• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.179-179
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• 2011

근래 농촌지역에서의 하천 및 저수지의 수질오염에 관하여 관심이 고조됨에 따라 비오염원에 대한 파악과 대책을 세우기 위해 관련분야에서 많은 연구가 진행 되고 있다. 비점오염원은 주로 강우나 유출에 의해 배출되기 때문에 배출 장소와 경로가 불분명하고 다양하다. 비점오염의 관리를 위한 유역모델로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용한 연구가 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 SWAT 모델은 유역모델로써 농촌지역에 논, 밭에서의 비점오염원 기작을 표현하기에는 공간적 범위의 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 예당저수지 유역(465.12 km2)을 대상으로 유역규모의 SWAT 모델과 유역-필드규모에 적용 가능한 SWAT-APEX (Agricultural Policy/Environmental eXtender) 모델의 수질(T-N, T-P) 모의결과를 비교하여 SWAT-APEX 모델의 적용성을 평가하고자 하였다. 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 예당저수지유역 3개의 강우관측소 자료를 수집하여 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 30m의 DEM (Digital Elevation Model)과 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 정밀토양도와 토지이용도는 환경부로부터 1:25,000 중분류 토지이용도를 이용하였다. 또한 환경부에서 제공하는 월단위 하천수질 자료(기간)를 구축하여 모형의 검증을 실시하였다. 분석과정으로 SWAT 모델에서의 유역차원 수문, 수질 모의를 한 후, APEX 모델을 이용하여 소유역별 논, 밭에 대한 필드단위에 오염물질 모의 후 각각 소유역 출구에서 APEX 모델에 결과를 반영한 SWAT-APEX 모의를 거쳐 최종 유역출구에서의 유출량과 수질항목을 분석하였다. 모의 결과 유출량에 대해 Nash와 Sutcliffe (1970)가 제안한 모델효율성계수 (Model Efficient, ME)는 0.67, 결정계수는 0.69 그리고 수질항목의 결정계수는 각각 0.77, 0.75으로 분석되었다. 또한, SWAT-APEX 모의 결과 수질항목의 결정계수는 각각 0.80, 0.72이었다. 따라서, 본 연구에서 농촌지역의 비점오염원 모의는 필드모의를 반영한 SWAT-APEX 모델 결과가 SWAT 모델만 적용한 결과보다 정확한 비점오염 모의가 이루어졌다고 판단 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.370-374
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• 2006

SWAT을 구동하기 위해서는 유역의 지형자료와 시계열 자료뿐만 아니라 토지경작과 오염물질의 거동에 관계하는 많은 비공간 데이터가 필요하다. 이와 같이 방대한 자료를 이용하여 효과적으로 SWAT을 구동하기 위하여 GIS 시스템과 SWAT을 연계 운영할 수 있는 프로그램을 개발하고, 이를 실무에 이용하고 있다. 본 연구에서는 HyGIS(과학기술부, 2004)와 SWAT2000 모형의 연계 시스템인 HyGIS-SWAT의 개발을 위하여 HyGIS-SWAT 데이터 모델을 기반으로 하는 시스템의 운영프로세스를 정립하였으며, 이에 따른 데이터베이스를 설계 및 구축 하였다. 또한 SWAT2000 모형의 구동에 필요한 HRU를 계산하기 위한 알고리즘을 개발하였으며, 입력매개변수의 자동계산 모듈을 개발하였다. 연구결과 HyGIS-SWAT의 시범 시스템을 개발할 수 있었으며, HyGIS-SWAT 데이터 모델과 HyGIS-Model 통합시스템의 운영표준은 HyGIS를 이용한 응용프로그램 개발에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 HyGIS-SWAT의 개발과정에서 축적된 기술은 HyGIS와 다양한 수자원 모형의 연계 시스템 개발 시에 기반기술로 이용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.224-224
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• 2023

국내·외로 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 유역 단위에서 유출 및 수질을 예측하는데 활용되고 있다. 하지만 SWAT 모델의 결과물은 데이터 테이블 형식으로만 이루어져 있기 때문에 모델 사용자가 유역 내 하천별 수문 모의 결과물을 직관적으로 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 다양한 분야에서 3D 가상환경을 구축하는데 디지털 트윈 기술의 활용성이 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술은 현실의 공간을 가상환경으로 구축해 실시간 현실의 상황을 파악하여, 의사결정 지원을 제공한다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 디지털 트윈 기술과 SWAT 모델을 연계하여, 모델의 결과값을 가상환경 3D 지도인 CESIUM에 실시간으로 표출할 수 있는 디지털 트윈 기반 SWAT 모델 수문 모의 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 3D 지형에 SWAT 모델을 통해 모의 된 하천의 수위 및 SS에 대한 표출이 가능할 뿐만 아니라 기후나 유역환경에 따른 유역 내 수문 변화를 시·공간적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 향후 본 연구에서 개발된 디지털 트윈 기반 SWAT 모델 수문 모의 시스템은 홍수 및 가뭄과 같은 재해에 대응할 수 있는 유역 및 하천관리 대책을 효율적으로 수립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2023

최근 급격한 기후변화와 하천수 사용량의 증가로 수문학적 변동성이 증가하면서 지표수와 지하수의 통합 관리 필요성이 증대되고 있다. 이에 따라 SWAT-MODFLOW 모델은 지표수와 지하수 간의 수문학적 상호작용을 고려한 시공간적 지하수함양량의 분포와 하천과 대수층 간의 물 교환량, 장기 유출 및 수질 거동 해석 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 이 모델은 국내 농업 유역 내 담수 논에서의 영농활동을 고려한 시단위 유출 및 수질 예측과 지표수-지하수 통합 해석에 어려움이 있다. 우리나라의 경우 전국 농지 면적 중 논이 약 50%를 차지하고 있음에도 불구하고 아직까지 국내 담수 논 특성을 고려하여 지표수-지하수 통합 해석이 가능한 수문 모델이 개발 된 바 없다. 이에 본 연구에서는 고해상도 시강우량에 따른 담수 논에서의 증발, 침투, 관개, 배수 등 모의가 가능한 Hourly SWAT-PADDY 모듈을 개발하고, SWAT-MODFLOW 모델의 수문 프로세스와의 연계를 통해 지표수-지하수 통합 해석이 가능한 Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델을 개발하였다. Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델은 사용자가 구축한 담수 논의 입력자료(담수, 관개, 낙수 일정 등)를 기준으로 논의 담수 및 비담수 시기에 따른 시단위 물수지 해석과 이를 고려한 유출량, 수질, 지하수함양량, 하천과 대수층 간의 물 교환량 산정이 가능하다. 본 연구에서 개발 된 Hourly SWAT-MODFLOW-PADDY 모델은 국내 농업 유역에서의 지표수-지하수 통합 관리 대책 수립 방향을 제시하기 위한 도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 향후 논의 관개 용수 공급원 연계를 통한 모델의 고도화 방안과 최적의 논 영농 데이터베이스가 마련된다면 보다 정량적인 물수지 해석 기반의 지표수-지하수 통합 모델링이 가능할 것으로 보인다.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• 제9권3호
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• pp.136-145
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• 2006

SWAT includes a lot of parameters related with geography, hydrological time series, land management and water pollution, etc. So, it needs many spatial, non-spatial and time series data to run SWAT. If SWAT is operated in conjunction with GIS, we can use database which includes model input data and do all the processes which covers data creation, model input and analysis of simulation results in a system. The objective of this study is to develop HyGIS-SWAT which is the interface system to couple the SWAT model and HyGIS. To achieve this object, system operation process based on HyGIS-SWAT data model is evaluated and databases are designed and established. As a result, HyGIS-SWAT prototype system is developed. HyGIS data model and HyGIS-Model operation process can be applied effectively to the development of HyGIS-SWAT. The technologies from this study can be used as base technology to develop another HyGIS application which connect HyGIS with models.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• 제53권11호
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• pp.985-997
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• 2020

SWAT (Soil and Water Assessment Tool)-MODFLOW (Modular Groundwater Flow) is a coupled model that linking semi-distributed watershed hydrology with fully-distributed groundwater behavior. In this study, the groundwater simulation results of SWAT and SWAT-MODFLOW were compared for Bokhacheon watershed in Namhan river basin. The models were calibrated and validated with 9 years (2009~2017) daily streamflow (Q) data of Heungcheon (HC) water level gauge station and the daily groundwater level observation data of Yulheon (YH). For SWAT, the groundwater parameters of GW_DELAY, GWQMN, and ALPHA_BF affecting baseflow and recession phase were treated. The SWAT results showed the coefficient of determination (R²) of 0.7 and Nash-Sutcliffe model efficiencies (NES_Q, NSE_inQ) for Q and 1/Q with 0.73 and -0.1 respectively. For SWAT-MODFLOW, the spatio-temporal aquifer hydraulic conductivity (K, m/day), specific storage (S_s, 1/m), and specific yield (S_y) were applied. The SWAT-MODFLOW showed R², NSE_Q, and NSE_inQ of 0.69, 0.74, and 0.51 respectively. The SWAT-MODFLOW considerably enhanced the low flow simulation with the help of aquifer physical information. The total streamflow of SWAT and SWAT-MODFLOW were 718.6 mm and 854.9 mm occupying baseflow of 342.9 mm and 423.5 mm respectively.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• 제44권9호
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• pp.711-720
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• 2011

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model was calibrated for the flow rate of the Deachung lake with a large area of 3108.29 $km^2$. Application of SWAT model requires significant number of input data and is prone to result in uncertainties due to errors in input data, model structure and model parameters. The SUFI-2 (Sequential Uncertainty Fitting Ver. 2) program and GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) program in SWAT-CUP (SWAT-Calibration and Uncertainty Program) are used to select the best parameters for SWAT model. Optimal combination of parameter values was determined through 2,000 iterative SWAT model runs. The Nash-Sutcliffe values and $R^2$ values were 0.87 and 0.89 respectively indicating both methods show good agreements with observed data successfully. RMSE and MSE values also showed similar results for both programs. It seems the SWAT-CUP has a great practical appeal for parameter optimization especially for large basin area and it also can be used for less experienced SWAT model users.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2018

전 세계적으로 다양한 기후변화로 인해 홍수나 가뭄이 자주 발생하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해 하천관리가 필요하며 효율적인 하천관리를 위해서는 직접유출뿐만 아니라 기저유출에 대한 관리가 필요하다. 건기 및 청천시의 하천유량의 대부분을 구성하는 기저유출은 하천의 건천화와 가뭄 등을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 땅 속을 이동하는 기저유출의 특성상 정확한 측정이 어려워 직접유출에 비해 제한적으로 연구가 수행되어왔다. 특히 유역의 토지이용변화와 기후변화에 따른 기저유출 변화 특성에 대한 연구는 더욱 미비하다. 따라서 본 연구에서는 토지이용변화를 평가한 후 기후변화 시나리오를 이용하여 기후변화와 토지이용 변화에 따른 기저유출 특성을 분석하고자 한다. 우선적으로 갑천 유역에서의 유출량 모의를 위해 장기간 유역단위 유출 및 수질 모의가 가능한 SWAT모델을 사용하였다. 모의된 유출량은 자동보정모듈인 SWAT-CUP을 통해 검 보정을 수행하였다. 그리고 토지이용과 토지이용변화 요소간의 관계를 정량화하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S모델을 통해 미래 토지이용변화 자료를 구축하여 SWAT모델의 입력자료로 사용하였다. 또한 기후변화 시나리오인 RCP 시나리오를 SWAT모델 내 기상 입력자료로 사용하였다. 최종적으로 모의 된 미래 유출량은 직접유출과 기저유출 분리가 가능한 WHAT 시스템의 입력자료로 사용하여 미래 토지이용변화와 기후변화를 고려한 기저유출량을 분석하였다. CLUE-S모델을 이용하여 미래 토지이용변화를 예측한 결과 Kappa 값이 0.5 이상으로 미래의 토지이용을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 SWAT모델을 통해 모의된 유출량 검 보정 결과 $R^2$와 NSE가 0.7 이상이므로 모델이 자연현상을 잘 모의하는 것으로 판단된다. 미래 토지이용변화와 기후변화가 적용된 SWAT모델을 통해 모의된 유출량을 WHAT 시스템에 적용하여 미래 기저유출을 분석한 결과 도시의 증가, 농지의 감소 그리고 미래 극한사상에 따른 첨두유출량의 증가로 인해 전반적으로 직접유출은 증가하고 기저유출은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 다양한 토지이용변화와 기후변화를 고려한 갑천 유역에서의 기저유출 특성을 파악하는 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이며 향후 도시화 및 가뭄이나 건기 시 효율적인 하천관리 방안을 수립하는데 방향을 제시 할 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.934-938
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• 2009

금강상류유역에 위치한 용담다목적댐은 2001년에 준공되어 전북지역과 서해안 산업 개발지역에 공급하고 있다. 용담댐 하류유역에 관한 연구는 많이 진행되고 있지만, 상류유역에 관한 연구는 그 수가 미비하여 본 연구에서는 SWAT 모델을 이용하여 용담댐 상류유역에 대한 유출량과 유사량을 기측정된 자료와 비교 검토함으로써, 적정성을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 준 분포형 강우-유출 모델인 SWAT 모델을 이용하여 용담댐유역에 대한 유출량과 유사량을 산정하였다. 모형을 구축하고자 DEM과 토지이용도, 토양도를 사용하여, 총 208개의 HRU를 생성하였으며, 천천과 동향 수위국 및 용담댐에 대해서 월유출량을 Calibration 결과는 천천의 EI와 $R^2$는 각각 0951과 0.952이며, 동향의 EI와 $R^2$는 각각 0.868과 0.869로 나타났으며, 용담댐의 EI와 $R^2$는 각각 0.938과 0.964로 나타났다. 월 유사량에 대한 천천의 EI와 $R^2$는 각각 0.943과 0.947이며, 동향의 EI와 $R^2$는 각각 0.759과 0.772으로 나타났다. 이로서, 본 연구에서는 용담댐 상류유역에 대한 하천유입량과 유사량의 변화를 기구축된 자료와 비교 검토한 결과 SWAT 모델이 용담댐 상류유역의 유출특성을 잘 반영하는 것으로 나타나, 향후 용담댐 하천 유입량과 유사량 변화를 예측하는데에 많은 도움이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2012

경안천은 팔당호로 직접 유입되는 하천 중 유입량 대비 오염도가 매우 높아 상수원보호를 위한 특별관리가 요구되는 지역이다. 또한 경안천 유역은 수도권과 인접하고 있어, 도시화에 의해 토지이용이 지속적으로 변화되고 있다. 이러한 토지이용의 변화는 불투수면적을 증가시켜 강우시 유출 및 수질오염 발생량을 증가시킨다. 그러므로 불투수면적 증가에 따른 영향을 줄이기 위해서는 친환경 도시개발에 적용하고 있는 LID기법을 도입하여, 개발지역의 불투수면적 발생을 최소화하여야 하며 오염원 발생을 사전에 제어해야 한다. 그러나 도시개발시 무분별한 LID기법 도입은 정부의 막대한 예산 및 인력낭비를 초래하므로 현장적용 전 모델링을 통해 LID기법의 기대효과 및 비용을 산출하여야 하며, 도시 계획 수립시 가장 효과적인 LID기법을 제시하여야 한다. 따라서 효과적인 LID기법을 제시하기 위해서는 LID기법 평가가 가능한 SWMM모형을 이용해야 한다. 하지만 경안천 유역과 같이 유역 내 도시 와 비도시지역이 혼재되어 있는 우리나라의 대부분의 유역은 SWMM모형만으로는 유역의 강우-유출 및 수질 평가가 불가능하기 때문에, 유역 내 도시와 비도시지역의 유출 및 수질관리 평가가 가능한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 유출량 및 수질관리 효과를 분석해야 한다. 본 연구에서는 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 LID기법 별 시나리오를 구축하였고, 시나리오별 유출량 및 수질오염 발생량을 모의하여 분석하였다. 분석결과 상당량의 유출량 저감 및 수질개선 효과가 나타났다. 또한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 모의된 수질자료는 환경부에서 제시하고 있는 단위유역 대표지점 수질환경기준 달성의 객관적인 평가를 가능하게 한다. 향후 LID를 적용한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 정부에서 규제하는 개발제한구역이 포함된 유역에서의 도시개발시 수질환경기준에 맞는 친환경적인 개발을 할 수 있을 것이라 기대된다.