• 한국수자원학회논문집
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• 제45권3호
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• pp.301-316
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• 2012

본 연구에서는 한강수계 팔당댐 상류의 자연유출량에 대해 기존의 연구 결과를 바탕으로 TANK 모형 결과와 SWAT 모형결과를 비교함으로써, 기존 TANK 모형이 가지고 있는 한계및 문제점을 현실적으로 제시하고, 향후 SWAT 모형의 적용성 및 활용에 대해 검토하였다. TANK 모형의 매개변수 최적화가 이루어진 보정유역들(충주댐 및 소양강댐)의 모의결과를 볼 때 두 모형 모두 모형효율 0.8 이상의 높은 정도의 모의가 가능한 것으로 나타났으며, 첨두유량이 발생하는 홍수기에는 TANK의 결과가 SWAT보다 관측치에 근접하는 것으로 나타났다. 그러나 TANK 모형의 경우 주로 평수기 이상의 유량을 대상으로 보정을 수행하여 갈수기에 관측유량과 많은 차이를 보였으며, 특히 일정 유량 이하로 모의되지 않는 한계를 나타내었다. 반면, SWAT 모형은 일부 홍수사상을 제외하고 대체로 관측치의 경향을 잘 따르고 있으며, 유역 최종 출구인 팔당댐(한강F)에서의 상류댐 방류량을 고려한 모의유입량이 실제 관측유입량과 잘 일치하는 것으로 나타나(모형효율 0.9 수준), 댐 방류량과 인위적인 용수 수요가 없는 상태의 자연유출량의 추정이나 댐개발 전후에 따른 유량변동 평가 등에 있어 매우 높은 신뢰성을 보장하는 것으로 판단되었다. 아울러, TANK 모형의 최적화된 매개변수를 전이시켜 이용하는 대상유역들(평창A, 달천B, 섬강B, 인북A, 한강D, 홍천A)에 대한 결과를 SWAT 모형 결과와 비교할 때, 일부 홍수기를 제외하고는 평수기 이하에서 매우 불안정한 모의 결과를 나타내었으며, 보정유역들에 대한 결과와 마찬가지로 갈수기에 일정 유량이하로 모의되지 않는 문제가 나타났다. 이는 수자원 계획 및 관리의중요한 지표인 갈수량의 산정에 있어 TANK 모형의 적용에 많은 불확실성이 있음을 보여준다. 따라서 복잡 다양한 국내 유역의 특성을 보다 현실적으로 반영하고, 향후 유역내 도시화 등에 따른 토지이용 및 용수이용의 변화, 기후변화 등에 따른 수자원 계획 및 관리에 효율적으로 대처하기 위해서는 TANK와 같은 기존의 개념적 집중형 모형보다는 SWAT과 같은 물리적 기반의 유역모형 적용이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1107-1118
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• 2021

지구온난화로 인해 발생한 기후변화는 한반도의 홍수, 가뭄 등의 발생빈도를 증가시켰으며, 이로 인해 인적, 물적 피해가 증가한 것으로 나타났다. 수재해 대비 및 대응을 위해서는 국가 차원의 수자원 관리 계획 수립이 필요하며, 유역 단위 수자원 관리를 위해서는 장기간 관측된 유량 자료를 이용하여 도출된 유량지속곡선이 필요하다. 전통적으로 수자원 분야에서 유량지속곡선을 도출하기 위하여 물리적 기반의 강우-유출 모형이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 데이터 기반의 딥러닝 기법을 이용한 유출량 예측 기법에 관한 연구가 진행된 바 있다. 물리적 기반의 모형은 수문학적으로 신뢰도 높은 결과를 도출할 수 있으나, 사용자의 높은 이해도가 요구되며, 모형 구동 시간이 오래 걸릴 수 있는 단점이 있다. 데이터 기반의 딥러닝 기법의 경우 입력 자료가 간단하며, 모형 구동 시간이 비교적 짧으나 입력 및 출력자료 간의 관계가 블랙박스로 처리되어 수리·수문학적 특성을 반영할 수 없는 단점이 있다. 본 연구에서는 물리적 기반 모형으로 국내외에서 적용성이 검증된 Soil Water Assessment Tool (SWAT)의 매개변수 보정(Calibration)을 통해 장기간의 결측치 없는 데이터를 산출하고, 이를 데이터 기반 딥러닝 기법인 Long Short-term Memory (LSTM)의 훈련(Training) 데이터로 활용하였다. 시계열 데이터 분석 결과 검·보정 전체 기간('07-'18) 동안 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)와 적합도 비교를 위한 결정계수는 각각 0.04, 0.03 높게 도출되어 모형에서 도출된 SWAT의 결과가 LSTM보다 전반적으로 우수한 것으로 나타났다. 또한, 모형에서 도출된 연도별 시계열 자료를 내림차순하여 산정된 유량지속곡선과 관측유량 기반의 유량지속곡선과 비교한 결과 NSE는 SWAT과 LSTM 각각 0.95, 0.91로 나타났으며, 결정계수는 0.96, 0.92로 두 모형 모두 우수한 성능을 보였다. LSTM 모형의 경우 저유량 부분 모의의 정확도 개선이 필요하나, 방대한 입력 자료로 인해 모형 구축 및 구동 시간이 오래 걸리는 대유역과 입력 자료가 부족한 미계측 유역의 유량지속곡선 산정 등에 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제44권4호
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• pp.495-501
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• 2024

SWAT-K(Soil and Water Assessment Tool-Korea) 모형은 토양 중심의 물수지 방정식을 기본으로 하는 장기유출모형이다. 모형의 필수 입력자료로 공간적인 정보를 나타내는 수치주제도인 토양도를 적용할 경우, 토양통(Soil series)으로 분류된 각 토양의 속성정보에 대한 데이터베이스(usersoil.dbf)의 구축을 필요로 한다. 국외에서 개발된 토양전이함수에 의해 추정된 토양 속성정보는 국내 토양특성을 반영하지 못하기 때문에 한국건설기술연구원에서는 국립농업과학원의 국내 토양 조사결과 및 연구결과를 반영한 토양DB를 구축한 바 있다. 본 연구에서는 토양 속성정보의 수문성분 모의과정을 보다 상세히 기술하고, 기구축된 토양DB를 최신 SWAT 모형에서 구동되도록 수정·보완하였다. 또한, 통합물관리 플랫폼을 통하여 구축된 토양DB를 제공함으로써, SWAT-K 모형 뿐만 아니라 토양을 고려하여 개발된 다양한 유역수문모형에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권5호
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• pp.743-753
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• 2012

The hydrologic models, capable of simulating groundwater recharge for long-term period and effects on it of crops management in the agricultural areas, have been used to compute groundwater recharge in the agricultural fields. Among these models, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) has been widely used because it could interpret hydrologic conditions for the long time considering effects of weather condition, land uses, and soil. However the SWAT model couldn't represent the spatial information of Hydrologic Response Unit (HRU), the SWAT HRU mapping module was developed in 2010. With this capability, it is possible to assume and analyze spatio-temporal groundwater recharge. In this study, groundwater recharge of rate for various crops in the Mandae stream watershed was estimated using SWAT HRU Mapping module, which can simulate spato-temporal recharge rate. As a result of this study, Coefficient of determination ($R^2$) and Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE) for flow calibration were 0.80 and 0.72, respectively, and monthly groundwater recharge of Mandae watershed in Haean-myeon was 381.24 mm/year. It was 28% of total precipitation in 2009. Groundwater recharge rate was 73.54 mm/month and 73.58 mm/month for July and August 2009, which is approximately 18 times of groundwater recharge rate for December 2009. The groundwater recharges for each month through the year were varying. The groundwater recharge was smaller in the spring and winter seasons, relatively. So, it is necessary to enforce proper management of groundwater recharge during droughty season. Also, the SWAT HRU Mapping module could show the result of groundwater recharge as a GIS map and analyze spatio-temporal groundwater recharge. So, this method, proposed in this study, would be quite useful to make groundwater management plans at agriculture-dominant watershed.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.287-287
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• 2023

Surface water-groundwater interaction (SWGI) is an important hydrological process that influences both the quantity and quality of water resources. However, regional scale SWGI model calibration and uncertainty analysis have been a challenge because integrated models inherently carry a vast number of parameters, modeling assumptions, and inputs, potentially leaving little time and budget to explore questions related to model performance and forecasting. In this study, we have proposed the application of iterative ensemble smoother (IES) for uncertainty analysis and calibration of the widely used integrated surface-subsurface model, SWAT-MODFLOW. SWAT-MODFLOW integrates Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and a three-dimensional finite difference model (MODFLOW). The model was calibrated using a parameter estimation tool (PEST). The major advantage of the employed IES is that the number of model runs required for the calibration of an ensemble is independent of the number of adjustable parameters. The pilot point approach was followed to calibrate the aquifer parameters, namely hydraulic conductivity, specific storage, and specific yield. The parameter estimation process for the SWAT model focused primarily on surface-related parameters. The uncertainties both in the streamflow and groundwater level were assessed. The work presented provides valuable insights for future endeavors in coupled surface-subsurface modeling, data collection, model development, and informed decision-making.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권7호
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• pp.577-590
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• 2011

본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 유역-하천 흐름 연계 모형을 구축하였다. 본 연구는 기후변화에 따른 하천 흐름 및 수질 영향 분석을 위한 전단계의 연구이다. 낙동강 유역을 대상으로 유역 수문 모형인 SWAT 모형을 구축하고 낙동강 본류 EFDC 모형에 유량 경계자료를 제공하여 본류 흐름을 예측하였다. 유역 모의를 통해 계산된 유출량을 본류 13개, 지류 30개 지점에서 2004년부터 2009년까지의 환경부8일 자료를 이용하여 검보정하였다. 모형의 적용성을 평가하기 위하여 % difference, NSE, $R^2$를 산정하였으며, % difference는 몇몇 지점을 제외하고는 대부분 15% 이내인 것으로 나타났고, NSE와$R^2$ 역시 대부분 적정 수준인 것으로 모의 되었다. 한편, SWAT 모형으로부터 본류의 상류 및 지류 경계의 유출량 값을 제공받아 EFDC모형에 입력하였고 낙동강 본류에서의 2007년도 흐름을 예측하였다. 계산된 결과를 낙동강 본류의 각 수위 관측소에서의 측정 데이터와 비교한 결과, 본 모형이 저수기 및 홍수기시 모두 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 만곡부 및 하중도 부근에서의 유속 증가와 감소 현상 등을 잘 모의하는 것으로 확인되었다. 한편, 상류 경계로 부터 1월1일 유입된 염료의 이동현상을 모의한 결과 하구언까지 도달하는데 약 65일이 소요되는 것으로 나타났다.

• 한국농공학회논문집
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• 제48권5호
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• pp.29-38
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• 2006

Geographic Information System has extended to higher assessment of water resources. GIS linking with hydrological model becomes a trend in water resource assessment modeling. One of the most popular models is SWAT2000 which have effectiveness in multi-purpose processes for predicting the impact of land management practices on water, sediments and chemicals yields in large complex watershed with varying soils, land uses, and management conditions over long period of time. In this study, SWAT2000 model was applied to Gap stream watershed in Daejeon city where TMDL (Total Maximum Daily Load) Regulation would be implanted. The Gap Stream watershed was partitioned into 8 subbasins, however, only 3 out of 8 subbaisns were observed for having practical gauged data on the basis of streamflow from the year of 2002 to 2005. Gauged streamflow data of Indong, Boksu and Hoeduck stations were used for calibration and validation of the SWAT Streamflow simulation. Estimation Efficiency Analysis (COE), Regression Analysis ($R^{2}$), Relative Error (R.E.) were used for comparing observed streamflow data of the 3 subbasins on the daily and monthly basis with estimated streamflow data in order to fix optimized parameters for the best fitted results. COE value for the daily and monthly streamflow was ranged from 0.45 to 0.96. $R^{2}$ values for daily and monthly streamflow ranged from 0.51 to 0.97. R.E. values for total streamflow volume ranged from 3 % to 22.5 %. The accuracy of the model results shows that the SWAT2000 model can be applicable to Korean watersheds like the Gap Stream watershed that needs to be partitioned into a number of subbasins for TMDL regulation.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.31-39
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• 2007

In this study we developed a turbidity management system to support the operation for effective turbid water management. The decision-making system includes various models for prediction of turbid water inflow, effective reservoir operation using the selective withdrawal facility, analysis of turbid water discharge in the downstream. The system is supported by the intensive monitoring devices installed in the upstream rivers, reservoirs, and downstream rivers. SWAT and HSPF models were constructed to predict turbid water flows in the Imha and Andong catchments. CE-QUAL-W2 models were constructed for turbid water behavior prediction, and various analyses were conducted to examine the effects of the selective withdrawal operation for efficient high turbid water discharge, turbid water distribution under differing amount and locations of turbid water discharge. A 1-dimensional dynamic water quality model was built using Ko-Riv1 for simulation of turbidity propagation in the downstream of the reservoirs, and 2-dimensional models were developed to investigate the mixing phenomena of two waters discharged from the Andong and Imha reservoirs with different temperature and turbidity conditions during joint dam operation for reducing the impacts of turbid water.