In this paper, the Hydrologic Simulation Program-Fortran (HSPF) was validated to estimate the pollutant loads from rural small watershed. The study watershed was the HP#6 subwatershed in Balhan reservoir watershed, located southwest from Suwon. The drainage area of HP#6 study watershed was 3.85$\textrm{km}^2$. Parameters of the HSPF model related to hydrology and water quality were calibrated from 1996 to 1997, and validated from 1999 to 2000 using observed hydrologic and water quality data. The average simulated runoff ratio for the calibration period was 0.579 and the measured runoff ratio was 0.583. The root mean square error (RMSE) for runoff during the calibration period was 2.1mm and correlation coefficient ($R^2$) was 0.92. Regarding the total nitrogen simulation, the RMSE was 0.086kg/ha/day and $R^2$ was 0.81 for the calibration period. In the case of total phosphorus, the RMSE was 0.012kg/ha/day and $R^2$ was 0.70 for the calibration period.
The LH-OAT (Latin Hypercube One factor At a Time) method for sensitivity analysis and SCE-UA (Shuffled Complex Evolution at University of Arizona) optimization method were applied for the automatic calibration of SWAT model in Bocheong-cheon watershed. The LH-OAT method which combines the advantages of global and local sensitivity analysis effectively identified the sensitivity ranking for the parameters of SWAT model over feasible parameter space. Use of this information allows us to select the calibrated parameters for the automatic calibration process. The performance of the automatic calibration of SWAT model using SCE-UA method depends on the length of calibration period, the number of calibrated parameters, and the selection of statistical error criteria. The performance of SWAT model in terms of RMSE (Root Mean Square Error), NSEF (Nash-Sutcliffe Model Efficiency), RMAE (Relative Mean Absolute Error), and NMSE (Normalized Mean Square Error) becomes better as the calibration period and the number of parameters defined in the automatic calibration process increase. However, NAE (Normalized Average Error) and SDR (Standard Deviation Ratio) were not improved although the calibration period and the number of calibrated parameters are increased. The result suggests that there are complex interactions among the calibration data, the calibrated parameters, and the model error criteria and a need for further study to understand these complex interactions at various representative watersheds.
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.
Kim, Yong-Seok;Yang, Sung-Kee;Yu, Kwon-Kyu;Kim, Dong-Su
Journal of Environmental Science International
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v.22
no.5
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pp.581-589
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2013
Surface Image Velocimetry(SIV) is an instrument to measure water surface velocity by using image processing techniques. Since SIV is a non-contact type measurement method, it is very effective and useful to measure water surface velocity for steep mountainous streams, such as streams in Jeju island. In the present study, a surface imaging velocimetry system was used to calculate the flow rate for flood event due to a typhoon. At the same time, two types of electromagnetic surface velocimetries (electromagnetic surface current meter and Kalesto) were used to observe flow velocities and compare the accuracies of each instrument. The comparison showed that for velocity distributions root mean square error(RMSE) was 0.33 and R-squared was 0.72. For discharge measurements, root mean square error(RMSE) reached 6.04 and R-squared did 0.92. It means that surface image velocimetry could be used as an alternative method for electromagnetic surface velocimetries in measuring flood discharge.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.66
no.4
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pp.51-57
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2024
This study was conducted on how to simulate runoff, which was done using existing physical models, using an LSTM (Long Short-Term Memory) model based on deep learning. Tancheon, the first tributary of the Han River, was selected as the target area for the model application. To apply the model, one water level observatory and four rainfall observatories were selected, and hourly data from 2020 to 2023 were collected to apply the model. River water level of the outlet of the Tancheon basin was simulated by inputting precipitation data from four rainfall observation stations in the basin and average preceding 72-hour precipitation data for each hour. As a result of water level simulation using 2021 to 2023 data for learning and testing with 2020 data, it was confirmed that reliable simulation results were produced through appropriate learning steps, reaching a certain mean absolute error in a short period time. Despite the short data period, it was found that the mean absolute percentage error was 0.5544~0.6226%, showing an accuracy of over 99.4%. As a result of comparing the simulated and observed values of the rapidly changing river water level during a specific heavy rain period, the coefficient of determination was found to be 0.9754 and 0.9884. It was determined that the performance of LSTM, which aims to simulate river water levels, could be improved by including preceding precipitation in the input data and using precipitation data from various rainfall observation stations within the basin.
This study presents a probabilistic distributed hydrological model for Ephemeral catchment, where zero flow often occurs due to the influence of distinct climate characteristics in South Korea. The gridded hydrological model is developed by combining the Sacramento Soil Moisture Accounting Model (SAC-SMA) runoff model with a routing model. In addition, an error model is employed to represent a probabilistic hydrologic model. To be specific, the hydrologic model is coupled with a censoring error model to properly represent the features of ephemeral catchments. The performance of the censoring error model is evaluated by comparing it with the Gaussian error model, which has been utilized in a probabilistic model. We first address the necessity to consider ephemeral catchments through a review of the extensive research conducted over the recent decade. Then, the Yongdam Dam catchment is selected for our study area to confirm the usefulness of the hydrologic model developed in this study. Our results indicate that the use of the censored error model provides more reliable results, although the two models considered in this study perform reliable results. In addition, the Gaussian model delivers many negative flow values, suggesting that it occasionally offers unrealistic estimations in hydrologic modeling. In an in-depth analysis, we find that the efficiency of the censored error model may increase as the frequency of zero flow increases. Finally, we discuss the importance of utilizing the censored error model when the hydrologic model is applied for ephemeral catchments in South Korea.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.43
no.2
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pp.85-93
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2001
The basic concept of the model is to minimize the error range between forecasted flood inflow and actual flood inflow, and forecast accurately the flood discharge some hours in advance depending on the concentration time(Tc) and soil moisture retention storage(Sa). Simplex method that is a multi-level optimization technique was used to search for the determination of the best parameters of RETFLO (REal-Time FLOod forecasting) model. The flood forecasting model developed was applied to several strom event of Yedang reservoir during past 10 years. Model perfomance was very good with relative errors of 10% for comparison of total runoff volume and with one hour delayed peak time.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2001.10a
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pp.295-299
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2001
To protect the flooding damages in Medium and Small watershed, it needs to set up flood warning system and develope Flood forecasting Model in real-time basis for medium and small watershed. In this study, it was able to minimize the error range between forecasted flood inflow and actual flood inflow, and forecast accurately the flood discharge some hours in advance by using simplex method recursively for the determination of the best parameters of RETFLO model. The result of RETFLO performance applied to several storm of Yugu river during 3 past years was very good with relative errors of 10% for comparison of total runoff volume and with one hour delayed peak time.
The objective of this study was to develop a hydrologic simulation model to predict daily streamflow from a small agricultural watershed considering irrigation return flow. The proposed IREFLOW(Irrigation REturn FLOW) model consists of hillslope runoff model, irrigation scheme drainage model, and irrigation return flow model, and simulates daily streamflow from an irrigated watershed. Two small watersheds were selected for monitoring of hydrological components and evaluating the model application. The relative error (RE) between observed and simulated daily streamflow were 2.9% and 6.4%, respectively, on two small agricultural watersheds (Baran and Gicheon) for the calibration period. The values of RE in daliy streamflow for the validation period were 6.0% for the Baran watershed, and 2.8% for the Gicheon watershed.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.1
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pp.102-114
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2003
The objectives of the paper are to evaluate cell based pollutant loadings for different storm events, to monitor the hydrology and water quality of the Baran HP#6 watershed, and to validate AGNPS with the field data. Simplification was made to AGNPS in estimating storm erosivity factors from a triangular rainfall distribution. GIS-AGNPS interface model consists of three subsystems; the input data processor based on a geographic information system. the models. and the post processor Land use patten at the tested watershed was classified from the Landsat TM data using the artificial neural network model that adopts an error back propagation algorithm. AGNPS model parameters were obtained from the GIS databases, and additional parameters calibrated with field data. It was then tested with ungauged conditions. The simulated runoff was reasonably in good agreement as compared with the observed data. And simulated water quality parameters appear to be reasonably comparable to the field data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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