• 한국농공학회논문집
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• 제57권3호
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• pp.21-39
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• 2015

유역 내부의 수문과정에 대한 관측치를 이용한 모형의 보정은 분산형 수문수질 모형의 적용성을 높이는 방법으로 권장되지만, 관측치가 충분하지 않은 경우가 많아 적용사례가 드문 실정이다. 본 연구는 경지에서 유역의 출구까지 여러 단계의 수문과정을 고려하여 분산형 수문수질모형을 보정하는 방법을 제시하고, 이와 같은 방법으로 보정된 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 본 연구는 SWAT 모형을 이용하여 미국 조지아의 South Atlantic Coastal Plain에 있는 한 농업유역의 수문과정을 모의하였다. 또한, 유사와 영양물질의 구체적인 하천운송과정을 모의하기 위해 SWAT모형의 QUAL2E 모듈을 이용하였다. 모형보정은 유역의 유출량 및 유사와 영양물질의 양 뿐만 아니라 경지에서 관측된 바이오매스, 토양 침식량 및 영양물질 발생량, 수변지역 (riparian buffer)에서 발생하는 유사와 영양물질 감소, 하천운송과정 등을 고려하여 수행되었다. 모형의 보정 및 검증기간은 자료기간과 토양보전농법의 시행기간을 고려하여 선정되었으며, 보정된 모형의 적용성은 복수의 통계치 (NSE, RE, RSR 등)를 이용하여 분석되었다. 보정된 모형은 유역의 출구에서 하천유량과 총질소량을 각각 NSE 0.93 및 0.59의 정확도로 모의하였다. 그러나 유사 (NSE: 0.40)와 총인량 (NSE: 0.45)모의에서는 상대적으로 낮은 정확도를 보였다. SWAT의 QUAL2E 모듈을 이용하여 하천에서의 유사 및 영양물질 운송과정을 고려하는 것은 총인과 총질소 모의결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 다단계 수문과정을 고려하여 보정된 SWAT모형은 유역 내부에서 발생하는 수문과정을 모의하는데 적용성이 있는 것으로 나타났다. 하지만, 계측방법 및 계측된 자료의 분석방법의 변화에 따른 오차와 토지이용의 시공간적 변화를 모의에서 고려하지 못해서 발생한 오차를 감안하더라도, 보정된 모형은 유역출구에서 관측되는 유사와 영양물질 양을 정확하게 모의하는데 실패 (NSE < 0.5)하였다고 평가할 수 있으며, 이는 SWAT 모형의 보정에서 다단계 또는 유역내부의 수문과정을 고려하는 것이 유역출구에서 높은 모의 정확도를 얻는데 기여하지 못할 수도 있음을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.628-632
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• 2005

본 연구에서는 장기유출모형인 SWAT 모형의 대유역에 대한 적용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 국내 대표적 대유역인 소양강댐 유역을 선정하여 연구를 수행하였다. SWAT 모형의 기본입력자료인 수문기상 자료와 GIS 자료(DEM, 토지이용도/토지피복도, 토양도)의 국내 구축현황을 고려해 볼 때, 대유역에서의 적용성이 검증된다면 나아가 4대강 유역에 대한 SWAT 모형의 적용 또한 가능해지리라 판단되며, 국가 수자원 계획의 중요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한, SWAT 모형은 분포형 모형의 장점 중의 하나인 사용자가 원하는 지점에서의 수문성분을 모의할 수 있다. 이는 미계측 유역에 대한 수문성분을 평가할 수 있다는 것으로, 유역내 수위관측지점을 기준으로 관측유량과 모의유량을 비교$\cdot$검토하여 그 적절성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.417-417
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• 2021

복합 토지이용 유역의 수문 모형에서 중요한 것은 큰 강우량이 발생하는 시점에서의 유출량과 유사량이다. SWAT 모형도 이와 같은 부분이 중요한 요소로 작용하는데 이는 모형의 평가가 실측값에 대한 예측값의 결정계수(Coefficient of determination, r²) 또는 Nash-Sutcliffe efficiency(NSE)와 같이 큰 값의 영향이 큰 지수들로 모형의 적합성을 평가하기 때문이다. 수질오염총량제와 같이 유역에서 발생하는 총량을 평가할 때는 강우로 인해 발생하는 유출과 수질뿐만 아니라 평시에 유출에 대한 수질도 중요한 부분이 될 수 있으나 모형의 평가에서 반영되기 어려우므로 실측값과 매우 다른 경향을 나타내는 경우가 많다. SWAT 모형에서는 하천 유사량에 사용되는 계수가 모든 상황에 일괄적으로 적용되기 때문에 과대 평가되는 경향이 있다. 본 연구에서는 SWAT 모형의 비강우시 하천 유사량 모의에 대한 부분이 강우시 하천 유사량에 미치는 영향을 분석하였다. SWAT 모형에서 하천 유출량과 관련된 계수를 확정하고, 하천 유사량과 보정에 사용되는 변수 중에서 prf 계수를 평시와 강우시 다른 계수 적용하여 하천 유사량 변화에 대한 SWAT 모형의 반응을 확인하였다. 지표면 유출과 관련된 변수는 변화하지 않으므로 하천에 유입되는 유사량은 항상 같다고 가정하면, 특정 강우 조건에서의 하천 유사량은 변화하지 않아야 하지만 SWAT 모형에서는 평시 유사량에 따라 달라지는 경향이 나타났다. 이는 평시 prf 계수가 낮아질 때 하천을 통해 유역 밖으로 배출되는 유사량이 감소하였기 때문에 특정 강우 조건에서 유사량이 달라진 것으로 해석될 수 있다. 또한 현재 SWAT 모형은 지표면 유출로 유입되는 유사량 일부가 퇴적되기 때문에 평시에 실제보다 높은 농도로 예측되는 경향도 나타났다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 지표면 유출로 발생하는 유사의 하천 퇴적량을 최소화하고, prf 계수를 강우반응에 대해 변동성을 부여하는 등 비강우시에도 실측과 비슷한 수준의 유사량이 모의 될 수 있도록 SWAT 모형을 개선하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.183-187
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• 2007

유역에서 토사유실로 인한 고농도 탁수의 발생은 현장조사와 수치모형 해석으로 평가될 수 있다. 하지만 현장조사로는 토사유실을 정량화하기에는 제한적이므로 수치모형의 적용이 요구된다. 토사유사예측을 위한 모형 적용 시, 시공간 분석을 위해서 물리적 기반 분포형 혹은 준 분포형 모형이 선호된다. 본 연구에서는 임하 안동 유역의 유출 및 토사유실 분석을 위하여 SWAT 모형 및 HSPF 모형을 적용하였다. 두 모델의 유량 검 보정은 유역 내에 수위 관측 자료(1999년${\sim}$2006년)를 이용하였으며 유사농도는 2006년 하절기 현장 조사를 통해 보정되었다. SWAT 모형의 일별 유출량 변화에 대한 Nash-Sutcliffe 효율계수는 $0.43{\sim}0.76$의 범위로 전반적으로 측정 유량을 잘 모의 하는 것으로 나타났다. HSPF 모형은 SWAT 모형과 마찬가지로 높은 효율의 일별 유출량 예측성을 보였다. 그러나 두 모델은 첨두 유량을 과소산정 하였다. 두 모형의 그래픽 분석결과 측정 유사 농도를 잘 모의하였고, 특히 HSPF 모형은 강우사상에 따른 시간별 실측값의 경향을 잘 예측하였다. 두 모형의 예측성 비교 시, 유출량은 SWAT 모형이 HSPF 모형이 비해 더 잘 모의하였으며 유사 농도는 HSPF 모형이 더 높은 정확성을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 각 소유역별로 탁수를 유발하는 토사 유실량 평가, 유역의 토사유실 저감대책 효과분석 및 저수지 모형과의 연계를 통한 유입된 탁수의 효율적인 관리대책 수립에 이용될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2018

본 연구는 다목적 입자군집최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 적용하여 자동보정 알고리즘의 적용 가능성을 평가하고자 한다. PSO 알고리즘은 Python을 활용해 다목적 함수를 고려할 수 있도록 새롭게 개발되었다. SWAT 모형의 유출 해석은 안성천의 공도 수위 관측소 상류유역($366.5km^2$)을 대상으로 하였으며, 공도 지점의 2000년부터 2017년까지의 일 유량 자료를 이용하여 검보정하였다. 모형을 위한 기상자료는 공도유역 주변 3개 기상관측소(수원, 천안, 이천)의 일별 강수량, 최고 및 최저기온, 평균 풍속, 상대습도 및 일사량을 구축하였다. SWAT 모형의 유출 해석은 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error), Nash-Sutcliffe 모형효율계수(NSE) 및 IOA(index of agreement) 등을 활용하여, 기존 연구 결과와 PSO 알고리즘을 활용한 결과를 비교 분석하고자 한다. 본 연구에서 개발한 다목적 PSO 알고리즘을 활용한 SWAT모형의 유출 해석은 보다 높은 정확도를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, Python으로 개발되어 SWAT모형 이외에도 널리 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권6호
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• pp.499-507
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• 2004

본 연구에서는 준 분포형 지표수 유출모형인 SWAT과 3차원 지하수 유동모형인 MODFLOW의 완전 연동형 결합모형을 독자적인 방식에 따라 개발했다. SWAT의 지하수 모형성분은 집중형이므로 분포형 매개변수와 변화하는 양수량, 지하수위의 변화 등을 고려하지 못하며 MODFLOW 모형은 주요 입력자료인 함양량의 정확한 산정이 어렵다는 한계를 안고 있다. 이를 극복하기 위해 준분포형 모형인 SWAT의 HRU를 분포형 모형인 MODFLOW의 격자로 대응시키기 위해 DEM을 이용한 HRU-GRID변환기법을 독자적으로 개발하였으며, 수문성분 교환은 지하수 함양량의 전달과정과 하천네트워크-대수층간의 상호작용을 고려하여 완성하였다 결합모형을 이용하면 지표수나 지하수 모형만으로는 해결되지 않는 하천-대수층간의 경계유량을 고려한 유출해석이 가능해짐으로써 지하수 유출량을 포함한 유역내 총 유출량의 신뢰성이 증대될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1573-1577
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• 2007

SWAT 모형을 사용하여 수문 및 환경인자들의 예측에 있어서 수문응답단위(Hydrological Response Unit, HRU) 수를 적절하게 결정하는 것은 매우 중요하다. SWAT 모형에서는 수문응답단위라는 계산단위를 통하여 모형의 입력매개변수를 생성하고 모의를 수행하기 때문이다. 본 연구에서는 SWAT모형에서 하천유역의 적절한 HRU 수를 결정하기 위하여 대상유역을 낙동강의 제 1지류이자 국제수문개발계획(International Hydrologic Project, IHP)의 국내 대표유역 중 하나인 위천유역으로 선정하였으며, 토지이용과 토양의 면적비를 조정함으로써 HRU 수를 여러 단계로 적용하여 유출량, 유사량 및 영양염류를 모의하였다. SWAT 모형의 적용을 위하여 위천 유역의 $DEM(30m{\times}30m)$, 토지이용도(1:25,000), 토양도(1:25,000) 등의 GIS 자료와 강우량 및 기상자료를 이용하였다. 본 논문은 위천 유역에 대한 적절한 HRU 수의 기준을 제시하였으며, 이와 같은 분석결과를 이용하여 모형의 입력자료 구축시간을 단축할 수 있어 차후 모형의 적용시에 모형의 적용 효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1734-1738
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• 2010

최근 이상 기후에 따른 유역 환경의 변화가 크게 눈에 띄고 있다. 또한, 댐건설이나 하도 준설 등 인위적인 요인에 의해 유역 및 하천의 유사 거동이 크게 변화하고 있다. 그러나, 하도 관리의 기본 자료인 하천 유역의 유사 발생량에 대해서는 체계적인 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 분포형 수문 모형을 이용하여 체계적이고 합리적으로 비유사량을 산정하기 위한 연구이다. 대상 유역으로는 낙동강 주요 지류 중 하나이며, 영주댐이 건설될 계획인 내성천으로 선정하였으며, 이용하는 모형은 대상유역의 토양 특성, 토지이용과 관리 상태를 고려하는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 선정하였다. 먼저, GIS와 연계된 SWAT 모형을 적용하기 위하여 수치 고도자료, 토양도와 토지이용도를 구축하고, 내성천 유역의 기상 및 우량 관측소를 고려하여 일강수자료, 일 최대/최소 기온을 포함한 기후자료를 입력하였다. 그리고, 대상 유역에 위치한 수문관측소와 수질 관측소를 고려하여 소유역으로 세분화한 후 토양특성과 토지이용에 따른 모의를 실시하였다. SWAT 모형을 이용한 비유사량 산정에서 문제가 되는 것은 식생 피복 상태와 토양 침식성 인자인 것으로 나타났다. 또한, 산정된 비유사량은 내성천의 하천 유사량 측정 자료에서 산정한 비유사량과 비교하였다. 그 결과 SWAT 모형은 유사량 실측 자료에서 산정된 비유사량보다 상당히 큰 값을 산정하였다. 그러나, 보다 체계적인 입력 자료가 축적된다면, SWAT 모형을 이용하여 합리적인 비유사량 산정이 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1254-1258
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• 2008

본 연구에서는 대표적인 준분포 장기유출모형으로 널리 쓰이는 SWAT-K와 HSPF를 이용하여 충주댐유역을 대상으로 2000년부터 2006년까지의 총유출량 산정을 산정하고, 두 모형간의 총 유출량 차이를 분석하기 위해 증발산량, 지표유출량, 중간유출량, 기저유출량 등 각 수문성분별 모의결과를 비교하고, 모형별 유출특성을 분석하였다. 모의기간 연평균 유출량은 SWAT-K는 관측치에 비해 약 2%과다, HSPF는 약 3% 과소하게 모의되었고 모형의 적용 타당성을 가늠할 수 있는 결정계수는 SWAT-K가 0.78, HSPF가 0.88로 나타났다. 수문성분별로 모의치를 비교한 결과 중간 유출은 SWAT-K가, 지하수유출은 HSPF가 크게 산정되는 등 수문성분별 크기에 차이를 드러냄에 따라, 각 모형에서 수문성분을 도출하는 구조의 차이와 계산과정 등의 상세한 비교분석이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.111-118
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• 2008

수변완충지대는 토지로부터 나오는 오염물질의 하천으로 직접유입을 차단하고 저감하는 역할을 한다. 하지만 현재까지 수변완충지대 설정에 따른 유역에서의 저감효과를 분석하는 사례는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 SWAT모형을 이용하여 Arcview GIS상에 병성천 유역 모형을 구축하고 SWAT모형에서의 filter strip기능을 이용하여 수변완충지대 설정에 따른 토사 유출량의 변화를 살펴보았다. 모의결과 저감효과가 큰 곳을 살펴보면 대체적으로 토사유출량 관측지점인 유역 출구지점과 가까운 소유역에서 저감효과가 큰 것으로 보였다. 또한 수변완충지대의 폭을 달리하여 시나리오 분석을 수행한 결과 5-10 m의 수변완충지대 폭이 그 저감효율이 가장 큰 것으로 보였다.