• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.8 s.169
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• pp.677-690
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• 2006

The LH-OAT (Latin Hypercube One factor At a Time) method for sensitivity analysis and SCE-UA (Shuffled Complex Evolution at University of Arizona) optimization method were applied for the automatic calibration of SWAT model in Bocheong-cheon watershed. The LH-OAT method which combines the advantages of global and local sensitivity analysis effectively identified the sensitivity ranking for the parameters of SWAT model over feasible parameter space. Use of this information allows us to select the calibrated parameters for the automatic calibration process. The performance of the automatic calibration of SWAT model using SCE-UA method depends on the length of calibration period, the number of calibrated parameters, and the selection of statistical error criteria. The performance of SWAT model in terms of RMSE (Root Mean Square Error), NSEF (Nash-Sutcliffe Model Efficiency), RMAE (Relative Mean Absolute Error), and NMSE (Normalized Mean Square Error) becomes better as the calibration period and the number of parameters defined in the automatic calibration process increase. However, NAE (Normalized Average Error) and SDR (Standard Deviation Ratio) were not improved although the calibration period and the number of calibrated parameters are increased. The result suggests that there are complex interactions among the calibration data, the calibrated parameters, and the model error criteria and a need for further study to understand these complex interactions at various representative watersheds.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1178-1182
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• 2008

본 연구에서는 SWAT 모형의 국내 적용을 위해 농촌용수지구의 수문관측자료를 이용하여 입력자료를 구축하고, 기존 유출량 산정모형과 산정결과를 비교하였다. 모형을 적용을 위한 대상지구는 경기 평택, 용인에 위치한 이동저수지를 포함하는 용남용수구역을 선정하였다. 본 대상지구는 2001년 이후 농업지역의 수문관측을 위해 계측망을 설치하고 운영하고 있는 지구로써 저수위, 하천수위, 강수량 등의 관측을 실시하고 있다. 모형의 입력자료는 기존의 GIS 자료와 대상지구에서 관측된 강수량 자료를 이용하여 구축하였고 증발산량 산정에 필요한 다른 기상자료는 인근 수원측후소의 자료를 수집하고 있다. 모형을 통해 산정된 유출량은 덕성교, 재인교, 묵방교, 미산교의 네 지점에서 측정한 유량자료를 이용하여 비교하였다. 농업지역에서 저수지 운영 및 공급량 산정을 위해 많이 쓰이는 HOMWRS 모형과 비교한 결과 평균유출량이 덕성교 지점의 경우 1,651천$m^3$, 묵방교는 619천$m^3$이며 HOMWRS의 경우 덕성교 3,155천$m^3$, 묵방교 885천$m^3$로 각각 산정되었고, 이 지점의 실측 유출량은 덕성교 3,500천$m^3$, 묵방교 1,610천$m^3$로 실측값의 47%, 38%로 각각 산정되어 총유출량은 큰 차이를 보이고 있다. SWAT 모형으로 일별 장기유출량을 추정한 결과 저수지가 설치되어 있지 않은 미산교, 묵방교에서의 일별, 월별 장기유출량은 실측치와 매우 가까운 값을 보였다. 그러나 상류지점에 저수지가 설치되어 있어 저수지의 영향을 받고 있는 덕성교와 재인교에서의 장기유출량은 관측값과 유사한 경향을 보이고 있으나 실측값과는 차이를 보이고 있었다. 이는 저수지 및 관개수량의 환원수량 등을 고려하지 않은 채 유출량을 산정한 결과로 SWAT 모형의 관개지구에 적용을 위해서는 저수지의 영향, 환원수량 및 관개용수 공급에 대한 고려가 필요하다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.1
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• pp.45-56
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• 2020

This study aims to quantify the uncertainty that can be induced by the objective function when calibrating SWAT parameters using SWAT-CUP. SWAT model was constructed to estimate runoff in Naesenong-cheon, which is the one of mid-watershed in Nakdong River basin, and then automatic calibration was performed using eight objective functions (R², bR², NS, MNS, KGE, PBIAS, RSR, and SSQR). The optimum parameter sets obtained from each objective function showed different ranges, and thus the corresponding hydrologic characteristics of simulated data were also derived differently. This is because each objective function is sensitive to specific hydrologic signatures and evaluates model performance in an unique way. In other words, one objective function might be sensitive to the residual of the extreme value, so that well produce the peak value, whereas ignores the average or low flow residuals. Therefore, the hydrological similarity between the simulated and measured values was evaluated in order to select the optimum objective function. The hydrologic signatures, which include not only the magnitude, but also the ratio of the inclining and declining time in hydrograph, were defined to consider the timing of the flow occurrence, the response of watershed, and the increasing and decreasing trend. The results of evaluation were quantified by scoring method, and hence the optimal objective functions for SWAT parameter calibration were determined as MNS (342.48) and SSQR (346.45) with the highest total scores.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.6
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• pp.503-514
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• 2018

In recent, the hydrological regime of the Mekong river is changing drastically due to climate change and haphazard watershed development including dam construction. Information of hydrologic feature like streamflow of the Mekong river are required for water disaster prevention and sustainable water resources development in the river sharing countries. In this study, runoff simulations at the Kratie station of the lower Mekong river are performed using SWAT (Soil and Water Assessment Tool), a physics-based hydrologic model, and LSTM (Long Short-Term Memory), a data-driven deep learning algorithm. The SWAT model was set up based on globally-available database (topography: HydroSHED, landuse: GLCF-MODIS, soil: FAO-Soil map, rainfall: APHRODITE, etc) and then simulated daily discharge from 2003 to 2007. The LSTM was built using deep learning open-source library TensorFlow and the deep-layer neural networks of the LSTM were trained based merely on daily water level data of 10 upper stations of the Kratie during two periods: 2000~2002 and 2008~2014. Then, LSTM simulated daily discharge for 2003~2007 as in SWAT model. The simulation results show that Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) of each model were calculated at 0.9(SWAT) and 0.99(LSTM), respectively. In order to simply simulate hydrological time series of ungauged large watersheds, data-driven model like the LSTM method is more applicable than the physics-based hydrological model having complexity due to various database pressure because it is able to memorize the preceding time series sequences and reflect them to prediction.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.3
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• pp.417-426
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• 2016

SWAT model usually underestimates daily peak discharges. To resolve this problem, in this study, the algorithm related with the surface flow simulation was modified by partitioning excessive infiltration based on the relative length between overland flow time of concentration and percolation travel time in soil water zone and by computing time of concentration varying with the amount of surface flow. The modified SWAT was applied to the Chungju dam watershed to assess the increasing effects of daily peak discharges. The daily peaks simulated by the modified SWAT were on average 10% higher than those by original SWAT for the peaks above $5,000m^3/s$. The modified SWAT was found to be able to more accurately reproduce daily peaks, particularly showing increase rates of 9.9%, 18.6% and 12.6%, respectively, for top three peaks that occurred in the years of 1990, 2002, and 2006.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.810-817
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• 2008

본 연구에서는 SWAT 모형의 국내 적용을 위해 농업용저수지의 관개특성을 분석하기 위한 자료 구축과 적용성 분석을 실시하였다 SWAT 모형의 입력자료는 토지이용도, 토양도, 강우관측자료를 사용하였으며 HOMWRS의 입력자료는 토지이용도, 강우 자료로 유출량을 산정하였다. 본 연구는 소규모의 관개용 저수지와 논농사가 주로 행하여지는 전형적인 우리나라의 농촌용수지구인 이동저수지 상부유역인 농업소유역에 SWAT 모형을 적용하였다. 이 지구는 관개지구의 환원수량, 저수지의 여수로 방류량 및 용수 사용량 등에 따라 저수지의 유입하천 및 하류하천의 장기유출량에 복잡한 형태로 영향을 미치고 있다. 그러므로 이러한 복잡한 농업용 소유역에서의 장기유출량 해석 기술을 정립하고자 이동저수지 유역을 12개의 대표적인 소유역으로 분할하였으며 우선적으로 저수지의 영향이 있고 없느냐에 따라 4개의 소유역인 미산교, 묵방교, 덕성교, 재인교의 소유역을 선정하였고 이 지점에서 관측된 장기유출량 자료를 이용하여 일별, 월별 장기유출량추정을 실시하였다. 추정한 결과 저수지가 설치되어 있지 않은 미산교, 묵방교에서의 일별, 월별장기유출량은 실측치와 매우 가까운 값을 보였다. 그러나 상류지점에 저수지가 설치되어 있는 덕성교와 재인교에서의 장기유출량은 관측값과 유사한 경향을 보이고 있으나 실측값과 차이를 보이고 있었다. 그러므로 향후에 이루어질 연구는 저수지의 영향, 환원수량, 관개수량이 장기유출량에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1280-1284
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• 2008

본 연구는 국내 대표적인 산지 소하천 유역인 설마천 유역을 대상으로 한국형 준분포형 장기유출모형인 SWAT-K를 이용하여 각 수문성분별 특성을 살펴본 것이다. 설마천 유역은 현재 한국건설기술연구원의 시험 유역으로 운영되고 있으며 다년간의 수문성분 관측값을 보유하고 있어 소규모 산지 유역의 수문특성을 분석하기 위한 적지로 판단된다. 분석기간은 2004년 $\sim$ 2006년까지로 정하였으며, 강수와 증발산은 현지 계측자료를, 기상자료는 최인접 기상관측소인 동두천 관측소의 자료를 활용하였다. 특히 급경사 산지에서의 적절한 유출해석을 위해 경사와 경사장간의 회귀식을 반영하여 HRU별로 보정을 수행하였다. 전적비교의 관측유량자료를 이용한 검증결과는 매우 양호하였으며, 증발산 관측치와 모의치를 비교하여 계산된 수문성분비의 적정성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.237-237
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• 2011

효율적인 지하수 관리를 위해서는 시공간적인 변동성을 고려한 지하수 함양률의 정량적 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 지표수-지하수 연동해석이 가능하며 토지이용 특성과 국내 토양특성을 가장 잘 표현할 수 있는 한국형 장기 유출 모형 SWAT-K를 이용하여 진천지역의 분포형 지하수 함양량을 산정하였다. 행정경계와 수자원단위지도에서 제시하는 표준단위유역을 기준으로 하여 진천군을 포함하는 미호천유역을 SWAT-K 구동을 위한 모델영역으로 설정하여 주하도를 따라 34개의 소유역으로 구분하였다. SWAT-K를 구동하기 위해서는 기상 및 수문자료를 구축해야 하는데 강우량을 비롯하여 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료가 요구된다. 본 연구에서는 대상유역 내에 위치한 청주, 충주, 대전, 이천, 보은, 천안 기상관측소의 자료를 이용하여 기상자료를 구축하였으며, 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30m 공간해상도를 가지는 DEM을 300m 공간 해상도로 가공하여 사용하였다. 토지이용도는 모의시 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있도록 중분류(1:25,000) 토지이용도를 사용하였다. 토양도는 국립농업과학원에서 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다. SWAT-K를 이용하여 진천군을 포함한 미호천 전체유역에 대해 지표수-지하수 통합 물수지 분석 결과(2004년~2009년) 연평균 강수량 대비 유출률은 66.6%, 증발산률은 34.6%, 함양률은 20.8%로 나타났다. 지표수 유출과정과 지하수위 변동을 동시에 고려하여 산정한 소유역별 연간 함양량 결과를 산정하였고, 총 34개의 소유역별 연간 지하수 함양량을 제시하였다. 또한 SWAT-K 모형을 이용한 모델 영역중 진천군에 속하는 행정구역별, 표준권역별 연평균 함양량을 산출하였으며, 그 분석 결과 진천군 평균 함양률은 20.5%로 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.301-301
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• 2015

효율적인 지하수 관리를 위해서는 시공간적인 변동성을 고려한 지하수 함양량의 정량적 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 지표수-지하수 연동해석이 가능하며 토지이용 특성과 국내 토양특성을 가장 잘 표현할 수 있는 한국형 장기 유출 모형 SWAT-K를 이용하여 장성지역의 분포형 지하수 함양량을 산정하였다. 행정경계와 수자원단위지도에서 제시하는 표준단위유역을 기준으로 하여 장성군을 포함하는 유역을 SWAT-K 구동을 위한 모델영역으로 설정하여 주하도를 따라 13개의 소유역으로 구분하였다. SWAT-K를 구동하기 위해서는 기상 및 수문자료를 구축해야 하는데 강우량을 비롯하여 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료가 요구된다. 본 연구에서는 대상유역 내에 위치한 광주, 정읍 기상관측소의 자료를 이용하여 기상자료를 구축하였으며, 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30m 공간해상도를 가지는 DEM을 300m 공간해상도로 가공하여 사용하였다. 토지이용도는 모의시 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있도록 중분류(1:25,000) 토지이용도를 사용하였다. 토양도는 국립농업과학원에서 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다. SWAT-K를 이용하여 장성군을 포함한 전체유역에 대해 지표수-지하수 통합 물수지 분석 결과(2005년~2013년) 연평균 강수량 대비 유출률은 63.0%, 증발산률은 34.6%, 함양률은 19.5%로 나타났다. 지표수 유출과정과 지하수위 변동을 동시에 고려하여 산정한 소유역별 연간 함양량 결과를 산정하였고, 총 13개의 소유역별 연간 지하수 함양량을 제시하였다. 또한 SWAT-K 모형을 이용한 모델 영역중 장성군에 속하는 행정구역별, 표준권역별 연평균 함양량을 산출하였으며, 그 분석 결과 장성군 평균 함양률은 20.3%로 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.410-410
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• 2017

지하수 관리를 위해서는 시공간적인 변동성을 고려한 지하수 함양량의 정량적 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 지표수-지하수 연동해석이 가능하며 토지이용 특성과 국내 토양특성을 가장 잘 표현할 수 있는 한국형 장기 유출 모형 SWAT-K를 이용하여 김천지역의 분포형 지하수 함양량을 산정하였다. 행정경계와 수자원단위지도에서 제시하는 표준단위유역을 기준으로 하여 김천시를 포함하는 유역을 SWAT-K 구동을 위한 모델영역으로 설정하여 주하도를 따라 19개의 소유역으로 구분하였다. SWAT-K를 구동하기 위해서는 기상 및 수문자료를 구축해야 하는데 강우량을 비롯하여 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료가 요구된다. 본 연구에서는 대상유역 내에 위치한 구미, 추풍령, 거창, 상주 기상관측소와 김천, 지례, 부항1, 부항2, 선산 강우관측소의 자료를 이용하여 기상 및 강우자료를 구축하였으며, 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30m 공간해상도를 가지는 DEM을 300m 공간해상도로 가공하여 사용하였다. 토지이용도는 모의시 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있도록 중분류(1:25,000) 토지이용도를 사용하였다. 토양도는 국립농업과학원에서 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다. SWAT-K를 이용하여 김천시를 포함한 전체유역에 대해 지표수-지하수 통합 물수지 분석 결과(2008년~2015년) 연평균 강수량 대비 유출률은 61.2%, 증발산률은 36.3%, 함양률은 18.0%로 나타났다. 지표수 유출과정과 지하수위 변동을 동시에 고려하여 산정한 소유역별 연간 함양량 결과를 산정하였고, 총 19개의 소유역별 연간 지하수 함양량을 제시하였다. 또한 SWAT-K 모형을 이용한 모델 영역중 김천시에 속하는 행정구역별, 표준권역별 연평균 함양량을 산출하였으며, 그 분석 결과 김천시 평균 함양률은 18.2%로 산정되었다.