Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
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pp.24-30
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2000
A system for evaluating streamflow data (KORSAS) was developed, and is operated using PC based Windows to help the hydrological observation practitioner's working in Korea Water Resources Corporation (KOWACO). This system has modules including; DB access and data management, flow measurement arranging, H-Q relation deriving, area rainfall calculating, flow calculating, and flow evaluating modules. Evaluation of observed streamflow is accomplished through the following processes. First, hourly streamflow data is calculated from water level data stored in a DB server by applying the rating relationship between water level and flow rates derived from the past flow measurements. Second, hourly areal rainfal data is calculated from point data stored in the DB server by applying Thiessen networks. Third, hydrographs are displayed on a daily, weekly, monthly, or seasonal duration basis, and are compared to hydrographs of reservoir inflow, hydrographs at water level observation stations and hydrographs derived from simulated results using models.
Streamflow patterns at two gauging stations in Korea, An-Dong dam and Chung-Ju dam, are statistically analyzed in relation to EI Nino/Southern Oscillation (ENSO). As a measure of ENSO, the Southern Oscillation Index (SOI) is used on a monthly and seasonal basis. The traditional correlation analysis shows that cross correlations of the SOI with the seasonal streamflow are generally weak. To investigate the relationship between the extreme values of the SOI, which represent the EI Nino and La Nina events, and the corresponding streamflow patterns, the composite analysis is employed in this study. The composite analysis demonstrates that when EI Nino occurs, seasonal streamflows at An-Dong and Chung-Ju dams during the period from September of the EI Nino year to February of the following year appear to be drier than their means.
Since the accuracy of climate forecast information has improved from better understanding of the climatic system, particularly, from the better understanding of ENSO and the improvement in meteorological models, the forecasted climate information is becoming the important clue for streamflow prediction. This study investigated the available climate forecast information to improve the extended streamflow prediction in Korea, such as MIMI(Monthly Industrial Meteorological Information) and GDAPS(Global Data Assimilation and Prediction) and measured their accuracies. Both MIMI and the 10-day forecast of GDAPS were superior to a naive forecasts and peformed better for the flood season than for the dry season, thus it was proved that such climate forecasts would be valuable for the flood season. This study then forecasted the monthly inflows to Chungju Dam by using MIMI and GDAPS. For MIMI, we compared three cases: All, Intersection, Union. The accuracies of all three cases are better than the naive forecast and especially, Extended Streamflow Predictions(ESPs) with the Intersection and with Union scenarios were superior to that with the All scenarios for the flood season. For GDAPS, the 10-day ahead streamflow prediction also has the better accuracy for the flood season than for the dry season. Therefore, this study proved that using the climate information such as MIMI and GDAPS to reduce the meteorologic uncertainty can improve the accuracy of the extended streamflow prediction for the flood season.
A menu-driven shell program DSFS (Daily Streamflow Simulation Model), that can process the input data, optimize the parameters, execute the program, and graphically display the results of a modified tank model, was developed and applied to simulating daily streamflow from small watersheds. The model defines daily watershed evapotranspiration losses from potential values multiplied by monthly landuse coefficients and correction factors for soil water storage levels. The parameters were calibrated using observed hydrologic data for fifteen watersheds, and the results were correlated with watershed parameters to define empirical relationships. The proposed model was tested with streamflow data of ungaged conditions, and the simulation results overestimated the annual runoff.
A monthly Ensemble Streamflow Prediction (ESP) system was developed by applying a daily rainfall-runoff model known as the Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation (SSARR) model to the Han, Nakdong, and Seomjin River basins in Korea. This study first assesses the accuracy of the averaged monthly runoffs simulated by SSARR for the 3 basins and proposes some improvements. The study found that the SSARR modeling of the Han and Nakdong River basins tended to significantly underestimate the actual runoff levels and the modeling of the Seomjin River basinshowed a large error variance. However, by implementing optimal linear correction (OLC), the accuracy of the SSARR model was considerably improved in predicting averaged monthly runoffs of the Han and Nakdong River basins. This improvement was not seen in the modeling of the Seomjin River basin. In addition, the ESP system was applied to forecast probabilistic runoff forecasts one month in advance for the 3 river basins from 1998 to 2003. Considerably improvement was also achieved with OLC in probabilistic forecasting accuracy for the Han and Nakdong River basins, but not in that of the Seomjin River basin.
Hydrological simulation Program-Fortran (HSPF) model was used to simulate streamflow and snow depth at Pyengchang watershed. The selected Global Climate Models (GCMs) provided by the Coupled Model Intercomparision Project Phase 3 (CMIP3) were utilized to evaluate streamflow and snow depth driven by future climate scenarios, including A1, A1B, and B1. Bias-correlation and temporal downscaling processes have been performed to minimize systematic errors between GCMs and HSPF. Based on simulated monthly streamflow and snow depth after calibration, the results indicate that HSPF performs well. The correlation coefficient between the observed and simulated monthly streamflow is 0.94. Snow depth simulations also show high correlation coefficient, which is 0.91. The results indicate that snow depth in 2018 at Pyongchang winter olympic venues will decrease by 17.62%, 9.38%, and 7.25% in January, February, and March respectively, based on streamflow realizations induced by all GCMs ensembles.
To estimate the severity of streamflow drought, this study introduced the concept of streamflow drought index based on threshold level method and Seomjingang Dam inflow was applied. Threshold levels used in this study are fixed, monthly and daily threshold, The $1^{st}{\sim}3^{rd}$ analysis results of annual drought, the severe hydrological droughts were occurred in 1984, 1988 and 1995 and the drought lasted for a long time. Annual compared to extreme values of total water deficit and duration, the drought occurred in 1984, 1988, 1995 and 2001 was serious level. In the results of study, because a fixed threshold level is not reflect seasonal variability, at least the threshold under seasonal level was required. Threshold levels determined by the monthly and daily were appropriate. The proposed methodology in this study can be used to forecast low-flow and determine reservoirs capacity.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.4
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pp.127-135
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2012
This paper introduced the flow forecast modeling system that a water management agency in west central Florida, Tampa Bay Water has been operated to forecast monthly rainfall and streamflow in the Tampa Bay region, Florida. We evaluated current 1-year monthly rainfall forecasts and flow forecasts and actual observations to investigate the benefits of incorporating rainfall forecasts into monthly flow forecast. Results for rainfall forecasts showed that the observed annual cycle of monthly rainfall was accurately reproduced by the $50^{th}$ percentile of forecasts. While observed monthly rainfall was within the $25^{th}$ and $75^{th}$ percentile of forecasts for most months, several outliers were found during the dry months especially in the dry year of 2007. The flow forecast results for the three streamflow stations (HRD, MB, and BS) indicated that while the 90 % confidence interval mostly covers the observed monthly streamflow, the $50^{th}$ percentile forecast generally overestimated observed streamflow. Especially for HRD station, observed streamflow was reproduced within $5^{th}$ and $25^{th}$ percentile of forecasts while monthly rainfall observations closely followed the $50^{th}$ percentile of rainfall forecasts. This was due to the historical variability at the station was significantly high and it resulted in a wide range of forecasts. Additionally, it was found that the forecasts for each station tend to converge after several months as the influence of the initial condition diminished. The forecast period to converge to simulation bounds was estimated by comparing the forecast results for 2006 and 2007. We found that initial conditions have influence on forecasts during the first 4-6 months, indicating that FMS forecasts should be updated at least every 4-6 months. That is, knowledge of initial condition (i.e., monthly flow observation in the last-recent month) provided no foreknowledge of the flows after 4-6 months of simulation. Based on the experimental flow forecasts using the observed rainfall data, we found that the 90 % confidence interval band for flow predictions was significantly reduced for all stations. This result evidently shows that accurate short-term rainfall forecasts could reduce the range of streamflow forecasts and improve forecast skill compared to employing the stochastic rainfall forecasts. We expect that the framework employed in this study using available observations could be used to investigate the applicability of existing hydrological and water management modeling system for use of stateof-the-art climate forecasts.
The impact on streamflow and groundwater recharge considering future potential climate and land use change was assessed using SLURP (Semi-distributed Land-Use Runoff Process) continuous hydrologic model. The model was calibrated and verified using 4 years (1999-2002) daily observed streamflow data for a $260.4km^2$ which has been continuously urbanized during the past couple of decades. The model was calibrated and validated with the coefficient of determination and Nash-Sutcliffe efficiency ranging from 0.8 to 0.7 and 0.7 to 0.5, respectively. The CCCma CGCM2 data by two SRES (Special Report on Emissions Scenarios) climate change scenarios (A2 and B2) of the IPCC (Intergovemmental Panel on Climate Change) were adopted and the future weather data was downscaled by Delta Change Method using 30 years (1977 - 2006, baseline period) weather data. The future land uses were predicted by CA (Cellular Automata)-Markov technique using the time series land use data of Landsat images. The future land uses showed that the forest and paddy area decreased 10.8 % and 6.2 % respectively while the urban area increased 14.2 %. For the future vegetation cover information, a linear regression between monthly NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) from NOAA/AVHRR images and monthly mean temperature using five years (1998 - 2002) data was derived for each land use class. The future highest NDVI value was 0.61 while the current highest NDVI value was 0.52. The model results showed that the future predicted runoff ratio ranged from 46 % to 48 % while the present runoff ratio was 59 %. On the other hand, the impact on runoff ratio by land use change showed about 3 % increase comparing with the present land use condition. The streamflow and groundwater recharge was big decrease in the future.
Various modeling approaches to study a long term behavior of streamflow or groundwater storage have been conducted. In this study, a Multivariate AR (1) Model has been applied to generate monthly flows of the one key station which has historical flows using monthly flows of the three subordinate stations. The Model performance was examined using statistical comparisons between the historical and generated monthly series such as mean, variance, skewness. Also, the correlation coefficients (lag-zero, and lag-one) between the two monthly flows were compared. The results showed that the modeled generated flows were statistically similar to the historical flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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