamental facilities were used. Reliability Index (RI) method was used to estimate the validity of the results of calibration and verification. The phosphorous contribution rate(%) for each environmental fundamental facility were analyzed by excepting the effluent loading of the facility. The contribution rate was analyzed for each facility, facility groups separated by each main river and each unit-watershed. The main results of analysis for each facility are as follows; (i) the phosphorous contribution of B1 facility is 50%, which is the highest phosphorous contribution rate among those of nine facilities in the North-Han River Basin; (ii) the highest phosphorous contribution is 55.6% from J facility among eight facilities in the Gyungan Stream Basin; (iii) 40% from E treatment facility is the highest among those of twenty eight facilities in the South-Han River Basin.
It is important to predict chlorine decay with different water purification processes and distribution pipeline materials, especially because chlorine decay is in direct relationship with the stability of water quality. The degree of chlorine decay may affect the water quality at the end of the pipeline: it may produce disinfection by-products or cause unpleasant odor and taste. Sand filtrate and dual media filtrate were used as influents in this study, and cast iron (CI), polyvinyl chloride (PVC), and stainless steel (SS) were used as pipeline materials. The results were analyzed via chlorine decay models by comparing the experimental and model parameters. The models were then used to estimate rechlorination time and chlorine decay time. The results indicated that water quality (e.g. organic matter and alkalinity) and pipeline materials were important factors influencing bulk decay and sand filtrate exhibited greater chlorine decay than dual media filtrate. The two-component second-order model was more applicable than the first decay model, and it enabled the estimation of chlorine decay time. These results are expected to provide the basis for modeling chlorine decay of different water purification processes and pipeline materials.
Stream water qualities have been predicted in the year 2002 and 2014 through providing the Hwangguji Stream Rectification Plan. However, the reliability of result for predicted water quality was relatively lower by applying conventional values of the parameters in model. In this study deoxygenation coefficients between Sema bridge(HGJ2) and Sujik bridge(HGJ3) have been evaluated based on the observed data of water quality and travelling time to compare with the applied value of coefficients in predicting water quality model. The values of deoxygenation coefficient $0.078day^{-1}{\sim}0.748day^{-1}$ for normal period and $0.053day^{-1}{\sim}0.505day^{-1}$ for drought period have been calculated based of observed data between Sema bridge and Sujik bridge. The values of coefficients $0.02day^{-1}{\sim}3.4day^{-1}$ have been applied in predicting water quality model in the year 2002 and $0.043day^{-1}$ 2014. Thus, the simulated results of stream water quality were better than the observed data in 2002, and worse in 2014. It has shown that values of deoxygenation coefficient should be properly estimated based on observed data to predict proper stream water quality by model.
Jang, Sun Sook;Ahn, So Ra;Choi, Joong Dae;Kim, Seong Joon
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.1
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pp.89-97
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2015
This study is to assess the effect of non-point source pollution discharge loads between tillage and no-tillage applications for upland crop areas using SWAT (Soil and Water Assessment Tool) watershed modeling. For Byulmi-cheon small rural catchment ($1.17km^2$) located in upstream of Gyeongan-cheon watershed, the rainfall, discharge and stream water quality have been monitored in the catchment outlet since 2011. The SWAT model was calibrated and validated in hourly basis using 19 rainfall events during 2011-2013. The average Nash-Sutcliffe model efficiency and $R^2$ (determination coefficient) for streamflow were 0.67 and 0.79 respectively. Using the 10 % surface runoff reduction from experiment results for no-tillage condition in field plots of 3 % and 8 % slopes under sesami cultivation, the soil saturated hydraulic conductivity for upland crop areas was adjusted from 0.001 mm/hr to 0.0025 mm/hr in average. Under the condition, the catchment sediment, T-N (total nitrogen, TN), and T-P (total phosphorus, TP) discharge loads were reduced by 6.9 %, 7.4 %, and 7.7 % respectively.
A lot of research on the application of GIS has been conducted in the field of water quality management. The function of a geometric data acquisition for reservoir and river models, however, is not enough to satisfy multiuser' convenience. CE-QUAL-W2 is a two-dimensional(2D) longitudinal/vertical hydrodynamic and water quality model for surface water bodies, modeling eutrophication processes such as temperature-nutrient-algae and sediment relationships. The purpose of this study is to analyzing which bathymetry information affects hydraulic results. There are consisted of three scenarios under consideration. The first scenario takes into account only tribatary type data such as Heoin and Okchen river. The second scenario, Heoin river constructs to tributary and Okchen river constructs by branch. Last scenario constructs Heoin and Okchen river by branch. The RMSE error results for the first, second and third scenarios are 0.61, 0.36 and 0.28 respectively.
Chung, Se Woong;Park, Jae Ho;Kim, Yukyung;Yoon, Sung wan
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.23
no.1
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pp.52-63
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2007
The objectives of this study were to setup a laterally-averaged two-dimensional eutrophication model in Daecheong Reservoir, and to validate the model under two different hydrological conditions; drought year (2001) and wet year (2004). The suggested modeling approach was found to be very effective to simulate the dynamic variations of water temperature, nutrients, dissolved oxygen, and algae in the reservoir. The model satisfactorily replicated the algal bloom that happened between Janggae (Sta.4) and Haenam (Sta.5) during summer of 2001, although the peak concentration was slightly underestimated due to the laterally averaged assumption. The allochthonous phosphorus and algae induced from upstream and So-oak stream during several rainfall events were found to be most significant sources of algal bloom in 2001. In contrast to draught year, the flood events happened during summer months of 2004 tended to remove the hypolimnetic anaerobic conditions and dilute the dissolved phosphorus in the upper reach of the reservoir, and in turn mitigated algal bloom. It implies that the impact of hydrological and hydrodynamic conditions on the reservoir water quality is highly significant, and a drought year may be more vulnerable to algal bloom in the reservoir.
This paper presents a novel method to predict a flushing rate in an embayment system, which can be utilized to assess an environmental impact caused by harbor construction. The method was successfully applied to the Ulsan-Onsan coastal area. The flushing rate was computed on the basis of water quality changes predicted by US Army Corps of Engineers' RMA-2/RMA-4 models. After calibration and verification to the measured tidal elevation and current velocity, the model was used to estimate the flushing rate in the proposed harbor. The water quality was simulated for 96 hours and the flushing rate was computed. The results indicated that the proposed harbor would significantly reduce the flushing rate in the Onsan harbor, especially at the small embayment area near the south breakwater. The flushing rate was evaluated for several alternatives, of which the tidal flow channel of 1,000 $m^2$ in the south pier appeared to be the best mitigation measure. This study proposes that the prediction of flushing rate would be a novel method to assess a water quality impact caused by harbor construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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