• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.34-34
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• 2018

본 연구는 다목적 유전자 알고리즘 Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II)를 활용하여 자동 검보정 알고리즘을 개발하고, 이를 준분포형 수문모형인 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형에 적용하여 평가하고자 한다. 집중형 모형과 달리, 분포형 모형은 유역 내 다양한 물리적 변수와 공간 이질성(spatial heterogeneity)을 표현하기 위한 많은 매개변수를 포함하고 있고, 최근에는 기후 변화와 장기 가뭄과 같은 이상 기후에 따른 물 부족, 수질 오염 및 녹조 현상 등을 고려하기 위해 매개변수의 시간적인 변동성을 고려하기 위한 연구도 수행되고 있다. 이에 따라 본 연구에서 개발한 다목적 알고리즘은 다양한 매개변수의 시공간적 특성을 고려할 수 있도록 작성되었으며, Python으로 개발하여 타 모형으로의 확장성 및 범용성을 고려하였다. SWAT 모형의 유출 해석은 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error), 모형 효율성 계수(Nash-Sutcliffe efficiency, NSE) 및 IOA(Index of agreement) 등을 활용해 기존 연구 결과와 비교분석할 수 있도록 하였으며, 사용자의 선택에 따라 다른 목적함수 또한 활용할 수 있도록 하였다. NSGA-II를 활용한 SWAT 모형의 유출 해석은 다목적 함수를 고려함에 따라 실측값과 높은 상관성을 보여줄 것으로 판단되며, 이상 기후 기간 설정에 따른 유동적인 매개변수 변화를 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.27 no.1
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• pp.61-72
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• 2011

In order to assess hydrologic and nonpoint source pollutant behaviors in a watershed with Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model, the accuracy evaluation of SWAT model should be conducted prior to the application of it to a watershed. When calibrating and validating hydrological components of SWAT model, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (EI) has been widely used. However, the EI value has been known as it is affected sensitively by big numbers among the range of numbers. In this study, a Web-based flow clustering EI estimation system using K-means clustering algorithm was developed and used for SWAT hydrology evaluation. Even though the EI of total streamflow was high, the EI values of hydrologic components (i.e., direct runoff and baseflow) were not high. Also when the EI values of flow group I and II (i.e., low and high value group) clustered from direct runoff and baseflow were computed, respectively, the EI values of them were much lower with negative EI values for some flow group comparison. The SWAT auto-calibration tool estimated values also showed negative EI values for most flow group I and II of direct runoff and baseflow although EI value of total streamflow was high. The result obtained in this study indicates that the SWAT hydrology component should be calibrated until all four positive EI values for each flow group of direct runoff and baseflow are obtained for better accuracy both in direct runoff and baseflow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.262-262
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• 2020

새만금 유역 내에는 다수의 보 및 제수문이 위치하고 있으며, 관개, 배수, 오염원 등이 영향을 받고 있다. 선행연구 중에는 보 및 제수문을 고려하기 위해 모형의 소스코드를 일부 수정하여 연구되고 있으나 유역모형으로 구현하기에는 한계가 있으며, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 하류 제수문에 대한 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 미국 농무부에서 농업유역의 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD (Computational fluid dynamics)는 전산유체역학 모형으로 구조물을 설계하고 유체, 기체 등을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농업유역 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 영향을 평가할 수 있다. 우선, 만경강 유역을 대상유역으로 선정하고 부용, 황산, 상리, 고은교 등 제수문의 위치를 파악하였다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. 보정기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.84, 2.96 mm/day, 0.70을 나타냈다. 검증기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.72, 2.94 mm/day, 0.46을 나타냈다. 본 연구는 유역 차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 향후 제수문 모니터링 자료를 활용하여 CFD 모형을 구축하고 유입량에 따른 제수문의 검보정 및 영향을 평가하고자 한다. 이러한 결과는 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.6
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• pp.439-449
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• 2015

In this study, reliable future runoff projections based on RCPs for Yongdam dam watershed was performed using SWAT model, which was validated by k-fold cross validation method, and investigated the factors that cause the differences with respect to runoff projections between this study and previous studies. As a result, annual average runoff compared to baseline runoff would increase 17.7% and 26.1% in 2040s and 2080s respectively under RCP8.5 scenario, and 21.9% and 44.6% in 2040s and 2080s respectively under RCP4.5 scenario. Comparing the results to previous studies, minimum and maximum differences between runoff projections over different studies were 10.3% and 53.2%, even though runoff was projected by the same rainfall-runoff model. SWAT model has 27 parameters and physically based complex structure, so it tends to make different results by the model users' setting. In the future, it is necessary to reduce the cause of difference to generate standard runoff scenarios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.1072-1076
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• 2004

도시 개발에 의해 우수의 불투수지역 확대, 하천부지의 축소, 산림 및 유수지의 감소 등이 급속히 진행되어 하천유량의 변화, 지하수위의 저하, 용수의 고갈, 생태계의 파괴 등이 발생되어 왔다. 도시지역은 도시형 수해발생, 갈수시의 급수안전도 지하, 평시 하천유량의 감소, 공공수역의 수질악화, 지하수 오열 등 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 이러한 문제들은 서울의 경우도 예외는 아니며 청계천 복원 사업과 더불어 그동안 방치되었던 도시유역의 물순환 체계를 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 도시하천 유역의 물순환을 해석하였다. SWAT모형은 미국 농무성 농업연구소(Agricultural Research Service, ARS)에서 개발된 모델로서, 내규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 물과 유사 및 농업화학물질의 거동에 대한 토지관리 방법의 영향을 예측하기 위해 개발되었다. SWAT 모형은 물리적 이론에 근거한 연속모형으로 준분포형 (Semi-Distributed) 모형이다. 본 연구는 도시하천 유역의 물순환체계 변동을 고려한 물순환 정상화 기술을 개발하기 위한 기초단계로서, 청계천 유역에 내해 모형을 적용하였다. 청계천은 중랑천의 제1지류인 지방2급 하천으로 유역면적 $50.96km^2$, 유로연장 13.75km이며, 2003년 7월부터 ,5.9km의 본류구간에 대한 복원공사가 진행 중이다. 적용유역의 수문${\cdot}$기상${\cdot}$지하수 자료는 1993널 1월 1일 $\~$ 2002년 12월 31일까지의 서울 기상청 자료를 이용하였으며, 지형, 토양, 토지이용 자료는 기존에 구축된 GIS 자료를 이용하였다. 모형 적용결과, 도시하천 유역에 대한 SWAT 모형의 적용성을 확인할 수 있었으며 유역의 물순환계를 구성하는 강수, 지표수, 토양수, 지하수 및 하천수 등의 상호 관계 분석을 통해 장기간의 유역 물순환체계 변화를 분석할 수 있었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.2
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• pp.529-536
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• 2013

The semi-distributed rainfall runoff model of SWAT is applied to the Seom-river experimental watershed. The simulations of various antecedent periods before the targeted simulation periods of 2002 to 2009 are not necessary despite of the slight appearance of corresponding changes in simulated total runoff. The simulated results of total runoff by using various numbers of soil layer maps have little differentiated nevertheless the slight changes in simulated results have been appeared. The 7 parameters of CANMX, $CN_2$, ESCO, GW_REVAP, SOL_ALB, SOL_AWC, and SOL_K greatly govern the rainfall runoff are confirmed and their sensitivity analyses have been carried out. The optimal parameters used in SWAT are derived by SUFI-2 of SWAT-CUP. The NS and $R^2$ are 0.99 and 0.98, respectively which is shown the good agreement between the observed and the simulated results. The uncertainty factors of P-factor and R-factor are 0.85 and 0.06, respectively which is also shown the high efficiency of the model. The high applicability is also shown with improving the RMSE in SWAT model simulation using the parameters estimated by SUFI-2 of SWAT-CUP.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.996-1000
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• 2010

본 연구에서는 장기유역모형인 SWAT 모형의 국내 적용의 한계를 인식하여 유출해석모듈과 하도수질모듈 등을 개선한 SWAT-K(Korea) 모형을 통해 수질 모형을 사용하는 의사 결정에 있어 하도추적법이 미치는 영향을 분석하고자 현재 우리나라에서 시행중인 오염총량관리제 개념에 적용하였다. 기준 유량 개념을 도입하여 모의된 수질항목을 평가하기 위하여 장기간의 유황곡선을 작성하고 유황곡선의 초과확률분포를 기준으로 오염부하곡선을 작성하여 하도추적법의 변화가 수질 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 이를 바탕으로 수질항목 초과확률분포에 따른 오염부하곡선을 작성하여 모형의 선택에 따라 동일 기준유량시 모의되는 부하량 값의 변화를 분석하였다. 분석 결과 수질 항목은 유황의 변화를 매우 유사하게 재현하며, 수질 매개변수 보정에도 불구하고 하도추적법이 수질 항목의 모의에 있어 매우 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 따라서 본 모형은 정교한 유출 모의와 더불어 오염물질의 신뢰도 높은 모의를 통해 향후 수질오염총량관리제 시행에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.54 no.2
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• pp.137-145
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• 2012

본 연구에서는 2005년부터 2006년까지 충청남도 공주시 반포면에 위치한 봉곡천 유역의 경사지 밭을 포함하고 있는 산지하천에서 유출량, 총인, 총질소를 측정하였고 측정된 자료는 SWAT 모형을 통하여 장기간의 배출부하량 산정을 위해 모형의 보정 및 검정자료로 사용하였다. SWAT 모형의 보정 및 검정결과는 유출량은 일별자료를 이용하여 보정 및 검정을 실시하였다. 그 결과 결정계수 ($R^2$)가 0.80~0.83의 값을 보였으며 일별 T-N, T-P 부하량에 대한 보정 및 검정결과는 결정계수 ($R^2$)가 0.62~0.86의 값을 보였다. 모형의 보정 및 검정을 통해 결정된 최적매개변수를 적용하여 1997년부터 2006년까지 관측된 강우자료로 장기간의 유출량, T-N, T-P 배출부하량에 대한 SWAT 모형 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 이를 바탕으로 하여 산지와 밭에 대한 원단위를 산정하였으며, 그 결과 산지에 대한 T-N의 원단위는 3.29 $kg/km^2/day$이었고 T-P에 대한 원단위는 0.15 $kg/km^2/day$로 나타났다. 또한 밭에서의 T-N에 대한 원단위는 11.15 $kg/km^2/day$이었고 T-P에 대한 원단위는 0.70 $kg/km^2/day$로 나타났으며 강우의 시간 및 공간적 변화에 따른 유출량을 고려한 산지와 밭에서의 영양염류 배출부하량을 산정하는데 SWAT모형을 적용하는 것이 타당성이 있는 것으로 판단되었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.44 no.4
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• pp.495-501
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• 2024

SWAT-K (Soil and Water Assessment Tool-Korea) model is a long-term runoff model using a soil-centered water balance equation. Soil is crucial for simulating hydrological components, requiring a database (usersoil.dbf) with soil series attribute information. Since the soil property information estimated by soil transfer functions developed overseas does not reflect the characteristics of domestic soil, the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology has established the soil database, which incorporates the results of domestic soil surveys and research from the National Institute of Agricultural Sciences. This study provides a more detailed description of the hydrological component simulation process using soil property information and revises and supplements the previously established soil database to operate in the latest SWAT model. Additionally, by providing this database through the integrated water management platform, it is expected to be utilized not only in the SWAT-K model but also in various watershed hydrological models developed considering soil characteristics.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.473-473
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• 2021

새만금 유역의 하류 평야지대는 농업 관개 및 배수가 제수문의 영향을 받고 있으며, 상류 축산밀집시설에 따라 농업 비점오염원 유입이 수계 환경오염에 미치는 영향을 평가하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 새만금 유역의 하류 제수문을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD(Computational fluid dynamics)는 구조물을 설계하고 유체, 기체 등의 역학을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농촌 소유역을 대상으로 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 유입 및 유출 영향을 평가할 수 있다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. CFD 모형은 제수문의 실제 규격을 바탕으로 동일한 구조를 고려하였으며, 수문조작을 고려하여 유입 및 유출을 모의하였다. 본 연구는 유역차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.