토양침식을 예측하는 WEPP(Water Erosion Prediction Project)모델은 연방 정부기관이 토양과 물 보전 및 환경을 계획하고 평가하는데 활용하고자 1985년 8월 차세대 물에 의한 토양침식을 예측하기 위해 만들어졌다. 미농무성 농업연구소에 의해 개발된 WEPP 모델은 경험적인 침식 예측을 위한 도구로써 침투, 유거수, 강우와 물에 의한 토양입자의 분리, 침전물의 이동, 퇴적, 작물의 생장 및 수확 후 잔여물의 분해 등을 포함한 토양 침식과 관련된 많은 중요한 물리적 과정을 모의한다. WEPP 모델은 모델을 구성하는 모듈의 입력자료와 모델을 시험하기 위해서 필요한 자료를 경작지, 초지, 산림 등 광대한 현장 실험 결과들로부터 얻었다. 미국내 여러 농업연구소와 협력 대학 등 수 많은 연구소의 큰 노력으로 모델을 만들 수 있었다. WEPP 모델은 경사지 혹은 작은 유역 규모에 적용이 가능하며, 물리적 모델이기 때문에 미국과 다른 여러 나라에서 중요한 자연자원을 효과적으로 평가할 수 있다. 최근 들어 DOS프로그램으로 만들어진 초기 WEPP모델을 윈도우 인터페이스와 GIS프로그램을 통합하여 향상시켰다. 또한, 바람과 물에 의한 침식을 통합 예측하는 시스템을 쉽게 이용할 수 있도록 구축 중에 있다.
Kim, Min-Kyeong;Jung, Kang-Ho;Yun, Sun-Gang;Kim, Chul-Soo
한국환경농학회지
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제27권4호
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pp.314-320
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2008
During the summer season, more than half of the annual precipitation in Korea occurs during the summer season due to the geographical location in the Asian monsoon belt. So, this causes severe soil erosion from croplands, which is directly linked to the deterioration of crop/land productivity and surface water quality. Therefore, much attention has been given to develop accurate estimation tools of soil erosion. The aim of this study is to assess the performance of using the empirical Universal Soil Loss Equation (USLE) and the physical-based model of the Water Erosion Prediction Project (WEPP) to quantify eroded amount of soil from agricultural fields. Input data files, including climate, soil, slope, and cropping management, were modified to fit into Korean conditions. Chuncheon (forest) and Jeonju (level-plain) were selected as two Korean cities with different topographic characteristics for model analysis. The results of this current study indicated that better soil erosion prediction can be achieved using the WEPP model since it has better power to illustrate a higher degree of spatial variability than USLE in topography, precipitation, soils, and crop management practices. These present findings are expected to contribute to the development of the environmental assessment program as well as the conservation of the agricultural environment in Korea.
Managing erosion control dams requires the annual average sediment yield to determine their storage capacity and time to full sediment-fill and dredging. The GeoWEPP (Geo-spatial interface for Water Erosion Prediction Project) model can predict the annual average sediment yield from various land uses and vegetation covers at a watershed scale. This study assessed the GeoWEPP to determine the annual average sediment yield for managing erosion control dams by applying it to five erosion control dams and comparing the results with field observations using ground-based LiDAR (light detection and ranging). The modeling results showed some differences with the observed sediment yields. Therefore, GeoWEPP is not recommended to determine the annual average sediment yield for erosion control dams. Moreover, when using the GeoWEPP, the following is recommended :1) use the US WEPP climate files with similar latitude, elevation and precipitation modified with monthly average climate data in Korea and 2) use soil files based on forest soil maps in Korea. These methods resulted in GeoWEPP predictions and field observations of 0 and 63.3 Mg·yr-1 for the Gangneung, 142.3 and 331.2 Mg·yr-1 for the Bonghwa landslide, 102.0 and 107.8 Mg·yr-1 for the Bonghwa control, 294.7 and 115.0 Mg·yr-1 for the Chilgok forest fire, and 0 and 15.0 Mg·yr-1 for the Chilgok control watersheds. Application of the GeoWEPP in Korea requires 1) building a climate database fit for the WEPP using the meteorological data from Korea and 2) performing further studies on soil and streamside erosion to determine accurate parameter values for Korea.
The purpose of this study was to estimate of soil loss form hillslope using WEPP(Water Erosion Prediction Project) model. WEPP model was developed for predicting soil erosion and deposition, fundamentally based on soil erosion prediction technology. The model for predicting sediment yields from single storms was applied to a tested watershed. Surface runoff is calculated by kinematic wave equation and infiltration is based on the Green and Ampt equation. Governing equations for sediment continuity, detachment, deposition, shear stress in rills, and transport capacity are presented. Tested watershed has an area of 0.6ha, where the runoff and sediment data were collected. The relative error between predicted and measured runoff was $-16.6{\sim}2.2%$, peak runoff was $-15.6{\sim}2.2%$ and soil loss was $-23.9{\sim}356.5%$.
산불 사면의 토양침식에 대하여 세 개의 토양침식 모형의 적용성을 평가하였다. 영동지역에서 발생한 2000년 대규모 산불지역 조사구에서 조사된 자료가 분석에 사용되었다. 본 연구에서 채택한 토양침식 모형은 경험적 모형인 RUSLE, 물리적 모형인 WEPP의 산림지역 적용 모드, 산불사면을 대상으로 개발된 SEMMA이다. 이들 모형으로 산정한 지표유출량과 토양 침식량을 관측치와 비교하였다. 적용결과 모든 모형들은 토사유출량의 최대치를 저평가 하였으며, RUSLE와 WEPP은 2배 이상의 차이를 보였다. SEMMA는 가장 좋은 모형반응계수, 결정계수, 모의효율을 나타내었다. 산불발생 경과연수에 따른 모형 적용 평가에서 산불에 의해 교란된 초기 단계에서는 모든 모형이 저평가하였다. 산불 사면에 대한 토양침식 모의 결과는 관측치가 크면 과소 예측하는 경향을 보였다. 산불직후 반발수력이 커진 고은입자 토양의 과대 노출로 작은 규모의 강우에도 많은 양의 토사유출이 발생할 수 있음에도 불구하고 이와 같이 과소 예측하는 것은 이들 모형이 산불의 영향으로 가중되는 토양침식 영향인자를 반영하는데 한계를 갖고 있기 때문으로 보인다.
The paper presents the results from the applications of the Water Erosion Prediction Project (WEPP) model to a single plot, and also a small watershed in the Mid Korean Peninsula which is comprised of hillslopes and channels along the water courses. Field monitoring was carried out to obtain total runoff, peak runoff and sediment yield data from research sites. For the plot of 0.63 ha in size, cultivated with com, the relative error of the simulated total runoff, peak runoff rates, and sediment yields using WEPP ranged from -16.6 to 22%, from -15.6 to 6.0%, and from 23.9 to 356.4% compared to the observed data, respectively. The relative errors for the upland watershed of 5.1 ha ranged from -0.7 to 11.1 % for the total runoff, from -6.6 to 35.0 % for the sediment yields. The simulation results seem to justify that WEPP is applicable to the Korean dry croplands if the parameters are correctly defined. The results from WEPP applications showed that the major source areas contributing sediment yield most are downstream parts of the watershed where runoff concentrated. It was suggested that cultural practice be managed in such a way that the soil surface could be fully covered by crop during rainy season to minimize sediment yield. And also, best management practices were recommended based on WEPP simulations.
This paper presents the result of the Water Erosion Prediction Project(WEPP) watershed scale model's application for prediction of sediment yield from a watershed which is comprised of hillslopes and channels and analyses of the soil loss from hillslopes and channels with crop practice and shape. To evaluate the model's application, the model is applied to a watershed that comprised of six hillslope and one channel, and the result was a good agreement with the observed values. The soil loss from hillslope was increased as the hills lope was under fallow conditions and slope length was longer. The soil loss from the channel was increased at the downstream for the concentration of flow.
It has been known that Golf course could impose negative impacts on water-ecosystem if pollutant-laden runoff is not treated well. It is important to control non-point source and re-use treated wastewater from the golf course to secure water quality of receiving waterbodies. At golf courses, the rainfall-runoff is affected by various practices to manage grasses. In many hydrological modelings, especially in simple rainfall-runoff modeling, effects on runoff of plant growth and cutting are not considered. In the study, the water erosion prediction project (WEPP), capable of simulating plant growth and various management, was evaluated for its runoff prediction from golf course under grass cutting and irrigation. The %Difference, $R^2$ and the NSE for runoff comparisons were 1.15%, 0.93 and 0.92 for calibration, and 18.12%, 0.82 and 0.88 for validation period, respectively. In grass cutting scenario, grass height was managed to be 18~25 mm. The estimated runoff was decreased by 27%. The difference in estimated total runoff was 11.8% depending on irrigation. As shown in this study, if grass management and irrigation are well-controlled, water quality of downstream areas could be obtained.
To control non-point source pollution at a watershed scale, rainfall-runoff characteristics from forest watersheds should be investigated since the forest is the dominant land use in Korea. Long-term monitoring would be an ideal method. However, computer models have been utilized due to limitations in cost and labor in performing long-term monitoring at the watersheds. In this study, the Geo-spatial interface to the Water Erosion Prediction Project (GeoWEPP) model was evaluated for its runoff prediction from a coniferous forest dominant watersheds. The $R^2$ and the NSE for calibrated result comparisons were 0.77 and 0.63, validated result comparisons were 0.92, 0.89, respectively. These comparisons indicated that the GeoWEPP model can be used in evaluating rainfall-runoff characteristics. To estimate runoff changes from a coniferous forest watershed with various cover degree scenarios, ten cover degree scenarios (10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%) were run using the calibrated GeoWEPP model. It was found that runoff increases with decrease in cover degree. Runoff volume was the highest ($206,218.66m^3$) at 10% cover degree, whereas the lowest ($134,074.58m^3$) at 100% cover degree due to changes in evapotranspiration under various cover degrees at the forest. As shown in this study, GeoWEPP model could be efficiently used to investigate runoff characteristics from the coniferous forest watershed and effects of various cover degree scenarios on runoff generation.
Several computer programs have been developed to make stochastically generated weather data from observed daily data. But they require fully dataset to run WGEN. Mostly, meterological data frequently have sporadic missing data as well as totally missing data. The modified WGEN has data filling algorithm for incomplete meterological datasets. Any other WGEN models have not the function of data filling. Modified WGEN with data filling algorithm is processing from the equation of Matalas for first order autoregressive process on a multi dimensional state with known cross and auto correlations among state variables. The parameters of the equation of Matalas are derived from existing dataset and derived parameters are adopted to fill data. In case of WGEN (Richardson and Wright, 1984), it is one of most widely used weather generators. But it has to be modified and added. It uses an exponential distribution to generate precipitation amounts. An exponential distribution is easier to describe the distribution of precipitation amounts. But precipitation data with using exponential distribution has not been expressed well. In this paper, generated precipitation data from WGEN and Modified WGEN were compared with corresponding measured data as statistic parameters. The modified WGEN adopted a formula of CLIGEN for WEPP (Water Erosion Prediction Project) in USDA in 1985. In this paper, the result of other parameters except precipitation is not introduced. It will be introduced through study of verification and review soon
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[게시일 2004년 10월 1일]
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