In this study, a method to assess and monitor hydrological drought using remote sensing was investigated for use in regions with limited observation data, and was applied to the Upper Namhangang basin in South Korea, which was seriously affected by the 2008-2009 drought. Drought information may be obtained more easily from meteorological data based on water balance than hydrological data that are hard to estimate. Air temperature data at 2 m above ground level (AGL) were estimated using remotely sensed data, evapotranspiration was estimated from the air temperature, and the correlations between precipitation minus evapotranspiration (P-PET) and streamflow percentiles were examined. Land Surface Temperature data with $1{\times}1km$ spatial resolution as well as Atmospheric Profile data with $5{\times}5km$ spatial resolution from MODIS sensor on board Aqua satellite were used to estimate monthly maximum and minimum air temperature in South Korea. Evapotranspiration was estimated from the maximum and minimum air temperature using the Hargreaves method and the estimates were compared to existing data of the University of Montana based on Penman-Monteith method showing smaller coefficient of determination values but smaller error values. Precipitation was obtained from TRMM monthly rainfall data, and the correlations of 1-, 3-, 6-, and 12-month P-PET percentiles with streamflow percentiles were analyzed for the Upper Namhan-gang basin in South Korea. The 1-month P-PET percentile during JJA (r = 0.89, tau = 0.71) and SON (r = 0.63, tau = 0.47) in the Upper Namhan-gang basin are highly correlated with the streamflow percentile with 95% confidence level. Since the effect of precipitation in the basin is especially high, the correlation between evapotranspiration percentile and streamflow percentile is positive. These results indicate that remote sensing-based P-PET estimates can be used for the assessment and monitoring of hydrological drought. The high spatial resolution estimates can be used in the decision-making process to minimize the adverse impacts of hydrological drought and to establish differentiated measures coping with drought.
The purpose of this study is to demonstrate the positive effects of artificial ground greening on the reduction of carbon dioxide ($CO_2$) which can help improve ecological functions in cities and mitigation of climate change, through quantifying $CO_2$ uptake and evapotranspiration by the process of photosynthesis of some plants. Experiment of $CO_2$ uptake and evapotranspiration was conducted by measurement of $CO_2$ exchange rate using the infrared gas analyzer, for 7 month, growing season from May to November 2009, 2 times a month. The result was as follows; The $CO_2$ uptake quantity per $cm^2$ of Chrysanthemum zawadskii was the highest rate at $21.47{\times}10^{-6}g/cm^2/s$ and Poa pratensis was $16.20g{\times}10^{-6}g/cm^2/s$. The stronger was light of intensity, the higher were $CO_2$ uptake rate of most plants. In quantity of evapotranspiration, Poa pratensis was the highest rate at $8.75{\times}10^{-5}g/cm^2/s$ and Aquilegia buergariana was $8.66{\times}10^{-5}g/cm^2/s$. From this study, it is confirmed that artificial ground greening has capacity of absorption $CO_2$ and effects on improving urban microclimate.
The objective of this study was to analyze the changes in the hydrological environment in Soyanggang-dam watershed due to climate change results (in yews 2050 and 2100) which were simulated using CCCma CGCM2 based on SRES A2 and B2. The SRES A2 and B2 were used to estimate NDVI values for selected land use using the relation of NDVI-Temperature using linear regression of observed data (in years 1998$\sim$2002). Land use change based on SRES A2 and B2 was estimated every 5- and 10-year period using the CA-Markov technique based on the 1985, 1990, 1995 and 2000 land cover map classified by Landsat TM satellite images. As a result, the trend in land use change in each land class was reflected. When land use changes in years 2050 and 2100 were simulated using the CA-Markov method, the forest class area declined while the urban, bareground and grassland classes increased. When simulation was done further for future scenarios, the transition change converged and no increasing trend was reflected. The impact assessment of evapotranspiration was conducted by comparing the observed data with the computed results based on three cases supposition scenarios of meteorological data (temperature, global radiation and wind speed) using the FAO Penman-Monteith method. The results showed that the runoff was reduced by about 50% compared with the present hydrologic condition when each SRES and periods were compared. If there was no land use change, the runoff would decline further to about 3$\sim$5%.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.713-723
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2019
Due to the climate change and various rainfall pattern, it is difficult to estimate a rainfall criterion which cause inundation for urban drainage districts. It is necessary to examine the result of inundation analysis by considering the detailed topography of the watershed, drainage system, and various rainfall scenarios. In this study, various rainfall scenarios were considered with the probabilistic rainfall and Huff's time distribution method in order to identify the rainfall characteristics affecting the inundation of the Hyoja drainage basin. Flood analysis was performed with SWMM and two-dimensional inundation analysis model and the parameters of SWMM were optimized with flood trace map and GA (Genetic Algorithm). By linking SWMM and two-dimensional flood analysis model, the fitness ratio between the existing flood trace and simulated inundation map turned out to be 73.6 %. The occurrence of inundation according to each rainfall scenario was identified, and the rainfall criterion could be estimated through the logistic regression method. By reflecting the results of one/two dimensional flood analysis, and AWS/ASOS data during 2010~2018, the rainfall criteria for inundation occurrence were estimated as 72.04 mm, 146.83 mm, 203.06 mm in 1, 2 and 3 hr of rainfall duration repectively. The rainfall criterion could be re-estimated through input of continuously observed rainfall data. The methodology presented in this study is expected to provide a quantitative rainfall criterion for urban drainage area, and the basic data for flood warning and evacuation plan.
Jung, Su Young;Lee, Kwang Soo;Yoo, Byung Oh;Park, Yong Bae;Ju, Nam Gyu;Kim, Hyungho;Park, Joon Hyung
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.103
no.4
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pp.528-536
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2014
The aim of this study was to investigate the damage characteristics induced by winter freezing of evergreen broad-leaved trees distributed in urban area of warm temperate forest zone, which are gaining increased interest recently as climate change. The results of the study indicated that, as for 'stem injury', Camellia japonica Linne (59.6%) had the weakest damage, while Ternstroemia gymnanthera Sprague (83.3%) had the most severe damage. By the visual evaluation of freezing injury according to the characteristics of plantations environment, the observations of single planting (p<0.01) in planting method had weaker damage than those of group planting, the observations of under tree (p<0.001), plain (p<0.001), and organic matter plenty (p<0.05) in plantations characteristics had significant differences with relatively weaker damage than the observations of open space, slop, and scarcity, respectively. Tree height (-0.432) and crown width (-0.470) among growth factors were negatively correlated with the severity of damage, respectively. Therefore, the selection of tree species is vital for the successful creation of these urban forested area by making considerations of planting environment, and further research on evergreen broad-leaved trees is needed in this aspect.
Recently, the green spaces in the urban areas were greatly reduced due to urbanization and industrialization. As urban structures such as roads and buildings are built, the amount of impervious area within a watershed increases. High impervious surfaces are the common causes of high runoff volumes as the soil infiltration capacity decreases and the volume and rate of runoff increase thereby decreasing the groundwater recharge. These effects are causing many environmental problems, such as floods and droughts, climate change, heat island phenomenon, drying streams, etc. Most cities attempted to reduce sewer overflows by separating combined sewers, expanding treatment capacity or storage within the sewer system, or by replacing broken or decaying pipes. However, these practices can be enormously expensive than combined sewer overflows. Therefore, in order to improve these practices, alternative methods should be undertaken. A new approach termed as "Low Impact Development (LID)" technology is currently applied in developed countries around the world. The purpose of this study was to effectively manage runoff by adopting the LID techniques. Small Constructed Wetland(Horizontal Subsurface Flow, HSSF) Pilot-scale reactors were made in which monitoring and experiments were performed to investigate the efficiency of the system in removing pollutants from runoff. Based on the results of the Pilot-plant experiments, TSS, $COD_{Cr}$, TN, TP, Total Pb removal efficiency were 95, 82, 35, 91 and 57%, respectively. Most of the pollutants were reduced after passing the settling tank and the vertical filter media. The results of this study can contribute to the conservation of aquatic ecosystems and restoration of natural water cycle in the urban areas.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.4
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pp.545-553
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2021
The frequency by water disaster in urban areas are increasing continuously due to climate change and urbanization. Countermeasures are being conducted to reduce the damage caused by water disasters. An analysis based on permeability, one of the parameters that affect runoff, is needed to predict quantitative runoff in urban watersheds and study runoff reduction. In this study, the SWAT model was simulated for the oncheon stream basin, a representative urban stream in Busan. The permeability map was prepared by calculating the CN values for each hydrologic response unit. Based on the permeability map prepared, EPA SWMM analyzed the effect of LID technology application on the water cycle in the basin for short-term rainfall events. The LID element technology applied to the oncheon stream basin was rooftop greening in the residential complex, and waterproof packaging was installed on the road. The land cover status of the land selected based on the permeability map and the application of LID technology reduced the outflow rate, peak flow rate, and outflow rate and increased the infiltration. Hence, LID technology has a positive effect on the water cycle in an urban basin.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.22
no.1
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pp.154-167
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2019
As urban heat environment problems occur due to climate change, urban thermal environmental problems such as heat waves and tropical nights are becoming more serious in cities. In South Korea, forest areas favorable for generating cold air account for about 63 percent of the land area. Furthermore, the Jeongmaek, the axis of the main mountain ranges of Korea, is located close to the cities. Hence, the management of cold air is an effective way to improve the thermal environment of Korean cities. We selected the Nak-nam Jeongmaek located in the southern part of Korean Peninsular as well as two cities (Jinju-si and Sancheong-gun) located at the Jeongmaek to analyze its cold air characteristics and suggest management strategies of cold air. We used KALM (Kaltluftabflussmodell), a cold air simulation model developed in Germany and identified both the cold air flow and the height of cold air layer generated during 6 hours at night. As a result, the cold air flow generated in the Jeongmaek became clear and the height of cold air layer increased with time. Based on the results, we proposed management plans to maintain and expand the cold air flow. For example, forest areas with active cold air generation were designated as 'cold air conservation areas', and areas requiring management for good cold air flow were as 'cold air management areas'. This study is expected to be useful for establishing systematic urban ventilation plan to improve thermal environment in Korea cities.
Kim, Byung Sung;Kim, Jea Moon;Kim, Seong Su;Shin, Gang Wook;Lee, Sang Jin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.3
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pp.229-235
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2021
Globally, due to climate change and urbanization, problems with water cycle destruction in urban areas frequently occur. In order to solve this problem, LID technique is being actively conducted the application in urban and research. In this study, some areas of the new city located in Busan was constructed using a widely used SWMM model to verify the effectiveness of the LID technique. This is to present a plan to maximize the efficiency of urban water cycle of the stormwater management target figure and the LID scale calculation method. In addition, the efficiency of runoff reduction using stormwater storage basin was analyzed in urban development projects. By calculating the scale of customized LID for each sub basin, the amount of runoff and peak runoff after LID application was reduced by 86.8 % and 69.5 %, respectively. Depending on the application of the stormwater storage basin, the reduction effect of peak runoff from 0.5 m3/s to 4.9 m3/s and delay effect of 8 minutes to 10 minutes was shown.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.1
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pp.257-266
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2021
Urban areas can often suffer flood damage because of the more frequent catastrophic rainfall events from climate change. Flood mitigation measures consist of (1) structural and (2) non-structural measures. In this study, the proposed method focused on operating an urban drainage system among non-structural measures. The combined inland-river operation technique estimates the inflow of pump stations based on the water level obtained from a preselected monitoring point, and the pump station expels the stored rainwater to the riverside based on those estimates. In this study, the proposed method was applied to the Mokgam drainage watershed, where catastrophic rainfall events occurred (i.e., 2010- and 2011-years), and severe flood damage was recorded in Seoul. Using the proposed method, the efficiency of flood reduction from the two rainfall events was reduced by 34.9 % and 54.4 %, respectively, compared to the current operation method. Thus, the proposed method can minimize the flood damage in the Mokgam drainage watershed by reserving the additional storage space of a reservoir. In addition, flooding from catastrophic rainfall can be prevented, and citizens' lives and property in urban areas can be protected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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