• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.113-113
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• 2018

본 연구는 다목적 입자군집최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 적용하여 자동보정 알고리즘의 적용 가능성을 평가하고자 한다. PSO 알고리즘은 Python을 활용해 다목적 함수를 고려할 수 있도록 새롭게 개발되었다. SWAT 모형의 유출 해석은 안성천의 공도 수위 관측소 상류유역($366.5km^2$)을 대상으로 하였으며, 공도 지점의 2000년부터 2017년까지의 일 유량 자료를 이용하여 검보정하였다. 모형을 위한 기상자료는 공도유역 주변 3개 기상관측소(수원, 천안, 이천)의 일별 강수량, 최고 및 최저기온, 평균 풍속, 상대습도 및 일사량을 구축하였다. SWAT 모형의 유출 해석은 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error), Nash-Sutcliffe 모형효율계수(NSE) 및 IOA(index of agreement) 등을 활용하여, 기존 연구 결과와 PSO 알고리즘을 활용한 결과를 비교 분석하고자 한다. 본 연구에서 개발한 다목적 PSO 알고리즘을 활용한 SWAT모형의 유출 해석은 보다 높은 정확도를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, Python으로 개발되어 SWAT모형 이외에도 널리 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.52-52
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• 2021

안동호는 상류지역의 휴·폐광산과 비점오염원으로부터 발생하는 각종 오염물질이 유입되고 있어, 호소 부영양화에 대한 문제가 계속 제기되고 있다. 이러한 안동호의 수환경은 댐 하류 유역과 같은 수계의 임하호의 수환경에도 영향을 미치기 때문에, 안동호 수질 및 수생태 건강성 평가가 계속 수행되고 있다. 본 연구에서는 SWAT-WET(Soil ad Water Assessment Tool-Water Ecosystems Tool)을 이용하여, 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가하고자 한다. 이를 위해 안동댐 유역(1,584 km²)을 대상으로 SWAT 모형을 구축하였으며(2010~2019년), 댐의 운영을 고려하여 도산 관측소(안동댐 유입지점)와 안동1 관측소(안동댐 하류지점)의 실측 유량 및 수질(SS, T-N, T-P)에 대한 검보정을 수행하였다. SWAT 검보정 결과, 유유출량의 R², NSE(Nash sutcliffe efficiency)는 각각 0.76, 0.74 이상, SS, T-N, T-P의 R²는 각각 0.71, 0.81, 0.62 이상으로 분석되어 적용성을 확인하였다. 그리고 검보정한 SWAT의 유출량 및 수질 결과를 1차원 수생태계 모델인 WET에서 안동호의 유입자료로 적용하여, 안동호의 수심에 따른 수온, 수질, 저서동물 등의 수환경 결과를 모의할 예정이다. SWAT-WET 모의 결과는 수온, 수질, 저서동물 관측값과 비교하여 SWAT-WET 모델의 적용성을 평가하고, 안동댐의 상류 유출 특성 변화에 따른 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가할 예정이다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.28 no.4
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• pp.495-504
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• 2012

In recent years, urbanization has been a hot issues in watershed management due to increased pollutant loads from impervious urban areas. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been widely used in hydrology and water quality studies at watershed scale. However, the SWAT has limitations in simulating water flows between HRUs and hydrological effects of LID practices. The Storm Water Management Model (SWMM) has LID capabilities, but it does not simulate non-urban areas, especially agricultural areas. In this study, a SWAT-SWMM coupled model was developed to evaluate effects of LID practices on hydrology and water quality at mixed-landuse watersheds. This coupled SWAT-SWMM was evaluated by comparing calibrated flow with and without coupled SWAT-SWMM. As a result of this study, the $R^2$ and NSE values with SWAT are 0.951 and 0.937 for calibration period, and 0.882 and 0.875 for validation period, respectively. the $R^2$ and NSE values with SWAT-SWMM are 0.877 and 0.880 for validation period. Out of four LID scenarios simulated by SWAT-SWMM model, the green roof scenario was found to be most effective which reduces about 25% of rainfall-runoff flows.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1149-1153
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• 2010

본 연구는 SWAT모형을 이용하여 지석천유역의 토지이용 및 토지피복상태에 따른 유출량 및 수질을 모의해 보았다. 대상지점은 유출량 및 수질 실측자료의 수집이 용이한 지석천유역의 말단부의 남평지점을 대상지점으로 선정하였다. 남평지점의 2002~2005년 일별 유출량 및 8일 간격 수질측정 자료와 지석천유역내에 위치한 나주댐의 방류량자료를 바탕으로 2002년 자료를 활용하여 모형의 보정을 실시하였으며, 2003~2005년 자료를 사용하여 검정을 실시하였다. 또한 세밀한 모의를 위해 지석천유역에 해당하는 나주시와 화순군의 1차 오염총량관리 시행계획 보고서를 활용하여 점오염원의 유입조건을 추가 하였다. SWAT 모형에 의한 모의결과 유량자료에 대해서는 실측자료와 모의값이 유사한 결과를 나타내고 있으나, 수질자료에 대한 모의결과는 유량자료에 대한 결과와 비교하여 상대적으로 높은 오차를 포함하고 있는 것으로 모의되었다. 이는 대상유역 내에 산재해 있는 점오염원 자료의 보다 정확한 확보와 입력에 의해 보완되어 질 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 대상지점인 남평지점의 유출량 및 수질자료 모의를 위하여 SWAT 모형의 적용성이 타당한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.41-41
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• 2019

동진강, 만경강 그리고 연안 유역으로 이루어진 새만금유역은 농업이 발달한 지역이지만 유역 내 이용 가능한 수자원량이 부족하여 인근 유역인 금강과 섬진강 유역으로부터 용수를 공급받고 있다. 외부유입량은 연도별 강수량 변화에 따라 편차가 크기 때문에 새만금유역은 극한 가뭄과 홍수에 더욱 취약한 유역이다. 또한, 간척사업으로 새만금 방조제 건설에 따라 유역의 수질 환경이 중요한 지역 사회의 이슈이며 특히 만경강의 경우 심각한 수질 문제를 개선하기 위한 다양한 연구가 수행되어왔다. 이에 따라 본 연구에서는 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하여 만경강유역으로 들어오는 외부유입량 변화에 따른 유역의 수문 및 수질 변화 양상을 분석하여 수질 문제 개선 방안을 제시하고자 한다. 외부유입량 변동 시나리오는 만경강으로 유입되는 용담댐의 방류량을 이용하였으며, 기존 외부유입량 데이터에 비례하도록 산정하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 모의를 위해 유역 외부에 위치한 용담댐의 운영을 별도로 고려하였고 취수를 통한 유역 내 농업용수 사용 등을 고려하였다. 수위-유량 관측소의 일자료와 수질관측소의 자료를 이용하여 유출량, SS, T-N, 그리고 T-P에 대한 보정(2012~2014) 및 검증(2016~2018)을 수행하였다. 각각의 검보정지점에 대한 $R^2$, NSE, RMSE을 목적 함수로 사용하여 모형의 적용성을 확인하였고, 이렇게 구축된 SWAT 모형을 기반으로 외부유입량 시나리오에 따른 유역의 수문 수질 변화를 분석하였다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.23 no.4
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• pp.467-473
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• 2007

Although the dominant land use at the Imha-dam watershed is forest areas, soil erosion has been increasing because of intensive agricultural activities performed at the fields located along the stream for easy-access to water supply and relatively favorable topography. In addition, steep topography at the Imha-dam watershed is also contributing increased soil erosion and sediment loads. At the Imha-dam watershed, outflow has increased sharply by the typhoons Rusa and Maemi in 2002, 2003 respectively. In this study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was evaluated for simulation of flow and sediment behaviors with long-term temporal and spatial conditions. The precipitation data from eight precipitation observatories, located at Ilwol, Subi and etc., were used. There was no significant difference in monthly rainfall for 8 locations. However, there was slight differences in rainfall amounts and patterns in 2003 and 2004. The topographical map at 1:5000 scale from the National Geographic Information Institute was used to define watershed boundaries, the detailed soil map at 1:25,000 scale from the National Institute of Highland Agriculture and the land cover data from the Korea Institute of Water and Environment were used to simulate the hydrologic response and soil erosion and sediment behaviors. To evaluate hydrologic component of the SWAT model, calibration was performed for the period from Jan. 2002 to Dec. 2003, and validation for Jan. 2004 to Apr. 2005. The $R^2$ value and El value were 0.93 and 0.90 respectively for calibration period, and the $R^2$ value and El value for validation were 0.73 and 0.68 respectively. The $R^2$ value and El value of sediment yield data with the calibrated parameters was 0.89 and 0.84 respectively. The comparisons with the measured data showed that the SWAT model is applicable to simulate hydrology and sediment behaviors at Imha dam watershed. With proper representation of the Best Management Practices (BM Ps) in the SWAT model, the SWAT can be used for pre-evaluation of the cost-effective and sustainable soil erosion BMPs to solve sediment issues at the Imha-dam watershed. In Korea, the Universal Soil Loss Equation (USLE) has been used to estimate the soil loss for over 30 years. However, there are limitations in the field scale mdel, USLE when applied for watershed. Also, the soil loss changes temporarily and spatially, for example, the Imha-dam watershed. Thus, the SW AT model, capable of simulating hydrologic and soil erosion/sediment behaviors temporarily and spatially at watershed scale, should be used to solve the muddy water issues at the Imha-dam watershed to establish more effective muddy water reduction countermeasure.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.291-291
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• 2016

토지이용변화는 환경 변화에 영향을 주는 대표적인 인자이기 때문에 수문 모델링에 있어서 상당히 중요하다. 특히 급격한 도시화가 이루어지는 지역에 대해서는 토지이용변화를 반드시 고려하여야 한다. 인구와 지형자료를 이용하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S 모델이 개발되었지만 아직까지 대부분 수문모델은 토지이용변화를 고려하지 못하고 있었다. 이에 Pai, N. 와 D. Saraswat은 SWAT2009_LUC Tool를 개발하여 시공간적으로 변화하는 토지를 고려한 수문모의를 가능하도록 하였다. 하지만 SWAT2009_LUC는 새로운 종류의 토지이용종류를 고려할 수 없어 유역 내 새로운 토지이용도가 추가될 시 이를 모의할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 Friedrich J. Koch Koch는 Land use Update and Soil Assessment(LUPSA)를 개발하여 새로운 토지이용도 및 변화된 토지이용도의 경사도를 추가적으로 고려할 수 있도록 하였다. 하지만 LUPSA 모듈은 공개되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 사용자들이 토지이용변화를 많이 고려할 수 있도록 Web 기반의 LUC 모듈을 개발하였으며, SWAT BFlow Alpha Factor와 경사도 기반의 CN을 산정할 수 있는 모듈을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 Web 기반의 LUC는 국내뿐만 아니라 해외 SWAT 사용자들로 하여금 급격하게 토지가 변화한 유역에 대해 정확한 수문모의를 하는데 기여할 것이라 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.2
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• pp.149-162
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• 2008

The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by the USDA-Agricultural Research Service for the prediction of land management impact on water, sediment, and agricultural chemical yields in a large-scale basin was applied to Daecheong Reservoir basin to estimate the amount of soil losses from different land uses. The research outcomes provide important indications for reservoir managers and policy makers to search alternative watershed management practices for the mitigation of reservoir turbidity flow problems. After calibrations of key model parameters, SWAT showed fairly good performance by adequately simulating observed annual runoff components and replicating the monthly flow regimes in the basin. The specific soil losses from agricultural farm field, forest, urban area, and paddy field were 33.1, $2.3{\sim}5.4$ depending on the tree types, 1.0, and 0.1 tons/ha/yr, respectively in 2004. It was noticed that about 55.3% of the total annual soil loss is caused by agricultural activities although agricultural land occupies only 10% in the basin. Although the soil erosion assessment approach adopted in this study has some extent of uncertainties due to the lack of detailed information on crop types and management activities, the results at least imply that soil erosion control practices for the vulnerable agricultural farm lands can be one of the most effective alternatives to reduce the impact of turbidity flow in the river basin system.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.9
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• pp.803-812
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• 2018

The purpose of this study is to develop Particle Swarm Optimization (PSO) automatic calibration algorithm with multi-objective functions by Python, and to evaluate the applicability by applying the algorithm to the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) watershed modeling. The study area is the upstream watershed of Gongdo observation station of Anseongcheon watershed ($364.8km^2$) and the daily observed streamflow data from 2000 to 2015 were used. The PSO automatic algorithm calibrated SWAT streamflow by coefficient of determination ($R^2$), root mean square error (RMSE), Nash-Sutcliffe efficiency ($NSE_Q$), and especially including $NSE_{INQ}$ (Inverse Q) for lateral, base flow calibration. The results between automatic and manual calibration showed $R^2$ of 0.64 and 0.55, RMSE of 0.59 and 0.58, $NSE_Q$ of 0.78 and 0.75, and $NSE_{INQ}$ of 0.45 and 0.09, respectively. The PSO automatic calibration algorithm showed an improvement especially the streamflow recession phase and remedied the limitation of manual calibration by including new parameter (RCHRG_DP) and considering parameters range.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.752-757
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• 2009

In the last decade, many methods such as greet chamber, reservoir, or debris barrier, have been utilized to manage and prevent muddy water problem. The Vegetative Filter Strip (VFS) has been thought to be one of the most effective methods to trap sediment effectively. The VFS are usually installed at the edge of agricultural areas adjacent to stream or drainage ditches, and it has been shown that the VFS effectively removes pollutants transported with upland runoff. But, if the VFS is installed without any scientific analysis of rainfall-runoff characteristics, soil erosion, and sediment analysis, it may not reduce the sediment as much as expected. Although Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been used worldwide for many hydrologic and Non-Point Source Pollution (NPSP) analysis at a watershed scale. but it has many limitations in simulating the VFS. Because it considers only 'filter strip width' when the model estimates sediment trapping efficiency, and does not consider the routing of sediment with overland flow option which is expected to maximize the sediment trapping efficiency from upper agricultural subbasin to lower spatially-explicit filter strip. Therefore, the SWAT overland flow option between landuse-subbasins with sediment routing capability was enhanced with modifications in SWAT watershed configuration and SWAT engine. The enhanced SWAT can simulate the sediment trapping efficiency of the VFS in the similar way as the desktop VFSMOD-w system does. Also it now can simulate the effects of overland flow from upper subbasin to reflect the increased runoff volume at the receiving subbasin, which is what is occurring at the field if no diversion channel is installed. In this study, the enhanced SWAT model was applied to small watershed located at Jaun-ri in South Korea to simulate diversion channel and spatially-explicit VFS. It was found that approximately sediment can be reduced by 31%, 65%, 68%, with diversion channel, the VFS, and the VFS with diversion channel, respectively.