• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.3
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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.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.2
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• pp.457-467
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• 2014

This study is to evaluate the snowmelt impact on dam inflow for the Chungju Dam watershed $6,642.0km^2$ using Terra MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) and Soil and Water Assessment Tool (SWAT). To determine the SWAT snowmelt parameter; snow cover depletion curve (SCDC) the snow depth distribution (SDD) using Terra MODIS was used, the snow depth was spatially interpolated using snowfall data of ground meteorological stations. For 10 sets (2000-2010) data during snowmelt period (November-April), the sno50cov parameter, that is, the 50% coverage at a fraction of SCDC which determines the shape of snow depletion process, showed the values of 0.4 to 0.7. The SWAT model was calibrated with average $R^2$ of 0.54 using the sno50cov of each year. The 10 years average streamflow during snowmelt period was 104.3 mm which covers 12.0% of the annual streamflow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.752-757
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• 2009

In the last decade, many methods such as greet chamber, reservoir, or debris barrier, have been utilized to manage and prevent muddy water problem. The Vegetative Filter Strip (VFS) has been thought to be one of the most effective methods to trap sediment effectively. The VFS are usually installed at the edge of agricultural areas adjacent to stream or drainage ditches, and it has been shown that the VFS effectively removes pollutants transported with upland runoff. But, if the VFS is installed without any scientific analysis of rainfall-runoff characteristics, soil erosion, and sediment analysis, it may not reduce the sediment as much as expected. Although Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been used worldwide for many hydrologic and Non-Point Source Pollution (NPSP) analysis at a watershed scale. but it has many limitations in simulating the VFS. Because it considers only 'filter strip width' when the model estimates sediment trapping efficiency, and does not consider the routing of sediment with overland flow option which is expected to maximize the sediment trapping efficiency from upper agricultural subbasin to lower spatially-explicit filter strip. Therefore, the SWAT overland flow option between landuse-subbasins with sediment routing capability was enhanced with modifications in SWAT watershed configuration and SWAT engine. The enhanced SWAT can simulate the sediment trapping efficiency of the VFS in the similar way as the desktop VFSMOD-w system does. Also it now can simulate the effects of overland flow from upper subbasin to reflect the increased runoff volume at the receiving subbasin, which is what is occurring at the field if no diversion channel is installed. In this study, the enhanced SWAT model was applied to small watershed located at Jaun-ri in South Korea to simulate diversion channel and spatially-explicit VFS. It was found that approximately sediment can be reduced by 31%, 65%, 68%, with diversion channel, the VFS, and the VFS with diversion channel, respectively.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.48 no.6
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• pp.89-100
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• 2006

In order to estimate delivered nutrients load from non-point sources in the Gap stream watershed in Daejeon, a distributed watershed model SWAT2000 was used so that it could predict the impact of land management practices on water, sediments and chemicals yields in large complex watersheds with varing soils, land uses and management condition over long period of time. The SWAT2000 was applied to the Daejeon (Indong), Yudeung (Boksu) and Gap (Hoeduck) streams for TMDL (Total Maximum Daily Load) of nutrients. The observed water quality and streamflow data of the year of 2002 and 2003 were used for calibration, and those of the year 2004 and 2005 were used for validation. Simulated results were evaluated by Estimation Efficiency Analysis (COE), Regression Analysis $(R^2)$ and Relative Error (R.E.) for the nutrients amounts on the monthly and yearly basis by comparing observed load with estimated load obtained by using SWAT2000 simulations. The COE value fur T-N was ranged from 0.59 to 0.78, $R^2$ values for T-N ranged from 0.65 to 0.84, and R.E values fur T-N load ranged from 4% to 20%. COE value far T-N was ranged from 0.59 to 0.73, $R^2$ values for T-P ranged from 0.67 to 0.82, and R.E values for T-P load ranged from 3% to 25%. Estimated results of SWAT2000 simulation for 3 sites (Indong, Boksu, Hoedeok) were reasonably satisfactory. This study indicated that SWAT2000 model could be applicable to estimate the nutrients load from the Gap stream watershed in Korea.

• Journal of Environmental Science International
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• v.18 no.6
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• pp.609-619
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• 2009

SWAT-K model is a modified version of the original SWAT, and is known to more accurately estimate the streamflows and pollutant loadings in Korean watersheds. In this study, its hydrological components were compared with those of HSPF in order to analyse the differences in total runoff including evapotranspiration(ET), surface flow, lateral flow and groundwater flow from the Chungju Dam watershed during $2000{\sim}2006$. Averaged annual runoff with SWAT-K overestimated by 1%, and HSPF underestimated it by 3% than observed runoff. Determination coefficients($R^2$) for observed and simulated daily streamflows by both the models were relatively good(0.80 by SWAT-K and 0.82 by HSPF). Potential ET and actual ET by HSPF were lower in winter, but similar or higher than those by SWAT-K. And though there were some differences in lateral and groundwater flows by two models because of the differences in hydrological algorithms, the results were to be reasonable. From the results, it was suggested that we should utilize a proper model considering the characteristic of study area and purposes of the model application because the simulated results from same input data could be different with models used. Also we should develop a novel model appropriate to Korean watersheds by enhancing limitations of the existing models in the future.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.59 no.3
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• pp.63-70
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• 2017

The purpose of this study was to calibrate the hydrologic parameters of SWAT model and analyze the daily runoff for the study watershed using SWAT-CUP. The Hardware watershed is located in Virginia, USA. The watershed area is $356.15km^2$, and the land use accounts for 73.4 % of forest and 23.2 % of pasture. Input data for the SWAT model were obtained from the digital elevation map, landuse map, soil map and others. Water flow data from 1990 to 1994 was used for calibration and from 1997 to 2005 was for validation. The SUFI-2 module of the SWAT-CUP program was used to calibrate the hydrologic parameters. The parameters were calibrated for the highly sensitive parameters presented in previous studies. The P-factor, R-factor, $R^2$, Nash-Sutcliffe efficiency (NS), and average flow were used for the goodness-of-fit measures. The applicability of the model was evaluated by sequentially increasing the number of applied parameters from 4 to 11. In this study, 10-parameter set was accepted for calibration in consideration of goodness-of-fit measures. For the calibration period, P-factor was 0.85, R-factor was 1.76, $R^2$ was 0.51 and NS was 0.49. The model was validated using the adjusted ranges of selected parameters. For the validation period, P-factor was 0.78, R-factor was 1.60, $R^2$ was 0.60 and NS was 0.57.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.1
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• pp.11-20
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• 2018

This study is to calibrate the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) water quality of SS (Suspended Solid), T-P (Total Phosphorus), and T-N (Total Nitrogen) by focusing on 2014~2015 drought periods and identify the important parameters. For Gongdo watershed ($366.5km^2$), the SWAT was calibrated for 2 cases of 2002~2006 normal year focusing calibration and 2014~2015 drought focusing calibration respectively. The parameters of N_UPDIS (Nitrogen uptake distribution parameter) and CMN (Rate factor for humus mineralization of active organic nutrients) played important roles for T-N calibration during drought periods. The SWAT SS, T-N, and T-P average $R^2$ (Coefficient of determination) results by focusing on 2014~2015 drought periods calibration showed 0.71, 0.65 and 0.62 while 2002~2006 normal year focusing calibration showed 0.63, 0.58 and 0.50 respectively. Also SWAT SS, T-N, and T-P model efficiency NSE (Nash-Sutcliffe efficiency) results by focusing on drought period (2014~2015) calibrated showed 0.76, 0.77, 0.87 respectively. Even though the SS, T-P parameters were unchanged during the calibration, the SS and T-P results were improved by the hydrological parameters (SCS-CN, SOL_K, SLSOIL) during the drought periods. The SWAT water quality calibration needs to be considered for the movement of SS and nutrients transport especially focusing on the drought characteristics.

• 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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• 2018.05a
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• pp.49-49
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• 2018

라오스의 Houay Pano 유역은 상업적 조림으로 인해 2011년부터 2013년까지 급속한 토지이용 변화를 겪어왔다. 본 연구는 이러한 토지이용변화가 박테리아 거동에 어떠한 영향을 주는지 이해하기 위해 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 활용한 박테리아 거동 모델링을 수행하였다. SWAT 모형은 수치 표고 모델, 토양 특성, 토지 이용 등의 정보를 종합하여, 유역 내수량 및 수질의 변화를 모의할 수 있는 모형으로, 본 연구는 대표적인 분원성 지표 세균 (Fecal Indicator Bacteria)인 대장균 (Escheichia coli, E. coli)을 대상으로 모델링을 수행하였다. SWAT 모형은 지표면 위 박테리아를 1)식물 위, 2)토양 용액상, 3)토양 입자상으로 구분하여 모의한다. 각 상태로 분할된 박테리아는 소멸 (die-off), 씻김 (wash-off), 침투, 표면 유출을 통한 수계로의 이동 등의 단계를 통하여 유역 내에서 거동한다. 본 연구는 서로 다른 기후의 영향을 배제하기 위해 각 토지이용 시나리오를 (2011, 2012, 2013) 실제 기후 조건과 동일 기후(2011-2013 평균) 조건으로 분류하여 분석하였다. 실제 기후 조건에서 SWAT 모형은 표면 유출, 토사 유출, E. coli 거동에 대해 2011년부터 2012년까지 감소, 2012년부터 2013년까지 증가로 모두 동일한 양상을 모의하였다. 이는 강수량의 양상과 동일한 것으로, 강수량이 표면 유출의 양을 결정하고, 달라진 표면 유출에 따라 토사 유출과 E. coli 거동이 결정되기 때문이다. 하지만 동일 기후 조건에서는, E. coli 거동 동인인 표면 유출과 토사 유출이 비교적 일정해짐에 따라, 각 상태로 분할된 박테리아의 초기 부하량값이 E. coli 거동을 결정하는 주된 요인임을 확인 할 수 있었다. 따라서 초기 부하량 분할에 활용되는 엽면적 지수 (Leaf Area Index)와 분배계수 (BACTKDDB)의 정확도가 요구된다. 추가적으로 본 연구는 박테리아의 유입원인 비료 모델링과, LAI를 활용한 박테리아 초기 부하량 산정, 토양 특성 변수와 토지 이용 변수의 분리, 지하수를 통한 박테리아 거동 등을 중심으로 SWAT 모형의 한계점과 개선점을 제시하였으며, 본 연구 결과는 토지이용변화가 박테리아 거동에 주는 영향을 모형적으로 이해하고, 또한 추후 박테리아 모델링 개발에 도움을 줄 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.356-356
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• 2018

기후변화는 자연적 요인보다는 인간의 활동으로부터 기인하는 것으로 알려진다. 지구 온난화의 영향으로 우리나라의 평균 기온은 상승하고 있으며, 강수량 또한 증가추세에 있다. 이러한 미래 기온의 상승과 강수량의 변화는 나아가 수문 순환에 영향을 미치며, 수자원의 효과적인 이용을 위하여 기후변화에 따른 수문 순환 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 국제 수문 프로그램의 대상 유역 중 하나로 장기간의 강우-유출 자료가 구축되어있는 청미천 유역을 대상으로, 기후변화에 따른 지표 유출량 변화를 살펴본다. 기후변화를 전망하기 위한 방법으로 인간 활동이 대기에 미치는 복사량으로 온실 가스 농도를 정의하는 시나리오인 대표농도경로(Reperentative Concentration Pathway, RCP)를 적용하였다. 기상청에서 제공되는 여러 RCP 시나리오 중 기후변화가 현재의 추세를 쫓아 상승 형태를 나타내는 RCP 8.5 시나리오와 저감 정책이 어느 정도 실현되어 형태가 안정된 RCP 4.5 시나리오 두 개를 선정하였다. 기후변화 시나리오는 근본적으로 불확실성을 포함하기 때문에, 특정 기후변화를 가정하기 보다는 특성이 대비되는 두 개 시나리오를 적용하여 기후변화의 발달 정도에 따른 유출량 변화를 살펴보고자 한다. 장기간의 수문 순환 특성을 모의하기 위하여 준 분포형 장기유출 모형인 Soil and Water Assessment Tool(SWAT)을 이용하며, SWAT에서 요구되는 방대한 양의 매개변수들은 매개변수의 최적값 산정 프로그램인 SWAT Calibration and Uncerntianty Programs (SWAT-CUP)을 통해 얻는다. 과거의 강우-유출 자료로부터 구축된 SWAT 모형에 기후변화 시나리오를 적용함으로써 기후변화 시나리오에 따른 지표유출량 변화를 살펴볼 수 있다. 구축된 SWAT 모형을 이용하여 모의를 한 결과, 두 개 시나리오 모두에서 청미천 유역의 지표유출량이 증가하는 것으로 나타났으며 RCP 4.5 시나리오보다 RCP 8.5 시나리오에서 더 많은 유출이 발생할 것으로 전망된다. 유출량의 증가와 함께 총 부유사량 또한 증가 추세에 있으며, RCP 8.5 시나리오에서 더 많은 유출이 계산된다. 이러한 유출량의 증가는 강수량, 기온, 일사량, 풍속, 습도와 같은 기후 특성의 변화가 고려된 결과로 판단된다. 기후변화에 따른 총 유사량의 증가는 범용토양 유실공식에서 강우 에너지의 증가로 인해 유출량과 동일한 양상을 띠는 것으로 판단된다.