• 한국수자원학회논문집
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• 제41권12호
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• pp.1231-1244
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• 2008

본 연구에서는 기후조건, 토지이용 및 토양조건 등의 유역의 비균질성을 고려할 수 있는 SWAT 모형을 이용하여 홍수량 계산에 활용될 수 있는 유출곡선지수를 산정하는 방법을 제시하였다. 이 방법은 Hawkins 등(1993)이 제시한 점근 유출곡선지수 산정법을 기반으로 하되, 실측 홍수량 시간자료를 직접 이용하지 않고 SWAT에 의한 모의 지표 유출량 일자료를 이용하는 점이 특징이다. SWAT 모형이 지표유출성분량을 산정할 수 있고 소유역 분할에 따른 공간모의 및 유역의 비균질 특성을 반영할 수 있는 장점을 이용한 것이며, 또한 일자료를 이용함으로써 단기사상 자료의 오류에 따른 영향을 최소화할 수 있다. 이 방법에 의해 산정된 유출곡선지수는 모형에 의한 유출량 모의치와 관측치의 적합 과정을 거친 것으로 대상 유역의 유출 특징이 반영된 것이다. 본 제안 방법을 충주댐 상류유역에 대해 적용하여 전체유역 및 임의 소유역의 유출곡선지수를 산정하였고, 이를 강우량에 따라 지수함수형으로 감소하는 회귀식을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권9호
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• pp.861-874
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• 2012

SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 적용성 검증을 위해서는 매개변수 민감도 분석 및 검 보정, 예측 불확실성 분석을 필요로 한다. 최근 SWAT 모형의 불확실성을 분석하기 위한 다양한 기법들이 개발되었는데, 본 연구는 충주댐 유역(6,581.1 $km^2$)을대상으로유역출구점의 실측 일 유출량자료(1998~2003)를 바탕으로 SWAT 모형의 유출관련 매개변수에 대한 불확실성 분석을 실시하였다. 이때 사용된 분석 기법으로는 SUFI2 (Sequential Uncertainty FItting algorithm ver.2), GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation), ParaSol (Parameter Solution) 등을 적용하였다. 이러한 기법은 모두 SWAT-CUP (SWAT-Calibration Uncertainty Program; Abbaspour et al., 2007) 모형에 탑재되어있으며, 모형의 결과로써 검 보정, 매개변수의 민감도 분석, 각종 목적 함수 및 불확실성의 범위 등이 자동으로 산출되므로 모형의 사용자가 불확실성 평가 기법의 분석 및 비교를 손쉽게 할 수 있다. 그 결과 대표적인 목적 함수인 결정 계수($R^2$; Legates and McCabe, 1999)와 NS (Nash and Sutcliffe, 1970) 모형효율은 모두 0.67에서 0.92 사이의 값을 나타내어 대체적으로 모의가 잘 이루어졌음을 알 수 있었다. 그러나 불확실성의 범위를 나타내는 지표인 p-factor 및 r-factor에서는 평가 기법 별로 그 차이가 확연하게 드러났다. 여기서 p-factor는 불확실성 범위에 실측치가 포함되는 비율이며, r-factor는 불확실성의 상대적인 범위로 각각 1과 0에 가까울수록 모의기법의 성능이 우수함을 의미한다. 세가지 알고리듬 중에서 SUFI2의 p-factor가 약 0.79로 가장 높게 나타났으며, ParaSol의 r-factor가 0.03으로 가장 작게 나타났다. 본 연구의 결과는 SWAT 모형을 이용한 수문 모의에서 수문분석에 따른 예측결과의 불확실성을 정량적으로 평가함으로서, 모형의 적용성 평가 및 모의결과의 신뢰성 확보에 근거자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권1호
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• pp.9-19
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• 2009

본 연구는 지하수위의 시간적인 변화가 지표수 유출, 증발산, 토양 수분 등 다른 수문성분에 미치는 개별적 영향을 평가한 것이다. 이를 위하여 기 개발된 완전연동형 지표수-지하수 통합모형인 SWAT-MODFLOW 모형에서 토양층의 수분과 얕은 대수층의 지하수의 결합과정을 새롭게 개선하여 토양수분과 지하수간의 보다 현실적인 상호작용이 가능하도록 가변 토양층 구조 기법(The variable soil layer construction technique, VSLT)을 개발, SWAT-MODFLOW에 탑재시켰다. 이 기법에서는 모의된 지하수위가 토양 영역내로 상승하면, 토양층 아래의 지하수위를 얕은 대수층의 일부로 간주함으로써 해당하는 토양층들이 초기에 정의된 토양 영역에서 배제되어 MODFLOW모형의 지배를 받게 된다. 무심천 유역에 대한 시험 적용을 통해 본 연구에서 VSLT를 고려하여 개선한 SWAT-MODFLOW 모형은 토양층내 지하수위의 변동 영향을 보다 현실적으로 고려할 수 있을 뿐 아니라 지하수위 변동에 따른 지표면 유출, 토양수분, 증발산 등 수문성분의 공간분포에 미치는 영향의 정량적 평가에도 활용이 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권5호
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• pp.347-356
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• 2020

본 연구에서는 SWAT-CUP 프로그램을 이용한 SWAT 모형 매개변수 검·보정 수행 시 적은 계산 소요시간으로 모의 성능을 극대화할 수 있는 매개변수 보정 방안을 결정하기 위해 모의 실행 횟수에 따라 Case1~3(250, 500, 1,000번) 및 Case4(초기 1,000번, 이후 500번)로 구분하고, 이들 모의의 반복에 따른 보정 결과를 비교하였다. 선정한 목적함수에 대하여 모의 성능을 평가한 결과 각 모의 수행의 4번째 반복 이후 Case2와 Case3의 목적함수가 같은 값(MNS 0.64)에 도달했으며, 8번째 이후부터는 Case1의 목적함수도 유사한 값에 도달하는 것을 확인하였다. 그러나 매개변수의 최종 산정 값은 Case1~3이 모두 상이하게 나타났으며, Case3과 Case4의 결과만 유사하게 수렴되는 것을 확인하였다. 이의 분석을 통해 보정 결과는 매개변수 값 산정을 위한 초기 모의 실행 횟수에 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 반면, 초기의 매개변수 변화 폭과는 다르게 이의 반복을 통한 SWAT 모의 수행 결과는 크게 달라지지 않았다. 이와 같은 결과를 종합하여 Case4와 같이 1,000번 이상의 충분한 모의 실행 횟수 설정 후 초기 1-2회 정도 반복 수행하고, 그 이후는 모의 횟수를 줄여서 반복하는 것을 가장 효율적인 SWAT-CUP을 이용한 SWAT 모형 검·보정 방안으로 제시할 수 있었다.

• 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(NSE_Q, NSE_inQ)은 각각 0.73, -0.1을 나타냈다. SWAT-MODFLOW의 경우는 토양속성별 대수층 수리전도도(K, m/day), 비저류량(S_s, 1/m), 비산출량(S_y) 및 유효토심(m) 자료가 추가로 적용되었다. 동일 기간의 모의 결과 R², NSE_Q, NSE_inQ는 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권7호
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• pp.577-590
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• 2011

본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 유역-하천 흐름 연계 모형을 구축하였다. 본 연구는 기후변화에 따른 하천 흐름 및 수질 영향 분석을 위한 전단계의 연구이다. 낙동강 유역을 대상으로 유역 수문 모형인 SWAT 모형을 구축하고 낙동강 본류 EFDC 모형에 유량 경계자료를 제공하여 본류 흐름을 예측하였다. 유역 모의를 통해 계산된 유출량을 본류 13개, 지류 30개 지점에서 2004년부터 2009년까지의 환경부8일 자료를 이용하여 검보정하였다. 모형의 적용성을 평가하기 위하여 % difference, NSE, $R^2$를 산정하였으며, % difference는 몇몇 지점을 제외하고는 대부분 15% 이내인 것으로 나타났고, NSE와$R^2$ 역시 대부분 적정 수준인 것으로 모의 되었다. 한편, SWAT 모형으로부터 본류의 상류 및 지류 경계의 유출량 값을 제공받아 EFDC모형에 입력하였고 낙동강 본류에서의 2007년도 흐름을 예측하였다. 계산된 결과를 낙동강 본류의 각 수위 관측소에서의 측정 데이터와 비교한 결과, 본 모형이 저수기 및 홍수기시 모두 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 만곡부 및 하중도 부근에서의 유속 증가와 감소 현상 등을 잘 모의하는 것으로 확인되었다. 한편, 상류 경계로 부터 1월1일 유입된 염료의 이동현상을 모의한 결과 하구언까지 도달하는데 약 65일이 소요되는 것으로 나타났다.

• 한국지리정보학회지
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• 제11권1호
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• pp.20-30
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• 2008

본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 유역내 농업용 저수지의 운영이 유역 출구인 하천 지점에서의 유출에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 안성천 유역 공도수위관측소의 상류 유역을 대상으로, 유역내 고삼과 금광 농업용 저수지의 방류량 고려시와 미고려시에 대한 공도지점에서의 각각의 하천유출 거동을 분석하였다. SWAT 모형에서 저수지 물수지 분석모듈을 수정하여, 저수지의 일별 관측 저수위로부터 계산된 저수량과 수표면적을 이용하여 저수지의 일 방류량 자료를 생성하였다. 이를 이용하여 공도수위관측소의 5개년(1997~2001) 동안의 일별 하천 유출량 자료를 대상으로 모형의 보정(1997, 1998, 1999년)과 검증(2000, 2001년)을 실시하였다. 검증기간에 대한 Nash-Sutcliffe 모델효율은 0.55, RMSE는 2.33 mm/day로 나타났다. 한편, 두 저수지의 방류량을 고려하지 않은 상태에서의 모의결과는 한 결과, Nash-Sutcliffe 모델효율은 0.37로, RMSE는2.91 mm/day로 나타나 저수지 고려시의 결과와 비교하면 각각 0.18의 모델효율 저하, 0.58%의 오차증가를 보였다. 따라서 농업용 저수지가 있는 유역에서는 SWAT 모형의 활용시, 저수지 유역에서의 저수지에 의한 저류효과 및 방류 영향을 고려하여야 하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.384-384
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• 2011

전 세계적으로 유역단위 수문해석 모형으로 많이 사용되는 SWAT모형은 유역 내 수문 모의시, DEM을 기반으로 유역 평균경사도를 이용하여 경사도-경사장 관계식 산정 경사장을 유역 내모든 수문학적 반응단위(HRU:Hydrologic Response Unit)에 동일하게 적용하는 문제점이 있다. 특히 SWAT모형은 미국지형 기반으로 개발되었기 때문에 유역 평균 경사도가 25% 미만일 경우 유역 평균 경사장 인자가 매우 작은 값으로 산정되어 모두 동일하게 적용된다. 이는 SWAT모형의 수문 및 지하수 함양량 산정 시 우리나라 유역 특성이 제대로 반영되지 않는 채 모의가 이루어질 수 있는 문제를 초래할 수 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 강원 발전연구원에서 전수 조사한 실측 경사장 자료가 있는 강원도 양구군 해안면 만대천 유역을 연구 대상지역으로 선정하였고 지하수 함양량을 시공간적으로 분석 할 수 있게 개발 된 SWAT HRU Mapping module에 실측 경사장 자료를 이용하여 2009년 실측 경사장(274m) 적용과 임의의 경사장(5m) 적용에 따른 유출량 및 지하수 함양량을 비교 분석 하였다. 임의의 경사장을 5m로 선정한 이유는 SWAT모형에서 소유역의 경사도가 25%이상일 경우 소유역의 경사장을 모두 0.05m로 산정하여 모두 동일하게 적용하기 때문에 실측 경사장(평균 274m)과 대조군으로 비교하기 위하여 임의의 경사장을 5m로 선정하였다. 2009년 해안면 만대천 유역의 총 강우량은 1341mm이며 실측경사장 및 임의 경사장 적용에 따른 유출특성별 유출량을 비교해보면 직접유출 결과는 두 가지 경사장 모두 큰 차이를 나타내지 않았지만 평균 경사장이 증가 할수록 중간유출은 줄어들고 기저유출이 급격하게 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 2009년 만대천 유역의 월별지하수 함양량은 실측경사장과 임의의 경사장 적용에 따라 각각 591mm/yr(함양율 44%) 와 293mm/yr(함양율 22%) 로 나타났으며, 중간유출이 줄고 기저유출이 증가 할수록 지하수함양량 역시 증가 하는 것으로 나타났다. 따라서 SWAT모형에서 기저유출을 정확히 해석하고 지하수함양량을 제대로 산정하기 위해서는 실측 경사장에 적용에 따른 모형의 검 보정이 반드시 이루어져야 한다고 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.457-467
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• 2014

본 연구에서는 충주댐 유역($6,642.0km^2$)을 대상으로 Terra MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상과 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 융설이 댐유입량에 미치는 영향을 분석하였다. SWAT 모형의 융설 매개변수인 적설면적 감소곡선(Snow Cover Depletion Curve; SCDC)을 결정하기 위해 10 sets (2000-2010)의 Terra MODIS 위성영상으로부터 추출한 적설분포도와 지상 강설자료를 이용하여 구축한 적설심분포도(snow depth distribution; SDD)를 도출한 결과, 50% 적설면적일 때의 적설면적감소계수(sno50cov)는 0.4~0.7의 범위를 가지는 것으로 분석되었다. 매년의 융설 매개변수를 적용하여 융설기간 (11~4월)동안의 유출을 보정한 결과 평균 $R^2$는 0.54이었다. 10년 동안 융설기간의 유출량은 평균 104.3 mm로 연 유출량의 12.0%를 차지하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.389-389
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• 2011

과거의 무분별한 수자원 개발에 따른 자연환경파괴로 인해 점차 대규모 다목적댐의 건설과 같은 신규 수자원 개발이 쉽지 않은 상황이지만, 여전히 댐은 유한의 수자원을 적극적으로 확보하기 위한 가장 대표적인 방법으로서, 안정적인 용수 확보를 통한 물부족의 해소와 효율적인 운영을 통한 홍수와 가뭄 피해 예방을 위해 중요한 역할을 해오고 있다. 댐의 건설로 인해 하류측 본류에서는 과거와 같은 유량의 극심한 계절적인 편차는 감소되었으며, 가뭄이나 홍수에 대한 피해 규모도 저감되었다고 볼 수 있다. 댐 건설에 따른 수문학적 변화에 대한 분석은 실제 댐 건설 전후의 장기적인 관측자료를 비교하는 것이 가장 정확한 방법이나, 대부분 관측자료가 전무하거나 충분하지 못하기 때문에 일반적으로 모델링을 통해 장기간의 유출자료를 추정한 후 이를 기반으로 그 영향을 평가하고 있다. 모델링 방법으로는 과거부터 오랫동안 국내 수자원 해석 및 계획에 폭넓게 활용되고 있는 TANK 모형을 비롯하여, SSARR, NWS-PC, TOPMODEL, HSPF, PRMS, SLURP, SWAT, MIKE-SHE 등 다양한 모형들이 적용되고 있다. 이 중에서 SWAT은 유역의 수문 수질의 시공간적인 해석 및 관리, 그리고 미래 유역환경변화에 따른 영향 평가 등을 위해 국내는 물론 국제적으로도 많이 적용되고 있는 모형이다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 국내 유역 특성에 적합하도록 개선한 SWAT-K 모형을 이용하여, 금강유역에서의 대청댐 및 용담댐의 운영과 인위적인 용수 이용에 따른 유출량, 증발산량 및 지하수 함양량 등의 수문성분의 변화를 분석하였다. 대청댐의 건설과 유역내 용수 이용으로 인해 하류측 공주지점에서의 유출량은 자연상태에 비해 증가하는 것으로 나타났으며, 지하수 함양량과 증발산량은 감소하는 것으로 분석되었다.