• 한국수자원학회논문집
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• 제51권9호
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• pp.803-812
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• 2018

본 연구는 다목적함수를 고려한 입자군집최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 Python으로 개발하고, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형에 적용하여 자동보정 알고리즘의 적용 가능성을 평가하였다. SWAT 모형의 유출 해석은 안성천의 공도 수위 관측소 상류유역($364.8km^2$)을 대상으로 하였으며, 공도 지점의 2000년부터 2015년까지의 일 유량 자료를 이용하였다. PSO 자동보정은 결정계수(coefficient of determination, $R^2$), 평균제곱근오차(RMSE), NSE 모형효율계수(Nash-Sutcliffe Efficiency, $NSE_Q$), 특히 중간유출과 기저유출의 보정을 위해 $NSE_{INQ}$ (Inverse Q)를 활용하여 SWAT을 보정하였다. PSO을 통한 SWAT 모형의 자동보정과 수동보정의 유출해석 결과, 각각 $R^2$는 0.64, 0.55, RMSE는 0.59, 0.58, $NSE_Q$는 0.78, 0.75, $NSE_{INQ}$는 0.45, 0.09의 상관성 분석결과를 보였다. PSO 자동보정 알고리즘은 수동보정에 비하여 높은 향상을 보였는데 특히 유출의 감수곡선을 개선시켰으며 적절한 매개변수 추가(RCHRG_DP)와 매개변수 범위의 설정으로 수동보정의 한계를 보완하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권10호
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• pp.881-890
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• 2006

SWAT 모형을 이용하여 대전 3대 하천 유역의 수문 분석 및 도시화에 따른 영향을 평가하였다. 물수지 분석결과에 의하면, 전체적으로 총 유출량 중 지하수 유출량이 44%정도, 중간 유출량이 6% 그리고 지표유출량이 50%이다. 도시화 영향 분석 결과 전체적으로 1975년에서 2000년까지 갑천유역의 약 5%가량의 도시화는 총 유출량의 변화에 있어서는 현저한 차이를 보이지 않았으나, 도시화 율이 32%정도 증가한 소유역의 경우 유출 성분 분석에서 첨두 유량의 경우 $25{\sim}66%$의 증가를 보였고, 지하수 유출량의 경우 $68{\sim}73%$의 감소를 확인 할 수 있었다. 그리고 도시화의 영향으로 토양수분량은 건기를 제외한 모든 시기동안 감소한 반면 침투량은 모든 시기동안 감소하였다. 도시화의 영향은 강우량이 적고, 증발량이 많은 갈수년에 더 크게 나타났다. 이 결과로부터 도시화의 영향으로 풍수기 동안의 홍수피해 폰가 및 갈수기 동안의 하천의 건천화 문제를 유추 할 수 있을 것이다. 결론적으로 본 연구에서 수행한 수문분석 및 도시화 영향분석 결과는 향후 대천 3대 하천의 생태하천복원을 위한 물순환 정상화 대책마련 및 하천의 유량확보방안 마련을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.881-881
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• 2012

낙동강유역에는 4대강 사업으로 8개의 보가 낙동강 본류에 새롭게 설치되었으며, 따라서 상류로부터 유입되는 유사가 보상류에 퇴적되어 하천제방이나 하천구조물의 안전을 위협할 수 있다. 또한 홍수시에는 농경지의 매몰과 저수지의 퇴적현상이 발생하는 등 유역유사에 의한 다양한 문제가 발생할 수 있으며, 강우로부터 유출되는 유사는 강우사상에 따라 빠르게 변할 수 있으나 수체에 즉각적인 영향을 유발하지 않을 경우 만성적인 특성으로 인해 침전물을 계속 이동시키며 축적되는 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 사전에 예측하고 낙동강유역에 대한 유역유사관리 대책마련을 마련하기 위해 유역유출과 유사의 이송 및 퇴적양상을 분석하여 유역관리를 위한 자료를 구축할 필요가 있다. 이러한 기초자료 분석을 위해 활용되는 유역모형 중 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형은 장기간 유역 유출로 인한 유사 모의를 수행하는데 가장 많이 활용되는 모형이며, 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service, ARS)의 Jeff Amold 등에 의해 개발된 모형이다. SWAT 모형은 장기유출 및 유사 발생에 대한 시 공간적 변화를 모의하는 모형으로 넓은 범위의 유역에 대해 일단위 모의 간격으로 최대 100년까지 모의가 가능한 장기유역 모의에 최적화된 모형이다. 본 논문에서는 SWAT 모형을 이용하여 낙동강유역의 장기 유역 유출 및 유사 모의를 수행하기위해 2004년에서 2009년까지의 유출량 자료와 유량-유사량관계곡선 등을 이용하여 본류 및 지류 유출구 주요지점에 대해 검보정을 수행하고자 한다. 모의의 정확도 향상을 위해 안동댐, 임하댐, 영천댐, 합천댐, 남강댐, 밀양댐 및 낙동강 본류 등 총 7개 유역으로 구분하여 SWAT 모형을 구축하였으며, 각 유역별로 유출량과 유사량에 대하여 각각 보정 및 검증을 수행하였다. 낙동강 본류유역 총 7개의 댐 방류량자료와 20개의 대형하수종말처리장 방류량자료를 이용한 낙동강유역의 유출량 보정 및 검증 결과, 모의치가 실측치를 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. 또한 총 11개 지점의 수위관측소에 대해 유사량 측정 성과를 이용한 유사량 보정 및 검증 결과, 강우시 유사량 모의값은 유출량-유사량관계곡선 식을 잘 반영하였으나, 비강우시에는 모의값이 관계곡선 식의 결과값보다 대체적으로 높게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.261-264
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• 2011

유역의 유출현상은 유출에 직접적인 영향을 미치는 강수 등 수문학적 인자가 중요한 요인으로 작용하지만 유역의 지형학적 특성에 의해서도 유출에 미치는 영향은 매우 크다. 본 연구에서는 DEM의 해상도에 따라 유출, 유사, 증발에 어떠한 영향을 미치는지를 판단하는 것을 연구목적으로 하였다. 연구지역은 대전시를 관류하는 갑천유역(유역면적 약 $609km^2$)을 대상으로 하였으며, 사용한 DEM 자료는 30m 공간해상도는 갖는 WAMIS의 자료를 이용하였다. 이 30m의 공간해상도를 각각 60m, 90m, 120m, 150m로 각각 resampling, sink 제거 등의 과정을 거쳐 각 해상도별 DEM자료를 생성하였다. 유출 특성 분석을 위해 HyGIS-SWAT 모형을 이용하였다. 모형의 적용 결과 첨두유출은 30m해상도를 기준으로 150m해상도에서는 약 16%정도 감소하는 것으로 나타났으나, 총유출은 약 2%정도 감소하는 것으로 나타났고, 증발량의 경우에는 30m 해상도를 제외하고 대부분 비슷한 결과를 제시하고 있는 것으로 나타났다. 또한 그림 1에서 제시한 바와 같이 30m해 상도에서는 첨두유출은 크지만 저류부 유출은 오히려 150m해상도에서 더 많은 유출이 발생하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.145-145
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• 2015

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 고랭지 농업 지역인 해안분지유역($63km^2$)을 대상으로 RCP 기후변화 시나리오에 따른 미래 수문순환 전망을 평가하였다. 모형의 보정(2009년-2010년) 및 검증(2011년)은 3지점의 실측된 유출량을 활용하여 실시하였다. 모형의 보정 및 검증 결과 결정계수($R^2$)는 X.XX-X.XX이고, Nash-Sutcliffe 모형 효율(NSE)는 X.XX-X.XX으로 분석되어 신뢰성 있는 유출량 모의 결과를 나타내었다. 미래 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형의 RCP 4.5 및 8.5 자료를 수집하였다. 다음으로 과거 13년(1999년-2011년, Baseline period)의 기상자료를 기준으로 편이보정(Bias Correction)기법을 이용하여 오차보정 후, SWAT 모형에 적용하여 2040s(2020년-2059년) 및 2080s(2060년-2099년) 기간에 대해서 분석하였다. 그 후, 수문요소인 증발산, 토양수분, 지표유출, 중간유출, 회귀유출 및 하천유출량의 변화량을 분석하여 고랭지 농업 유역의 기후변화에 따른 미래 수문순환을 전망하였다.

• 상하수도학회지
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• 제29권4호
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• pp.447-457
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• 2015

Water cycle within the human civilization has become important with urbanization. To date, water cycle in the eco-system has been the focus in identifying the degree of water cycle in cities, but in practicality, water cycle within the human civilization system is taking on an increasing importance. While in recent years plans to reuse water have been implemented to restore water cycle in cities, the effect that such reuse has on the entire water cycle system has not been analyzed. The analysis on the effect that water reuse has on urban areas needs to be go beyond measuring the cost-savings and look at the changes brought about in the entire city's water cycle system. This study uses a SWAT model and water balance analysis to review the effects that water reuse has on changes occurring in the urban water cycle system by linking the water cycle within the eco-system with that within the human civilization system. The SWAT model to calculate the components of water cycle in the human civilization system showed that similar to measured data, the daily changes and accumulative data can be simulated. When the amount of water reuse increases in urban areas, the surface outflow, amount of sewer discharge and the discharged amount from sewage treatment plants decrease, leading to a change in water cycle within our human civilization system. The determinant coefficients for reduced surface outflow amount and reduced sewer discharge were 0.9164 and 0.9892, respectively, while the determinant coefficient for reduced discharge of sewage treatment plants was 0.9988. This indicates that with an increase in water reuse, surface flow, sewage and discharge from sewage treatment plants all saw a linear reduction.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2B호
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• pp.187-197
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• 2008

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 경안천 유역($255.44km^2$)을 대상으로 미래 토지이용변화가 수문-수질에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. Landsat TM(1987, 1991, 1996, 2004), $ETM^+$(2001) 위성영상으로부터 시계열 토지이용도를 작성하고, CA-Markov 기법을 이용하여 2030, 2060, 2090년도의 미래 토지이용변화를 예측하였다. 모형의 입력 자료인 수문 기상자료와 지형자료(DEM, 토양도, 하천도 등), 수질자료(SS, T-N, T-P)를 구축하고 1999, 2000년 자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였으며, 2001, 2002년에 대하여 검증하였다. 검보정 결과, 유출량에 대해 모형 효율성 계수는 0.59, 수질항목(Sediment, T-N, T-P)에 대한 결정계수는 0.88, 0.72, 0.68로 분석되었다. 미래 토지이용변화에 따른 유출량과 비점오염 부하량의 변화를 분석한 결과, 도시화가 진행되면서 2004년을 기준(76.3)으로 유역 평균 CN값이 2030년 76.9, 2060년 77.1, 2090년 77.4로 증가하면서 유출량이 1.4%, 2.0%, 2.7% 증가하는 것으로 분석되었다. 또한, 비점오염원의 증가로 유사량과 T-N, T-P 부하량은 2004년을 기준으로 2030년 51.4%, 5.0%, 11.7% 증가하였으며, 2060년 70.5%, 8.5%, 16.7% 2090년에 74.9%, 10.9%, 19.9% 증가하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권3호
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• pp.269-283
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• 2014

본 연구에서는 기상청에서 제공하는 RCP 기후변화시나리오를 이용하여 기후변화와 유역유출특성에 따른 환경영향을 평가하였다. SWAT모형을 이용한 미래 댐 유입량 평가, HEC-ResSim 모형을 이용한 댐 안전성 평가 및 하류 유황분석을 수행하였다. 또한, 기존 수질관측자료를 이용하여 Seasonal-Kendall Test를 통해 수질변화 추세에 대해 분석하였고, SWAT과 HEC-ResSim 모형으로 도출된 방류량 및 지류유출량을 Qual2E모형에 적용하여 미래 수질변화 추세에 대해 분석하였다. 다음과 같은 유역 통합환경검토 기법은 하천환경에 대한 과학적 물환경 관리 체계를 확보하고, 기후변화 등 새로운 환경문제에 선제적으로 대응하기 위한 지침을 마련할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.930-930
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• 2012

최근 기후변화로 인하여 전 세계적으로 물 부족현상이 대두되고 있는 가운데 우리나라 또한 물 부족국가에 편재되어 있다. 더군다나 제주도는 최대 다우지임에도 불구하고 다른 타 지역과 마찬가지로 제주도 곳곳에서 물 부족 현상이 야기되고 있다. 이러한 현상은 제주도의 강우가 대부분 년 중 6월~9월에 집중되고, 그 기간 홍수유출 역시 경사가 급하고 15km 미만의 짧은 유로연장을 갖는 대부분의 하천의 특성상 홍수유출 지속시간이 단 시간에 불과하여 수자원 관리에 큰 어려움이 있기 때문으로 사료된다. 다만 일부하천의 경우 해안과 가까운 지점의 하상과 측벽에서 기저유출 성분인 용천수가 유출됨으로 1970년대부터 상수원으로 개발하여 일부분 이용되고 있다. 하지만 이 또한 정확한 용출량 산정이 어려워 수자원으로써의 활용이 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 대상유역의 기저유출로 발생되는 용천수의 용출량을 산정하여 용천수의 이용 및 보전관리계획을 수립하는 중요한 척도를 제시함은 물론 제주 수자원의 대부분을 차지하는 지하수의 함양, 배출, 순환연구에 중요한 기초자료로 활용하기 위하여 진행되었다. 본 연구는 제주도 중서귀수역 주요 기저유출유역(강정천, 악근천)에 대하여 연구대상기간(2011.7~2011.12) 동안 하천의 유출량을 ADCP(Accoustic Doppler Current Profiler, SonTek사)와 전자기식 유속계(FLOW-MATE)를 이용하여 매월 2회 현장 계측을 실시하여 유출량 자료를 확보하였고, 일 단위의 모의가 가능한 유역단위의 준 분포형 장기 강우-유출 모델(continuous rainfall-runoff model)인 SWAT(Soil Water & Assessment Tool) 모델을 적용한 물수지 결과값과 비교 검정하여 제주도 기저유출 하천의 유출율 및 수문곡선의 특성을 분석하고 SWAT 모델을 통한 물수지 산정을 실시하였다. 중서귀수역의 기저유출 대상유역에 대한 지속적인 관측자료와 세계적인 SWAT모델을 이용한 정밀 수자원 해석결과는 서귀포시의 주 식수원으로 이용되고 있는 대상유역의 물순환 및 물수지분석과 통합 수자원의 연구진행, 향후 기후변화에 대비한 효율적인 수자원의 이용 및 확보를 위한 귀중한 자료로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.208-208
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• 2023

북한강 유역은 대한민국을 대표하는 한강의 제1지류로 상류에 북한산이 위치하여 풍부한 자연환경과 생태계를 보유하고 있다. 해당 유역은 수력 및 다목적댐이 위치하여 수력발전과 수도권 물공급에 있어 중요한 역할을 하고 있다. 더욱이, 상수원보호구역으로 지정되어 있어 수질오염 예방을 위한 수질 관리가 필요하다. 기존 연구의 경우 북한강 유역 내 1개 다목적댐(소양강댐) 지점에 대한 수량 및 수질 매개변수 검·보정을 수행한 사례가 있으나 다목적댐 및 수력댐을 모두 고려한 사례는 없어 관련 연구가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 활용한 북한강 유역 내 수량·수질을 분석 및 평가하고자 한다. 대상유역은 북한강 유역이며 저류를 하지 않는 평화의 댐을 제외한 5개 댐(화천댐, 춘천댐, 소양강댐, 의암댐, 청평댐)에 대해 모형에서 고려하였다. 자료평가기간은 1983년부터 2021년이며 기상 및 지형자료, 저수지 자료, 점오염원 자료를 입력자료로 활용하였다. Penman/Monteith 방법, SCS 방법, Muskingum 방법, 저수지 운영 방법(일 단위 관측 방류량 입력 및 목표 저수량 유지)을 활용하여 모형 모의를 수행하였다. 매개변수 검·보정은 수량(댐 유입량 및 방류량, 저류량) 및 수질(유사량, 총질소, 총인) 자료를 활용하여 수량 9개 지점과 수질 6개 지점, 댐 저수지 5개 지점을 중심으로 수행하였다. 수량 및 수질에 대한 도시적 및 통계적 평가를 통해 관측 및 모의 간의 정확도를 평가하였다. 평가결과, 수량은 임남댐의 영향을 받는 일부 댐을 제외한 대부분의 댐 유역에서 관측 및 모의 유량 간의 적합도가 우수하게 나타났다. 수질은 수량의 영향을 직접적으로 받아 일부 지점을 제외한 대부분 지점에서 관측 및 모의값 간의 적합도가 높게 나타났다. 검·보정 적절성 판단을 위한 정량적 평가결과, 수량의 경우 결정계수(R²) 0.64~0.94, 용적오차(PBIAS) 0.09%~15.77%로 적정한 것으로 나타났다. 수질의 경우 용적오차 0.00%~29.14% 사이로 적정범위 안에 포함된 것으로 나타났다. 본 연구결과는 기후변화와 연계하여 미래 기간의 수량 및 수질 분석 연구에 기여할 것으로 기대된다.