Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies (한국지리정보학회지)

The Korean Association of Geographic Information Studies (한국지리정보학회)
권호 표지

The Analysis of Suspended Sediment Load of Donghyang and Cheoncheon Basin using GIS-based SWAT Model

GIS 기반 SWAT 모델을 이용한 동향·천천유역의 부유사량 분석

  • 이근상 (한국수자원공사 K-water) ;
  • 김유리 (한국수자원공사 K-water) ;
  • 예령 (한국수자원공사 K-water) ;
  • 이을래 (한국수자원공사 K-water)
  • Received : 2009.03.24
  • Accepted : 2009.06.19
  • Published : 2009.06.30
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Abstract

This study applied SWAT model to analyze suspended sediment load that is influence on the high density turbid water in Donghyang and Cheoncheon basin, which are located in the upstream of Yongdam Dam. GIS data such as DEM, land cover map and soil map, and meteorological data were used as the input data of SWAT model. And the rating curve equation and Q-SS equation of Donghyang and Cheoncheon gauge station were applied as the measured values of them. As the result of flowout, the coefficient of determination ($R^2$) and the Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency (EI) of model calibration showed high as 0.87 and 0.87 at Donghyang gauge station, and the $R^2$ and EI of model validation were high as 0.95 at Cheoncheon gauge station. Also, as the result of suspended sediment load, the $R^2$ and EI of model calibration were high as 0.77 and 0.76 at Donghyang gauge station, and the $R^2$ and EI of model validation marked high as 0.867 and 0.80 at Cheoncheon gauge station. It is considered that the suspended sediment load of 2003 showed the highest due to rainfall amounts and rainfall intensity in using SWAT model. The results of suspended sediment modeled in this study can be applied to the decision-making support data for the evaluation of soil erosion possibility and turbid water potential in the management of reservoir.

본 연구에서는 용담댐 상류의 동향과 천천 유역을 대상으로 고탁수 발생에 영향을 주는 부유사량을 분석하기 위해 SWAT 모델을 적용하였다. DEM, 토지피복도, 토양도와 같은 GIS 자료 및 기상자료 등을 SWAT 모델의 입력자료로 활용하였으며 동향과 천천 수위국의 수위-유량 곡선식과 유량-유사량 곡선식을 관측자료로 이용하였다. 유량 분석 결과, 동향 지점의 결정계수($R^2$)와 모델효율성지수(EI)는 0.87과 0.87로 나타났으며, 천천 지점의 $R^2$과 EI는 모두 0.95로 높게 나타났다. 또한 유사량 평가에서는 동향지점의 $R^2$과 EI는 0.77과 0.76으로 나타났으며, 천천 지점의 $R^2$과 EI는 0.86과 0.80으로 높게 나타났다. SWAT 모델을 이용시 2003년의 부유사량이 강우량 및 강우강도의 영향으로 가장 높은 결과를 나타낸 것으로 판단된다. 본 연구에서 모의된 부유사량 분석결과는 저수지 관리를 위한 토양침식 가능성 및 탁수발생 잠재성을 평가하기 위한 의사결정지원 자료로 활용될 수 있을 것이다.

Keywords

References

  1. 갈병석. 2008. SWAT 모형을 이용한 낙동강 유량 및 부유사량 변동 분석 연구. 석사학위논문. 부산대학교.
  2. 김보경, 김상단, 이은태, 김형수. 2007. SWAT 모형 매개변수의 적정 범위 추정방법 개발 : 임하호 유입량 및 부유사량에의 적용. 대한토목학회논문집 27(6B): 661-668.
  3. 김정곤, 손경호, 노준우, 이상욱. 2008. SWAT 모델을 이용한 임하․안동 유역의 부유사량 발생량 추정. 대한환경공학회지 30(12): 1209-1217.
  4. 박종윤, 이미선, 이용준, 김성준. 2008. SWAT 모형을 이용한 미래 토지이용변화가 수문-수질에 미치는 영향 분석. 대한토목학회논문집 28(2B): 187-197.
  5. 예령, 윤성완, 정세웅. 2008. 대청댐 유역 토양 침식량 산정을 위한 SWAT 모델의 적용, 한국수자원학회논문집 41(2): 149-162.
  6. 예령, 정세웅, 이흥수, 윤성완, 정희영. 2009. SWAT 모형을 이용한 대청댐 유역의 기후인자에 따른 유출 및 유사량 민감도 평가. 수질보전 한국물환경학회지 25(1): 7-17.
  7. 이근상. 2006. GIS 공간분석을 이용한 안동${\cdot}$임하호 유역의 토사유실 비교 평가. 대한토목학회논문집 26(2D): 341-347.
  8. 이근상. 2007. GIS 기반 고랭지밭의 토사유실 영향 분석. 대한토목학회논문집 27(5D): 657-662.
  9. 정재운. 2005. SWAT 모형에 의한 주암호 외남천 유역의 비점오염 부하 추정. 석사학위논문. 전남대학교.
  10. 한국수자원공사. 2002. 2002년 용담댐 일원 하천 유량측정 등 수문조사 보고서. 용담댐관리단.
  11. 한국수자원공사. 2003. 2003년 용담댐 일원 하천유량측정 등 수문조사 보고서. 용담댐관리단.
  12. 한국수자원공사. 2004. 2004년 용담댐 일원 하천 유량측정 등 수문조사 보고서. 용담댐관리단.
  13. 한국수자원공사. 2005. 2005년 용담댐 일원 수자원․환경기초시설 조사. 용담댐관리단.
  14. 한국수자원공사. 2006. 2006년 용담댐 일원 수자원․환경기초조사. 용담댐관리단.
  15. 한국수자원공사. 2007. 2007년 용담댐 일원 수자원․환경기초조사. 용담댐관리단.
  16. 한국수자원공사. 2008. 금강수계 수자원${\cdot}$환경 기초조사 용역. 용담댐관리단.
  17. Arnold, J. G., R. Srinvasan, R. S. Muttiah and J. R. Williams. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment part 1: Model development. Journal of the American Water Resources Association 34(1): 73-89. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1998.tb05961.x
  18. Chung, S. W., P. W. Gassman, L. A. Kramer, J. R. Williams and R. Gu. 1999. Validation of EPIC for two watersheds in southwest Iowa. Journal of Environmental Quality 28(3): 971-979. https://doi.org/10.2134/jeq1999.00472425002800030030x
  19. Francisco Olivera, M. Valenzuek, R. Srinivasan, J. H. Choi, Hindae Cho, Srikanth koka and Ashish Agrawal. 2006. ArcGIS-SWAT :　A Geodata Model and GIS Interface for SWAT. Journal of the American Water Resources Association 42(2): 295-309. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2006.tb03839.x
  20. Green, W. H. and G. A. Ampt. 1911. Studies on soil physics, 1. The flow of air and water through soils. Journal of Agricultural Sciences 4: 11-24.
  21. Green, C. H., M. D. Tomer, M. Di Luzio and J. G. Arnold. 2006. Hydrologic evaluation of the Soil and Water Assessment Tool for a large tile-drained watershed in Iowa. Transactions of the ASAE 49(2): 413-422. https://doi.org/10.13031/2013.20415
  22. Jennifer Benaman, A. M., Christine A. Shoemaker, F. and Douglas A. Haith, M. 2005. Calibration and Validation of Soil and Water Assessment Tool on an agricultural watershed in upstate New York. Journal of Hydrologic Engineering 10(5): 363-374. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2005)10:5(363)
  23. Kati, W. Migliaccio and Indrajeet Chaubey. 2008. Spatial distributions and stochastic parameter influences on SWAT flow and sediment predictions. Journal of Hydrologic Engineering 13(4): 258-269. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2008)13:4(258)
  24. Lagates, D. R. and G. J. McCabe. 1999. Evaluating the use of "goodness of fit" measures in hydrologic and hydro-climatic model validation. Water Resource Research 35(1): 233-241. https://doi.org/10.1029/1998WR900018
  25. Nash, J. E. and J. V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual model; Part 1 - A discussion of principles. Journal of Hydrology 10(3): 398-409.
  26. Olivera, F., M. Valenzuela, R. Srinivasan, J. Choi, H. Cho, Koka, S. and A. Agrawal, 2006. ArcGIS-SWAT : A Geodata Model and GIS Interface for SWAT. Journal of the American Water Resources Association 42(2): 295-309. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2006.tb03839.x
  27. Ramanarayanan, T. S. Williams, J. R., Dugas, W. A., Heuck, L. M. and McFarland, A. M. S. 1997. Using APEC to identify alternative practiced for animal waste management, Minnea-polis. ASAE Paper. No. 97-2209.
  28. Renard, K. G., G. R. Foster, G. A. Weesies, D. K. McCool and D. C. Yoder. 1997. Predicting Soil Erosion by Water : A Guide to Conservation Planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). U.S. Department of Agriculture. Agriculture Handbook. No. 703.
  29. Santhi, C., J. G. Arnold, J. R. Williams, W. A. Dugas, R. Srinivasan and L. Hauck. 2001a. Validation of the SWAT model on a large river basin with point and nonpoint sources. Journal of the American Water Resources Association 37(5): 1169-1188. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2001.tb03630.x
  30. Santhi, C., J. G. Arnold, J. R. Williams, Hauck, L. and W. A. Dugas. 2001b. Application of a watershed model to evaluate management effects on point and nonpoint source pollution. Transactions of the ASAE 44(6): 1559-1570.
  31. Soil Conservation Service. 1972. Section 4 : Hydrology in National Engineering Handbook, SCS.
  32. Williams, J. R. 1969. Flood routing with variable travel time or variable storage coefficients. Transactions of the ASAE 12(1): 100-103. https://doi.org/10.13031/2013.38772
  33. Williams, J. R. 1995. Chapter 25. The EPIC Model, In Computer Models of Watershed Hydrology. Water Resources Publications. Highlands Ranch, Co. 909-1000.
  34. Wischmeier, W. H. 1960. Croppong-management factor evaluation for a universal soil-loss equation. Soil Science Society of America Proceedings 23: 322-326.