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.
A high ammonia nitrogen ($NH_3-N$) concentration has been recursively observed every winter season in Geum River, which hindered chemical treatment processes at a water treatment plant. A flushing discharge from Daecheong Dam was often considered to dilute $NH_3-N$, but information on the quantitative effect of flushing on the downstream water quality was limited. In this study, the impact of a short-term reservoir flushing on the downstream water quality was investigated through field experiments and unsteady water quality modeling. On November 22, 2003, the reservoir discharge was increased from $30m^3/sec$ to $200m^3/sec$ within 6 hours for the purpose of the experiment. The results showed that flushing flow tends to reduce downstream $NH_3-N$ concentrations considerably, but the effectiveness was limited by flushing amount and time. An unsteady river water quality model was applied to simulate the changes of nitrogen concentrations in response to reservoir flushing. The model showed very good performance in predicting the travel time of flushing flow and the effect of flushing discharge on the reduction of downstream $NH_3-N$ concentrations at Maepo and Geumnam site, but a significant discrepancy was observed at Gongju site.
An integrated water quality management of reservoir and river would be required when the quality of downstream river water is affected by the discharge of upstream dam. In particular, for the control of downstream turbidity during flood events, the integrated modeling of reservoir and river is effective approach. This work was aimed to develop a laterally-averaged two-dimensional hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2), by which water quality can be predicted in the downstream of Yongdam dam in conjunction with the reservoir model, and to validate the model under two different hydrological conditions; wet year (2005) and drought year (2010). The model results clearly showed that the simulated data regarding water elevation and suspended solid (SS) concentration are well corresponded with the measured data. In addition, the variation of SS concentration as a function of time was effectively simulated along the river stations with the developed model. Consequently, the developed model can be effectively applied for the integrated water quality management of Yongdam dam and downstream river.
Natural organic matter(NOM) is defined as the complex matrix of organic material and abundant in natural waters. It affects the performance of unit operations for water purification. Several kinds of analytical indicators such as DOC, specific ultraviolet absorbance(SUVA), apparent molecular weight (AMW), fractionation and high performance size exclusive chromatography(HPSEC) have been used to understand characteristics and variations of NOM. This study aims to evaluate the characteristics of NOM in the Geum River system comprising with stream flows and reservoirs. It was identified that SUVA denoting the portion of humic substance in water ranged within 1.60~3.36. Using resin adsorbents, dissolved organic carbon(DOC) was fractionated into three classes: hydrophobic bases(HOB), hydrophobic acids(HOA) and hydrophilic substances(HI). HI dominates in all samples, collectively accounting for more than 62% of the DOC. HOA was the second dominated fraction and it varied considerably but accounted for about 30% of the DOC. The distribution of high molecular weight(HMW) measured by HPSEC being used to determine the molecular weight distribution of aquatic humic substances was 40.1% and 38.7% in reservoir and stream flow, respectively. The distribution of low molecular weight(LMW) in stream flow was 13.2% higher than that in reservoir. And apparent molecular weight less than 1KDa, which include the molecular weight of hydrophilic organic matter, occupied with 69.2% and 68.2% in stream flow and reservoir, respectively. While the molecular weight of 1 to 100 KDa including humic substances ranged with 18.6% and 21.6% in stream flow and reservoir, respectively. Seasonal variation of refractory dissolved organic carbon was similar to that of SUVA.
The major reason to construct large dams is to store surplus water during rainy seasons and utilize it for water supply in dry seasons. Reservoir storage has to meet a pre-defined target to satisfy water demands and cope with a dry season when the availability of water resources are limited temporally as well as spatially. In this study, a Hedging rule that reduces total reservoir outflow as drought starts is applied to alleviate severe water shortages. Five stages for reducing outflow based on the current reservoir storage are proposed as the Hedging rule. The objective function is to minimize the total discrepancies between the target and actual reservoir storage, water supply and demand, and required minimum river discharge and actual river flow. Mixed Integer Linear Programming (MILP) is used to develop a multi-reservoir operation system with the Hedging rule. The developed system is applied for the Han River basin that includes four multi-purpose dams and one water supplying reservoir. One of the fours dams is primarily for power generation. Ten-day-based runoff from subbasins and water demand in 2003 and water supply plan to water users from the reservoirs are used from "Long Term Comprehensive Plan for Water Resources in Korea" and "Practical Handbook of Dam Operation in Korea", respectively. The model was optimized by GAMS/CPLEX which is LP/MIP solver using a branch-and-cut algorithm. As results, 99.99% of municipal demand, 99.91% of agricultural demand and 100.00% of minimum river discharge were satisfied and, at the same time, dam storage compared to the storage efficiency increased 10.04% which is a real operation data in 2003.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.1
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pp.89-102
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2010
Future uncertainty on water demand caused by future climate condition and water consumption leads a difficulty to determine the reservoir operation rule for supplying sufficient water to users. It is, thus, important to operate reservoirs not only for distributing enough water to users using the limited water resources but also for preventing floods and drought under the unknown future condition. In this study, the reservoir storage is determined in the first stage when future condition is unknown, and then, water distribution to users and river stream is optimized using the available water resources from the first stage decision using 2-stage stochastic linear programming (2-SLP). The objective function is to minimize the difference between target and actual water storage in reservoirs and the water shortage in users and river stream. Hedging rule defined by a precaution against severe drought by restricting outflow when reservoir storage decreases below a target, is also applied in the reservoir operation rule for improving the model applicability to the real system. The developed model is applied in a system with five reservoirs in the Han River basin, Korea to optimize the multi-reservoir system under various future water demand scenarios. Three multi-purposed dams - Chungju, Hoengseong, and Soyanggang - are considered in the model. Gwangdong and Hwacheon dams are also considered in the system due to the large capacity of the reservoirs, but they are primarily for water supply and power generation, respectively. As a result, the water demand of users and river stream are satisfied in most cases. The reservoirs are operated successfully to store enough water during the wet season for preparing the coming drought and also for reducing downstream flood risk. The developed model can provide an effective guideline of multi-reservoir operation rules in the basin.
The peak flood discharge at a downstream station and the flood travel time between a pair of dams due to a specific flood release from the upper reservoir are computed using a hydraulic river channel routing method. The study covered the whole large reservoir system in the Han River, Korea. The computed flood discharges and the travel times between dams were correlated with the duration and the magnitude of flood release rate at the upstream reservoir, and hence a multiple regression model is proposed for each river reach between a pair of dams. The peak flood discharge at a downstream location can be converted to the peak flood stage by a rating curve. Hence, the proposed regression model could be used to forecast the peak flood stage at a downstream location and the flood travel time between dams using the information on the flood travel time, release rate and duration from the upper dam.
For the determination of a reservoir capacity Rippl's mass-curve method has long been used with the past river flow data assuming the same flow records will be repeated in the future. This study aims to find out a better method for determining the reservoir capacity by employing the analytical theory based on the stochastic process. For the present study the synthetic generation methods of Thomas-Fiering type was used to synthetically generate 50 years of monthly river inflows to three single-purpose reservoirs and three multi-purpose reservoirs. The generated sequences of monthly flows were analyzed based on the range concept. With the optimum operation rule of the reservoirs as the one which maximizes the water-use downstream the waterrelease from the reservoir was determined and with due consideration to the mean inflows and the range of monthly flows the required reservoirs capacity was stochastically determined. It was possible to repersent the so-determined reservoir capacity in terms of the mean monthly inflows and the number of subseries in the determination of ranges. It is suggested that the result obtained in this study would be applied to approximately estimate, in the stage of preliminary design, the required capacity of a reservoir in question with the limited information such as the mean monthly inflow and the period of reservoir operation.
Following the industrialization and urbanization in Korea, algal bloom causes aesthetic displeasure and many other problems such as taste and odor, coloration, scum, increase in pH, filter-bed blockage. There were some cases involving human death by microcystins during summertime in foreign countries. In Korea, Harmful cyanobacteria such as Microcystis and Anabaena develop in summer in the Daecheong reservoir, one of the main water resources, with the retention time of above 200 days. To better control algal bloom, the Ministry of Environment has been running algal bloom alert system from 1998 for the Daecheong reservoir, which needs to be improved to reflect the characteristics of river-type lakes. For this reason, we try to find new measures to improve an algal bloom alert system for each water zone considering the characteristics of harmful cyanobacteria in this study.
The purpose of this study is to improve the present methodology-for the estimation of optimal water supply from an impounding reservoir. The stochastic reservoir storage model presented in this paper is believed to be rational in that. the probability of reservoir depletion (return period) is to be calculated for the various monthly demands and storage capacities. The monthly flows are used to derive the reservoir storage capacity-monthly demand-probability curves at Dalcheon damsite and Hongcheon damsite in Han river basin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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