Kim, JiHyun;Jo, Kyungwoo;Kim, Jeongbin;Hong, Jinkyu;Jo, Sungsoo;Chun, Jung Hwa;Park, Chanwoo;Kim, Yeonjoo
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.99-99
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2022
Jeju island has a humid subtropical climate and this climate zone is expected to migrate northward toward the main land, Korea Peninsula, as temperature increases are accelerated. Vegetation type has been inevitably shifted along with the climatic change, having more subtropical species native in southeast Asia or even in Africa. With the forest composition shift, it becomes more important than ever to analyze the water balance of the forest wihth the ongoing as well as upcoming climate change. Here, we implemented the Ecosystem Demography Biosphere Model (ED2) by initializing the key variables using forest inventory data (diameter at breast height in 2012). Out of 10,000 parameter sets randomly generated from prior distribution distributions of each parameter (i.e., Monte-Carlo Method), we selected four behavioral parameter sets using remote-sensing data (LAI-MOD15A2H, GPP-MOD17A2H, and ET-MOD16A2, 8-days at 500-m during 2001-2005), and evaluated the performances using eddy-covariance carbon flux data (2012 Mar.-Sep. 30-min) and remote sensing data between 2006-2020. We simulated each of the four RCP scenarios (2.6, 4.5, 6.0, and 8.5) from four climate forcings (GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, and MIROC5 from ISIMIP2b). Based on those 64 simulation sets, we estimate the changes in water balance resulting from the forest composition shift, and also uncertainty in the estimates and the sensitivity of the estimates to the parameters, climate forcings, and RCP scenarios.
Calculation of the monthly water balance for Nakdong River basin for the period from 1958 to 1968 is made by determining three components independently: precipitation, runoff and evapotranspiration. The areal precipitation is computed by the Thiessen method using the records of nine meteorological stations in the basin, and the runoff is the flow gauged at Jindong which is located on the most downstream. For the computation of evapotranspiration, the Morton method is adopted because this method is relatively fit best in the calculation of water balance among the Morton, Penman and Thornthwaite methods. The values of Morton evapotransp iration are corrected by the factor of 0.82 in the basin in order to bring the error to zero. The areal evapotranspiration is the arithmetic mean of the Morton estimates at the stations. Mean water balance components in the Nakdong river basin are 1117.0mm, 600.6mm and 516.4m for precipitation, runoff and evapotranspiration respectively. Accordingly, the mean runoff ratio comes out to be 0.54. The smallest values of runoff coefficient are due for Daegu area, while the largest ones are for the southwest of the basin with the higher rainfall and high elevations there. The amount of runoff obtained by both Thornthwaite and Budyko methods for water balance computations indicate 59 and 60 per cent of actual values which are lower than the expected. An attempt is made to find the best reliable rainfall-runoff relation among the four methods proposed by Schreiber, 01'dekop, Budyko and Sellers. The modified equation of Schreiber type for annual runoff coefficient could be obtained with the smallest mean error of 11 per cent.
The objectives of this study are to estimate the annual and monthly actual evapotranspiration for the Bokhacheon upper-middle watershed using the data from 1996 to 2012 simulated by SWAT-K model, and to evaluate the effect of storage change on the actual evapotranspiration based on water balance estimates. The simulated results of the annual actual evapotranspiration showed the range from 401 mm to 494 mm and the annual mean of 436 mm, about 31% of the annual mean of precipitation. The average monthly estimates of the actual evapotranspiration showed the range of 10 mm/month in Dec to 84 mm/month in Jul. From the analyses of annual mean storage changes according to data length, it was found out that more than four to five years of data of precipitation and runoff are needed to estimate the watershed based actual evapotranspiration with ignorance of the storage change for this study area. Furthermore, annual and monthly relations between the storage change and the difference of precipitation and runoff were derived which can be effectively used for estimating actual evapotranspiration based on water balance analysis.
Groundwater recharge is defined in an addition of water to groundwater reservoir. Recently, many people have been moving to the Edwards aquifer and urban and agricultural industry have been expending. Hydrologists and water planning managers concern about insufficient groundwater amounts and irrigation water price variability. In this paper, I focus on estimates of local recharge volumes and quantify preferential flow through GIS technique. Chloride Mass Balance (CMB) and hydrochemical components have been widely applied to recharge rate and evaluate flow paths. The CMB method is based on relationship between wet-dry chloride deposition data and Rainfall data. These data are manipulated using ArcGIS. Especially, hydrochemical concentration distribution is good index for groundwater residence times or flow paths such as $[Mg^{2+}]/[Ca^{2+}],[Cl]$ and log$([Ca^{2+}]+[Mg^{2+}])/[Na^+]$. Well information such as hydrological-hydrochemical data are imported into ArcGIS and manipulated by interpolation techniques. For each potentiometric surface and water quality, point data are converted to spatial data through each Kriging and Inverse Distance Weighted (IDW) techniques.
It is only possible by Physical based Water Balance Models such as $BROOK_{TOP}$ developed by me to estimate regional water balances caused by changes of regional ecosystem, which result in climate change, change of vegetation due to climate change, artificial landuse change, etc. This study estimates regional water balances of mid-north agricultural and forest regions in Germany using $BROOK_{TOP}$-Water Balance Model with climate change scenarios developed by PIK in Germany and GCM Scenarios developed by Praha University in Czech. Developing Water Resource Change Estimation System such as this study for global warming with considering climate, surface and underground conditions provides the basis of system development for surface-, groundwater-, cultivation-, ecosystem-, natural emergency-management, landuse and regional planing.
The objective of this study is to evaluate the performance of the complementary relationship-based evapotranspiration models, namely, advection-aridity (AA) model of Brutsaert and Stricker and the CRAE model of Morton for estimating actual evapotranspiration. Both models were applied to the Bokhacheon middle-upper watershed, and their estimates were evaluated against the water balance estimate. The calculation was made on a daily basis and comparison was made on monthly and annual bases. For comparison, the water balance estimates were not obtained from the observed precipitation and streamflow data but were based on the simulated data by using integrated watershed model, SWAT-K which is the revised version of SWAT. The reason not to directly use the observed data for water balance estimate is that the credible record period is not sufficient and the streamflow has been altered due to water use and release. Overall, the results showed that both AA model and CRAE model with their original parameters overestimate annual and monthly evapotranspiration, and the large difference between the complementary relationship-based approach and the water balance approach occurs especially for the dry season from Nov. to Mar. It was found out that the parameters, particularly for the advection related parameter, must be recalibrated to accurately produce monthly and annual regional evapotranspiration for this study area.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.15
no.4
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pp.192-202
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2010
Submarine groundwater discharge (SGD) has been recognized as a provider for freshwater, nutrients, and dissolved constituents from continents to the oceans and paid more attention with regard to the mass balance of water or dissolved constituents on local and global scales. The submarine discharge of fresh groundwater (fresh SGD) through seepage or springs in coastal ocean may be especially important in aspects of water resource and marine environment managements in the future. Based on the worldwide compilations of observed fresh SGD, our review reveals that fresh SGD occurs in various marine environments along most shoreline of the world and the global estimates of fresh SGD were approximately 0.01-17% of surface runoff. In addition, the input of fresh SGD calculated and investigated in this study were about 50%, 57%, 89%, and 420% of total river discharge in Jeju Island, Yeongil Bay, Masan Bay, and Yeoja Bay, respectively. These inputs from fresh SGD along the shoreline of Korea Peninsula are much higher than those of the whole world, greatly vary with the region. However, since these estimates are based on the water balance method mainly used in coastal ocean, we have to perform continuous monitoring of various parameters, such as precipitation, tide, evapotanspiration and water residence time, which have an impact on the water balance in a lot of areas for evaluating the precise input of fresh SGD. In addition, since the method estimating the input of fresh SGD has brought up many problems, it is required to make an intercomparison between various methods such as hydrogeological assumption, numerical modeling, and seepage meter.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.467-467
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2015
Sustainable water resource management requires the assessment of hydrological variability in response to climate fluctuations and anthropogenic activities. Determining quantitative estimates of water balance and total basin discharge are of utmost importance to understand the variations within a basin. Hard-to-reach areas with few infrastructures, coupled with lengthy administrative procedures makes in-situ data collection and water management processes very difficult and unreliable. In this study, the hydrological behavior of Lake Chad whose extent, extreme climatic and environmental conditions make it difficult to collect field observations was examined. During a 10 year period [January 2003 to December 2013], dataset from space-borne and global hydrological models observations were analyzed. Terrestial water storage (TWS) data retrieved from Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), lake level variations from Satellite altimetry, water fluxes and soil moisture from Global Land Data Assimilation System (GLDAS) were used for this study. Furthermore, we combined altimetry lake volume with TWS over the lake drainage basin to estimate groundwater and soil moisture variations. This will be validated with groundwater estimates from WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) outputs. TWS showed similar variation patterns Lake water level as expected. The TWS in the basin area is governed by the lake's surface water. As expected, rainfall from GLDAS precedes GRACE TWS with a phase lag of about 1 month. Estimates of groundwater and soil moisture content volume changes derived by combining altimetric Lake Volume with TWS over the drainage basin are ongoing. Results obtained shall be compared with WaterGap Hydrology Model (WGHM) groundwater estimate outputs.
Im Sangjun;Kim Hyeonjun;Kim Chulgyum;Jang Cheolhee
Water Engineering Research
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v.5
no.4
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pp.185-193
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2004
Estimates of annual actual evapotranspiration are needed in water balance studies, water resources management projects, and many different types of hydrologic studies. This study validated a set of 5 empirical equations of estimating annual actual evapotranspiration with climate data on 11 watersheds, and evaluated the further applicability of these forms in estimating annual runoff on watershed level. Five empirical equations generally overestimated annual evapotranspiration, with relative errors ranging $3.3\%$ to $47.2\%$. The results show that Schreiber formula can be applicable in determining annual evapotranspiration in sub-humid region that is classified by aridity index, while Zhang equation gave better results than the remaining methods in humid region. The mean differences for annual evapotranspiration bias over 11 watersheds are Zhang, Schreiber, Budyko, Pike, and Ol'dekop formula from lowest to highest. The empirical equations provide a practical tool to help water resources managers in estimating regional water resources on ungauged large watershed.
Kim, Youngmin;Lee, Sangho;Lee, Jung-Hun;Kim, Ree-Ho
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.22
no.2
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pp.233-238
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2008
Recently, rainwater harvesting facilities have increasingly constructed mainly in elementary schools and government buildings. Nevertheless, few methods are available for efficient planning and design of rainwater harvesting facilities by considering the weather conditions and purpose of rainwater management in each site, which may lead to a construction of uneconomic facilities. The current method estimates the size of rainwater storage tank by multiplying the size of building or plottage with a certain ratio and has many limitations. In this study, we first developed a method for planning and design of rainwater storage facilities using $Rainstock^{TM}$ model, which is based on mass balance, and economic analysis. Then, the model was applied for the design of a rainwater harvesting facility in a building with the catchment area of $1,000m^2$. The model calculation indicated that the economic feasibility of rainwater harvesting depends on not only the size of storage tank but also the water usage rate. When the water usage rate is $1m^3/day$, the rainwater harvesting facility is not cost-effective regardless of the size of the storage tank. With increasing the water usage rate, the economical efficiency of the facility was improved for a specific size of the storage tank. Based on the model calculation, the optimum tank sizes for $5m^3/day$ and $10m^3/day$ of water usage rates were $24m^3$ and $57m^3$, respectively. It is expected that the model is useful for optimization of rainwater storage facilities in planning and designing steps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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