Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.9
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pp.940-948
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2006
Fluorescence measurements of dissolved organic matter(DOM) have the superior advantages over other analysis tools for applying to water quality management. They are simple and fast and require minimal pretreatment of samples. Fluorescence index($F_{450}/F_{500}$), synchronous spectra, and fluorescence excitation-emission matrices(EEM) of various DOM samples were investigated to discriminate autochthonous/allochthonous composition, protein-like fluorescence, fulvic-like fluorescence, humic-like fluorescence, terestrial humic-like fluorescence by comparing among the real DOM samples of different origins with the help of literature. The samples used included standard purified DOM, lake, river and wastewater treatment effluent. The relative distribution of various DOM composition was derived from the ratios of each fluorescence region. The results were very consistent with those expected from the sample properties. Allochthonous and terrestrial humic-like fluorescence were more prominent in the samples with abundant soil-derived DOM components. In addition, the protein-like fluorescence property was more pronounced in the samples where strong algal or microbial activities were expected. It was also shown that the ratio of protein-like/terrestrial humic-like fluorescence obtained from synchronous spectrum and fluorescence EEM could be used as an indicator for the evaluation of wastewater treatment on the downstream water quality of rivers and for the prediction of the degree of algal/microbial activities in lakes. It is expected that the results of this study will provide the basic information to develop the future water quality management techniques using DOM fluorescence measurements.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.4
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pp.258-271
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2010
In order to figure out hydrodynamic and water quality changes after completion of dike construction of the Saemangeum, which behaves as a semi-enclosed estuarine lake, numerical simulations based on fine grid structure by using EFDC were intensively carried out. In this study some limitations of precedent study has been improved and gate operation were considered. Also 3 phases such as air-water-sediment interaction modeling was considered. It is clear that inner mixing of the Saemangeum is dominated by Mankyeong and Dongjin riverine discharges rather than the gate opening influence through the Lagrangian particle tracking simulations. Vertical DO structure after the dike completion shows steep gradient especially at Dongjin river estuary due to lessen of outer sea water exchange. Increasing SOD at stagnantly changed man-made reservoir might cause oxygen deficiency and accelerating degradation of water quality. According to TSI evaluation test representing eutrophication status, it shows high possibility of eutrophication along Mankyeong waterway in spite of dike completion, while the index is getting high after final closing along Dongjin waterway. Numerical tests with gate operations show significant differences in water quality. Thus it should be noted that proper gate operation plays a major role in preserving target water quality and management for inner development plan.
Climate change is expected to affect not only availability and quality of water, the valuable resource of human life on Earth, but also ultimately public health issue. A six-year monitoring (total 20 times) of Escherichia coli O157, Salmonella enterica, Legionella pneumophila, Shigella sonnei, Campylobacter jejuni, and Vibrio cholerae was conducted at five raw water sampling sites including two lakes, Hyundo region (Geum River) and two locations near Water Intake Plants of Han River (Guui region) and Nakdong River (Moolgeum region). A total 100 samples of 40 L water were tested. Most of the targeted bacteria were found in 77% of the samples and at least one of the target bacteria was detected (65%). Among all the detected bacteria, E. coli O157 were the most prevalent with a detection frequency of 22%, while S. sonnei was the least prevalent with a detection frequency of 2%. Nearly all the bacteria (except for S. sonnei) were present in samples from Lake Soyang, Lake Juam, and the Moolgeum region in Nakdong River, while C. jejuni was detected in those from the Guui region in Han River. During the six-year sampling period, individual targeted noxious bacteria in water samples exhibited seasonal patterns in their occurrence that were different from the indicator bacteria levels in the water samples. The fact that they were detected in the five Korea's representative water environments make it necessary to establish the chemical and biological analysis for noxious bacteria and sophisticated management systems in response to climate change.
Algal bloom is an ongoing issue in the management of freshwater systems for drinking water supply, and the chlorophyll-a concentration is commonly used to represent the status of algal bloom. Thus, the prediction of chlorophyll-a concentration is essential for the proper management of water quality. However, the chlorophyll-a concentration is affected by various water quality and environmental factors, so the prediction of its concentration is not an easy task. In recent years, many advanced machine learning algorithms have increasingly been used for the development of surrogate models to prediction the chlorophyll-a concentration in freshwater systems such as rivers or reservoirs. This study used a light gradient boosting machine(LightGBM), a gradient boosting decision tree algorithm, to develop an ensemble machine learning model to predict chlorophyll-a concentration. The field water quality data observed at Daecheong Lake, obtained from the real-time water information system in Korea, were used for the development of the model. The data include temperature, pH, electric conductivity, dissolved oxygen, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, and chlorophyll-a. First, a LightGBM model was developed to predict the chlorophyll-a concentration by using the other seven items as independent input variables. Second, the time-lagged values of all the input variables were added as input variables to understand the effect of time lag of input variables on model performance. The time lag (i) ranges from 1 to 50 days. The model performance was evaluated using three indices, root mean squared error-observation standard deviation ration (RSR), Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency (NSE) and mean absolute error (MAE). The model showed the best performance by adding a dataset with a one-day time lag (i=1) where RSR, NSE, and MAE were 0.359, 0.871 and 1.510, respectively. The improvement of model performance was observed when a dataset with a time lag up of about 15 days (i=15) was added.
Ham, Jong-Hwa;Yoon, Chun-G.;Koo, Won-Seok;Kim, Hyung-Chul;Shin, Hyun-Bhum
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.46
no.5
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pp.141-153
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2004
Wetland system is widely accepted as one of natural water purification systems around the world for nonpoint sources pollution control. Constructed wetlands have become a popular technology for treating contaminated surface and waste water. In this study, the field experiment to reduce nonpoint source pollution loadings from polluted stream waters using wetland system was performed from June 2002 to March 2004. Four wetlands were used and the size of each one was 0.8ha. Water of Dangjin stream flowing into Seokmun estuarine reservoir was pumped into wetlands. Inflow and hydraulic residence time of the system was 500 $m^3$/day∼1,500 $m^3$/day, 2∼5 days, respectively. After 2 year operation, plant-coverage of the wetlauds was about 70% from bare soil surface at initial stage . Average water quality of the influent was $BOD_5$ 4.17 mg/L, TSS 18.45 mg/L, T-N 4.32 mg/L, and T-P 0.30 mg/L. The average removal rate of $BOD_5$, TSS, T-N and T-P during the study period was 5.6%, 46.6%, 45.7%, and 54.8%, respectively. Organic ($BOD_5$) removal rate was low and the reason might be low influent concentration. Wetland removal rate of T-P was about 10% higher than T-N. Performance of the experimental system was compared with existing data base (NADB), and it was within the range of general system performance. Overall, the wetland system was found to be adequate for treating polluted water stream with stable removal efficiency even during the winter period. Most of the nonpoint source pollutions from watershed are transported by streams or ditches, and they could be controled by constructed wetland system before entering the lake or reservoir.
Yoon, Sung Wan;Park, Gwan Yeong;Chung, Se Woong;Kang, Boo Sik
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.30
no.5
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pp.491-502
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2014
As meteorology is the driving force for lake thermodynamics and mixing processes, the effects of climate change on the physical limnology and associated ecosystem are emerging issues. The potential impacts of climate change on the physical features of a reservoir include the heat budget and thermodynamic balance across the air-water interface, formation and stability of the thermal stratification, and the timing of turn over. In addition, the changed physical processes may result in alteration of materials and energy flow because the biogeochemical processes of a stratified waterbody is strongly associated with the thermal stability. In this study, a novel modeling framework that consists of an artificial neural network (ANN), a watershed model (SWAT), a reservoir operation model(HEC-ResSim) and a hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2) is developed for projecting the effects of climate change on the reservoir water temperature and thermal stability. The results showed that increasing air temperature will cause higher epilimnion temperatures, earlier and more persistent thermal stratification, and increased thermal stability in the future. The Schmidt stability index used to evaluate the stratification strength showed tendency to increase, implying that the climate change may have considerable impacts on the water quality and ecosystem through changing the vertical mixing characteristics of the reservoir.
Water quality parameters were surveyed in Lake Andong. Turbidity, temperature, secchi disc transparency (SD), phosphorus, nitrogen and chlorophyll a concentration were measured at dam site from July 1993 to December 1998. Minimum transparency in summer was only about 2 meters in 1993 and 1994, but it decreased to about 1 meter in 1997 and 1988. Total phosphorus concentration of the epilimnion increased slightly from $11{\sim}30\;mgP/m^3$ in 1993 to $18{\sim}42\;mgP/m^3$ in 1998. Total nitrogen concentration of the epilimnion decreased slightly from $1.81{\sim}2.96\;mgN/L$ in 1993 to $1.48{\sim}2.57\;mgN/L^3$ in 1998. TN/TP weight ratio decreased from $82{\sim}281$ in 1993 to $21{\sim}143$ in 1998 due to the increase of phosphorus concentration and the decrease of nitrogen concentration. Dissolved inorganic phosphorus concentration and the decrease of nitrogen concentration. Dissolved inorganic phosphorus and nitrate nitrogen concen tration of the epilimnion were in the range of $0.9{\sim}5.3\;mgP/m^3$ and $1.36{\sim}1.68\;mgN/L$, respectively. Chlorophyll a concentration in summer was in the range of $11.0{\sim}19.1\;mg/m^3$ in 1994, 1996 and 1997, but it decreased to $2.3{\sim}6.5\;mg/m^3$ in 1998. Trophic state of Lake Andong can be classified as mesotrophic to eutrophic from TP, TN and chlorophyll a concentration.
Water quality and Pollution state of Lake Chungcho were evaluated during three years from 1998 to 2000. We surveyed physicochemical parameters, and TSI (trophic state index) was calculated using TP, Chl. a, and SD (secchi disc transparency) data of growing season average. Water samples were collected bimonthly except freezing season. During the study period, total annual precipitation in 1998, 1999 and 2000 year was 1,797,1,722 and 1,345 mm, respectively. Salinity and conductivity were high($29.3{\pm}5.5\;ppt$, and $45,105{\pm}7,585\;{\mu}S/cm$) then other lagoons in the Eastern Coast of Korea. Chemocline was formed by salinity at $0.5{\sim}1.5\;m$ water depth. As a result of this, DO concentration of hypolimnion was below $3.0\;mgO_2/L$. Especially, when intense chemocline was formed, temperature of hypolimnion was higher than epilimnion. Secchi disc transparency, chlorophyll a, and COD were $1.8{\pm}0.3\;m$, $15.7{\pm}20.7\;mg/m^3$, and $3.1{\pm}0.8\;mgO_2/L$, respectively. Most of TN/TP ratios below 20, but concentration of TN and TP was high. Values of TSI ranged between 59 and 77, indicating a eutrophic condition in this system.
Kim, Baik-Ho;Baik, Soon-Ki;Hwang, Su-Ok;Hwang, Soon-Jin
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.42
no.2
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pp.161-171
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2009
A 'continuous removal of organic matters (CROM) system' using a native freshwater bivalve in Korea Anodonta woordiana, was developed to determine its potential of controlling various sestons in eutrophic lake system, and to evaluate its effect on water quality improvement under consideration of sediment addition as habitat. We designed CROM experiments with four treatments: no mussels and no sediment (W, negative control), no mussels and sediment (WS, positive control), mussels and no sediment (WM), and mussels and sediment (WMS). The experiments were performed at the condition of 18${\sim}$25 L $h^{-1}$ of inflow, mussel density of 486.1 indiv. $m^{-2}$, and temperatures between 15 and $22^{\circ}C$ for 13 consecutive days. Physicochemical and biological parameters were measured at daily (10:00 am) intervals after the mussel addition. Results indicated that mussel stockings without addition of sediment effectively removed sestons (suspended solids and chlorophyll-a) at nearly same level over 80 percentage of the control during the study, while there were no differences in removal activities of sestons between with and without sediment (P>0.5). Therefore, it clearly suggests that CROM system using A. woordiana has a strong potential to control the seston in surface water of eutrophic lake.
Highland fields are concentrated in the Jaun area of Hongcheong-gun, a large amount of sediments are discharged from the highland fields. The sediment runoff affect the turbidity and water quality of the Soyang Lake, furthermore adversely affect water supply source of the capital region. There are several kinds of BMPs(Best management practices) to decrease the sedimentrunoff from the highland fields. Although construction cost of multistage sedimentation basins is very high, there is no actual survey data for the removal efficiency of suspended sediments and water quality in our country. In this study, stormwaterinflow and outflow of the multistage sedimentation basins were surveyed, and the removal efficiency of nonpoint source pollutants were analyzed. The stormwater survey results fortwo rainfall events show thatremoval efficiencies of SS, BOD and TP loads in the multistage sedimentation basins are 35%~62%, 24%~55%, 35%~58%, respectively. Although the measured efficiencies of the basins were lower than the theoretical efficiency, the proper operation and management can improve the removal rate of the basins. Turbid water problem in the upper parts of the Soyang River can be managed effectively through the additional installation of multistage sedimentation basins.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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