Proceedings of the Korean Society of Environment and Ecology Conference
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2003.10a
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pp.105-126
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2003
In Korea most of annual rainfall is concentrated in several episodic heavy rains during the season of summer monsoon and typhoon. Because of uneven rainfall distribution many dams have been constructed in order to secure water supply in dry seasons. The Han River system has the most dams among Korean rivers, and the river is a series of dams now. Reservoirs need different strategy of water quality control from river water. Autochthonous organic matter and phosphorus should be the major target to be controlled in lakes. In this Paper some problems are discussed that makes efforts of water quality improvement ineffective in lakes of Korea, even after the substantial investment to wastewater treatment facilities.1) Phosphorus is the key factor controlling eutrophication of lakes and the reduction ofphosphors should be the major target of water treatment. However, water quality management strategy in Korea is still stream-oriented, and focused on BOD removal from sewage. Phosphorus removal efficiency remains as low as 10-30%, because biological treatment is adopted for both secondary treatment and advanced treatment. The standard for TP concentration of the sewage treatment plant effluent is 6 mgP/l in most of regions, and 2 mg/l in enforced region near metropolitan water intake point. TP in the effluents of sewage treatment plants are usually 1-2 mg/1, and most of plants meet the effluent regulation without a further phosphorus removal process. The generous TP standard for effluents discourages further efforts to improve phosphorus removal efficiency of sewage treatment. Considering that TP standard for the effluent is below 0.1 mg/l in some countries, it should be amended to below 0.1 mg/l in Korea, especially in the watershed of large lakes.2) Urban runoff and combined sewer overflow are not treated, even though their total loading into lakes can be comparable to municipal sewage discharges on dry days. Chemical coagulation and rapid settling might be the solution to urban runoff in regard of intermittent operation on only rainy days.3) Aggregated precipitation in Korea that is concentrated on several episodic heavyrains per year causes a large amount of nonpoint source pollution loading into lakes. It makes the treatment of nonpoint source discharge by methods of other countries of even rain pattern, such as retention pond or artificial wetland, impractical in Korea.4) The application rate of fertilizers in Korea is ten times as high as the average ofOECD countries. The total manure discharge from animal farming is thought to be over the capacity of soil treatment in Korea. Even though large portion of manure is composted for organic fertilizer, a lot of nutrients and organic matter emanates from organic compost. The reduction of application rate and discharge rate of phosphorus from agricultural fields should be encouraged by incentives and regulations.5) There is a lot of vegetable fields with high slopes in the upstream region of the HanRiver. Soil erosion is severe due to high slopes, and fertilizer is discharged in the form of adsorbed phosphorus on clay surface. The reduction of soil erosion in the upland area should be the major preventive policy for eutrophication. Uplands of high slope must be recovered to forest, and eroded gullies should be reformed into grass-buffered natural streams which are wider and resistant to bank erosion.
Precipitation data is one of the essential input datasets used in various fields such as wetland management, hydrological simulation, and water resource management. In order to efficiently manage water resources using precipitation data, it is essential to secure as much data as possible by minimizing the missing rate of data. In addition, more efficient hydrological simulation is possible if precipitation data for ungauged areas are secured. However, missing precipitation data have been estimated mainly by statistical equations. The purpose of this study is to propose a new method to restore missing precipitation data using machine learning algorithms that can predict new data based on correlations between data. Moreover, compared to existing statistical methods, the applicability of machine learning techniques for restoring missing precipitation data is evaluated. Representative machine learning algorithms, Artificial Neural Network (ANN) and Random Forest (RF), were applied. For the performance of classifying the occurrence of precipitation, the RF algorithm has higher accuracy in classifying the occurrence of precipitation than the ANN algorithm. The F1-score and Accuracy values, which are evaluation indicators of the classification model, were calculated as 0.80 and 0.77, while the ANN was calculated as 0.76 and 0.71. In addition, the performance of estimating precipitation also showed higher accuracy in RF than in ANN algorithm. The RMSE of the RF and ANN algorithms was 2.8 mm/day and 2.9 mm/day, and the values were calculated as 0.68 and 0.73.
C. C. Vispo;N. J. D. G. Reyes;H. S. Choi;M.S. Jeon;L. H. Kim
Journal of Wetlands Research
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v.25
no.2
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pp.145-158
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2023
Constructed wetlands (CWs) are effective technologies for urban wastewater management, utilizing natural physico-chemical and biological processes to remove pollutants. This study employed a bibliometric analysis approach to investigate the progress and future research trends in the field of CWs. A comprehensive review of 100 most-recently published and open-access articles was performed to analyze the performance of CWs in treating wastewater. Spain, China, Italy, and the United States were among the most productive countries in terms of the number of published papers. The most frequently used keywords in publications include water quality (n=19), phytoremediation (n=13), stormwater (n=11), and phosphorus (n=11), suggesting that the efficiency of CWs in improving water quality and removal of nutrients were widely investigated. Among the different types of CWs reviewed, hybrid CWs exhibited the highest removal efficiencies for BOD (88.67%) and TSS (95.67%), whereas VSSF, and HSSF systems also showed high TSS removal efficiencies (83.25%, and 78.83% respectively). VSSF wetland displayed the highest COD removal efficiency (71.82%). Generally, physical processes (e.g., sedimentation, filtration, adsorption) and biological mechanisms (i.e., biodegradation) contributed to the high removal efficiency of TSS, BOD, and COD in CW systems. The hybrid CW system demonstrated highest TN removal efficiency (60.78%) by integrating multiple treatment processes, including aerobic and anaerobic conditions, various vegetation types, and different media configurations, which enhanced microbial activity and allowed for comprehensive nitrogen compound removal. The FWS system showed the highest TP removal efficiency (54.50%) due to combined process of settling sediment-bound phosphorus and plant uptake. Phragmites, Cyperus, Iris, and Typha were commonly used in CWs due to their superior phytoremediation capabilities. The study emphasized the potential of CWs as sustainable alternatives for wastewater management, particularly in urban areas.
To present a guideline on the construction and management of artificial wetlands for high biomass production, three emergent macrophytes (Phragmites australis, PA; Typha angustifolia, TA; and Zizania latifolia, ZL) were planted under two substrates conditions (general soil with and without moss peat) and two water levels (5 cm and 20 cm) and monitored for three years. ZL showed greater growth performance rather than the others not only at early growth phase in the first year [shoot height, 200 cm; above-ground dry weight (AGDW), 500 $g/m^2$] but also in the last year (ZL, 1,100 $g/m^2$; TA, 770 $g/m^2$; and PA, 450 $g/m^2$ of AGDW). ZL with rapid growth at the early growth phase was not affected by naturally introduced weeds, whereas slower and poorer growth of PA and TA at the early growth phase resulted in relatively higher introduction and establishment of natural weeds. In turn, such introduced weeds negatively contributed to the growth of PA and TA particularly under shallow water (5 cm) with the substrate condition including moss peat. We suggest a plant material with rapid and great growth at the early phase such as ZL for reducing possible negative influences by the natural weeds and wild animals for high biomass production in constructed wetlands. A pre-growing process in greenhouse prior to planting might be an useful option to raise the competitiveness of those species when planting PA and/or TA. In addition, we recommend that integrated weed management system with utilizing various options at the most appropriate timing must be applied for maintaining sustainable high biomass production at the artificial wetlands.
Various human activities such as the Urbanization and Industrialization are estimated the main factors to pollute the stream. Now days, numerous studies are carried out for managing non-point sources which have un-effect on water quality of streams by land-use and livestock. In case of Korea, a matter of concern that the management of Pal dang reservoir - the main water resources of the national capital region - has been occurring. Especially, large-scale constructed-wetlands are planned and constructed at the end of Kyoung-an stream. Additionally a lot of sewage treatment plants are newly installed and extended in this watershed. According to these efforts, water quality of Kyoung-an stream is predicted that would be improved. But the more detail and scientific analysis should be carried out for the water quality improvement, because, existing water quality improvement projects are not involved to analyze root of water quality deterioration and improvement plans. Therefore, this study aims to select suitable areas for constructed-wetlands and to calculate size of the constructed-wetlands for water quality improvement in Kyoung-an stream through the geographical pollutant distribution analysis and land-use pattern analysis by high resolution satellite image and suitable area analysis of constructed-wetlands by GIS(Geographic information system). The progress of this study is (1) to select maximum pollutant loaded area by geographical analysis based on water quality data, (2) to analyze land-use patterns using high resolution satellite image, (3) to select suitable areas of constructed-wetlands, (4) to calculate area and volume of chosen constructed-wetlands using GIS. Basically, sizes of constructed-wetlands are induced through the constructed-wetlands design index based on treatment ratio(provided by Korea Water Resources Corporation). As a result of this study, two areas are selected to construct constructed-wetlands. One of the area was $127,586m^2$ near by Yong-in sewage treatment plant, and the other area was $1,647m^2$ near by Ju-buk stream and Dae-dae stream.
Awareness of the ecological value and importance of protected areas has increased as climate change accelerates, and there is a need for research on ecosystem services provided by nature. The natural park, which is a representative protected area in Korea, has a system of national parks, provincial parks, and county parks. National parks are managed systematically by the Korea National Park Service, but local governments manage provincial parks and county parks. There may be the same hierarchical differences in naturalness (habitat quality) depending on the hierarchy of the natural parks, but it has not been verified. To identify differences, we examined 22 mountain-type natural parks using habitat quality using the INVEST model developed by Stanford University. The analysis of the habitat quality, regardless of the type and area of the natural park, showed that it was higher in the order of Taebaeksan National Park (0.89), Juwangsan National Park (0.87), Woongseokbong County Park (0.86), and Gayasan National Park (0.85). The larger the area, the higher the value of habitat quality. A comparison of natural parks with similar areas showed that the habitat quality of national parks was higher than that of provincial parks and parks. On the other hand, the average habitat quality of county parks was 0.83±0.02, which was 0.05 higher than that of provincial parks at 0.78±0.03. Furthermore, the higher the proportion of forest areas within the natural park, the higher the habitat quality. The results confirmed that the naturalness of natural parks was independent of their hierarchy and that there are differences in naturalness depending on land use, land coverage, and park management.
Soon Jik Kwon;Yung Chul Jun;Hyeok Yeong Kwon;In Chul Hwang;Chang Su Lee;Tae Geun Kim
Journal of Wetlands Research
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v.25
no.4
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pp.335-344
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2023
Brachydiplax chalybea flavovittata, a climate-sensitive biological indicator species, was first observed and recorded at Jeju Island in Korea in 2010. Overwintering was recently confirmed in the Yeongsan River area. This study was aimed to predict the potential distribution patterns for the larvae of B. chalybea flavovittata and to understand its ecological characteristics as well as changes of population under global climate change circumstances. Data was collected both from the Global Biodiversity Information Facility (GBIF) and by field surveys from May 2019 to May 2023. We used for the distribution model among downloaded 19 variables from the WorldClim database. MaxEnt model was adopted for the prediction of potential and future distribution for B. chalybea flavovittata. Larval distribution ranged within a region delimited by northern latitude from Jeju-si, Jeju Special Self-Governing Province (33.318096°) to Yeoju-si, Gyeonggi-do (37.366734°) and eastern longitude from Jindo-gun, Jeollanam-do (126.054925°) to Yangsan-si, Gyeongsangnam-do (129.016472°). M type (permanent rivers, streams and creeks) wetlands were the most common habitat based on the Ramsar's wetland classification system, followed by Tp type (permanent freshwater marshes and pools) (45.8%) and F type (estuarine waters) (4.2%). MaxEnt model presented that potential distribution with high inhabiting probability included Ulsan and Daegu Metropolitan City in addition to the currently discovered habitats. Applying to the future scenarios by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it was predicted that the possible distribution area would expand in the 2050s and 2090s, covering the southern and western coastal regions, the southern Daegu metropolitan area and the eastern coastal regions in the near future. This study suggests that B. chalybea flavovittata can be used as an effective indicator species for climate changes with a monitoring of their distribution ranges. Our findings will also help to provide basic information on the conservation and management of co-existing native species.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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