• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.5
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• pp.1-12
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• 2015

The study aimed to project inflows and demmands for the agricultural reservoir watersheds in South Korea considering a variety of regional characteristics and the uncertainty of future climate information. The study bias-corrected and spatially downscaled retrospective daily Global Climate Model (GCM) outputs under Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5 and 8.5 emission scenarios using non-parametric quantile mapping method to force Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Using the historical simulation, the skills of un-calibrated SWAT model (without calibration process) was evaluated for 5 reservoir watersheds (selected as well-monitored representatives). The study then, evaluated the performance of 9 GCMs in reproducing historical upstream inflow and irrigation demand at the five representative reservoirs. Finally future inflows and demands for 58 watersheds were projected using 9 GCMs projections under the two RCP scenarios. We demonstrated that (1) un-calibrated SWAT model is likely applicable to agricultural watershed, (2) the uncertainty of future climate information from different GCMs is significant, (3) multi-model ensemble (MME) shows comparatively resonable skills in reproducing water balances over the study area. The results of projection under the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenario generally showed the increase of inflow by 9.4% and 10.8% and demand by 1.4% and 1.7%, respectively. More importantly, the results for different seasons and reservoirs varied considerably in the impacts of climate change.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.156-156
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• 2018

The subbasin spatial scale can affect a hydrological simulation result. The objective of this study was to investigate an appropriate subbasin spatial scale for reproducing the different flow phases with the Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Moreover, this study addressed the total hydrologic model uncertainty using the Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) method. The hydrologic modelling uncertainty analysis revealed that the courser subbasin spatial scale provided a relatively better coverage of most of the observations by the 95PPU. On the other hand, the finer subbasin spatial scale produced the best single simulation output closer to the observation. Moreover, most of the observed high flows were enveloped by the 95PPU while this did not happen for the low flows. The overall average performance improvement through an appropriate subbasin spatial scale for reproducing the different flow phases in the Yongdam and Gilgelabay watersheds were found to be 36% and 53%, respectively. It is, therefore, a worth that to put more effort in reproducing the different flow phases by investigating an appropriate subbasin spatial scale to improve our understanding about the frequency and magnitude of the different flow phases.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.43-43
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• 2020

보령댐은 충남 서부지역 8개 시·군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 최근 우리나라에서 발생한 연속적인 가뭄으로 2015년에는 저수율이 7.5 %까지 감소하여 제한급수가 시행되었다. 본 연구에서는 가뭄으로 인한 물 공급 부족에 취약함을 보인 보령댐 유역(297.4 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하였다. SWAT 모형을 활용하여 보령댐의 물수지를 모의하기 위하여 보령댐의 실측 유출량, 저수량, 방류량으로 보령댐 유입량과 저수량을 보정(2002~2004) 및 검정(2005~2007)하였으며, 실측 저수량을 기반으로 미래 댐 운영을 모의하였다. 검·보정 결과, 댐 유입량과 저수량의 PBIAS(%)는 -0.04, -0.09, NSE(Nash and Sutcliffe Efficiency)는 0.52, 0.96, RMSE(Root Mean Square Error)는 1.80 mm/day, 0.67 × 10⁶㎥로 분석되어 신뢰성 있는 모의 결과를 보였다. 보정된 SWAT 모형으로 가뭄 사상이 반영된 기후변화를 모의하기 위하여 APCC의 26개 CMIP5 GCM 시나리오를 SPI (Standardized Precipitation Index)와 연속 이론(Runs theory)으로 분석하여 6개의 극한 가뭄 시나리오 (RCP 4.5, 8.5 CMCC-CM, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR)를 선정하였으며, 선정된 시나리오를 모형에 적용하여 가뭄 사상을 반영한 보령댐의 미래 내한능력을 평가하였다. 내한능력평가 및 분석 기간은 Historical(1980~1999; 1990s), Present(2000~2019; 2010s), 그리고 미래 기간 (2020~2039; 2030s, 2040~2059; 2050s, 2060~2079; 2070s, 2080~2099; 2090s)으로 나누었으며, 취약성(Reliability), 회복성(Resilience), 위험성(Vulnerability), 세 가지 지표로 내한능력 평가를 수행하였다. 평가 결과, 미래 취약성은 2050s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.803까지 감소하였으며, 회복성과 위험성은 2070s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.003, 3,567.6 × 10⁶㎥까지 감소하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.187-187
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• 2018

최근 우리나라에서는 기후변화에 따른 이상기후로 인하여 홍수와 가뭄 등 자연 재해의 빈도가 증가하는 등 사회, 경제, 환경 등 다양한 분야에 영향을 받고 있다. 또한 우리나라는 기후변화와 더불어 강우의 계절적 특징상 강우량의 편중현상이 발생하므로 물 관리의 어려움이 크다. 이러한 상황에서 수자원의 미래 변화에 관한 연구는 필수적이며, 본 연구에서는 안동댐 유역을 대상 유역으로 하여 댐유입량과 유사량의 RCP 시나리오에 따른 변화 분석을 실시하였다. 댐유입량은 수자원의 이용에 있어서 직접적인 연관이 있는 중요한 요소이며, 유사량 또한 수자원의 효용가치를 증가시키기 위해 제어해야할 중요한 요소이다. 경상북도 안동시에 위치한 다목적댐인 안동댐은 유역면적이 $1,584km^2$이고, 총 저수용량은 $1,248\;10^6m^3$으로 용수공급 및 발전, 관광지 등으로 이용되고 있다. 안동댐 유역의 RCP 시나리오에 따른 변화 분석을 실시하기 위해, 분포형 수문모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하였다. RCP 시나리오를 적용하기 전, ASOS 관측자료를 이용하여 2010-2017 기간을 모의하고 2010년을 모형의 안정화 기간으로 두고, 2011-2017년에 대해 검보정을 실시한 후, RCP 시나리오에 따른 모의를 실시하였다. RCP 시나리오는 기후변화센터에서 제공하는 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 이용하였으며, 2010-2099 기간에 관하여 SWAT 모형을 모의하고, 2010년을 모형의 안정화 기간, 2011-2040 기간을 2025s, 2041-2070 기간을 2055s, 2071-2099 기간을 2085s로 두어 결과를 ASOS 관측자료를 이용한 결과와 비교 분석하였다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.58 no.4
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• pp.21-35
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• 2016

This study is to evaluate the applicability of SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model for multi-purpose dams and multi-function weirs operation in Namhan river basin ($12,577km^2$) of South Korea. The SWAT was calibrated (2005 ~ 2009) and validated (2010 ~ 2014) considering of 4 multi-purpose dams and 3 multi-function weirs using daily observed dam inflow and storage, evapotranspiration, soil moisture, and groundwater level data. Firstly, the dam inflow was calibrated by the five steps; (step 1) the physical rate between total runoff and evapotranspiration was controlled by ESCO, (step 2) the peak runoff was calibrated by CN, OV_N, and CH_N, (step 3) the baseflow was calibrated by GW_DELAY, (step 4) the recession curve of baseflow was calibrated by ALPHA_BF, (step 5) the flux between lateral flow and return flow was controlled by SOL_AWC and SOL_K, and (step 6) the flux between reevaporation and return flow was controlled by REVAPMN and GW_REVAP. Secondly, for the storage water level calibration, the SWAT emergency and principle spillway were applied for water level from design flood level to restricted water level for dam and from maximum to management water level for weir respectively. Finally, the parameters for evapotranspiration (ESCO), soil water (SOL_AWC) and groundwater level fluctuation (GWQMN, ALPHA_BF) were repeatedly adjusted by trial error method. For the dam inflow, the determination coefficient $R^2$ was above 0.80. The average Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) was from 0.59 to 0.88 and the RMSE was from 3.3 mm/day to 8.6 mm/day respectively. For the water balance performance, the PBIAS was between 9.4 and 21.4 %. For the dam storage volume, the $R^2$ was above 0.63 and the PBIAS was between 6.3 and 13.5 % respectively. The average $R^2$ for evapotranspiration and soil moisture at CM (Cheongmicheon) site was 0.72 and 0.78, and the average $R^2$ for groundwater level was 0.59 and 0.60 at 2 YP (Yangpyeong) sites.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.58 no.3
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• pp.1-12
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• 2016

The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, and to estimate the required amount of ecological streamflow for good water environment of Trophic Diatom. For the main stream of Chungju dam watershed of South Korea, total 100 field data of 3 years (2008~2010) measured in May and September were used to derive the relationship between water quality and TDI. Trophic Diatom had high correlation (0.55 determination coefficient) with TN. Using the relationship, the required streamflow was evaluated by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for good Trophic Diatom water environment through T-N water quality maintenance. The SWAT simulated 8 years (2003~2010) stream discharges and T-N water quality along the main stream. From present garde C (score range: 30.0~45.0) to grade A (score above 60.0) of TDI, the May needs additional streamflow of $63.1m^3/sec$ (+36.7 % comparing with the present streamflow of $172.0m^3/sec$) at the watershed outlet.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.262-262
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• 2020

새만금 유역 내에는 다수의 보 및 제수문이 위치하고 있으며, 관개, 배수, 오염원 등이 영향을 받고 있다. 선행연구 중에는 보 및 제수문을 고려하기 위해 모형의 소스코드를 일부 수정하여 연구되고 있으나 유역모형으로 구현하기에는 한계가 있으며, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 하류 제수문에 대한 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 미국 농무부에서 농업유역의 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD (Computational fluid dynamics)는 전산유체역학 모형으로 구조물을 설계하고 유체, 기체 등을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농업유역 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 영향을 평가할 수 있다. 우선, 만경강 유역을 대상유역으로 선정하고 부용, 황산, 상리, 고은교 등 제수문의 위치를 파악하였다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. 보정기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.84, 2.96 mm/day, 0.70을 나타냈다. 검증기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.72, 2.94 mm/day, 0.46을 나타냈다. 본 연구는 유역 차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 향후 제수문 모니터링 자료를 활용하여 CFD 모형을 구축하고 유입량에 따른 제수문의 검보정 및 영향을 평가하고자 한다. 이러한 결과는 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.44-44
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• 2018

조류(녹조)발생과 대응 연차보고서(2016)에 따르면, 낙동강 유역의 녹조현상은 2013년부터 해마다 발생했으며 국가적으로 가장 극심한 가뭄을 겪은 2015년의 경우 최장 161일 동안 지속되었음을 보고하였다. 이러한 녹조대응을 위해 환경부 국토부 등 관계기관은 댐 보 연계운영협의회 등을 통해 2016년 8월부터 낙동강 일부 댐 및 보에 대해 부분 방류를 실시하였다. 댐-보 연계운영에 따른 수문 수질 거동 분석은 국가 유역관리 측면에서 우선적으로 대비해야 할 중요한 문제이나, 댐보 연계의 효율적인 운영을 위한 정확한 분석과 평가에 대한 연구가 체계적으로 이뤄지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 낙동강유역($2,369km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 수질(SS, T-N, T-P)을 모의하였다. SWAT 모형 구축을 위해 낙동강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 다목적댐(안동댐, 임하댐, 합천댐, 남감댐, 밀양댐)과 다기능보(상주보, 구미보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보) 운영자료, 국가지하수정보센터에서 관측 및 관리하고 있는 지하수위 관측자료, 국가수질측정망 하천수 수질 측정자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성있는 수문 및 수질 보정을 위해 낙동강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 지하수위, 토양수분 및 수질자료를 이용하여 모형의 시공간적 보정(2005~2009)과 검증(2010~2017)을 실시하였다. 댐-보 연계운영 평가를 위해 환경부에서 제시한 4개의 연계운영 시나리오 중 3개의 시나리오((1) 댐+보 동시방류+제약수위 유지, (2) 보 동시방류+제약수위 유지, (3) 보 순차방류+제약수위 유지)를 선택하여 모의하였으며, 시나리오에 따른 수문 수질 거동을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.116-116
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• 2019

2018년 환경부에 따르면, 영산강은 5대강 중 수질이 가장 열악하고 유량이 적어 수질개선이 어려우며 상류에 다목적댐이 없기 때문에 하천유지용수 확보가 어렵다고 보고 하였고, 섬진강은 생태 및 염해 피해 문제와 섬진강 유역의 수자원의 약 81%는 영산강과 동진강 및 남해로 공급되고 있어 이에 따른 용수 배분에 대한 문제가 지속적으로 발생하고 있음을 보고했다. 이와 같은 수량문제는 두 개의 유역환경에 영향을 미치고 유역에 위치한 도시지역들의 갈등 심화 및 두 개의 수계에 대한 미래 수자원 계획과 관리에 있어서 어려움을 가중시킬 것으로 예상되어 영산강과 섬진강수계에 대한 물수지 분석을 통한 물수급 관리가 필요하다. 이에 본 연구에서는 영산강유역 ($3,371.4km^2$)과 섬진강유역($4,896.5km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형을 이용하여 주암댐 도수에 따른 영산강유역과 섬진강유역의 수문 영향을 평가하고자 하였다. 두 개의 유역의 물수지 분석을 위해 각 유역을 표준단위 유역으로 구분 하였고, 기상자료와 섬진강 내 다목적댐 2개(섬진강댐, 주암댐)과 영산강 내 다기능 보 2개(승촌보, 죽산보)의 운영 자료와 국가 수자원관리 종합 정보 시스템(WAMIS)에서 관측 및 관리하고 있는 수문, 기상 자료와 도수의 영향을 파악하기 위해 주암댐에서 방류하는 실제 도수유량 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문과 수질 보정을 위해 영산강과 섬진강의 소유역 내 위치하는 다목적 댐 2개와 다기능 보 2개의 실측 방류량을 이용하여 댐과 보 운영모의를 하였으며, 댐 운영 자료와 수질 자료를 이용하여 모형의 검정 및 보정(2005~2017)을 실시하였다. 주암댐에서 도수하는 것을 모의하기 위해 영산강에서는 SWAT 모형 내에 있는 Inlet 기능을 이용하여 외부 유량을 유역 내 적용할 수 있도록 유역을 재구축 하여 실제 도수유량자료를 적용하였고 섬진강에서는 매개변수를 이용하여 실제 도수유량 만큼을 제하고 방류 할 수 있도록 설정하여 모의기간(2005~2017)에 대해 주암댐도수에 따른 영산강 유역과 섬진강 유역의 수문 영향 평가를 실시하였다.

• KCID journal
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• v.13 no.2
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• pp.262-273
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• 2006

The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been widely used in hydrology and sediment simulation worldwide. In most cases, the SWAT model is first calibrated with adjustments in model parameters, and then the validation is performed. However, very little study regarding the effects on SWAT estimation of subwatershed delineation was performed. Thus, the SWAT model was applied to the Doam-dam watershed with various threshold values in subwatershed delineation in this study to examine the effects on the number of subwatershed delineated on SWAT estimation. It was found the flow effect of subwatershed delineation is negligible. However there were huge variations in SWAT estimated sediment, T-N, and T-P values with the use of various threshold value in watershed delineation. Sometimes these variations due to watershed delineation are beyond the effects of parameter adjustment in model calibration and validation. The SWAT is a semi-distributed modeling system, thus, the subwatershed characteristics are assumed to be the same for all Hydrologic Response Unit (HRU) within that subwatershed. This assumption leads to variations in the SWAT estimated sediment and nutrient output values. Therefore, it is strongly recommended the SWAT users need to use the HUR specific slope length and slope value in model runs, instead of using the slope and the corresponding slope length of the subawatershed to exclude the effects of the number of subwatershed delineated on the SWAT estimation.