Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.149-149
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2022
Accurate quantitative evaluation of baseflow contribution to streamflow is imperative to address seasonal drought vulnerability, flood occurrence and groundwater management concerns for efficient and sustainable water resources management in watersheds. Several baseflow separation algorithms using recursive filters, graphical method and tracer or chemical balance have been developed but resulting baseflow outputs always show wide variations, thereby making it hard to determine best separation technique. Therefore, the current global shift towards implementation of artificial intelligence (AI) in water resources is employed to compare the performance of deep learning models with conventional hydrograph separation techniques to quantify baseflow contribution to streamflow of Piney River watershed, Tennessee from 2001-2021. Streamflow values are obtained from the USGS station 03602500 and modeled to generate values of Baseflow Index (BI) using Web-based Hydrograph Analysis (WHAT) model. Annual and seasonal baseflow outputs from the traditional separation techniques are compared with results of Long Short Term Memory (LSTM) and simple Gated Recurrent Unit (GRU) models. The GRU model gave optimal BFI values during the four seasons with average NSE = 0.98, KGE = 0.97, r = 0.89 and future baseflow volumes are predicted. AI offers easier and more accurate approach to groundwater management and surface runoff modeling to create effective water policy frameworks for disaster management.
Kim, Moon-Hyun;Kang, Hyun-Suk;Lee, Johan;Baek, Hee-Jeong;Cho, ChunHo
Atmosphere
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v.23
no.4
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pp.425-441
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2013
This study investigates the projections of water cycle, budget and river discharge over land in the world at the end of twenty-first century simulated by atmosphere-ocean climate model of Hadley Centre (HadGEM2-AO) and total runoff integrating pathways (TRIP) based on the RCP scenario. Firstly, to validate the HadGEM2-AO hydrology, the surface water states were evaluated for the present period using precipitation, evaporation, runoff and river discharge. Although this model underestimates the annual precipitation about 0.4 mm $mon^{-1}$, evaporation 3.7 mm $mon^{-1}$, total runoff 1.6 mm $mon^{-1}$ and river discharge 8.6% than observation and reanalysis data, it has good water balance in terms of inflow and outflow at surface. In other words, it indicates the -0.3 mm $mon^{-1}$ of water storage (P-E-R) compared with ERA40 showing -2.4 mm $mon^{-1}$ for the present hydrological climate. At the end of the twenty-first century, annual mean precipitation may decrease in heavy rainfall region, such as northern part of South America, central Africa and eastern of North America, but for increase over the Tropical Western Pacific and East Asian region. Also it can generally increase in high latitudes inland of the Northern Hemisphere. Spatial patterns of annual evaporation and runoff are similar to that of precipitation. And river discharge tends to increase over all continents except for South America including Amazon Basin, due to increased runoff. Overall, HadGEM2-AO prospects that water budget for the future will globally have negative signal (-8.0~-0.3% of change rate) in all RCP scenarios indicating drier phase than the present climate over land.
Riverbank filtration has been used in advanced countries for 150 years. In Korea, investigations for producing riverbank filtrate started in the Han River, Nakdong River, Geum River, Yeongsan River and Seomjin River basins in the 1990s. The lower part of the Nakdong River has a poorer water quality than the upper part of the river. A water balance analysis and groundwater flow modeling were conducted for the riverbanks of the Nakdong River in Daesan-Myeon, Changwon City. The results of the water balance analysis revealed the groundwater infiltration rate into the aquifer to be 245.26 mm/year (19.68% of the average annual precipitation, 1,251.32 mm). Direct runoff accounts for 153.49 mm/year, evapotranspiration is 723.95 mm/year and baseflow is 127.63 mm/year. According to the groundwater flow modeling, 65% of the total inflow to the pumping wells originates from the Nakdong River, 13% originates from the aquifer in the rectilinear direction, and 22% originates from the aquifer in the parallel direction. The particle tracking model shows that a particle moving from the river toward the pumping wells travels 100 m in 50 days and a particle from the aquifer toward the pumping wells travels 100 m in 100 days.
It is considered necessary to renewal a considerable number of water supply facilities in Korea because they began to be intensively buried in the period of rapid economic growth. Accordingly, local water providers are required to take measures against this situation, but they have currently been caught in a vicious circle of the lack of budget spent in renewing water supply facilities because county-based small-scale local water supply cannot afford to cover annual expenditures with their revenues from water rates. Therefore, this study developed an optimal renewal planning model capable of achieving a balance of financial revenue and expenditure in local water supply using nonlinear programming and furthermore of minimizing the total cost incurred during the analysis. To this end, this study selected the water supply area located in County Y as a research area to build the financial revenue and expenditure and used Solver function provided by Microsoft Excel to use nonlinear programming. As a result, this study developed an optimal renewal planning model minimizing incurred costs in consideration of 6 items in the financial revenue and expenditure. The optimal renewal plan was modeled according to the available annual budget. As a result, this study proposed SICD, a scenario to minimize total costs from the perspective of water suppliers, and SITS, a scenario to minimize the increase in water rates from the perspective of consumers. It can be said that the method proposed in this study is the core of the optimal financial and renewal plans as a final stage of asset management for water supply facilities. Therefore, it is considered possible for local water providers to use the method proposed in this study according to circumstances for the asset management of water supply facilities.
An, Inkyung;Park, Hyungseok;Chung, Sewoong;Ryu, Ingu;Choi, Jungkyu;Kim, Jiwon
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.36
no.4
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pp.284-299
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2020
Dam reservoirs play a particularly crucial role in processing the allochthonous and the autochthonous dissolved (DOC) and the particulate (POC) organic carbon and in the budget of global carbon cycle. However, the complex physical and biogeochemical processes make it difficult to capture the temporal and spatial dynamics of the DOC and the POC in reservoirs. The purpose of this study was to simulate the dynamics of the DOC and the POC in Daecheong Reservoir using the 3-D hydrodynamics and water quality model (AEM3D), and to quantify the mass balance through the source and sink fluxes analysis. The AEM3D model was calibrated using field data collected in 2017 and showed reasonable performance in the water temperature and the water quality simulations. The results showed that the allochthonous and autochthonous proportions of the annual total organic carbon (TOC) loads in the reservoir were 55.5% and 44.5%, respectively. In season, the allochthonous loading was the highest (72.7%) in summer, while in autumn, the autochthonous loading was the majority (77.1%) because of the basal metabolism of the phytoplankton. The amount of the DOC discharged to downstream of the dam was similar to the allochthonous load into the reservoir. However, the POC was removed by approximately 96.6% in the reservoir mainly by the sedimentation. The POC sedimentation flux was 36.21 g-C/㎡/yr. In terms of space, the contribution rate of the autochthonous organic carbon loading was high in order of the riverine zone, the transitional zone, and the lacustrine zone. The results of the study provide important information on the TOC management in the watersheds with extensive stagnant water, such as dam reservoirs and weir pools.
Ren, Liliang;Vu, Van Nghi;Yuan, Fei;Li, Chunhong;Wang, Jixin
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2007.05a
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pp.15-21
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2007
Due to a decreasing tendency of river runoff in the Laohahe River basin in North China, quantitative analysis was made with the aid of the conceptual Xinanjiang model under the background of nature climate variability as well as human-induced climate change according to the long-term observational hydrometeorological data. In the past, the human effect on surface water resources was estimated by investigating the impact of human activities on each item in the equation of water balance, so as to calculate water quantity of each item in the original natural status. It seems to be clear conceptually. It is appropriate just for the case of direct impact, such as water transfer from one basin to another, water storage by various scales of hydraulic projects, besides a huge amount of investigation and indeterminate statistics data when applied in practice. It is difficult for us to compute directly water consumption due to the implementation of measures for soil conservation, the improvement of farming techniques in agriculture, the growth of population in towns and villages, and the change of socioeconomic structure. In view of such situation, the Xinanjiang model was used to separate human impact from the climatic impact on water resources. Quantitatively human activity made river runoff decrease by 1.02, 50.67, 58.06 mm in 1960's, 1970's, 1980's, respectively, while by 97.2 mm in 1990's in the sense of annual average in the Laohahe River basin.
In order to evaluate the ecotoxicological harzardousness of synthetic surfactants on Han river, Jung-ryang and Jin-Wi stream, we used the Ecotoxicological Risk Quotient (ERQ). The chemical harzardousness is evaluated by the balance of the toxicity and concentration in the environment.. Then, ERQ is defined as follows; ERQ = - log ( Concentration in the environment / Effective concentration in the test ) ERQ of chemical is a logtrighmic value of ratio of a chemical concentration and the toxicity in the laboratory. In case of small ERQ, tie chemical harzardousness is high. If ERQ equals O, the same biological effect as in the laboratory test will be observed in the enviromment by the chemicals. ERQ values of the chemicals were calculated using the maximum concentration in water environment which were cited from the annual report by our ministry of environment, and EC$_{50}$ of Daphnia magna (water flea; acute immobilization test) LC$_{50}$ of Oryzias latipes (fish; acue toxicity test) and EC$_{50}$ of chlorella vulgaris (alga; growth inhibition test), which were taken from the annual report of "Chemical in environment" by Japan EA. Liner alkylbenzene sulfonate (determined to MBAS) showed the high average values with more than 2.0 to three species in Han river and Jin-wi stream, and these results mean to be favorable to environmental safety. The areas of Jung-ryang stream were polluted, as the average values of ERQ were less than 2.0 with equal to three species, and attention should be paid. Therefore, they must be inspected again because their concentration in the environment may have changed during that period. The chemical harzardousness can be numerated with ERQ, and it can be a help to find the chemicals that should be kept under observation and to see whether the chemical pollution is improved or worsened. The determination of the chemical concentration in the environment and toxicity are essential for the effective use of ERQ.se of ERQ.
Water cycle analysis in the Cheonggyecheon watershed(river length: 13.75 km, area: $50.96\;km^2$) was performed using WEP model, a physically based distributed rainfall-runoff model. As the application results of the model, the hydrological characteristics of the Cheonggyecheon watershed are significantly consistent with those of a typical urbanized watershed. The direct runoff from the watershed was larger and the evapotranspiration. was lower, and the response of runoff to rainfall was occurred very fast, as compared to forest watersheds. The river channel routing simulation results are similar to the change pattern and scale of the field data. The possible supply period of instream flow from Cheonggyecheoon watershed itself was estimated using WEP. According to the WEP simulation results for the annual water balance of the Cheonggyecheon watershed in 2002, the amount of direct runoff, infiltration and evapotranspiration were 830 mm, 388 mm and 397 mm respectively for an annual precipitation of 1,388 mm. The runoff to rivers was 1,288 mm. And the proportion of direct runoff, intermediate runoff and groundwater runoff were $67.6\%,\;12.7\%$ and $19.7\%$ respectively.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.12
no.3
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pp.24-32
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2016
Commercial buildings and institutions are generally cooling-dominated and therefore reject more heat to a borehole ground heat exchanger (BHE) than they extract over the annual cycle. Shallow ponds can provide a cost-effective means to balance the thermal loads to the ground and to reduce the length of BHE. This paper presents the analysis results of the impact of design parameters on the length of SWHE pipe and its application effect on geothermal heat pump (GHP) system using BHE. In order to analysis, we applied ${\varepsilon}-NTU$ method on designing the length of SWHE pipe. Analysis results show that the required pipe length of SWHE was decreased with the increase of approach temperature difference and with the decrease of pipe wall thickness. In addition, when the SWHE was applied to the GHP system, the temperature of BHE was more stable than that of standalone BHE system.
An, Jeong-Hoon;Hamm, Se-Yeong;Lee, Jeong-Hwan;Kim, Nam-Hoon;Yang, Dae-Bok;Hwang, Jee-Gwang
Economic and Environmental Geology
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v.41
no.4
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pp.427-442
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2008
Estimation of groundwater recharge is one of the most critical issues in sustainable management of groundwater resources. This study estimated groundwater recharge in the Junggwae-Boeun area in Ulsan City, by using the water balance and hydrogeological characteristics of geology and soil. Evapotranspiration was computed by using the Thornthwaite method, and direct runoff was determined by using the SCS-CN technique. Groundwater recharge was obtained as 266 mm/a (20.6% of the average annual precipitation, 1296 mm/a), with 779 mm/a (60.1%) of evapotranspiration and 119 mm/a (9.2%) of direct runoff. Precipitation and groundwater recharge was highly correlated, comparing with the relationships between precipitation and evapotranspiration, and between precipitation and direct runoff. This fact indicates that groundwater recharge responds more sensitively to precipitation than evapotranspiration and direct runoff do.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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