• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.315-315
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• 2020

기후변화로 인하여 전 세계적으로 이상기후가 진행되고 있다. 우리나라의 경우 홍수와 가뭄 등의 이상 강수가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인한 비점오염물질의 유출과 집적이 발생하고 있다. SWAT (Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF (Hydrological Simulation Program)등의 다양한 모델이 비점오염의 유출을 모의하기 위하여 활용되고 있으나, 농장 단위에서 유역 단위까지 다양한 대상지역에 대한 장기 모의와 BMP적용에 따른 효율평가가 어려운 실정이다. Texas A&M Agrilife Research에서 개발한 APEX(Agricultural Policy Environmental eXtender model) 모형의 경우, 농장 단위에서 유역 단위의 대상지역에 대하여 최대 100년까지 일단위 모의가 가능한 특징이 있다. 하지만 APEX 모형은 개발된지 상당한 시간이 지났으며, 데스크탑 기반의 모형이므로 다양한 플랫폼에서의 활용이 어려운 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 1. 기존 데스크탑 기반의 APEX 모형을 웹에서 구동할 수 있도록 웹 기반 시스템을 구축하였으며, 2. 양분유출에 대한 모의 평가가 가능하도록 결과를 시스템화하는 모듈을 추가하였다. 또한, 3. 웹 기반 APEX 모형의 활용도를 위하여 최적관리기법을 적용할 수 있는 모듈을 개발 및 추가하였다. 본 연구의 결과는 향후 농업비점오염원 지역의 양분유출을 확인·예측하고 관리하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대하며, 최적관리기법을 활용한 저감 정책을 수립하기 위한 평가도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 기존 데스크탑 기반의 모형을 웹 기반으로 이전하였으므로, APEX 모형 혹은 다른 데스크탑 기반 모형들의 웹 이전을 통한 사용자 편의성 증대를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 아울러 본 연구의 결과는 APEX 모형의 작물 매개변수가 국내 환경에 최적화 되어있지 않으므로 정확한 BMP 저감효과 모의에는 한계가 있으므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권1호
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• pp.40-50
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• 2011

본 연구에서는 시화호로 유입되는 다양한 비점오염원 중 도심유역을 흐르는 안산천 및 화정천과 산업지역인 반월산단 토구를 통한 강우유출수 내 총부유물질, 화학적산소요구량, 용존영양염, 총인 및 총질소 등의 비점오염물질의 유출특성 및 총유출부하량을 조사하였다. 조사지역 및 조사 시기에 따라 차이는 있으나 강우 시작 후 비점오염물질의 농도가 증가한 뒤 감소하는 경향을 보였다. 총부유물질의 평균농도는 안산천이 315 mg/L로 가장 높았으며 반월산단 토구에 비해 약 2~5배 정도 높았으나 화학적산소요구량, 총인 및 총질소의 평균농도는 반월산단 토구가 도심하천에 비해 높은 것으로 나타났다. 총부유물질은 화학적산소요구량 및 총인과 양의 상관성을 보였으며 용존영양염과는 음의 상관성을 나타냈다. 반월산단 토구를 통한 비점오염물질의 총유출량은 토구의 유역면적에 비례하였으며 가장 유역면적이 넓은 3토구에서의 비점오염물질의 유출량이 가장 높았다. 조사기간 내 약 30시간 동안 반월산단토구를 통하여 총부유물질 187,536 kg, 화학적산소요구량 17,118 kg, 총인 922 kg, 총질소 13,519 kg의 비점오염물질이 유출되는 것으로 나타났다. 반월공단 토구 유역면적은 전체 시화호 소유역 중 3%를 차지하는 것을 고려할 때 막대한 양의 비점오염물질이 별다른 처리과정 없이 시화호로 직접 유출되고 있음을 알 수 있었다. 이러한 강우시 비점오염물질의 유출은 시화호 수질을 더욱 악화 시킬 것이기 때문에 비점오염원 관리 및 저감대책이 시급하게 요구되며 본 연구결과는 향후 시행예정인 시화호 연안오염총량제의 비점오염 최적관리기법 개발에 유용한 정보를 제공하고 있다.

• 한국공간정보시스템학회 논문지
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• 제10권4호
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• pp.77-88
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• 2008

서해 연안 일대의 급격한 도시화, 한강에 대한 수질오염총량관리제도의 도입 가능성, 충남 태안에서 있었던 유조선 기름 유출 사건 등에 기인하여 서해 연안에 대한 수질 관리의 요구가 증대되고 있는 상황이다. 그러나 이를 효율적으로 관리할 수 있는 수질관리 시스템은 부재한 실정이다. 따라서 이런 배경에서 한강과 경기만 일대 지역의 수질 환경을 감시하고 관리할 수 있는 GIS 기반의 효율적인 통합수질관리 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 이 연구는 한강 유역과 한강 하구의 연안 해역인 경기만 일대의 통합적인 관리와 관리방안 마련을 지원하기 위한 시스템을 개발하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 관련된 위치 및 수질 속성자료를 GIS기반으로 통합하여 하나의 시스템으로 구현하였다. GIS 데이터베이스는 발생 및 배출 오염부하량 산정을 위해 수질오염총량관리제도 기술지침의 따라 설계되었으며, 수질모의를 위한 초기입력 자료도 포함하고 있다. 수질 예측과 최적관리방안을 제안하기 위해 각기 다른 모델을 각 구역에 적용하였는데, 한강에는 WASP7 모델을 적용하였고, 한강 하구의 경기만 일대에는 EFDC 모델을 적용하였다. WASP7 모델에 의한 한강 하구에서의 BOD, T-N, T-P 등 수질모의 결과는 다시 EFDC 모델의 초기자료로 이용되었다. 연구 결과를 통해 수질에 결정적인 영향을 미치는 수질오염원 집중지역을 확인할 수 있었고, 오염물질이 하천으로 유입되는 위치 및 계절적 요인이 수질에 미치는 영향도 확인할 수 있었다. 더불어 하천과 연안 해역의 수질 관계도 정량적으로 확인할 수 있었다. 연구 결과는 GIS기반의 통합수질모의 시스템이 수질 현황의 예측과 경제적인 수질 관리방안의 제시에 있어 이용 가능함을 보여주었다. 향후 연구에서는 경제성 평가 등과 같은 조금 더 세분화된 선택 기능의 구현을 통한 시스템 성능의 개선이 필요하다. 또한 시스템을 이용한 구체적인 수질관리방법론의 개발도 필요하다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.155-160
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• 2008

도시화는 토지이용의 고도화 및 오염물질의 극대화를 초래한다. 일반적으로 도시지역은 상업, 주거, 산업, 공공지역 등과 복합적 토지이용지역과 도로, 주차장, 교량 및 공원과 같은 단일 토지이용 지역으로 형성된다. 이러한 지역에서의 인간과 차량의 활동은 도시지역의 모든 공간을 인근 수계 및 수생태계에 심각한 영향을 끼치게 하는 비점오염원으로 나타나게 한다. 도시지역의 다양한 토지이용은 건축물, 주차장 또는 도로 및 조경공간으로 세분류 될 수 있으나, 강우시 유출되는 비점오염원은 도로와 주차장으로 유출되기에 이러한 토지이용 지역을 관리함으로써 도시 비점오염물질의 효율적 저감이 이루어 질 수 있다. 도로와 주차장은 많은 차량의 운행과 인간의 활동으로 인하여 다양한 비점오염물질의 축적과 유출이 발생하고 있으며, 그 중에서 중금속과 입자상 물질이 주요 오염원으로 나타나고 있다. 이러한 비점오염원은 비점오염저감시설을 통하여 저감할 수 있으나, 강우의 특성에 영향을 크게 받고 있으며 유출특성의 불확실성이 높아 관리에 어려움을 겪고 있다. 특히 모니터링을 통한 기초자료의 부족은 부하량 예측, 저감메커니즘 및 저감시설 선정을 어렵게 하고 있다. 현재 토지이용에서의 부하량 예측에는 7개의 세분류 토지지목으로 형성된 토지이용별 오염원단위를 사용하고 있으나, 정확성이 낮아 새로운 원단위 산정을 위한 다양한 연구가 수행중이다. 따라서 본 연구에서는 교통과 관련된 토지이용 지역에서의 모니터링을 수행하여 원단위를 제시함으로써 효율적 포장지역 원단위 산정에 기여하고자 한다. 본 논문에서는 고속도로, 휴게소, 영업소, 주차장 및 교량을 포함하는 9개 지점에서의 모니터링 결과를 해석하고자 하며, 최종적으로 오염물질 원단위를 제시할 것이다.

• 한국물환경학회지
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• 제26권6호
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• pp.910-918
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• 2010

In recent years, riparian buffer system has been known as one of the effective best management practices. However, establishment of riparian buffer system in aspect of plant species and its position in the riparian buffer zone has not been investigated due to lack of efficient evaluation method for the analysis of water quality improvement with established riparian buffer system. To solve this problem, the SWAT-REMM prototype was developed by the researchers in Canada. But, SWAT-REMM model can not consider the $NO_3-N$ load into riparian buffer system through subsurface flow. Thus to solved this problem, Fortran code of SWAT-REMM model was modified. This modified SWAT-REMM system was applied to the Bonggok watershed. Three riparian buffer scenarios, 15 m, 10 m, 5 m width for tree and grass, were made to evaluate the effects of riparian buffer system on water quality improvement. Reduction efficiency of T-N by riparian buffer system of 15 m wide was the greatest (6 ~ 37%, depending on subwatershed characteristics) among 3 scenarios. It indicates that the reduction efficiency of T-N load has increasing-tendency, as buffer width increasing. The results obtained from the analysis showed that wide buffer zones are found to be more effective in reducing non-point pollutant than narrow buffer zones in the riparian buffer zone system. Hence, the SWAT-REMM model could be efficiently used for evaluation and design the most effective riparian buffer systems to reduce pollutant loads to the watershed although many limitations still exist in SWAT-REMM model.

• 생태와환경
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• 제36권3호통권104호
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• pp.344-355
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• 2003

논은 우리나라 총 면적의 12%를 차지하며, 인간활동이 이루어지는 토지이용 중 가장 많은 면적으로 비점오염분야에서 중요한 의미를 가진다. 논은 시비가 이루어지기 때문에 논표면수의 수질변화 폭이 매우 커 지표배수가 이루어지는 시점에 따라 논에서의 부하량에 큰 영향을 미치기 때문에 논에서의 오염부하량산정과 최적관리기법개발에 있어 획일적인 원단위 적용에는 한계가 있다. 뿐만 아니라 기존에 개발된 유역모형의 대부분은 논을 포함하고 있지 않거나 포함하더라도 논에서의 충분한 기작을 모의할 수 없어 우리나라의 적용에 있어서 제한점을 가지므로 앞으로의 합리적인 오염총량제 적용을 위해서는 논모형의 개발이 절실하다. 그러나 논은 담수라는 기능을 가지므로 유역모형과 같은 물리적인 반응보다는 수질모형과 같은 생화학적 반응이 우세하리라 판단된다. 논을 하나의 얕은 호소로 간주하여 호소모형의 적용이 가능하나 이를 위한 수많은 인자 결정에 많은 어려움이 있을 것으로 판단된다. 그러나 논에서의 영농활동은 거의 유사한 시기에 해마다 반복적으로 일어나며, 동일한 양과 형태의 시비가 이루어지며 완전낙수에 의해 다음해의 수질에 영향을 거의 미치지 않으므로. 오히려 간단한 반응공식으로도 충분한 해석이 가능하리라 판단된다. 본 연구에서는 이러한 형태의 영농활동이 이루어지는 논에서의 시비와 바닥에서의 용출에 의한 영향을 dirac deltal function과 continuous source function을 이용하여 모형을 개발하여 지하수관개지역과 지표수관개지역을 대상으로 보정 및 검증결과 높은 적용가능성을 나타내었다. 앞으로의 연구방향은 논에서의 장기적인 모니터링과 여러 지역의 적응을 통한 논 모형의충분한 검증을 실시함으로써, 논에서의 오염부하량 산정과 BMPs개발 뿐 아니라, 기존의 유역모형에 연결함으로써 우리나라 오염총량제의 합리적인 적용이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권10호
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• pp.590-595
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• 2015

본 연구는 국내 산업단지 폐수종말처리장의 유입수 및 방류수에 존재하는 특정수질유해물질 농도분포 현황을 조사하여 폐수종말처리장으로부터 수계로 배출되는 특정수질유해물질의 효율적인 관리방안을 마련하는 기초자료를 확보하기 위해 수행되었다. 실태조사는 산업단지에 위치하고 실제 처리 및 방류량 기준 $2,000m^3$/일 이상 규모인 27개 폐수종말처리장을 대상으로 진행하였다. 시료채취는 2012년 7~9월에 걸쳐 각 처리장별로 3회(월 1회) 실시하였고, 관리대상 특정수질유해물질 28개 항목 중 22개에 대하여 분석하였다. 산업단지 폐수종말처리장 유입수에서는 수은, 비소, 1,1-디클로로에틸렌, 벤젠 등이 특례지역기준대비 높은 농도로 검출되었고, 방류수에서는 수은, 비소 등이 청정지역기준대비 높은 농도로 검출되었다. 폐수종말처리장의 특정수질유해물질 평균 제거율(상전이 포함)은 셀레늄(30%), 1,4-다이옥산(18%)을 제외하고는 60%이상을 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1457-1460
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• 2010

최근 기후변화로 인해 태풍 등과 같은 집중성 강우가 많이 발생하고 있고, 강우시 유출 등으로 인한 유역내 발생하는 토양침식으로 인해 유역의 하천을 비롯하여 유출구에서의 탁수 및 유사 발생 문제는 우리나라 뿐만 아니라 전 세계적으로 심각한 환경문제로 대두되고 있다. 강우시 유역에서 발생하는 이러한 탁수문제를 효과적으로 해결하기 위하여 여러 최적관리기법 (Best Management Practices, BMPs) 들이 제안되어왔다. 본 연구의 목적은 볏짚매트 사용으로 인한 토양유실 저감 실측자료를 바탕으로 볏짚매트를 다양한 경사지 밭에 적용하였을 경우 유역에서의 토양유실 저감효과를 평가하기 위한 모델링 기법을 개발하는데 있다. 볏짚 매트의 효과를 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형으로 모의하기 위해서는 볏짚매트의 효과를 모형에서 반영할 수 있는 인자를 선택하여 최적의 인자값을 산정해야 한다. 본 연구에서는 유사 저감 효과 실험 결과를 VFSMOD-W 모형을 이용하여 USLE P 인자값을 도출하였으며, 경사도에 따른 USLE-P 값을 산정하여, SWAT 모형에 입력자료로 사용하였다. 분포형 모형과는 달리 준분포형 모형인 SWAT 모형은 소유역내 수문학적 반응단위별로 유출, 유사, 그리고 비점오염 발생을 평가하는데 이때 Hydrologic Response Unit (HRU)의 지형정보가 활용된다. 이 지형정보는 SWAT 유사 평가시 매우 민감한 변수중의 하나이기 때문에 유역 단위 유사 평가시 정확한 지형자료의 입력이 요구된다. 그러나 SWAT 모형은 소유역내 HRU의 경사도 및 경사장을 직접 산정하지 않고, 소유역의 평균경사도를 기준으로 하여 산정된 경사도를 소유역내 모든 HRU에 동일하게 적용하는 단점이 있다. 본 연구에서는 준분포 모형인 SWAT 모형의 단점을 개선하기 위하여 SWAT Spatially Distributed (SD)-HRU를 적용하였다. 이를 통해 다양한 경사지 밭에서의 볏짚매트의 효과를 분석할 수 있게 되었다. 볏짚매트 미적용시 모의 기간내 유사량 총합은 74,954.42 ton 이고, 월평균 유사량은 814.72 ton 으로 산정되었고, 볏짚매트를 적용하였을 경우 모의 기간내 (2000년 1월 - 2007년 8월) 유사량 총합은 48,460.55 ton 이고, 월평균 유사량은 526.75 ton 으로 볏짚매트를 적용하지 않았을 때보다 약 35.35 % 저감된 값을 보였다. SD-HRU를 적용하고 각 농경지의 경사도에 따라 USLE P 값을 수정하여 볏짚매트에 의한 효과를 분석하였을 때, 볏짚매트를 적용하지 않았을 때 보다 볏짚매트를 적용하였을 때 모의 기간내 약 35% 정도의 유사량이 감소된 것을 알 수 있었다. 본 연구결과에서 보여주는 바와 같이 고랭지 지역에서의 영농활동 시 볏짚매트를 설치한다면 강우시 발생하는 토양유실을 효과적으로 저감시킬 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2012

본 연구에서는 시험포장($1276.6m^2$)에서의 지표피복 BMPs (Best Management Practices) 시나리오를 적용하여 얻은 평균 유출저감율을 HSPF 모델에 적용하여 유역차원에서의 비점원오염 저감효과를 평가하고자 한다. 본 연구에서는 별미천 유역($1.21km^2$)을 대상으로 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 수원, 양평, 이천 기상관측소 자료를 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 2m의 DEM (Digital Elevation Model)과 토지이용도는 2006년 5월 1일 QuickBird 영상을 제공받아 기존 환경부, 건교부, USGS의 토지피복분류체계 및 현장조사를 통하여 QuickBird 영상으로부터 추출 가능한 정밀농업정보에 대한 항목을 결정하였으며, 정사보정된 QuickBird 영상을 스크린 디지타이징 기법(On-Screen Digitizing Method)을 이용하여 총 21개 토지이용항목의 정밀토지이용도를 구축하였다. 실제모니터링으로 측정된 자료를 바탕으로 수위-유량곡선 산정 및 오염부하곡선을 선정, 2011년 6월 8일부터 10월 31일 분석기간으로 HSPF 모델링을 실시하였으며 모의결과 월별 통계에 따른 적용성 분석으로 RMSE (Root Mean Square Error) 는 1.15 ~ 1.76(mm/day), $R^2$는 0.62 ~ 0.78, Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE)는 0.62 ~ 0.76로 모의치는 실측치와 유의성이 있는 것으로 분석되었다. 또한, Sediment, T-N, T-P의 $R^2$는 각각 0.72, 0.62, 0.63으로 상관성을 보이는 것으로 분석되었다. 시험포장으로부터 얻어진 event별 볏짚을 이용한 지표피복시나리오적용 후 밭에서의 평균 유출 약 10 % 유출율 감소 조건과 실제 평균 비점원오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %의 결과로부터 지표피복효과의 침투효과를 HSPF 모델로 적용하기 위해 침투량(INFILT)를 조절하여 평균유출 약 10 %가 감소되는 16.0 mm/hr 값을 선정하였다. 그 결과, Sediment. T-N, T-P의 평균 저감율은 각각 87.2 %, 28.5 %, 85.1 %로 나타났으며 이는 시험포장에서의 실제 평균 비점오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %에 근접함을 알 수 있었다. 이 결과로부터 침투량 조절에 따른 지표피복(침투짚단)효과는 Sediment, T-P에서 저감효율이 80 % 이상으로 높았지만 T-N은 약 30 %로 낮은 저감율을 보임으로써 저감효과가 크지 않음을 나타냈다.

• 한국물환경학회지
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• 제23권4호
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• pp.467-473
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• 2007

Although the dominant land use at the Imha-dam watershed is forest areas, soil erosion has been increasing because of intensive agricultural activities performed at the fields located along the stream for easy-access to water supply and relatively favorable topography. In addition, steep topography at the Imha-dam watershed is also contributing increased soil erosion and sediment loads. At the Imha-dam watershed, outflow has increased sharply by the typhoons Rusa and Maemi in 2002, 2003 respectively. In this study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was evaluated for simulation of flow and sediment behaviors with long-term temporal and spatial conditions. The precipitation data from eight precipitation observatories, located at Ilwol, Subi and etc., were used. There was no significant difference in monthly rainfall for 8 locations. However, there was slight differences in rainfall amounts and patterns in 2003 and 2004. The topographical map at 1:5000 scale from the National Geographic Information Institute was used to define watershed boundaries, the detailed soil map at 1:25,000 scale from the National Institute of Highland Agriculture and the land cover data from the Korea Institute of Water and Environment were used to simulate the hydrologic response and soil erosion and sediment behaviors. To evaluate hydrologic component of the SWAT model, calibration was performed for the period from Jan. 2002 to Dec. 2003, and validation for Jan. 2004 to Apr. 2005. The $R^2$ value and El value were 0.93 and 0.90 respectively for calibration period, and the $R^2$ value and El value for validation were 0.73 and 0.68 respectively. The $R^2$ value and El value of sediment yield data with the calibrated parameters was 0.89 and 0.84 respectively. The comparisons with the measured data showed that the SWAT model is applicable to simulate hydrology and sediment behaviors at Imha dam watershed. With proper representation of the Best Management Practices (BM Ps) in the SWAT model, the SWAT can be used for pre-evaluation of the cost-effective and sustainable soil erosion BMPs to solve sediment issues at the Imha-dam watershed. In Korea, the Universal Soil Loss Equation (USLE) has been used to estimate the soil loss for over 30 years. However, there are limitations in the field scale mdel, USLE when applied for watershed. Also, the soil loss changes temporarily and spatially, for example, the Imha-dam watershed. Thus, the SW AT model, capable of simulating hydrologic and soil erosion/sediment behaviors temporarily and spatially at watershed scale, should be used to solve the muddy water issues at the Imha-dam watershed to establish more effective muddy water reduction countermeasure.