The problem of supply and transport of sediment from a mountainous catchment is very important in explaining dynamic geomorphology and the hydrological cycle. The discharge of suspended sediment is determined by a morphological system. Human interference to environment Is also an important, not negligible factor in sediment production. Moreover, growing concern in recent years for the problems of nonpoint pollution and for the transport of contaminants through terrestrial and aquatic ecosystems has highlighted the role of sediment-associated transport in fluvial systems. This study was conducted in forested and quarried catchments in order to clarify the different discharge process and the mechanism of suspended sediment dynamics for each catchment. As a forested catchment, the Yamaguchi River catchment which drains a $3.12km^2$ area was chosen. On the other hand, the Futagami River basin which is formed by three subbasins (1.07, 1.59 and $1.78km^2$), as a quarried catchment was selected. These catchments are situated to the north and east of Mt. Tsukuba, Ibaraki, Japan. The discharge pattern of suspended sediment from the Futagami River basin is more unstable and irregular than that from forested catchment, the Yamaguchi River catchment. Under the similar rainstorm conditions, suspended sediment concentration from quarried catchment during a rainstorm event increases from 43 to 27,340 mg/l. However, in the case of the forested catchment it changes only from nearly zero to 274 mg/l. Generally, the supply source of suspended sediment is classified into two areas, the in-channel and non-channel source areas. As a result of field measurements, in the case of the forested catchment the in-channel (channel bed, channel bank and channel margin) is the main source area of suspended sediment. On the other hand, remarkable sediment source area on the Quarried catchment is the non-channel that is unvegetated ground.
Vegetative Filter Strip (VFS) is one of effective Best Management Practices (BMPs) to prevent sediment-laden water problem, is installed at the edge of source area such agricultural area so that sediment occurred in source area is trapped by VFS before it flow into stream or river. Appropriate scale of it needs to be simulated before it is installed, considering various field conditions. In this study, a model using VFSMOD-w model and Genetic Algorithm to determine effective VFS length was developed, it is available to calibrate input parameter related to source area sediment yield through thousands of VFSMOD-w simulations. Useful DBs, moreover, are stored in the model so that very specific input parameters can be used with reasonable values. Compared simulated values to observed data values for calibration, R2 and Nash-Stucliffe model efficiency coefficient were 0.74 and 0.65 in flow comparison, and 0.89 and 0.79 in sediment comparison. The model determined 1.0 m of Filter Length, 0.18 of Filter Slope, and 0.2 cm of Filter Media Spacing to reduce 80% of sediment by VFS. The model has not only Auto-Calibration module also DBs for specific input parameters, thus, the model is expected to be used for effective VFS scale.
Park, Youn Shik;Kum, Dong Hyuk;Jung, Young Hun;Cho, Ja Pil;Lim, Kyoung Jae;Kim, Ki Sung
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.56
no.5
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pp.21-27
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2014
Sediment-laden water is problematic in aquatic ecosystem and for hydraulic structures in a watershed, and agriculture area in a watershed is one of source areas of nonpoint source (NPS), since soil surface typically exposures due to agricultural activities. Especially, severe sediment might flow into stream when agricultural area is located near stream like the Imha-dam watershed. Soil erosion is affected by precipitation, therefore there is a need to consider precipitation characteristics in soil erosion and best management practices (BMPs) simulation. The Web-based Spreadsheet Tool for the Estimation of Pollutant Load (STEPL WEB) allows estimating long-term sediment loads and the impact of best management practices to reduce sediment loads. STEPL WEB and predicted precipitation data by MIROC-ESM model was used to estimate sediment loads and its reduction by filter strip and conversion of agricultural area to forest in the future 30 years. The result indicates that approximately 70 % of agricultural area requires filter strip installation or that approximately 50 % of agricultural area needs to be converted to forest, for 41 % of sediment load reduction.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.66
no.2
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pp.53-62
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2024
This study assessed the efficiency of reducing soil erosion and suspended sediment through the restoration of alpine unauthorized and illegally cultivated fields, using the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model in the Mandae District. The results showed that in Scenario 5, which involved restoring unauthorized and illegal fields within forests, along rivers (banks), and in ditch areas were restored to their original land categories, achieved the highest efficiency in reducing average annual soil erosion and suspended sediment, with reductions of 8.1% and 4.5%, respectively. In particular, it was confirmed that the restoration of unauthorized and illegal fields within forested areas has a significant impact. This demonstrated that the restoration of unauthorized and illegal agricultural fields can substantially reduce the soil erosion and suspended sediment attributable to non-point source pollution. Our findings highlight the importance of managing these unauthorized and illegal agricultural activities in developing sustainable strategies within non-point source pollution management areas. This study is expected to provide important basic data to effectively establish water quality improvement strategies in the region of non-point source pollution management.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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v.2
no.1
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pp.29-36
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1998
An instantaneous unit sediment graph (IUSG) model is investigated for prediction of sediment yield from an upland watershed in Northwestern Mississippi. Sediment yields are predicted by convolving source runoff with an IUSG. The IUSG is the distribution of sediment from an instantaneous burst of rainfall producing one unit of runoff. The IUSG, defined as a product of the sediment concentration distribution (SCD) and the instantaneous unit hydrograph (IUH), is known to depend on the characteristics of the effective rainfall. The IUH is derived by the Nash model for each event. The SCD is assumed to be an exponential function for each event and its parameters were correlated with the effective rainfall characteristics. A sediment routing function, based on travel time and sediment particle size, is used to predict the SCD.
An instantaneous unit sediment graph (IUSG) model is investigated for prediction of sediment yield from an upland watershed In Northwestern Mississippi. Sediment yields are predicted by convolving source runoff with an IUSG. The IUSG is the distribution of sediment from an instantaneous burst of rainfall producing one unit of runoff. The IUSG, defined as a product of the sediment concentration distribution (SCD) and the instantaneous unit hydrograph (IUH), is known to depend on the characteristics of the effective rainfall. The IUH is derived by the Nash model for each event. The SCD is assumed to be an exponential function for each event and its parameters were correlated with the effective rainfall characteristics. A sediment routing function, based on travel time and sediment particle size, is used to predict the SCD.
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were investigated in seawater and marine sediment from Anmyundo coastal area after oil spill. The concentrations of total PAHs in surface and bottom of seawater at August were 31.1 to 142.6 ng/L and 5.9 to 50.9 ng/L in August and November, respectively. The concentrations of PAHs in sediment were 21.0 to 102.9 ng/g D.W. and 32.3 to 57.4 ng/g D.W. in August and November, respectively. PAHs concentrations in seawater and sediment in August were higher than those in November about 2.5 and 1.4 times, respectively. Diagnostic ratio (PhA/AnT and FluA/Pyr) were investigated to identify source of PAHs in seawater and sediment. The PAHs in seawater originated from pyrolytic source and those in sediment originated from pyrolytic and petrogenic source. The glass, wood and coal origin was higher than petroleum origin on the combustion origin of PAHs in seawater and sediment. The seawater of Anmyundo costal area recovered from oil spill, but the sediments of that were weakly influenced by oil spill until now. Because this area is developed many fishing grounds, demanded Long Term Environmental Monitoring Program (LTEMP). The concentrations of PAHs on depth of sediments were investigated at station 8 and 10. The concentrations of PAHs were decreased with increasing depth.
Park, Youn Shik;Kum, Donghyuk;Lee, Dong Jun;Choi, Joongdae;Lim, Kyoung Jae;Kim, Ki-sung
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.32
no.1
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pp.108-114
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2016
Sediment-laden water leads to water quality degradation in streams; therefore, best management practices must be implemented in the source area to control nonpoint source pollution. Field monitoring was implemented to measure precipitation, direct runoff, and sediment concentrations at a control plot and straw-applied plot to examine the effect on sediment reduction in this study. A hydrology model, which employs Curve Number (CN) to estimate direct runoff and the Universal Soil Loss Equation to estimate soil loss, was selected. Twenty-five storm events from October 2010 to July 2012 were observed at the control plot, and 14 storm events from April 2011 to July 2011 at the straw-applied plot. CN was calibrated for direct runoff, and the Nash-Sutcliffe efficiency and coefficient of determination were 0.66 and 0.68 at the control plot. Direct runoff at the straw-applied plot was calibrated using the percentage direct runoff reduction. The estimated reduction in sediment load by direct runoff reduction calibration alone was acceptable. Therefore, direct runoff-sediment load behaviors in a hydrology model should be considered to estimate sediment load and the reduction thereof.
Samples for estimating concentrations of polycyclic aromatic hydrocargons(PAHs), total petroleum hydrocarbons(TPHs), and benzene-toluene-ethylbenzene-xylene(BTEX) were collected at the tidal flat sediments of 8 coastal sites in Incheon, at seventy-two sampling stations for the surface sediment and twenty-four stations for the sediment core, twice in the spring and fall in 2011. This study was performed to evaluate the distributions of seasonal and spatial concentrations of PAHs, TPHs, and BTEX in the tidal flat sediments. The source origin of PAHs were carried out. The total average concentration of PAHs in the tidal flat sediment was $95.62{\mu}g/kg$. The characteristic of PAHs concentration distributions was observed that the average concentration in the autumn was lower than that in the spring, and higher concentration in the sediment core than the surface sediment, and greater vertical concentration at the top rather than the bottom in the sediment core. The total average concentration of TPHs at all sampling sites was in the value of 46 mg/kg. The characteristic of the TPHs concentration distribution was observed that the average concentration in the fall was much higher than that in the spring, and higher concentration in the surface sediment than the sediment core. The possible source of PAHs inputs were mainly derived from both pyrogenic and petrogenic origin at the surface sediment at Janghwari site and the sediment cores of both Sorae and Okyeon sites, while the rest sites of study areas originated with pyrogenic combustion.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.47
no.4
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pp.65-74
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2005
AnnAGNPS model was applied to a catchment mainly occupied with bushland for modeling non-point source pollution. Since the single event model cannot handle events longer than 24 hours duration, the event-based calibration was carried out using the continuous mode. As event flows affect sediment and nutrient generation and transport, the calibration of the model was performed in three steps: Hydrologic, Sediment and Nutrient calibrations. The results from hydrologic calibration for the catchment indicate a good prediction of the model with average ARE(Absolute Relative Error) of $24.6\%$ fur the runoff volume and $12\%$ for the peak flow. For the sediment calibration, the average ARE was $198.8\%$ indicating acceptable model performance for the sediment prediction. The predicted TN(Total Nitrogen) and TP(Total Phosphorus) were also found to be acceptable as the average ARE for TN and TP were $175.5\%\;and\;126.5\%$, respectively. The AnnAGNPS model was therefore approved to be appropriate to model non-point source pollution in bushland catchments. In general, the model was likely to result in underestimation for the larger events and overestimation fur the smaller events for the water quality predictions. It was also observed that the large errors in the hydrologic prediction also produced high errors in sediment and nutrient prediction. This was probably due to error propagation in which the error in the hydrologic prediction influenced the generation of error in the water quality prediction. Accurate hydrologic calibration should be hence obtained for a reliable water quality prediction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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