Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.11
no.1
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pp.39-47
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2009
The importance of securing water resources and their efficient management has attracted more attention recently due to water deficit. In water budget analysis, however, evapotranspiration(${\lambda}E$) has been approximated as the residual in the water balance equation or estimated from empirical equations and assumptions. To minimize the uncertainties in these estimates, it is necessary to directly measure ${\lambda}E$. In this study, using the eddy covariance technique, we have measured ${\lambda}E$ in a mixed forest in the Seolmacheon catchment in Korea from September 2007 to December 2008. During the growing season(May-July), ${\lambda}E$ in this mixed forest averaged about $2.2\;mm\;d^{-1}$, whereas it was on average $0.5\;mm\;d^{-1}$ during the non-growing season in winter. The annual total ${\lambda}E$ in 2008 was $581\;mm\;y^{-1}$, which is about 1/3 of the annual precipitation of 1997 mm. Despite the differences in the amount and frequency of precipitation, the accumulated ${\lambda}E$ during the overlapping period(i.e., September to December) for 2007 and 2008 was both ${\sim}110$ mm, showing virtually no difference. The omega factor, which is a measure of decoupling between forest and the atmosphere, was on average 0.5, indicating that the contributions of equilibrium ${\lambda}E$ and imposed ${\lambda}E$ to the total ${\lambda}E$ were about the same. The results suggest that ${\lambda}E$ in this mixed forest was controlled by various factors such as net radiation, vapor pressure deficit, and canopy conductance. In this study, based on the direct measurements of ${\lambda}E$, we have quantified the relative contribution of ${\lambda}E$ in the water balance of a mixed forest in the Seolmacheon catchment. In combination with runoff data, the information on ${\lambda}E$ would greatly enhance the reliability of water budget analysis in this catchment.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.9
no.2
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pp.149-160
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2007
KoFlux Gwangneung Supersite comprises complex topography and diverse vegetation types (and structures), which necessitate complementary multi-disciplinary measurements to understand energy and matter exchange. Here, we report the results of this ongoing research with special focuses on carbon/water budgets in Gwangneung forest, implications of inter-dependency between water and carbon cycles, and the importance of hydrology in carbon cycling under monsoon climate. Comprehensive biometric and chamber measurements indicated the mean annual net ecosystem productivity (NEP) of this forest to be ${\sim}2.6\;t\;C\;ha^{-1}y^{-1}$. In conjunction with the tower flux measurement, the preliminary carbon budget suggests the Gwangneung forest to be an important sink for atmospheric $CO_2$. The catchment scale water budget indicated that $30\sim40%$ of annual precipitation was apportioned to evapotranspiration (ET). The growing season average of the water use efficiency (WUE), determined from leaf carbon isotope ratios of representative tree species, was about $12{\mu}mol\;CO_2/mmol\;H_2O$ with noticeable seasonal variations. Such information on ET and WUE can be used to constrain the catchment scale carbon uptake. Inter-annual variations in tree ring growth and soil respiration rates correlated with the magnitude and the pattern of precipitation during the growing season, which requires further investigation of the effect of a monsoon climate on the catchment carbon cycle. Additionally, we examine whether structural and functional units exist in this catchment by characterizing the spatial heterogeneity of the study site, which will provide the linkage between different spatial and temporal scale measurements.
Rainfall-runoff prediction studies using deep learning while considering catchment attributes have been gaining attention. In this study, we selected two models: the Transformer model, which is suitable for large-scale data training through the self-attention mechanism, and the LSTM-based multi-state-vector sequence-to-sequence (LSTM-MSV-S2S) model with an encoder-decoder structure. These models were constructed to incorporate catchment attributes and predict the inflow of 10 multi-purpose dam watersheds in South Korea. The experimental design consisted of three training methods: Single-basin Training (ST), Pretraining (PT), and Pretraining-Finetuning (PT-FT). The input data for the models included 10 selected watershed attributes along with meteorological data. The inflow prediction performance was compared based on the training methods. The results showed that the Transformer model outperformed the LSTM-MSV-S2S model when using the PT and PT-FT methods, with the PT-FT method yielding the highest performance. The LSTM-MSV-S2S model showed better performance than the Transformer when using the ST method; however, it showed lower performance when using the PT and PT-FT methods. Additionally, the embedding layer activation vectors and raw catchment attributes were used to cluster watersheds and analyze whether the models learned the similarities between them. The Transformer model demonstrated improved performance among watersheds with similar activation vectors, proving that utilizing information from other pre-trained watersheds enhances the prediction performance. This study compared the suitable models and training methods for each multi-purpose dam and highlighted the necessity of constructing deep learning models using PT and PT-FT methods for domestic watersheds. Furthermore, the results confirmed that the Transformer model outperforms the LSTM-MSV-S2S model when applying PT and PT-FT methods.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.29
no.4
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pp.381-392
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2011
Pollutant loads calculated with unit factor method can not identity seasonal variations of pollutant inputs. Estimation of pollutant loads considering rainfall runoff can overcome these limits. SCS curve number method was applied to estimate runoff of each event of Koeup watershed of Koheung estuary lake. SCS curve numbers were calculated based upon land use, soil types of the catchment using GIS. Point and nonpoint source pollutant loads were summed up for total loads estimation. Those from nonpoint source were estimated by multiplying the calculated runoff and expected mean concentrations (EMC) presented by the Minister of Environment of Korea. DEM can present three dimensional views of a terrain, identity stream networks and flow accumulation. Furthermore, it can examine accumulated pollutant loads of specific point of a catchment. Therefore, cell based pollutant load estimation was attempted using DEM. ArcView was utilized to collect, store and manipulate spatial and attribute data of pollutant sources and features of the catchment. Cell-based DEM which was established by the GRID module of ARC/INFO was employed to estimate flows and pollutant loads.
Moon, Sang-Ho;Cho, Sung-Hyeon;Lee, Kwang-Sik;Yun, Uk
Economic and Environmental Geology
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v.40
no.4
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pp.389-401
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2007
The oxygen and hydrogen isotopic composition in precipitation, groundwater and geothermal water were monitored over four-year period from 2001 to 2004 at the Yuseong catchment, Daejeon. By analyzing the long term rainfall pattern, we found out the drought cycle of 6 or 7 year. We fortunately revealed that the oxygen and hydrogen isotopic composition of rain has progressively changed to heavier isotopic ratios from 2001 to 2004. The weighted mean values of ${\delta}^{18}O\;and\;{\delta}D$ of rain are calculated to be $-7.7%o\;and\;-51%o$, respectively. These isotopic values are much heavier than those of groundwater and geothermal water collected at the same period, which indicates that the rain or snow of the study area would not immediately affect the isotopic composition of groundwater or geothermal water. Comparing with the previous data, the groundwater and geothermal water collected at 1990 and 1992 year has the heaviest isotopic composition and afterwards their isotopic composition has been progressively shifted to the direction of lighter composition field.
A dynamic flood frequency analysis model was proposed for the frequency analysis in ungaged catchment and applied to 6 subbasins in Pyungchang River basin. As the dynamic flood frequency model requires precipitation, rainfall loss system, and runoff analysis, we adopt the rectangular pulse model, the SCS formula, and the geomorphoclimatic IUH(GcIUH) for the application. Input data for the analysis was borrowed from the results of the statistical flood frequency analysis using L-moment method for the same catchment, and then the return period was estimated using the model. This result was also compared with the return period estimated from the statistical analysis. By comparing with the results from two cases, we found the dynamic flood frequency analysis gave higher estimates than those from statistical analysis for the whole subbasins. However, the dynamic flood frequency analysis model has a potential to be used for determining the design flood for small hydraulic structure in ungaged catchment because it uses only physical parameters for flood frequency analysis. And this model can be easily applicable to other watersheds as the scale effect is negligible.
The lag time is one of the most important factors for estimating a flood runoff from streams. It is well known to be under the influence of the morphometric properties of basins which could be expressed by catchment shape descriptors. In this paper, the notion of the geometric characteristics of an equivalent ellipse proposed by Moussa(2003) is applied for calculating the lag time of geomorphological instantaneous unit hydrograph(GIUH) at the basin outlet. The lag time is obtained from the observed data of rainfall and runoff by using the method of moments suggested by Nash(1957), and the procedure based on geomorphology is used for GIUH. The relationships between the basin morphometric properties and the hydrological response are discussed as applied to 3 catchments In Korea. Additionally, the shapes of equivalent ellipse are examined how then are transformed from upstream area to downstream one. As a result, the relationship between the hydrological response and descriptors is shown to be comparatively good, and the shape of ellipse is presented to approach a circle along the river downwards. These results may be expanded to the estimation of hydrological response of ungauged catchment.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.37
no.2
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pp.126-135
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2015
Increase of delivery effect of pollutant loads and surface runoff due to urbanization of catchment area results in serious environmental problems in receiving urban streams. This study aims to develop integrated stormwater management system to assist efficient urban stream flow and water quality control using information from the Storm Water Management Model (SWMM), real time water level and quality monitoring system and remote or automatic treatment facility control system. Based on field observations in the study site, most of the pollutant loads are flushed within 4 hours of the rainfall event. SWMM simulation results indicates that the treatment system can store up to 6 mm of cumulative rainfall in the study catchment area, and this means any type of normal rainfall situation can be treated using the system. Relationship between rainfall amount and fill time were developed for various rainfall duration for operation of stormwater treatment system in this study. This study can further provide inputs of river water quality model and thus can effectively assist integrated water resources management in urban catchment and streams.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.11
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pp.26-41
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2016
Catchment Hydrologic Cycle Assess Tool (CAT) is a model for hydrologic cycle assessment based on physical parameters. In this study, CAT was applied for short-term runoff simulation and connected with model-independent parameter estimation (PEST) for auto-calibrating parameters. The model performance was compared with HEC-HMS, which is widely used for short-term runoff simulation. The study area is the Pangyo Watershed ($22.9km^2$), which includes the Unjung-Cheon and Geumto-Cheon tributaries of the Tan-Cheon stream. Simulation periods were selected from six rainfall events of a two-year period (2006-2007). For the runoff simulation, CAT was applied using three types of infiltration methods (excess rainfall, Green and Ampt and Horton). Sensitivity analysis was carried out to select the parameters and then CAT was optimized using PEST. The model performance of HEC-HMS and CAT-PEST for the rainfall events were within an acceptable limit with Nash Sutcliffe efficiencies (NSE) of 0.63-0.91 and 0.42-0.93, respectively. The simulation results of HEC-HMS have high accuracy in the case of rainfall events that have a sensitive relationship between initial soil moisture conditions and runoff characteristics. The results of CAT-PEST indicated the possibility of reflecting a real runoff system using various physical parameters.
Kim, Kidae;Kim, Dongyeob;Seo, Junpyo;Lee, Changwoo;Woo, Choongshik;Kang, Minjeng;Jeong, Sangseom;Lee, Dongkyun
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.107
no.1
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pp.59-70
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2018
The objective of this study was to develop erosion control dam for preventing disaster in consideration of characteristics of forested catchment near urban area, and to assess its stability and functionality to see its practicability in the field. Two types of hybrid erosion control dams were developed including debris flow prevention dam by using pillar and float board screen type and debris flow control dam by using groyne. Also, review about their static (sliding, overturning, bearing capacity) and dynamic (member force) stability was carried out. According to the result, most of the assessed items met standard safety level although there were some cases where assessed items were short of stability criteria against impact. Also, after miniature flume experiments based on the developed erosion control dam to prove structure function (material catch, deposit), it turned out the dam decreased flow sediment amount and velocity while increasing sediment-capturing capacity by 3.5 times on average compared to the one controlled without erosion control dam. When function of erosion control dam for forested catchment near urban area is quantified based on future flume experiments in a variety of conditions, the dams can be practically used in the urban area, contribution to effectively reducing debris flow damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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