• Title/Summary/Keyword: SWAT

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Development of HyGIS-SWAT (HyGIS와 SWAT2000 모형의 연계 시스템(HyGIS-SWAT) 개발)

  • Choi, Yun-Seok;Kim, Kyung-Tak
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.370-374
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    • 2006
  • SWAT을 구동하기 위해서는 유역의 지형자료와 시계열 자료뿐만 아니라 토지경작과 오염물질의 거동에 관계하는 많은 비공간 데이터가 필요하다. 이와 같이 방대한 자료를 이용하여 효과적으로 SWAT을 구동하기 위하여 GIS 시스템과 SWAT을 연계 운영할 수 있는 프로그램을 개발하고, 이를 실무에 이용하고 있다. 본 연구에서는 HyGIS(과학기술부, 2004)와 SWAT2000 모형의 연계 시스템인 HyGIS-SWAT의 개발을 위하여 HyGIS-SWAT 데이터 모델을 기반으로 하는 시스템의 운영프로세스를 정립하였으며, 이에 따른 데이터베이스를 설계 및 구축 하였다. 또한 SWAT2000 모형의 구동에 필요한 HRU를 계산하기 위한 알고리즘을 개발하였으며, 입력매개변수의 자동계산 모듈을 개발하였다. 연구결과 HyGIS-SWAT의 시범 시스템을 개발할 수 있었으며, HyGIS-SWAT 데이터 모델과 HyGIS-Model 통합시스템의 운영표준은 HyGIS를 이용한 응용프로그램 개발에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 HyGIS-SWAT의 개발과정에서 축적된 기술은 HyGIS와 다양한 수자원 모형의 연계 시스템 개발 시에 기반기술로 이용될 수 있을 것이다.

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Development of Interface System Coupling SWAT2005 Model with HyGIS (HyGIS와 SWAT2005 모형의 연계시스템 개발)

  • Choi, Yun-Seok;Kim, Kyung-Tak
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.1327-1331
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    • 2009
  • SWAT(Soil and Water Assessment Tool)은 대규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 물과 유사 및 농업화학물질의 거동이 토지관리방법에 미치는 영향을 예측하기 위해 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service, ARS)의 Jeff Arnold에 의해 1990년대 초에 개발된 유역모델이며, 최근에는 SWAT2005 모형이 개발되었다. SWAT 모형은 SWAT2000 모형을 구동하기 위한 ArcView 3.2a 기반의 인터페이스 시스템이 널리 이용되어 왔으나, 최근에는 SWAT2005 모형과 ArcGIS를 연계 운영하기 위한 ArcSWAT(Winchell et al, 2008)이 개발된 바 있다. 국내에서는 GIS와 데이터베이스를 기반으로 SWAT2000 모형의 구동 및 입출력 자료의 관리 등을 효과적으로 수행할 수 있는 SWAT2000 모형과 HyGIS(Hydro Geographic Information System)를 연계시스템인 HyGIS-SWAT(김경탁과 최윤석, 2006)이 개발된 바 있다. 본 연구에서는 최근 들어 SWAT2005 모형의 활용성이 높아짐에 따라 HyGIS와 SWAT2005 모형의 연계시스템을 개발하고자 하며, 이를 통해서 SWAT2005 모형 구동의 효율성과 편의성을 증대시킬 뿐만 아니라, 개선된 SWAT2005 모형으로 기존의 HyGIS-SWAT을 개선하고자 한다.

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Development of Interface System to Couple the SWAT Model and HyGIS (HyGIS와 SWAT의 연계 시스템 개발)

  • Kim, Kyung-Tak;Choi, Yun-Seok
    • Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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    • v.9 no.3
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    • pp.136-145
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    • 2006
  • SWAT includes a lot of parameters related with geography, hydrological time series, land management and water pollution, etc. So, it needs many spatial, non-spatial and time series data to run SWAT. If SWAT is operated in conjunction with GIS, we can use database which includes model input data and do all the processes which covers data creation, model input and analysis of simulation results in a system. The objective of this study is to develop HyGIS-SWAT which is the interface system to couple the SWAT model and HyGIS. To achieve this object, system operation process based on HyGIS-SWAT data model is evaluated and databases are designed and established. As a result, HyGIS-SWAT prototype system is developed. HyGIS data model and HyGIS-Model operation process can be applied effectively to the development of HyGIS-SWAT. The technologies from this study can be used as base technology to develop another HyGIS application which connect HyGIS with models.

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Combining SWAT model with artificial neural networks for modelling a daily discharge (일 유출량 해석을 위한 SWAT 모형과 인공신경망의 연계)

  • Lee, Do-Hun;Kim, Nam-Won;Jung, Il-Moon
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.195-195
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    • 2012
  • 인공신경망 모형은 복잡하고 비선형의 입력과 출력 관계를 잘 반영할 수 있어서 유출 모델링에 널리 적용되어 왔다. 그러나 인공신경망 모형은 강우나 유역특성의 공간적 분포를 반영하는 것이 어려우며 물리적 개념이 결여되어 있는 단점이 있다. 본 연구에서는 유역특성과 물리적 개념을 반영할 수 있는 물리기반 모형과 인공신경망 모형의 장점들을 조합하여 물리기반 모형의 일 유출량 해석 능력을 향상하기 위하여 SWAT 모형과 인공신경망(ANN)을 연계하였다. SWAT-ANN 연계모형은 두 단계로 구성되어 진다. 첫 번째 단계에서는 관측 자료를 이용하여 SWAT 모형을 보정한다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 계산한 소유역별 SWAT 모형의 유출결과를 ANN의 입력자료로 이용하여 SWAT-ANN 연계모형을 구축한다. SCE-UA 최적화 방법을 적용하여 SWAT 모형의 매개변수들을 보정하였고, ANN 학습은 3층의 feed-forward 역전파 알고리즘에 기초한 Bayesian Regularization 방법을 적용하였다. ANN 은닉층의 뉴런 및 전달함수는 시행착오를 통하여 적절한 ANN 구조를 설정하여 SWAT-ANN 연계모형의 일유출량을 모의하였다. 여러 가지 통계적 오차기준을 이용하여 보청천 유역에서 SWAT-ANN 연계모형의 결과와 SWAT 단독 모형의 결과를 비교하였다. SWAT-ANN 연계모형이 SWAT 단독 모형보다 더 우수한 결과를 나타내어 일 유출량 해석을 위한 SWAT-ANN 연계모형의 유용성을 확인할 수 있었다.

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Groundwater evaluation in the Bokha watershed of the Namhan River using SWAT-MODFLOW (SWAT-MODFLOW를 활용한 남한강 복하천유역의 지하수 모의 평가)

  • Han, Daeyoung;Lee, Jiwan;Jang, Wonjin;Kim, Seongjoon
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.53 no.11
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    • pp.985-997
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    • 2020
  • SWAT (Soil and Water Assessment Tool)-MODFLOW (Modular Groundwater Flow) is a coupled model that linking semi-distributed watershed hydrology with fully-distributed groundwater behavior. In this study, the groundwater simulation results of SWAT and SWAT-MODFLOW were compared for Bokhacheon watershed in Namhan river basin. The models were calibrated and validated with 9 years (2009~2017) daily streamflow (Q) data of Heungcheon (HC) water level gauge station and the daily groundwater level observation data of Yulheon (YH). For SWAT, the groundwater parameters of GW_DELAY, GWQMN, and ALPHA_BF affecting baseflow and recession phase were treated. The SWAT results showed the coefficient of determination (R2) of 0.7 and Nash-Sutcliffe model efficiencies (NESQ, NSEinQ) for Q and 1/Q with 0.73 and -0.1 respectively. For SWAT-MODFLOW, the spatio-temporal aquifer hydraulic conductivity (K, m/day), specific storage (Ss, 1/m), and specific yield (Sy) were applied. The SWAT-MODFLOW showed R2, NSEQ, and NSEinQ of 0.69, 0.74, and 0.51 respectively. The SWAT-MODFLOW considerably enhanced the low flow simulation with the help of aquifer physical information. The total streamflow of SWAT and SWAT-MODFLOW were 718.6 mm and 854.9 mm occupying baseflow of 342.9 mm and 423.5 mm respectively.

Application of SWAT Model for Simulating Runoff and Water Quality Considering Climate Change (기후변화에 따른 미래 유출 및 수질 모의를 위한 SWAT 모형의 적용)

  • Chung, Eun-Sung;Kim, Sang Ug;Kim, Hyeong Bae
    • Journal of Industrial Technology
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    • v.36
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    • pp.9-16
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    • 2016
  • In the face of increasing impact of climate change due to human activities, there has been an urgent need to resolve the problem in water resources planning management and environmental engineering. Therefore SWAT model was used to identify the impacts and change in hydrological cycle and environmental aspect. The most important step for the development of SWAT model is calibration procedure. Therefore, SWAT-CUP automatic calibration module was used to find some optimal parameters in SWAT model. After calibration in the cheongmicheon basin, SWAT model is used for the projected precipitation and temperature of RCP 4.5 and 8.5 climate change scenarios in AR5. The quantity and quality using SWAT model from 2014 to 2100 were identified. Finally, this study can provide the reasonable finding on impact by climate change.

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Improvement of Fully Coupled SWAT-MODFLOW Model (SWAT-MODFLOW 모형의 개선)

  • Kim, Nam-Won;Won, Yoo-Seung;Chung, Il-Moon
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.743-748
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    • 2005
  • 김남원 등(2004a, b)에 의해 개발된 SWAT-MODFLOW 모형은 SWAT 모형과 MODFLOW 모형의 Recharge Package와 River Package를 직렬로 연결한 모형이다. 그러나 MODFLOW 모형에는 지하수 흐름방정식의 해석에 관련된 Package를 제외하더라도 Well, Drain, Evapotranspiration 등의 Package가 더 있어 대수층으로부터의 우물의 함양과 배출, 배수관을 통한 지하수의 배출, 지하수의 증발산으로 인한 손실 등을 수행할 수 있다. MODFLOW 모형의 Well Package는 SWAT 모형에서 대수층의 물이동, Drain Package는 SWAT 모형의 토관배수, Evapotranspiration Package는 SWAT 모형의 얕은 대수층에서의 증발산과 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 이들 세 개의 Package를 SWAT 모형과 완전 연동시킴으로써 사용자가 좀 더 다양한 조건에 대하여 SWAT-MODFLOW 결합모형을 적용할 수 있도록 기능을 향상시켰다.

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Evaluation of baseflow variations by Bokha steam via watershed-scale coupling of SWAT and MODFLOW (SWAT-MODFLOW를 연계한 복하천유역 기저유량 변동성 분석)

  • Han, Daeyeong;Jang, Wonjin;Lee, Jiwan;Kim, Seongjoon
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.130-130
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    • 2020
  • 수자원장기종합계획에 따르면 전국 지하수위는 지하수 이용의 지속적인 증가와 도시화에 따른 지하수 함양감소 등으로 최근 매년 조금씩 감소하고 있다. 특히, 환경부의 지하수조사연보(2018)에 따르면 남한강하류 중권역은 한강수계 전체 지하수 사용량의 약 34.5 %를 차지하고 있는 것으로 분석되었으며, 2009년에 비하여 2017년의 지하수위는 1.4 m의 감소 되었다. 본 연구는 한강유역에서 지하수 개발밀도가 높은 이천시에 위치해 있는 복하천 유역(303.8㎢)을 대상으로 지하수위 감소에 따른 기저유량 변동특성을 파악하기 위하여 SWAT-MODFLOW(Soil And Water Assessment Tool-MODFLOW)을 적용하고자 한다. SWAT-MODFLOW는 준분포형 장기유출모형 SWAT과 3차원 분포형 지하수 모의가 가능한 MODFLOW를 연계한 모형이며, MODFLOW만으로는 해결할 수 없는 일별 지하수 함양량의 분포와 SWAT만으로는 계산 불가능했던 지하수위의 시공간 분포를 보완하여 재생함으로써 두 모형의 한계를 극복한 모델이다. SWAT의 검보정 결과로서는 RMSE는 10.6 mm/day, NSE는 0.72, R2는 0.69 효율이 나타났으나, 지하수 유출이 보정되지 않아 MODFLOW의 입력자료인 토양두께(m), 수리전도도(m/day), 비저류량(1/m), 비산출율을 토양통에 따라 분류한 해외논문(Steven et.al 2005) 자료를 산정하여 SWAT-MODFLOW 두모형을 연계한 프로그램에 입력하여 지하수 유출을 보완하였고 SWAT과 SWAT-MDFLOW 지하수 유출량 비교뿐만이 아닌 SWAT-MODFLOW의 출력자료인 지하수위 및 지하수 충진량을 검토하였다.

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The Relationship between Parameters of the SWAT Model and the Geomorphological Characteristics of a Watershed (SWAT 모형의 매개변수와 유역의 지형학적 특성 관계)

  • Lee, Woong Hee;Lee, Ji Haeng;Park, Ji Hun;Choi, Heung Sik
    • Ecology and Resilient Infrastructure
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    • v.3 no.1
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    • pp.35-45
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    • 2016
  • The correlation relationships and their corresponding equations between the geomorphological parameters and the Soil Water Assessment Tool (SWAT) model parameters by Sequential Uncertainty Fitting - version 2 (SUFI-2) algorithm of SWAT Calibration and Uncertainty Programs (SWAT-CUP) were developed at the Seom-river experimental watershed. The parameters of the SWAT model at the Soksa-river experimental watershed were estimated by the developed equations. The SWAT model parameters were estimated by SUFI-2 algorithm of SWAT-CUP with rainfall-runoff data from the Soksa-river experimental watershed from 2000 to 2007. Rainfall-runoff simulation of the SWAT model was carried out at the Soksa-river experimental watershed from 2000 to 2007 for the applicability of the estimated parameters by the developed equations. The root mean square errors (RMSE) between the observed and the simulated rainfall-runoffs using the estimated parameters by developed equations of correlation analysis and the optimum parameters by SUFI-2 of SWAT-CUP were $1.09m^3/s$ and $0.93m^3/s$ respectively at the Soksa-river experimental watershed from 2000 to 2007. Therefore, it is considered that the parameter estimation of the SWAT model by the geomorphological characteristics parameters has applicability.

Evaluation of Effects on SWAT Simulated Hydrology and Sediment Behaviors of SWAT Watershed Delineation using SWAT ArcView GIS Extension Patch (SWAT ArcView GIS Extension Patch를 이용한 소유역 분할에 따른 수문 및 유사 거동에 미치는 영향 평가)

  • Heo, Sunggu;Kim, Namwon;Park, Younshik;Kim, Jonggun;Kim, Seong-joon;Ahn, Jaehun;Kim, Ki-sung;Lim, Kyoung Jae
    • Journal of Korean Society on Water Environment
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    • v.24 no.2
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    • pp.147-155
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    • 2008
  • Because of increased nonpoint source runoff potential at highland agricultural fields of Kangwon province, effective agricultural management practices are required to reduce the inflow of sediment and other nonpoint source pollutants into the water bodies. The watershed-scale model, Soil and Water Assessment Tool (SWAT), model has been used worldwide for developing effective watershed management. However, the SWAT model simulated sediment values are significantly affected by the number of subwatershed delineated. This result indicates that the SWAT estimated watershed characteristics from the watershed delineation process affects the soil erosion and sediment behaviors. However, most SWAT users do not spend time and efforts to analyze variations in sediment estimation due to watershed delineation with various threshold value although topography falsification affecting soil erosion process can be caused with watershed delineation processes. The SWAT model estimates the field slope length of Hydrologic Response Unit (HRU) based on average slope of subwatershed within the watershed. Thus the SWAT ArcView GIS Patch, developed by using the regression relationship between average watershed slope and field slope length, was utilized in this study to compare the simulated sediment from various watershed delineation scenarios. Four watershed delineation scenarios were made with various threshold values (700 ha, 300 ha, 100 ha, and 75 ha) and the SWAT estimated flow and sediment values were compared with and without applying the SWAT ArcView GIS Patch. With the SWAT ArcView GIS Patch applied, the simulated flow values are almost same irrespective of the number of subwatershed delineated while the simulated flow values changes to some extent without the SWAT ArcView GIS Patch applied. However when the SWAT ArcView GIS Patch applied, the simulated sediment values vary 9.7% to 29.8% with four watershed delineation scenarios, while the simulated sediment values vary 0.5% to 126.6% without SWAT ArcView GIS applied. As shown, the SWAT estimated flow and sediment values are not affected by the number of watershed delineation significant compared with the estimated flow and sediment value without applying the SWAT ArcView GIS Patch.