Litter wastes on highway runoff are gradually being considered one of the major pollutants of concern in protecting the integrity of receiving waters for beneficial use. The California State Water Resources Control Board has identified in their 303(d) list at least 36 water bodies where trash or litter is considered a pollutant of concern. The first TMDL adopted by the Region 4 (Los Angeles area) of the California State Water Quality Control Board was for trash in the Los Angeles River. The first flush characteristic study was developed to obtain first flush water quality and litter data from representative stormwater runoff from standard highway drainage outfalls in the Los Angeles area. Total captured gross pollutants in stormwater runoff were monitored at six Southern California highway sites over two years. The gross pollutants were 90% vegetation and 10% litter. Approximately 50% of the litter was composed of biodegradable materials. The event mean concentrations show an increasing trend with antecedent dry days and a decreasing trend with total runoff volume or total rainfall. Event mean concentrations were ranged 0.0021 to 0.259g/L for wet gross pollutants and 0.0001 to 0.027g/L for wet litters. The first flush phenomenon was evaluated and the impacts of various parameters such as rainfall intensity, drainage area, peak flow rate, and antecedent dry period on litter volume and loading rates were evaluated. First flush phenomenon was generally observed for litter concentrations, but was not apparent with litter mass loading rates. Litter volume and loading rates appear to be directly related to peak storm intensity, antecedent dry days and total flow volume.
Runoff behaviors by five bias correction methods were analyzed, which were Change Factor methods using past observed and estimated data by the estimation scenario with average annual calibration factor (CF_Y) or with average monthly calibration factor (CF_M), Quantile Mapping methods using past observed and estimated data considering cumulative distribution function for entire estimated data period (QM_E) or for dry and rainy season (QM_P), and Integrated method of CF_M+QM_E(CQ). The peak flow by CF_M and QM_P were twice as large as the measured peak flow, it was concluded that QM_P method has large uncertainty in monthly runoff estimation since the maximum precipitation by QM_P provided much difference to the other methods. The CQ method provided the precipitation amount, distribution, and frequency of the smallest differences to the observed data, compared to the other four methods. And the CQ method provided the rainfall-runoff behavior corresponding to the carbon dioxide emission scenario of SRES A1B. Climate change scenario with bias correction still contained uncertainty in accurate climate data generation. Therefore it is required to consider the trend of observed precipitation and the characteristics of bias correction methods so that the generated precipitation can be used properly in water resource management plan establishment.
본 연구에서는 복수의 충격응답함수를 유도하고 이를 이용하여 유역의 강우-유출 특성을 분석하였다. 복수의 충격응답함수를 유도하기 위해 경쟁적 충격응답함수라는 개념을 이용하였다. 이 개념에 따르면 각 충격응답함수는 관측된 유출의 모의에 선택되기 위해 서로 경쟁을 하게 된다. 이와 같은 경쟁적 충격응답의 개념은 정선, 영월, 영춘 및 충주댐 등 4개의 유역에 적용하였다. 각각의 유역에 대해 하나에서 세 개까지의 충격응답을 유도하고 아울러 유역의 특성을 고려하여 비교하였다. 먼저 하나의 충격응답을 유도하는 경우, 그 크기는 유역면적이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 두 개의 충격응답함수를 유도한 경우에서는 첫 번째 충격응답의 첨두값 및 두 번째 충격응답의 지속기간이 유역의 크기에 비례하여 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 세 개의 충격응답함수를 유도한 결과는 전체적으로 두개의 충격응답을 유도한 결과와 유사하게 나타났다. 그러나 세 번째 충격응답은 그 첨두값의 크기가 상당히 작고 아울러 지속기간이 매우긴 형태로 나타남을 파악하였다. 이상의 결과를 유역의 특성을 고려하여 종합해 보면, 첫 번째 충격응답은 직접유출과 밀접한 관련이 있으며, 두 번째 충격응답은 직접유출 및 중간유출의 특성을 함께 나타내고, 마지막으로 세 번째 충격응답은 중간유출 및 기저유출의 특성을 나타내는 것으로 보인다.
For the calibration of rainfall-runoff model, automatic calibration methods are used instead of manual calibration to obtain the reliable modeling results. When mathematical programming techniques such as linear programming and nonlinear programming are applied, there is a possibility to arrive at the local optimum. To solve this problem, genetic algorithm is introduced in this study. It is very simple and easy to understand but also applicable to any complicated mathematical problem, and it can find out the global optimum solution effectively. The objective of this study is to develope a parameter optimization program that integrate a genetic algorithm and a rainfall-runoff model. The program can calibrate the various parameters related to the runoff process automatically. As a rainfall-runoff model, SWMM is applied. The automatic calibration program developed in this study is applied to the Jangcheon watershed flowing into the Youngrang Lake that is in the eutrophic state. Runoff surveys were carried out for two storm events on the Jangcheon watershed. The peak flow and runoff volume estimated by the calibrated model with the survey data shows good agreement with the observed values.
The dynamics of water quality with the storm events were analyzed in a small reservoir for irrigation, Lake Wangkung. Water quality of the inflowing stream fluctuated seasonally with the variation of flow rate. Thermal stratification was consistent from April to October below 2 m depths and anoxic layer was developed below 2 m depth in summer. The unique feature of temperature showed that thermal stratification was disrupted by a heavy rain event during monsoon, but hypolimnetic hypoxia were reestablished after a few days. Phosphorus and nitrogen increased immediately following storm events. The marked increase may be due to the input of P-rich storm runoff from the watershed. Internal phosphorus loading can be one of the explanations for TP increases in summer. When there was a storm, total populations of phytoplankton and zooplankton was reduced immediately following the storm, indicating possible flushing of algae and zooplankton. After a lag period of low-density the plankton population bloomed to a peak again within five days after the storm. Turbid water in lake became clear again which coincided with the time of the phytoplankton buildup. The results demonstrate that water quality is regulated greatly by rainfall intensity in Lake Wangkung.
The optimum volume of sediment settling pond is determined by the maximum rainfall and surface peak rate runoff from crop field. Based on analysis of measured rainfall and runoff data, it was found that rainfall intensity of 2 mm/min would result in peak rate runoff from the agricultural field of study area. Optimum pond volume under various slope scenarios were determined using the WEPP model calibrated with measured flow and sediment data for the study watershed. For the agricultural field with the slope of 7 % and area of $2,600\;m^2$ at the study area, at least $6.4\;m^3$ of sediment settling pond is needed as shown in this study. The results presented in this study could be used as a guide in designing appropriate volume of sediment settling pond at highland agricultural areas because both very detailed field measurement and calibrated WEPP model results are used in the analysis.
격자기반 운동파 강우유출모형 KIMSTORM(grid-based KIneMatic wave STOrm Runoff Model)은 유역의 지표흐름, 지표하흐름 및 하천흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있다. 본 모형은 유닉스 운영체제의 C++언어로 개발되었으며, 각 셀에서의 흐름을 모의하기 위하여 단방향흐름 알고리즘과 격자기반 수문학적 물수지요소를 채택하고 있으나 운영에 몇몇 제약사항이 있다. 본 연구에서는 기존모형을 개선하고자 하였으며, MS Windows 운영체제에서 실행 가능하도록 FORTRAN 90 언어를 이용하여 ModKIMSTORM을 개발하였다. 기존모형에 비해 개선된 주요사항으로, 물리적 기반의 침투기법인 GAML(Green-Ampt & Mein-Larson) 침투모형 추가, 격자 유출심과 Manning 조도계수에 의한 논에서의 지표유출 제어, 지표격자의 기저유출 요소 추가, 공간강우와 지점강우의 처리, 전 후 처리부문 개발, 5개 평가항목(피어슨의 결정계수 $R^2$, Nash & Sutcliffe 모형효율 E, 유출용적 편차 $D_v$, 첨두유출의 상대오차 $EQ_p$, 첨두시간의 절대오차 $ET_p$)을 이용한 모의결과의 자동 평가 기능을 개발하였다. 추가적으로, 모형의 계산효율을 향상시키고 지표격자의 기저유출을 하천격자로 이송하기 위하여 쉘정렬 알고리즘을 채택하였다. 모형의 입력자료는 ESRI ArcInfo W/S 또는 ArcView와 같은 GIS 소프트웨어 및 MS Excel을 이용하여 간단히 구축할 수 있으며, 모의결과의 공간적 분포를 확인할 수 있는 토양수분, 지표유출, 유출심 및 유속분포도는 BSQ, ESRI ASCII Grid, ESRI Binary Grid 및 IDRISI Raster 형식으로 출력할 수 있도록 개선하였다.
기상레이더와 지형정보 시스템을 이용한 홍수사상에 기초하고, 운동역학적이며, 초과강우가 고려된 분포형 강우-유출 유역모형이 개발되었다. 이 유역모형에서 강우로 인한 지표면 유출 및 지표면 흐름과 관련된 각종 변수의 공간적 변동성과 불확실성을 인식하고 설명한다. 개발된 모형은 래스터 지형정보시스템과 공간적ㆍ시간적으로 변하는 강우자료와 호환된다. 몬테칼로 모의와 우도값이 이 모형의 검정을 위하여 이용되었으며, 검정 모형으로부터 반응되는 시스템의 가능범위가 허용되었다. 레이더-강우 추정에 대한 보정으로 강우계가 이용되고, 복잡한 토지이용 상태인 미국 덴버시 도시배수홍수조절 구역내에 있는 두 개 유역들(Ralston Creek와 Goldsmith Gulch 유역)의 제한된 기왕 홍수사상에 이 모형이 적용되었다. 제한된 수의 몬테칼로 모의들과 고려된 홍수사상들을 근거로 관측수문곡선과 계산수문곡선을 비교하여, Nash와 Sutcliffe 효율점수의 범위를 얻게 되었으며, 그 범위는 Ralston Creek과 Goldsmith Gulch 유역에 대한 검정모형들로부터 각각 -0.19∼0.95와 -0.75∼0.81이다. 또 한, Ralston Creek과 Goldsmith Gulch 유역의 Nash와 Sutcliffe 효율점수는 유출용적에 대해 각각 0.88과 0.1, 첨두유량에 대해 0.14와 0.71, 첨두유량 도달시간에 대해 0.99와 0.95로 평가되었다.
본 연구에서는 강우의 공간분포에 따른 토사유출의 특성을 토조 실험을 통해 탐구하였다. 강우의 공간분포는 강우 집중위치를 사면의 중앙부와 상류부로 각각 설정함으로 조정하였다. 토사유출의 시간적 변동성을 충분히 포착하기 위해 장시간(8 시간)의 실험시간 동안 높은 시간해상도(10 분)로 직접유출량, 지하수유출량, 토사유출량을 측정하였다. 그 결과, 강우를 토조의 상류부에 위치시킬수록 토사유출량곡선의 첨둣값은 감소하고 누적토사유출량은 증가하였다. 누적토사유출량은 시간에 따라 선형적으로 증가하였으나, 그 증가율이 2 시간을 기준으로 급격히 감소하였다. 이러한 점은 현재 총량 위주로 기록되어있는 토사유출 실측자료를 사용함에 있어 고려해야 할 사항이라고 결론지을 수 있다. 본 연구 결과는 또한, 향후의 토사유출량 실측은 높은 시간해상도로 측정될 필요가 있음을 시사한다.
Now days, heavy storm occur to be continue. It is hard to use before frequency based on flood discharge for decision that design water pocket structure. We need to estimation of frequency based on flood discharge on the important basin likely city or basin that damage caused by flood recurrence. In this paper flood discharge calculated by Clark watershed method and SCS synthetic unit hydrograph method about upside during each minute of among time distribution method of rainfall, Huff method choosing Bocheong Stream basin that is representative basin of International Hydrologic Project (IHP) about time distribution of rainfall that exert big effect at flood discharge estimate to research target basin because of and the result is as following. Relation between probability flood discharge that is calculated through frequency analysis about flood discharge data and rainfall - runoff that is calculated through outward flow model was assumed about $48.1{\sim}95.9%$ in the case of $55.8{\sim}104.0%$, SCS synthetic unit hydrograph method in case of Clark watershed method, and Clark watershed method has big value overly in case of than SCS synthetic unit hydrograph method in case of basin that see, but branch of except appeared little more similarly with frequency flood discharge that calculate using survey data. In the case of Critical duration, could know that change is big area of basin is decrescent. When decide time distribution type of rainfall, apply upside during most Huff 1-ST because heavy rain phenomenon of upsides appears by the most things during result 1-ST about observation recording of target area about Huff method to be method to use most in business, but maximum value of peak flood discharge appeared on Huff 3-RD too in the case of upside, SCS synthetic unit hydrograph method during Huff 3-RD incidental of this research and case of Clark watershed method. That is, in the case of Huff method, latitude is decide that it is decision method of reasonable design floods that calculate applying during all $1-ST{\sim}4-TH$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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