Having knowledge regarding to which region is prone to drought or flood is a crucial issue in water resources planning and management. This could be more challenging when the occurrence of these hazards affected by climate change. In this study the future streamflow during the wet season (July to September) and dry season (October to March) for the twenty first century of South Korea was investigated. This study used the statistics of precipitation, maximum and minimum temperature of one global climate model (i.e., INMCM4) with 2 RCPs (RCP4.5 and RCP8.5) scenarios as inputs for The Precipitation-Runoff Modelling System (PRMS) model. The PRMS model was tested for the historical periods (1966-2016) and then the parameters of model were used to project the future changes of 5 large River basins in Korea for three future periods (2025s, 2055s, and 2085s) compared to the reference period (1976-2005). Then, the different responses in climate and streamflow projection during these two seasons (wet and dry) was investigated. The results showed that under INMCM4 scenario, the occurrence of drought in dry season is projected to be stronger in 2025s than 2055s from decreasing -7.23% (-7.06%) in 2025s to -3.81% (-0.71%) in 2055s for RCP4.5 (RCP8.5). Regarding to the far future (2085s), for RCP 4.5 is projected to increase streamflow in the northern part, and decrease streamflow in the southern part (-3.24%), however under RCP8.5 almost all basins are vulnerable to drought, especially in the southern part (-16.51%). Also, during the wet season both increasing (Almost in northern and western part) and decreasing (almost in the southern part) in streamflow relative to the reference period are projected for all periods and RCPs under INMCM4 scenario.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.6
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pp.37-45
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2008
It is expected that conditions of water resources will be changed in Korea in accordance with world wide climate change. In order to deal with this problem and find a way of minimizing the effect of future climate change, the usefulness of climate model simulation information is examined in this study. The objective of this study is to assess the applicability of GCM (General Circulation Model) information for Korean water resources management through uncertainty analysis. The methods are based on probabilistic measures of the effectiveness of GCM simulations of an indicator variable for discriminating high versus low regional observations of a target variable. The formulation uses the significance probability of the Kolmogorov-Smirnov test for detecting differences between two variables. An estimator that accounts for climate model simulation and spatial association between the GCM data and observed data is used. Atmospheric general circulation model (AGCM) simulations done by ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) with a resolution of $2^{\circ}{\times}2^{\circ}$, and METRI (Meteorological Research Institute, Korea) with resolutions of $2^{\circ}{\times}2^{\circ}$ and $4^{\circ}{\times}5^{\circ}$, were used for indicator variables, while observed mean areal precipitation (MAP) data, discharge data and mean areal temperature data on the seven major river basins in Korea were used for target variables. The results show that GCM simulations are useful in discriminating the high from the low of the observed precipitation, discharge, and temperature values. Temperature especially can be useful regardless of model and season.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.17
no.3
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pp.104-115
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2014
A levee is defined as an man-made structure protecting the areas from temporary flooding. This paper suggests a methodology for establishing the levee GIS database using the airborne topographic LiDAR(Light Detection and Ranging) data taken in the Nakdong river basins and the WAMIS(WAter Management Information System) information. First, the National Levee Database(NLD) established by the USACE(United States Army Corps Engineers) and the levee information tables established by the WAMIS are compared and analyzed. For extracting the levee information from the LiDAR data, the DSM(Digital Surface Model) is generated from the LiDAR point clouds by using the interpolation method. Then, the slope map is generated by calculating the maximum rates of elevation difference between each pixel of the DSM and its neighboring pixels. The slope classification method is employed to extract the levee component polygons such as the levee crown polygons and the levee slope polygons from the slope map. Then, the levee information database is established by integrating the attributes extracted from the identified levee crown and slope polygons with the information provided by the WAMIS. Finally, this paper discusses the advantages and limitations of the levee GIS database established by only using the LiDAR data and suggests a future work for improving the quality of the database.
This study aims at the augmentation of reliability of the long-term rainfall runoff model. To do so agricultural water uses are evaluated by analyzing the effects of small scale irrigational hydraulic structures on long term runoff processes and thereby rainfall-runoff model is modified considering them. As a result the simulation results of the sub-basins having more agricultural reservoirs than the others are disagreed with the observations. The 2nd quarter simulation results show similar trend to it. Especially the farming seasonal results of the drought year as the year of 2008 have many negative discharge values due to the lack of agricultural water uses. This result come from the water uses input data corresponding to not real water uses but water demands. In this study the formulas are derived to estimate the discharges and return ratios and the long term rainfall-runoff model is reformulated based on these. It is confirmed that the errors of the simulation results could be reduced by considering the effects of small scale irrigational hydraulic structures and the reliability of the simulation results improved greatly.
Multi-purpose dams in Korea play a very important role in water management such as supplying water for living, industrial water, and discharging instream flow requirement to maintain the functions of river. However, the vulnerability of dam water supply has been increased due to extreme weather events that are possible linked to climate change. This study attempts to project the future dam inflow of six multi-purpose dams by using dynamically downscaled climate change scenarios with high resolution. It is found that the high flows are remarkably increased under global warming, regardless of basins and climate models. In contrast, the low flows for Soyangang dam, Chungju dam, and Andong dam that dam inflow are originated from Taebaek mountains are significantly decreased. On the other hand, while the low flow of Hapcheon dam is shown to increase, those of Daecheong and Sumjingang dams have little changes. But, the low flows for future period have wide ranges and the minimum value of low flows are decreased for all dams except for Hapcheon dam. Therefore, it is necessary to establish new water management policy that can respond to extreme water shortages considering climate change.
The purpose of this study is to estimate the flood discharge and peak time by the SCS method and the probability method using the geomorpologic parameters obtained from the topographic maps following the law of stream classifying and, ordering by Horton and Strahler. The SCS method and the probability method are used in estimating the times to peak and the flood discharges at An-dong, Im-ha, and Sun-san basins in the Nakdong River system. The results obtained are as follows : 1. The range of the values of the area ratio, the bifurcation ratio and the length ratio agree with those of natural streams presented by Horton and Strahler. 2. Comparisons of the probability method and observed values show that small relative errors of 0-7% of flood discharge, and 0-2hr, difference in time to peak respectivly. But the SCS method shows that large relative errors of 10-40% of flood discharge, and 0-4hr, difference in time to peak. 3. When the rainfall intensity is large, the error of flood discharge estimated by using the probability method is relativly small.
The water balance analysis for the long-term water resources plan is a simple calculation that compares water demands with possible water supplies. For a watershed being considered the reports on the performance of the water balance analysis, however, have shown inconsistent results and thus have not earned credibility due to the uncertainty of the data acquired and models used. In this research, uncertainties in the water scarcity estimate were assessed through probability representation based on the Monte Carlo simulation using Latin Hypercube Sampling (LHS). The natural flow, municipal demand, industrial demand, agricultural demand, and return flow rate were selected as representative input variables for the water balance analysis, and their distributions were set based on the linear regression and the entropy theory. The statistical properties of the output variable samples were analyzed in comparison with a deterministic estimate of the water scarcity of an existing study. Application of LHS to three sub-basins of the Geum river basin showed the deterministic estimate could be overestimated or underestimated. The sensitivity analysis as well as the uncertainty analysis found that the return flow rate of the agricultural water is the most uncertain but is rarely sensitive to the output of the water balance analysis.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2002.05a
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pp.43-50
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2002
Accurate quantitative forecasting of rainfall for basins with a short response time is essential to predict streamflow and flash floods. Previously, neural networks were used to develop a Quantitative Precipitation Forecasting (QPF) model that highly improved forecasting skill at specific locations in Pennsylvania, using both Numerical Weather Prediction (NWP) output and rainfall and radiosonde data. The objective of this study was to improve an existing artificial neural network model and incorporate the evolving structure and frequency of intense weather systems in the mid-Atlantic region of the United States for improved flood forecasting. Besides using radiosonde and rainfall data, the model also used the satellite-derived characteristics of storm systems such as tropical cyclones, mesoscale convective complex systems and convective cloud clusters as input. The convective classification and tracking system (CCATS) was used to identify and quantify storm properties such as life time, area, eccentricity, and track. As in standard expert prediction systems, the fundamental structure of the neural network model was learned from the hydroclimatology of the relationships between weather system, rainfall production and streamflow response in the study area. The new Quantitative Flood Forecasting (QFF) model was applied to predict streamflow peaks with lead-times of 18 and 24 hours over a five year period in 4 watersheds on the leeward side of the Appalachian mountains in the mid-Atlantic region. Threat scores consistently above .6 and close to 0.8 ∼ 0.9 were obtained fur 18 hour lead-time forecasts, and skill scores of at least 4% and up to 6% were attained for the 24 hour lead-time forecasts. This work demonstrates that multisensor data cast into an expert information system such as neural networks, if built upon scientific understanding of regional hydrometeorology, can lead to significant gains in the forecast skill of extreme rainfall and associated floods. In particular, this study validates our hypothesis that accurate and extended flood forecast lead-times can be attained by taking into consideration the synoptic evolution of atmospheric conditions extracted from the analysis of large-area remotely sensed imagery While physically-based numerical weather prediction and river routing models cannot accurately depict complex natural non-linear processes, and thus have difficulty in simulating extreme events such as heavy rainfall and floods, data-driven approaches should be viewed as a strong alternative in operational hydrology. This is especially more pertinent at a time when the diversity of sensors in satellites and ground-based operational weather monitoring systems provide large volumes of data on a real-time basis.
The lag time is one of the most important factors for estimating a flood runoff from streams. It is well known to be under the influence of the morphometric properties of basins which could be expressed by catchment shape descriptors. In this paper, the notion of the geometric characteristics of an equivalent ellipse proposed by Moussa(2003) is applied for calculating the lag time of geomorphological instantaneous unit hydrograph(GIUH) at the basin outlet. The lag time is obtained from the observed data of rainfall and runoff by using the method of moments suggested by Nash(1957), and the procedure based on geomorphology is used for GIUH. The relationships between the basin morphometric properties and the hydrological response are discussed as applied to 3 catchments In Korea. Additionally, the shapes of equivalent ellipse are examined how then are transformed from upstream area to downstream one. As a result, the relationship between the hydrological response and descriptors is shown to be comparatively good, and the shape of ellipse is presented to approach a circle along the river downwards. These results may be expanded to the estimation of hydrological response of ungauged catchment.
In order to estimate the non-point pollution loads from each watersheds among 209 watersheds, the calibration and validation of HSPF model were carried out based on 2012 in 2013 years. In the case of flow rate, R2 of calibration and validation were 0.71~0.93 and 0.71~0.79, which were relatively good values. With the respect to calibration of water quality, % differences between measured and simulated values were 0.4 ~ 9.7 of DO, BOD 0.5 ~ 30.2% and TN 1.9~28.6% except for Hwhangkang B site. In case of validation, DO was 0.2 ~ 13.7%, BOD 1.3~23% and TN 0.5~24.3% excluding Hwhangkang B. However, since the concentration of TP was very small compared with other items, the range of difference was large as 0.8~55.3%. level. As the result of calculating annual accumulative BOD loads for each watershed, it was found that RCH 123 (Uryeong, Gyeongsangnamdo), RCH 121 (Jinju, Gyeongsangnamdo) and RCH 92 (Daegu) were the high ranked. The unit watersheds including various landuse type susch as forest and agricultural sites in mainstream areas have a higher BOD nonpoint pollution load than those in dam regions. However, the results of the annual cumulative loading of the basins for nutrients did not appear to be consistent with the BOD annual cumulative loading ranks. Other factors that represent watershed characteristics such as landslope and soiltypes, including landuse pattern, have been found to be closely related to nonpoint pollutant loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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