농촌 소유역에 대한 GWLF 모형의 적용성 검토

황세운,장태일,박승우,강문성,Hwang, Sye-Woon,Jang, Tae-Il,Park, Seung-Woo,Kang, Moon-Seong 한국농공학회 2006 한국농공학회논문집 Vol.48 No.3

This study reviews the applicability of the GWLF (Generalized Watershed Loading Function) model, which is based on a loading function that requires only a relatively small amount of data, in a small agricultural watershed. The hydrological data was collected from 1996 to 2004 for a study area based on the HP#6 upper stream reservoir small watershed area. This data was then used to calibrate and verify the model. A simulation based on the model yielded $R^2$ values of $0.47\sim0.89$. This is considered to have high applicability when compared to the simulation and the observed results, which yielded relatively high values of $R^2$ for SS (Suspended Solid), TN (Total Nitrogen), and TP (Total Phosphorus) of 0.58, 0.47 and 0.62, respectively. This study provides a useful approach fur researchers selecting appropriate models to use the insufficient measuring data for rural watersheds.

Assessing the Benefits of Incorporating Rainfall Forecasts into Monthly Flow Forecast System of Tampa Bay Water, Florida

황세운,마티네즈 크리스,아세파 터루소,Hwang, Sye-Woon,Martinez, Chris,Asefa, Tirusew The Korean Society of Agricultural Engineers 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.4

지속가능한 수자원 관리 시스템을 위한 수문 예측은 안정적인 장단기 용수 공급에 있어 중요한 과제이며, 이를 위해는 다양한 기후 정보를 이용한 시스템의 평가가 우선되어야 한다. 본 연구에서는 미국 플로리다 템파 지역의 연간 월 강우와 하천 유량 예측을 위해 본 시험지역에 운용되고 있는 유량 모의 시스템 (flow modeling system, FMS)을 소개하고, 관측된 강우 자료를 '최적 예측 강우 시나리오 (the best rainfall forecast)'로 가정하여 FMS의 기후 예측 정보에 대한 활용성을 평가하였다. 연구 결과, 기본적으로 FMS에 의해 예측된 월 강우량 앙상블의 중앙값이 관측 강우량을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 강우 예측 모델 입력자료로 사용되는 초기 월 강우량은 2개월까지의 예측에 간섭하며 이 후 예측치는 동일한 범주로 수렴하여 관측자료로 부터 추정된 통계치에 의존하는 것으로 나타났다. 이는 예측 모델이 최대 2개월간의 예측 효용성을 가짐을 의미한다. 월 강우량 앙상블을 이용하여 예측된 하천 유량 앙상블은 4-6개월까지의 예측 효용성을 보였다. 예측된 강우량 대신 실제 관측 월강우 시계열 자료를 유량 예측을 위한 강우 입력자료로 적용한 결과, 예측된 유량의 범주가 현저히 감소하였으며 예측의 불확실성이 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 시험 지역에 대한 신뢰도 높은 강우 예측 자료의 확보가 기존의 수문 예측 시스템 개선에 기여할수 있다는 것을 보여준다. 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.

Utility of Gridded Observations for Statistical Bias-Correction of Climate Model Outputs and its Hydrologic Implication over West Central Florida

황세운,Hwang, Sye-Woon The Korean Society of Agricultural Engineers 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.5

강우의 관측망 확장과 위성 자료 및 기후 모델을 이용한 격자 단위자료가 개발 및 보급됨에 따라 다양한 자료의 분야별 활용성에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 지역 기후 모델 산출물의 오차 보정을 위한 격자 관측자료의 활용성을 평가하였다. 또한 통합 분포형 수문모델을 이용하여, 보정한 기후모델 결과의 수문 모의를 위한 기후 입력 자료로써의 적합성을 검토하였다. 보정된 결과는 각 관측자료의 월별 평균 강우량과 공간 분포를 비교적 잘 재현하였다. 한편 연강우량 시계열에 있어 그 양상은 잘 재현된 가운데 보정되지 않은 오차를 일부 포함하는 것으로 나타났다. 이는 점 관측자료로부터 추정된 시험 지역내 172개 소유역에 대한 일평균 강우량 자료와 비교해 볼 때 관측자료의 형식이나 정확성보다 기후모델의 불확실성에 기인하는 것으로 판단된다. 수문 모의 결과, 격자 자료를 이용하여 보정한 강우 입력자료는 수문 모델의 검보정에 이용된 소유역 단위 강우 자료를 이용한 결과에 상응하는 활용성을 보여주었다. 또한 강우의 공간 분포를 고려하지 않고, 시험유역 전체에 대한 평균 강우량을 입력 자료로 이용한 결과를 통해 기후 자료의 공간 분포와 관측 밀도의 중요성을 확인하였다.

ENSO 패턴에 대한 MM5 강수 모의 결과의 유역단위 성능 평가; 플로리다 템파 지역을 중심으로

황세운 ( Sye Woon Hwang ),호세헤르난데즈 ( Hernan Dez Jose ) 한국농림기상학회 2012 한국농림기상학회지 Vol.14 No.4

As demand of water resources and attentions to changes in climate (e.g., due to ENSO) increase, long/short term prediction of precipitation is getting necessary in water planning. This research evaluated the ability of MM5 to predict precipitation in the Tampa Bay region over 23 year period from 1986 to 2008. Additionally MM5 results were statistically bias-corrected using observation data at 33 stations over the study area using CDF-mapping approach and evaluated comparing to raw results for each ENSO phase (i.e., El Nino and La Nina). The bias-corrected model results accurately reproduced the monthly mean point precipitation values. Areal average daily/monthly precipitation predictions estimated using block-kriging algorithm showed fairly high accuracy with mean error of daily precipitation, 0.8 mm and mean error of monthly precipitation, 7.1 mm. The results evaluated according to ENSO phase showed that the accuracy in model output varies with the seasons and ENSO phases. Reasons for low predictions skills and alternatives for simulation improvement are discussed. A comprehensive evaluation including sensitivity to physics schemes, boundary conditions reanalysis products and updating land use maps is suggested to enhance model performance. We believe that the outcome of this research guides to a better implementation of regional climate modeling tools in water management at regional/seasonal scale.

만경강유역의 수질 자료를 이용한 수질 특성 분석

황세운 ( Hwang Sye-woon ),박승우 ( Park Seung-woo ),김상민 ( Kim Sang Min ),조영경 ( Cho Young-gyeong ) 한국농공학회 2004 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2004 No.-

만경강 유역에 위치한 22곳의 수질 측점별 수질 특성과 각 측점간 상관관계를 분석하고 유사한 수질 특성을 가지는 수질 측점을 군집화하여 그 요인을 분석해 보았다. 상관관계분석을 통해 수질악화 구간 및 정도를 추정할 수 있었다. 만경강 본류와 유역 내의 주요 지류인 전주천의 각 측점별 TN과 BOD 측정값을 비교해 본 결과 하류로 갈수록 수질이 악화되는 경향을 보였다. 이는 전주천의 부분적 건천화 현상과 전주천과 합류되는 삼천으로부터의 심각한 생활하수의 유입이 주원인인 것으로 분석된다. 월별 수질자료를 측점별로 분석해 본 결과에 의하면 측점에 따라 계절적인 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 경천지, 익산천, 전주천에 대한 수질자료와 토지이용, 그리고 행정구역별 오염원 현황을 종합해 볼 때, 계절의 강우특성 및 비점오염 발생정도와 관계가 깊은 것으로 나타났다. 본류에 대한 측점별 TN농도 상관분석 결과 전주와 삼례에 이어 완주공단까지 수질이 악화되다가 김제 측점에 이르러 수질이 개선되는 것으로 나타났으며, 익산천의 경우 전주천 유역에 비해 10배가 넘는 규모의 가축 사육이 수질악화의 원인으로 사료된다. 최단연결법을 사용하여 19개의 자료군에 대한 계층적 군집분석을 실시한 결과 완주공단, 익산천, 전주공단이 독립적 군집을 형성했는데, 이는 전주천 말단의 완주공단 측점의 산업 폐수 발생량이 많고, 익산천의 경우 왕궁특수지역으로 부터의 오염원 유입이 그 원인인 것으로 보인다. 각 측점들 간의 거리가 그다지 멀지 않은 것을 고려했을 때 이는 수질악화 구간이 짧으며, 고농도의 오염물질이 유입되는 것으로 판단된다. This paper presents the regional water quality characteristics of Mangyeong River basin through the monthly water quality data measured at 22 monitoring stations located in the basin. As a result of regional correlation analysis, we have found serious the problems of water quality at the Wanju Industrial Complex and Iksan Stream, as compared with other stations. This is mainly due to reckless industrial activities and livestock-raising waste. Obtained by capitalizing on cluster analysis, these data were also classified into 2 to 6 clusters, indicating that the Wanju Industrial Complex, Iksan Stream, and Jeonju Industrial Complex stations features their own apparent water quality, respectively. In a nutshell, the water quality of these stations is deteriorated in a short section, whereas the concentration of its influent pollution source is high.

논 담수 내 미생물 농도의 시간적 모의를 위한 모델 개발

황세운 ( Hwang Sye-woon ),장태일 ( Jang Tea-il ),박승우 ( Park Seung-woo ) 한국농공학회 2005 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2005 No.-

The objective of this paper is to develop the microorganism concentration simulation model for the health related effect analysis while farmers and water managers reuse the wastewater for agricultural irrigation. This model consists of the CE-QUAL-R1 model and the CREAMS-PADDY model. The CE-QUAL-R1 model is the 1-D numerical model to analyze the water quality of the reservoir and the CREAMS-PADDY model is modified from CREAMS model for considering the hydrologic cycles in paddy field. This model was applied to examine the application by the observed data from 2003 in Byoungjum study area. From this research, the average root mean square error (RMSE) for the simulated concentration during the calibration period was 0.51 MPN/100ml and correlation coefficient (R²) was 0.71. And the RMSE for the simulated concentration during the verification period was 0.46 MPN/100ml and R² was 0.73. This simulation results show that the coliform inflow concentrations by the wastewater irrigation wield great influence upon the temporal coliform concentrations in paddy field.

기후변화에 따른 농촌 소유역에서의 비점오염 영향 분석

황세운 ( Sye Woon Hwang ),장태일 ( Tae Il Jang ),박승우 ( Seung Woo Park ) 한국농림기상학회 2006 한국농림기상학회지 Vol.8 No.4

농촌 소유역에 대한 GWLF 모형의 적용성 검토

황세운 ( Hwang Sye-woon ),박승우 ( Park Seung-woo ) 한국농공학회 2005 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2005 No.-

The objective of the study is to investigate the application of the mid-range model for agricultural ungaged small watershed. In this study, the need for the selection of an optimal model was presented, and the Feasibility of the GWLF(Generalized Watershed Loading Function) model was examined for agricultural small watershed. The study watershed covers 384ha, and the hydrologic and water quality data were monitored from 1996 to 2004. In the results of the simulation for the calibration period (1996~1999) and verification (2002~2004), R² were 0.70~0.91 and RMSE was 2.11~5.71. Then, the results of water quality simulation for SS, TN and TP, show that R² were 0.58, 0.47 and 0.62 respectively. This results were compared with the other research using the detailed models (SWAT, HSPF) for the same watershed and this showed the feasibility of mid-range model for the small watershed.

Evaluating the Soil Salinity of Reclaimed Wastewater Irrigation in Paddy Plots using the Soil-Water-Atmosphere-Plant Model and Water Management Response Indicators

장태일,황세운,정한석,강문성,박승우,Jang, Tae-Il,Hwang, Sye-Woon,Jeong, Han-Seok,Kang, Moon-Seong,Park, Seung-Woo The Korean Society of Agricultural Engineers 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.2

본 연구에서는 하수재이용에 따른 논에서의 토양염분 변화를 추정하기 위하여 경기도 화성시 수원환경사업소 인근에 위치한 병점지구를 대상으로 수문순환과 작물성장과의 관계를 고려한 SWAP (Soil-Water-Atmosphere-Plant) 모형을 이용하여 평가하였다. 실험에 사용한 관개용수는 지하수 (TR#1), 하수처리장 방류수+여과+UV (TR#3)로 분류하여 모형에 사용하였다. 유입관개수의 EC (Electrical Conductivity)는 지하수 관개수인 TR#1이 다른 처리구에 비해 작았고, TR#3의 경우 0.442~0.698 dS $m^{-1}$의 범위를 보였다. 모형의 보정과 검정을 위해서 대상지구에 FDR (Frequency Domain Reflection)을 설치하여 토양수분함유량과 염분농도를 토심에 따라 일단위로 모니터링 하였다. 토심 (50, 100, 140 cm)에 따른 토양함수량의 RMSE는 검정기간 중 TR#1에서 0.003~0.064 $cm^3\;cm^{-3}$, TR#3에서 0.001 $cm^3\;cm^{-3}$ 범위를 보여 주었고, 토양염분의 보정기간 중 토심별 RMSE는 TR#1에서 0.018~0.037 dS $m^{-1}$, TR#3에서 0.004~0.014 dS $m^{-1}$ 범위를 보여 적용성이 있는 것으로 나타났다. 토양내의 염분수지 분석 결과, 토양에서의 염분저장량이 (-)로 나타나 토양내로 침출되는 것으로 나타났으며, WMRI (Water Management Response Indicators)을 이용한 분석 결과, 높은 침투능으로 인하여 토양에서의 염분 집적 영향은 낮은 것으로 평가되었다.

동적 농업 비점오염 평가모델 (DANSAT)의 3차원 민감도 분석

조재필,황세운,모스타기미사이드,Cho, Jae-Pil,Hwang, Sye-Woon,Saied, Mostaghimi The Korean Society of Agricultural Engineers 2009 한국농공학회논문집 Vol.51 No.1

새로 개발된 모형에 대한 민감도 분석은 입력변수의 선정 및 보정을 위한 필요한 지침을 제공하기 위해 수행되어야 할 필수적인 과정이다. 동적 농업비점오염 평가모델 (dynamic agricultural nonpoint source assessment tool, DANSAT)은 농업 최적관리기법(BMP)의 지표 및 지하수에 대한 영향을 평가하기 위해 개발된 3차원 모델이다. 본 연구의 목적은 서로 다른 토층 및 유역내 위치에서 입력변수의 변화에 따른 지표 및 지하관련 출력들의 반응을 토대로 DANSAT의 일반적인 민감도 분석을 수행하는 것이다. 선정된 입력변수들의 변화에 따른 세가지의 지표관련 출력 (유출량, 유사량, 유출수중 농약 부하량) 및 두가지의 지하관련 출력 (지하수로의 유입 유량 및 지하수로의 농약 유입량)의 반응이 고려되었다. 민감한 입력변수들은 하나의 격자만을 이용한 예비 민감도 분석을 통하여 선정되었는데, 대체로 토양 관련 인자들이 지표 및 지하에서 양적/질적으로 민감하게 작용하는 것으로 나타났다. 예비민감도 분석을 통해 선정된 토양입력변수들의 서로 다른 토층에서의 변화에 따른 모형 출력들의 반응을 고려한 수직적 민감도 분석결과, 지표관련 출력들의 경우 지표 부근의 상층 토양의 인자가, 지하관련 출력들의 경우 하부 토층의 인자가 각각 민감하게 작용하는 것으로 평가되었다. 유역내에서 입력변수들의 공간적 위치의 변화에 따른 반응을 고려하는 수평적 민감도 분석결과, 유역 경계의 주변보다 하천 주변에서의 입력변수 변화가 모형의 지표 및 지하관련 출력들에 민감한 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 BMP의 지표 및 지하의 수문/수질에 미치는 영향을 평가하기 위해 개발된 DANSAT 모형의 입력변수 선정 및 보정에 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.