• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.904-904
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• 2012

강우-유출모형중 단기 홍수 사상 모형은 주로 집중형으로 하천유량 모의에 중점을 두어 왔고, 장기유출모형은 분포형으로 기저유출 모의에 중점을 두어 왔다. 단기 홍수사상 모형은 유역 전반에 걸친 수자원의 분포특성을 파악하기 힘들다는 단점이 있고, 장기유출모형은 단기 홍수사상을 분석하기 힘들다는 단점이 있다. 이와 같은 단점은 두 모형을 함께 이용하여 보완할 수 있다. 따라서 본 연구에는 단기 홍수사상모형인 HEC-HMS모형과 장기유출모형인 SWAT모형을 연동하기 위하여 두 모형에 공통으로 적용되는 매개변수 CN값을 적절히 구해 이용하여야 한다. 두 모형에서 CN값을 얻는 방법은 첫 번째, HEC-HMS모형의 홍수기 호우사상별 최적평균 CN값을 구하는 것이고, 두 번째, SWAT모형 내에서 적용되는 일별 CN값을 구하는 것이다. 그리고 두 모형의 매개변수를 이용하여 보정 3년(2002년~2004년), 검증 2년(2005년~2006년), 적용 3년(2007년~2009년)을 모델링하여 SWAT-HMS모형의 유출분석 신뢰성을 판단하였다. 보정 3년 결과로 선행 5일강우량 기준으로 150mm 이하이면 모의가능하고, 150mm 이상이면 과소 모의되는 SWAT모형의 단점을 알 수 있었다. 검증을 실시한 2년은 SWAT-HMS모형의 중요 매개변수인 CN값을 HEC-HMS모형의 CN값과 SWAT모형의 CN값을 적용한 결과를 비교하여 상관계수 0.90과 0.95를 얻었으며, SWAT-HMS모형에 적용되는 매개변수 CN값은 SWAT모형의 CN값을 사용할 경우 더욱 신뢰할 수 있음을 알았다. 적용 3년(2007년~2009년)은 SWAT모형의 CN값을 SWAT-HMS모형에 적용하여 유출분석을 하였으며, 관측치와 모의치의 상관계수 0.95라는 신뢰할 수 있는 결과를 얻었다. 그리고 관측치와 모의치의 첨두유량은 평균적으로 5% 이내의 차이로 정확한 모의결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구는 격자분포형 유출모형인 SWAT모형과 집중형 유출모형인 HEC-HMS모형을 두 모형에 공통으로 적용되는 매개변수 CN값을 이용하여 두 모형이 가지는 단점을 해소하여 보다 정확한 유출분석 결과를 얻을 수 있는 방법을 제시 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.195-195
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• 2012

인공신경망 모형은 복잡하고 비선형의 입력과 출력 관계를 잘 반영할 수 있어서 유출 모델링에 널리 적용되어 왔다. 그러나 인공신경망 모형은 강우나 유역특성의 공간적 분포를 반영하는 것이 어려우며 물리적 개념이 결여되어 있는 단점이 있다. 본 연구에서는 유역특성과 물리적 개념을 반영할 수 있는 물리기반 모형과 인공신경망 모형의 장점들을 조합하여 물리기반 모형의 일 유출량 해석 능력을 향상하기 위하여 SWAT 모형과 인공신경망(ANN)을 연계하였다. SWAT-ANN 연계모형은 두 단계로 구성되어 진다. 첫 번째 단계에서는 관측 자료를 이용하여 SWAT 모형을 보정한다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 계산한 소유역별 SWAT 모형의 유출결과를 ANN의 입력자료로 이용하여 SWAT-ANN 연계모형을 구축한다. SCE-UA 최적화 방법을 적용하여 SWAT 모형의 매개변수들을 보정하였고, ANN 학습은 3층의 feed-forward 역전파 알고리즘에 기초한 Bayesian Regularization 방법을 적용하였다. ANN 은닉층의 뉴런 및 전달함수는 시행착오를 통하여 적절한 ANN 구조를 설정하여 SWAT-ANN 연계모형의 일유출량을 모의하였다. 여러 가지 통계적 오차기준을 이용하여 보청천 유역에서 SWAT-ANN 연계모형의 결과와 SWAT 단독 모형의 결과를 비교하였다. SWAT-ANN 연계모형이 SWAT 단독 모형보다 더 우수한 결과를 나타내어 일 유출량 해석을 위한 SWAT-ANN 연계모형의 유용성을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1327-1331
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• 2009

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)은 대규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 물과 유사 및 농업화학물질의 거동이 토지관리방법에 미치는 영향을 예측하기 위해 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service, ARS)의 Jeff Arnold에 의해 1990년대 초에 개발된 유역모델이며, 최근에는 SWAT2005 모형이 개발되었다. SWAT 모형은 SWAT2000 모형을 구동하기 위한 ArcView 3.2a 기반의 인터페이스 시스템이 널리 이용되어 왔으나, 최근에는 SWAT2005 모형과 ArcGIS를 연계 운영하기 위한 ArcSWAT(Winchell et al, 2008)이 개발된 바 있다. 국내에서는 GIS와 데이터베이스를 기반으로 SWAT2000 모형의 구동 및 입출력 자료의 관리 등을 효과적으로 수행할 수 있는 SWAT2000 모형과 HyGIS(Hydro Geographic Information System)를 연계시스템인 HyGIS-SWAT(김경탁과 최윤석, 2006)이 개발된 바 있다. 본 연구에서는 최근 들어 SWAT2005 모형의 활용성이 높아짐에 따라 HyGIS와 SWAT2005 모형의 연계시스템을 개발하고자 하며, 이를 통해서 SWAT2005 모형 구동의 효율성과 편의성을 증대시킬 뿐만 아니라, 개선된 SWAT2005 모형으로 기존의 HyGIS-SWAT을 개선하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.743-748
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• 2005

김남원 등(2004a, b)에 의해 개발된 SWAT-MODFLOW 모형은 SWAT 모형과 MODFLOW 모형의 Recharge Package와 River Package를 직렬로 연결한 모형이다. 그러나 MODFLOW 모형에는 지하수 흐름방정식의 해석에 관련된 Package를 제외하더라도 Well, Drain, Evapotranspiration 등의 Package가 더 있어 대수층으로부터의 우물의 함양과 배출, 배수관을 통한 지하수의 배출, 지하수의 증발산으로 인한 손실 등을 수행할 수 있다. MODFLOW 모형의 Well Package는 SWAT 모형에서 대수층의 물이동, Drain Package는 SWAT 모형의 토관배수, Evapotranspiration Package는 SWAT 모형의 얕은 대수층에서의 증발산과 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 이들 세 개의 Package를 SWAT 모형과 완전 연동시킴으로써 사용자가 좀 더 다양한 조건에 대하여 SWAT-MODFLOW 결합모형을 적용할 수 있도록 기능을 향상시켰다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.158-162
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• 2004

장기적인 측면에서 유역의 도시화는 토지이용(불투수면적의 확대), 인위적인 구조물, 하천환경의 변화로 도시화되기 이전과 매우 다른 유출거동 특성을 가진다. 이러한 유역특성변화 요소를 모형에 적절히 반영함으로써 지표수, 하천수, 지하수 등의 수문순환요소를 정량화하고 이를 수문학적으로 평가할 수 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 장기유출모형인 SWAT과 도시지역 유출해석에 주로 이용되는 SWMM의 RUNOFF 블록의 결합모형을 구성하였고, SWAT-SWMM 결합모형의 구성방법 및 모형의 한계, 결합모형의 모식 등을 기술하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.610-614
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• 2004

장기 유역 유출모형인 SWAT에 도시지역의 영향을 적절히 고려할 수 있도록 SWMM 모형을 포함시킨 SWAT-SWMM 결합모형을 테스트하기 위해 시험유역에 적용하였다. 이로부터 SWAT 모형과 SWAT-SWMM 결합모형에 의한 수문순환요소(지표수, 지하수, 하천유출, 증발산 등)를 비교${\cdot}$분석하였다. 또한 각 모형이 수문순환요소를 모식하는 방법을 비교${\cdot}$분석하여 SWAT-SWMM 결합모형을 개선하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.65-69
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• 2005

SWAT 모형은 우리나라 논 지역에서의 수리관행을 이행할 수 있도록 관개용수의 공급과 담수지역에 대한 성분해석에 대한 기본적인 틀을 갖추고 있으며, 각종 물관리 체계의 조작이 가능한 우수한 모형이다. 그러나, 실제 우리나라 농업지역에 관개용수를 공급하고 담수상태의 논 지역을 충분히 모사하지 못하고 있다. 따라서, 이러한 결함을 제거하기 위해서는 SWAT 모형의 관개용수공급과 관련한 내부 모듈의 전면적인 수정$\cdot$보완과 교체작업이 필요하였다. 이러한 SWAT 모형의 문제점 해결을 위해 우리나라 는 농사의 특징인 담수를 고려하고, 관개량 및 관개일정을 제어하여 담수 논에 대한 수문성분이 전체 하천유출을 포함하는 수문순환 과정에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 SWAT-AGRIMAN(SWAT-AGRIculture MANagement) 모형을 개발하였다. 개발된 SWAT-AGRIMAN 모형을 보청천 기대교 상류유역에 적용하였고, 적용결과를 SWAT 모형에 의한 모의결과와 비교$\cdot$평가하였다. 관개용수의 수원의 제기능 여부 및 담수상태의 유지여부와 논의 침투량 및 증발산량, 유역 출구에서의 유출량의 변화특성을 살펴보았으며, 실제 관측유량과의 유출율, 평균제곱근오차(RMSE), 모형효율계수(ME), 상관계수(CORRL), 결정계수($R^2$)의 비교$\cdot$분석을 통해 모형을 평가하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권4호
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• pp.383-391
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• 2010

본 연구에서는 SWAT 모형과 HELP 모형을 이용하여 보청천 유역의 지하수 함양량을 산정하였다. SWAT 모형은 지표수 및 지하수 성분을 모두 고려할 수 있는 물순환 모형이지만, 토양층에 대한 침루과정의 물리적 해석이 미흡하다. 반면에 HELP 모형은 중간유출 및 지하수 유출성분을 모의하지 못하지만, 토양층에서의 비포화흐름을 고려하여 침루과정을 해석할 수 있다. 국내유역에서 함양량 산정을 위해 SWAT 모형은 여러 유역에서 성공적으로 적용되어 왔지만, HELP 모형의 국내유역에 대한 적용은 매우 미흡하였다. HELP 모형의 적용을 위하여 중간유출계수를 제안하였고, 수정된 지수형감쇠 가중함수를 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. HELP 모형의 함양량은 중간유출계수 값에 따라서 많은 차이를 나타내었다. 중간유출계수 값이 0.6인 경우에 HELP 모형과 SWAT 모형사이의 함양량 오차가 가장 작았으며 일, 월, 연단위 등 다양한 시간규모에 대하여 두 모형사이의 함양량은 비교적 잘 일치하였다. HELP 모형은 SWAT모형에 비하여 모형구조가 비교적 간단하고 입력변수가 적게 요구되므로 지하수 함양량 산정에 유용하게 적용될 수 있으며, SWAT 모형과 HELP 모형을 병행하여 적용하면 지하수 함양량 산정의 신뢰도가 향상될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.824-828
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• 2006

SWAT-MODFLOW 모형은 물리적 기반의 준 분포형 모형인 SWAT모형의 지하수 모듈을 분포형 모형인 MODFLOW로 대체하여 하천과 대수층간의 수위차이에 따른 물교환량으로 지하수 유출량을 결정하는 완전 연동형 지표수-지하수 통합모형이다. 이 모형을 구동하기 위해서는 유역자료, 기상자료, 하천특성자료, 토지 이용자료, 토양자료, 작물자료, 지하수자료 등 다양한 입력 자료를 필요로 한다. 이러한 입력 자료의 변동양상에 따라 모형의 결과가 크게 다르게 나타나므로 모형의 입력 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 분석하여야 한다. 본 연구에서는 지하수유출해석을 담당하는 MODFLOW 모형의 수리지질학적 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 검토하였다. SWAT-MODFLOW 모형을 경안천 유역에 적용하여 투수계수, 저류계수, 하상수리전도도 등의 주요 수리지질학적 매개변수가 지하수 유출현상에 미치는 증감과 변화율 등을 정량적으로 분석하였다. 유역출구점에서의 연평균 지하수유출량의 변화, 하천과 대수층의 상호작용에 따른 지하수 유출량 시계열의 변화 등을 분석하여 그 결과를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.470-470
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• 2015

본 연구의 목적은 위성영상 기반의 SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land) 모형과 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 수문모형을 용담댐 유역($922.3km^2$)에 적용하여 증발산량을 산정하고 모형 간 공간 증발산량의 비교를 통해 각 모형의 적용성을 평가하는데 있다. 이를 위해 SEBAL모형의 입력자료로 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer) Product 중 Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo 영상을 2012년부터 2013년까지 월단위로 구축하고, 일단위의 Land Surface Temperature(LST) 영상을 구축하였다. 지형자료로는 Digital Elevation Model(DEM)과 Land use를 구축하였으며 SEBAL 모형의 구동을 위한 위성영상 및 지형자료는 500 m의 공간해상도로 재구축하였다. SWAT 모형의 모의를 위해 기상 및 유량 자료를 2000년부터 2013년까지 일단위로 구축하였고, DEM, Land use, 토양도의 지형자료를 30 m의 공간해상도로 구축하였다. SWAT 모형의 유출 검보정 후 수위관측소 지점에서 평균 $R^2$를 산정한 결과 도치(0.80), 동향(0.72), 석정(0.64), 주천(0.80), 천천(0.80), 용담댐(0.72)로 높은 상관성을 나타냈으며, 유출 검보정 후 SWAT 모형의 증발산량 모의 결과를 바탕으로 SEBAL 모형과의 공간 증발산량을 비교하였다. 두 모형의 증발산량은 SEBAL 모형의 경우 지형에 따라 SWAT 모형은 토양 특성에 따라 분포하는 경향이 다르게 나타났다. SEBAL 모형은 주로 저지대에서 증발산량이 높게 산정되며 고지대로 갈수록 감소하여 증발산량이 지형의 고저차에 따라 분포하는 모습을 보였다. SWAT 모형은 토양 특성에 따라 증발산량이 분포하며 유역 내에서 뚜렷한 차이를 나타내지는 않았다. 월별 총 증발산량은 SWAT 모형의 경우 7~8월에 약 90 mm/mon로 가장 높게 나타나고 1~2월은 0 mm/mon로 계절별 변화폭이 컸으나, SEBAL 모형의 경우 5~6월에 증발산량이 약 60 mm/mon로 가장 높게 나타났고 계절별 변화 폭이 SWAT 모형에 비해 적은 모습을 보였다. 이는 위성영상을 기반으로 하는 SEBAL 모형의 특성상 장마 기간에 해당하는 7~8월은 구름으로 인해 일사량이 적게 계산되고, 그 결과 5~6월에 비해 증발산량이 작게 산정되는 것으로 판단된다.