• 제목/요약/키워드: SWAT (soil and water assessment tool)

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SWAT 모형과 EMC 산정결과를 이용한 안양천의 수량 및 수질 특성 (Characteristics of Water Quantity and Quality of the Anyangcheon using SWAT Model and Calculation Result of EMC)

  • 정은성;이길성;신문주
    • 한국물환경학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.648-657
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    • 2006
  • Characteristics of water quantity and quality of the Anyangcheon were analyzed through many field measurements and the distributed hydrologic simulation model, Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Event mean concentrations (EMCs) and baseflow mean concentrations were calculated from the data and the daily runoff were simulated by SWAT. The runoff was divided into the direct runoff and the baseflow. Using those values and quantity and quality data of release from the wastewater treatment plant (WWPT), unit loads of BOD, COD, SS, $NO_2-N$, $NO_3-N$, $NH_3-N$, and Dis-P were derived. EMCs of BOD and SS were even higher than the baseflow mean concentrations. The total runoff from October to April (7 months) of 2004 was just 13.5%, since the rainfall usually is concentrated in summer season. Futhermore BOD and SS were loaded during the event by 50.9% and 70.9%, respectively and over three quarters of total COD, $NO_2-N$, $NO_3-N$, $NH_3-N$, and Dis-P were flowed into the Anyangcheon during the remaining period. Therefore, the efficiency of WWPT for COD, $NO_2-N$, $NO_3-N$, $NH_3-N$, and Dis-P should be intensified from Oct. to Apr. and the runoff quality management of BOD and SS should be planned during the summer season.

SWAT 기반의 블루워터, 그린워터를 활용한 5대강 유역 가용수 평가 (Assessment of Available Water for 5 River basins of South Korea using Green and Blue Water Concepts based on SWAT)

  • 김진욱;이지완;박종윤;우소영;김성준
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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    • pp.412-412
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    • 2022
  • 지속가능한 물관리를 위해서는 강우, 수문학적 반응의 동적 순환과 생공업 및 농업 기반시설과 같은 관리 조치에 사용되는 물을 포함한 가용수(Available Water)의 시공간적 영향을 파악할 수 있어야 한다. 가용수의 구성요소를 파악하기 위해 블루워터와 그린워터의 개념이 제안되었다. 블루워터는 강수로 인해 형성된 지표수, 지하수 및 호수·저수지의 저류량을 포함하며, 그린워터는 강수로부터 불포화 토양층에 저장된 토양수분과 수역, 초목에서 대기 중으로 방출되는 증발산을 말한다. 블루워터와 그린워터를 산정하기 위해서는 동적 수자원과 인적 요소에 의존되는 수자원을 정확하게 구별해야 하며 물 가용성 평가를 용이하게 하는 통합 기반 개념의 수문학적 모델이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 5대강을 대상으로 각 유역의 가용수량의 변화를 파악하기 위해 각 유역별 블루워터와 그린워터를 평가하고자 하였다. 5대강 유역의 장기간 변화와 광범위한 분석을 위해 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 수문모델링 결과를 활용하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 검보정을 위해 전체 기간(2005~2020) 중 모형의 보정(2005~2009) 및 검증(2010~2017)기간을 설정하였으며, 각 유역의 다목적댐과 다기능 보의 실측방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였다. 검보정된 SWAT 결과를 활용하여 블루워터와 그린워터를 분류하였으며 가용수량을 평가하는 방법을 제시하였다.

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농업 비점오염원 평가를 위한 SWAT-APEX 모델의 적용성 검토 (The Applicability of SWAT-APEX Model for Agricultural Nonpoint Source Pollution Assessment)

  • 정충길;박종윤;이지완;정혁;김성준
    • 한국농공학회논문집
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    • 제53권5호
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    • pp.35-42
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    • 2011
  • This study is to check the applicability of SWAT-APEX (Soil and Water Assessment Tool-Agricultural Policy / Environmental eXtender) model as combined watershed and field models by applying the APEX to paddies in a watershed (465.1 $km^2$) including Yedang reservoir. Firstly, the SWAT were calibrated with 3 years (2000~2002) daily streamflow and monthly water quality (T-N and T-P) data, and validated for another 3 years (2003~2005) data. The average Nash-Sutcliffe model efficiency (ME) of streamflow during validation was 0.73, and the coefficient of determination ($R^2$) of T-N and T-P were 0.77 and 0.73 respectively. Next, running the SWAT-APEX model with the SWAT calibrated parameters for paddies, the $R^2$ of T-N and T-P were 0.80 and 0.76 respectively. The results showed that SWAT-APEX model was more correctly predicted for T-N and T-P loads than SWAT model. The difference results between watershed and field models was predicted to have substantial impact on NPS loads, especially on T-N and T-P loads. Therefore, to improve negative NPS load simulations should be considered the model characteristics as simulating mechanism to properly select the NPS model for agricultural watershed.

SWAT-MODFLOW를 활용한 남한강 복하천유역의 지하수 모의 평가 (Groundwater evaluation in the Bokha watershed of the Namhan River using SWAT-MODFLOW)

  • 한대영;이지완;장원진;김성준
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제53권11호
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    • pp.985-997
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    • 2020
  • SWAT (Soil Water Assessment Tool)-MODFLOW은 준분포형 연속강우유출모형과 분포형 지하수 모형을 결합한 모델이다. 본 연구는 남한강에 위치한 복하천 유역의 지하수에 대해 SWAT과 SWAT-MODFLOW의 모의결과를 비교평가 하였다. 두 모델간의 비교에 앞서 각 모델은 유역 내 흥천 수위 관측소의 일별 유출량 자료와 율현 지하수위 관측데이터의 9년(2009 ~ 2017년)의 자료로 보정 및 검증되었다. SWAT의 경우 기저유량과 감수위에 영향을 주는 GW_DELAY, GWQMN과 ALPHA_BF를 이용하여 보정하였고 그 결과 결정계수(R2)는 0.70, Nash-sutcliffe 모델효율(NSEQ, NSEinQ)은 각각 0.73, -0.1을 나타냈다. SWAT-MODFLOW의 경우는 토양속성별 대수층 수리전도도(K, m/day), 비저류량(Ss, 1/m), 비산출량(Sy) 및 유효토심(m) 자료가 추가로 적용되었다. 동일 기간의 모의 결과 R2, NSEQ, NSEinQ는 각각 0.69, 0.74, 0.51을 나타냈다. 특히, SWAT-MODFLOW 적용결과 대수층의 수리지질학적 자료 입력을 통해 저유량 모의가 상당히 개선되었다. SWAT과 SWAT-MODFLOW의 총 유출량은 각각 718.6 mm, 854.9 mm이며 기저유량은 각각 342.9 mm, 423.5 mm로 산정되었다.

충주댐 유역의 오염원에 따른 오염부하량 발생 특성 (Characteristics of Pollutant Loads according to Types of Sources for the Chungju Dam Watershed)

  • 김철겸;김남원
    • 한국물환경학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.465-472
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    • 2008
  • Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was selected as a tool for assessing the effect of pollutant sources on the total loads from the Chungju Dam upstream watershed. The model was constructed through calibration of parameters related to nitrogen (N) and phosphorus (P), which was based on the runoff and sediment modeling performed in the previous research. Using this, the spatial and temporal pollutant loadings by source type were investigated. Results of this study indicated that in most forested upstream sub-watersheds, pollutant loadings from point sources were very low, and total loadings by point and non-point sources were also insignificant. On the other hand, in #14 sub-watershed including Jecheon city, the loadings by point source were relatively considerable. For the whole watershed, non-point sources accounted for 99% of sediment, 97% of N, and 93% of P loads. And monthly non-point source loadings were concentrated on rainy summer season, while point source loadings of N and P kept nearly constant throughout the year and were high on dry winter season relative to non-point source.

SWAT 모형을 이용한 미래 기후변화에 따른 유역 토양수분 영향평가 (Assessment of Future Climate Change Impact on Soil Water Storage in Watershed by using SWAT Model)

  • 정혁;박종윤;하림;박혜선;김성준
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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    • pp.83-83
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    • 2012
  • 본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 토양수분과 유출량을 이용한 미래 기후변화에 따른 유역수문에 미치는 영향평가를 실시하였다. 미래 기후변화 영향평가는 용담댐 유역 ($930km^2$)을 대상으로 수행하였다. 모형의 검보정은 유출 3개 지점(용담, 동향, 천천)에서 2004~2008년으로, 토양수분 5개 지점(장수, 안천, 천천, 계북, 부귀)에서 2004~2008년으로 실시하였다. 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위하여 Nash-Sutcliffe 모형효율을 사용하였다. 미래 기후변화 시나리오는 IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B, B1 기후변화 시나리오의 MIROC3.2 hires 모델의 결과 값을 이용하였다. 유역 규모의 기후자료 생성을 위해 추계학적 일 기상자료 생성 모형인 LARS-WG (Long Ashton Research Station - Weather Generator)를 사용하여 2040s (2020~2059년)와 2080s (2060~2099년) 기간에 대하여 강수와, 최고온도, 최저온도에 대하여 상세화하였다. 추후 토양수분의 변화를 통한 수문 영향 평가와 미래 기후변화 시나리오에 따른 수문 거동을 알아 볼 수 있을 것이다.

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SWAT 모형에 의한 수문 및 환경인자 예측을 위한 유역분할의 영향 (Effect of Watershed Subdivision on Hydrologic and Environmental Factor Predictions in SWAT Model)

  • 장경수;장광진;여운기;고진석;지홍기
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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    • pp.1578-1582
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    • 2007
  • SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용한 수문 환경인자 예측에 있어서 적절한 소유역의 분할은 그 결과에 매우 중요한 영향을 미친다. 소유역의 크기, 규모 및 분할개수에 따라 유역모델링 과정과 그 결과에 큰 영향을 미치기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 모형의 거동 특성과 유역수준별 소유역 분할에 대한 기준을 제시할 목적으로 낙동강의 제1지류이자 국제수문개발계획(International Hydrologic Project, IHP)의 국내 대표유역 중 하나인 위천 유역을 대상으로 하여 각 유역별 소유역 분할 수에 따른 연평균 유출, 유사량 및 환경인자의 변화를 검토하였다. 여기서, SWAT 모형의 적용을 위하여 DEM, 토지이용도/토지피복도, 토양도 등의 GIS 자료와 강우량 및 기상자료를 이용하였다. 이로부터 본 논문은 위천 유역에 대한 적정 소유역 분할 기준을 제시하였으며, 이를 바탕으로 모형 구축시간 및 모의시간 단축할 수 있어 모형의 적용 효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

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SWAT모형에서 다양한 해상도에 따른 수문-수질 모의결과의 비교분석 (Comparative Analysis of SWAT Generated Streamflow and Stream Water Quality Using Different Spatial Resolution Data)

  • 박종윤;이미선;박근애;김성준
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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    • pp.102-106
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    • 2008
  • 본 연구는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에서 공간입력자료의 다양한 해상도에 의한 수문-수질 모의결과를 비교분석 하고자 하였다. 경안천유역 상류의 농촌 소유역($1.21\;km^2$)을 대상으로 Case A(2m DEM, QucikBird 토지이용도, 1/25,000 토양도), Case B(10m DEM, 1/25,000 토지이용도, 1/25,000 토양도), Case C(30m DEM, Landsat 토지이용도, 1/25,000 토양도)에 해당하는 해상도별 공간입력자료를 구축하였다. 모형의 적용성 평가를 위해 먼저, 경안수위관측소 상류유역($255.44km^2$)을 대상으로 $1999{\sim}2002$년까지 4개년의 자료를 이용하여 유출량 및 Sediment, T-N, T-P에 대한 모형의 검보정을 실시하였다. 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 평균 0.59의 결과를 얻었으며, Sediment, T-N, T-P는 각각 2.08 tons/yr, 4.30 tons/yr, 0.70 tons/yr의 RMSE 오차로 검보정되었다. 모형의 검보정 후, 농촌 소유역을 대상으로 다양한 공간자료(Case A, B, C)를 적용하여 수문, 수질모의를 실시한 결과, 유출량은 토지이용도 해상도에 의한 모의결과의 불확실성이 가장 큰 것으로 분석되었다. QuickBird 토지이용의 유역평균 CN값이 1/25,000과 Landsat 토지이용에 비해 0.4, 1.8 더 크게 분석됨으로서 총유출량도 증가하였다. 유사량과 영영물질 오염부하량에 대한 수질모의 결과는 USLE 인자의 평균 LS 및 K, CFRG 값의 순서로 해상도별 모의결과의 불확실성이 가장 컸으며 토지이용도에 의한 평균 C값에는 큰 변화가 없는 것으로 분석되었다. Case A의 유사량은 B와 C에 비해 23.7%, 50.6% 증가하는 것으로 나타났으며, 유사량 증가에 따른 T-N, T-P 부하량 역시 Case A, B, C 순으로 높게 평가되었다.

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SWAT을 이용한 극한 기후변화 시나리오와 유역간 물이동 변화를 고려한 만경강 유역의 미래 수문 및 수질 평가 (Assessment of future stream flow and water quality of Man-gyeong river watershed based on extreme climate change scenarios and inter-basin water transfer change using SWAT)

  • 우소영;이지완;김용원;김성준
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제53권8호
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    • pp.605-616
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    • 2020
  • 본 연구에서는 만경강유역(1,602 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 미래 극한 기후변화 시나리오와 유역간 물이동 감소에 따른 유역의 수문 수질 변화를 미래기간(S1: 2010~2039, S2: 2040~2069, S3: 2070~2099)로 구분하여 평가하였다. 이를 위해 유역간 물이동량, 유역내 취수량, 점 오염원 등을 고려하여 SWAT 모형을 구축 후 수위 관측소 2지점(대천, 전주), 수질 관측소 2지점(삼례, 김제)에 대하여 유출량과 부하량을 보정(2012~2014년) 및 검증(2016~2018년)하였다. 검보정 결과 유출량의 평균 R2는 0.7, NSE는 0.51이었으며, SS, T-N, T-P의 평균 R2는 0.72, 0.80, 0.72로 분석되었다. 미래 기후변화에 따른 연평균 유출량은 최대 459 mm/yr 증가하였으며, 연평균 SS, T-N, T-P 부하량은 각각 최대 19,548 ton/yr, 68,748 kg/yr, 13,728 kg/yr 증가하였다. 미래 유역간 물 이동량이 감소하였을 때, 봄과 겨울에 유출량이 감소하였으며, 미래 수질 부하량은 강수량의 영향으로 과거 관측 기간보다 증가하였다. 유출량 감소와 부하량 증가로 인한 수질 악화를 개선하기 위해서는 유역간 물이동이 일정 수준으로 지속되어야 할 것으로 판단된다.

Calibration and uncertainty analysis of integrated surface-subsurface model using iterative ensemble smoother for regional scale surface water-groundwater interaction modeling

  • Bisrat Ayalew Yifru;Seoro Lee;Woon Ji Park;Kyoung Jae Lim
    • 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.

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