• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.392-392
• /
• 2012

기후변화로 인해 가뭄 재해는 수자원 관리 및 계획에 큰 부담으로 작용하므로 이에 대한 연구와 대책 마련이 필요하나, 아직까지 가뭄 특성의 정량적인 거동 분석이나 기후변화가 가뭄에 미치는 영향 연구는 아직 미흡하다. 이에 본 논문에서는 가뭄변수 분석을 통해 결합확률을 이용한 가뭄분석이 타당함을 보이고, 코풀라 이론에 의해 결합확률을 이용한 가뭄빈도분석을 수행하고자 하였다. 또한 기후변화가 유역단위의 수문학적인 가뭄에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고 예측하고자 하였다. 이를 위하여 가뭄 사상에 대하여 전통적인 방법으로의 빈도분석을 수행하였다. 이를 Clayton 코풀라 함수를 적용하여 가뭄의 결합확률을 고려한 빈도분석을 수행해 기존의 단변량 기반의 빈도분석 방법과 비교 분석 하였다. 또한, 결합확률을 이용하여 가뭄의 재현빈도를 분석하고 이를 이용하여 가뭄의 심도-지속기간-빈도 곡선을 유도하였다. 그리고 기후변화가 가뭄에 미치는 영향을 분석하기 위하여 IPCC의 SRES A1B 시나리오와 KMA RCM 기후모형을 이용하여 미래 가뭄 시계열을 산정하고, 미래 가뭄에 대한 결합확률 빈도해석과 미래 가뭄분석을 수행하였다. 본 연구의 결과에 따르면 가까운 미래에 짧은 지속기간을 가진 심한 가뭄이 다발할 것으로 전망되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.978-978
• /
• 2012

최근 들어, 지구온난화에 따른 기후변화로 인해 홍수와 가뭄 등과 같은 자연재해가 과거에 비해 빈번히 발생되고 있으며 그로인한 수많은 인명 및 재산피해가 나타나고 있다. 특히, 가뭄의 경우 홍수 등 여타의 수문학적 재해에 비해 서서히 장기간에 걸쳐 피해를 유발하고 있는데 미국해양기상청(NOAA)에서 선정한 20세기 최대의 자연재해 중 상위 5위안에 4개의 가뭄이 기록될 정도로 그 피해가 심각한 것으로 나타나고 있다. 우리나라 역시 5년에 한번 꼴로 심한가뭄이 발생하는 등 가뭄의 발생주기가 점차 짧아지고 있어 이에 대한 대비가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 가뭄지수를 이용한 통계학적 분석을 통해 과거가뭄사상을 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 관측자료의 신뢰성이 확보되어 있는 기상청 산하 59개 기상관측소를 대상으로 하였으며 1976~2010년(35년)의 자료를 이용하여 SPI(6)를 산정하였다. 분석방법으로는 한반도 가뭄의 발생빈도를 추정하기 위하여 Drought Spell 분석을 실시하였으며 한반도를 대상으로 극심한 가뭄에 대한 가뭄우심지역을 평가하기 위하여 지속기간별 가뭄빈도해석을 통해 SDF 곡선을 작성하고 이를 이용하여 가뭄우심도(Drought Potential Hazard Map)를 작성하였다. 가뭄단계별 발생빈도를 분석한 결과, 금강, 낙동강, 섬진강유역에서 심한가뭄과 극한가뭄단계의 발생빈도가 높게 나타났으며 가뭄빈도해석을 통해 작성된 SDF 곡선에서도 한강유역에 위치한 서울관측소에 비해 금강, 낙동강, 섬진강 유역에 위치한 대전, 대구, 광주 관측소의 재현기간별 가뭄심도가 낮게 나타났다. 가뭄빈도해석을 통해 작성된 가뭄우심도에서는 한강 유역과 낙동강 유역의 상류에 비해 금강, 섬진강, 영산강 유역이 가뭄에 취약한 지역으로 분석되어 가뭄단계별 발생빈도와 유사한 결과를 나타내었다. 또한, 동일한 재현기간에서 지속기간이 길어질수록 가뭄의 심도가 감소하는 것으로 분석되었다. 유역별 가뭄심도를 비교한 결과에서는 재현기간 200년 빈도, 지속기간 3개월의 가뭄심도의 경우, 섬진강 유역(-2.89)에서 한강(-2.13), 낙동강(-2.72), 금강(-2.45), 영산강(-2.73)유역에 더욱 극심한 가뭄을 나타내고 있었으며 지속기간 6개월의 가뭄심도에서도 동일한 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.351-351
• /
• 2017

2014-2015년 우리나라 강수량이 평년에 비해 절반수준에 미치지 못해 극심한 가뭄을 일으켰으며, 이는 댐 용량 부족, 지하수 고갈 등 다양한 피해를 발생시켰다. 특히 소양강댐의 경우 1978년 이루 두 번째로 낮은 수위를 기록한바 있다. 우리나라의 경우 가뭄은 약 2-3냔 주기로 발생하고 있으며, 특히 2015년에 겪었던 가뭄은 물 용수공금 측면에서 막대한 영향을 미친 것으로 평가되어 신뢰성 있는 가뭄 분석이 중요한 요소로 대두되고 있다. 또한 지구온난화로 인해 기후변화의 영향으로 강수량의 증가가 일반적으로 전망되지만, 상대적으로 증가된 강우변동성으로 인해 가뭄 발생 빈도 및 강도도 동시에 증가할 것으로 전망되고 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 현재 가뭄을 신뢰성있게 평가하기 위해 Trivariate Copula 함수를 활용하여 가뭄분석을 수행하였다. 기존연구에서는 가뭄 지속시간(drought duration), 가뭄 심도(drought severity)를 활용한 이변량 가뭄 빈도 해석을 수행하였지만, 이는 다소 과소 추정 될 개연성이 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 가뭄강도(drought intensity) 변량을 추가로 분석하여 Trivariate frequency analysis 기법을 개발하였으며, 서울 관측소를 대상으로 분석하였다. 분석 결과 현재 가뭄은 역대 발생했던 가뭄 중 가장 큰 빈도를 기록하여 이에 대한 효과적인 가뭄 관리체계를 마련하기 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 기존 Bivariate 빈도해석의 경우 Trivariate 빈도해석 보다 가뭄위험도를 다소 과소추정하는 것으로 나타나 Trivariate 해석이 다소 현실적인 접근 방법이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.345-345
• /
• 2021

기상청에 따르면 2018년 강수량은 평년보다 높으나 시기 및 지역에 따른 편차로 인해 강수 부족 지역이 발생하였고 7월 중순부터 8월말까지 최저 강수로 인한 국지적 가뭄이 발생하였다. 특히 전국적으로 영농기 시점(3~5월) 및 영농기 종점(10월)에 평년보다 많은 비가 왔으나 7~8월말 평년보다 적은 강수로 인한 여름철 농업가뭄이 발생하였다. '73년 이후 두 번째로 짧은 장마기간을 기록하였고 장마기간 강수량은 평년대비 72% 수준으로 일부 지역 저수지 저수율은 지속적인 심각단계를 초래했다. 2018년 강우기준 가뭄빈도 분석을 위해 '18년 1월~8월까지 누적 강수량을 기준으로 분석, 7월 중순에서 8월 중순까지 극심한 강수 부족이었으나 1월~8월까지 누적 강수량은 평년 수준을 나타내었다. 강우기준 가뭄빈도 분석 결과 10년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 전남 강흥군과 강진군으로 분석되었다. '18년 7월 강수량을 기준으로 분석결과 전국 대부분 지역이 극심한 강우 부족에 따른 가뭄이 발생한 것으로 200년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 107개 시군으로 분석되었다. 저수율기준 가뭄 빈도 분석을 위해 '18년 8월 저수지 저수율 기준 가뭄빈도 분석결과 벼작물 생육기간 중 필요수량 높은 시기에 용수 부족으로 200년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 45개 시군으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.54-54
• /
• 2019

최근 이변량 가뭄 빈도해석시 Copula 함수 기반의 빈도해석모델을 활용한 분석이 이루어지고 있다. 그러나 기존 연구에서는 이변량 가뭄 빈도해석시 지점빈도해석에 국한되어 분석이 이루어지며, 지역을 대표하는 수문자료의 특성이 반영된 빈도분석에 대한 연구는 미진한 실정이다. 이에 본 연구에서는 Bayesian 기법과 이변량 Copula 가뭄 빈도해석 기법을 연계한 Bayesian 이변량 Copula 지역빈도해석 모델을 개발하였다. 개발된 모델에 모의자료를 적용하여 가정한 가뭄특성 및 매개변수를 추정하였으며, 유사하게 도출된 결과를 통해 모델의 적합성을 평가하였다. 최종적으로 최근 발생한 가뭄사례를 중심으로 이변량 가뭄 지역빈도해석을 수행한 결과, 기존 지점빈도해석보다 가뭄의 특성을 효과적으로 반영된 빈도해석이 이루어지는 것을 확인하였으며, 기존 Copula 모델에 Bayesian 기법을 도입하여 매개변수에서 발생하는 불확실성을 정량화 하였다. 본 연구에서 제안된 모델의 검증과정과 도출된 결과를 통해 가뭄자료의 지역적 분포특성 및 자료간의 상관성을 효과적으로 재현하는데 유리할 뿐만 아니라, 매개변수의 불확실성을 평가할 수 있는 장점을 제공할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.46-46
• /
• 2017

지역가뭄빈도분석의 분위산정에 대한 신뢰성은 수문학적으로 균일한 지역으로 구분하기 위해 사용된 장기간의 과거 자료와 분석절차에 의해 결정된다. 그러나 극심한 가뭄은 매우 드물게 발생하며 신뢰 할 수 있는 지역빈도분석을 위한 지속기간이 충분치 않는 경우가 많이 발생한다. 이 외에도 우리나라의 복잡한 지형적 및 기후적 특징은 동질한 지역으로 구분하기 위한 통계적인 처리방법이 필요하였다. 본 연구에서 적용한 지역빈도분석은 여러 지역의 다양한 변수인 수문기상 특성을 분석하여 동질한 지역을 확인하고, 주요 가뭄변수(지속 시간 및 심각도)를 통합 적용하여 각각의 동질한 지역 분위를 추정함으로써 동질한 지역을 구분하는 해결책을 제시하였다. 본 연구에서는 가우시안 혼합 모형(Gaussian Mixture Model)을 기반으로 기반 군집분석 방법을 적용하여 최적의 동질한 지역을 구분하고 그 결과를 우도비검정 및 다른 유효성 검사 지수를 이용해서 확인하였다. 가우시안 혼합 모델에서 산정했던 매개변수를 방향저감 공간으로 표현하기 위해서 가우시안 혼합 모델방향 저감(GMMDR)방법을 적용하였다. 이 변수는 가뭄빈도분석을 위해 다양한 분포와 코풀라(copula) 적합도를 이용하여 추정 비교하였다. 그 결과 우리나라를 4개의 동질한 지역으로 나누게 되었다. 가우시안과 Frank copula를 이용한 Pearson type III(PE3) 분포는 우리나라의 가뭄 기간과 심각도의 공동 분포를 추정하는데 적합한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.415-415
• /
• 2018

갈수관리를 효과적으로 수행하기 위해서는 하천유량을 예측할 수 있는 방안을 마련하는 것이 중요하다. 하천유량 예측을 위해서는 강수량에 대한 예측 값을 활용하는 방안이 가장 적합하다고 할 수 있으나 강수량 예측에 대한 불확실성은 하천유량 예측의 정확도 확보에 있어 한계로 작용하고 있다. 강수량 예측에 대한 불확실성 극복을 위해서는 다양한 강수 시나리오를 설정하여 활용하는 방안을 검토할 수 있으며, 유량 예측을 하고자 하는 유역에 대해 과거 발생했던 강수량이 반복된다는 가정 하에 유량 예측을 제한적으로 수행하고 있는 상황이다. 이와 함께 강수 시나리오의 다양성 확보 차원에서 하천유량을 예측하고자 하는 유역에 대해 가뭄빈도 강수량을 사전에 산정한 후 유량 예측 과정에 활용하는 방안도 고려해볼 수 있는 방안이다. 이에 본 연구에서는 2016년 수립된 수자원장기종합계획(국토교통부, 2016)에서 제시된 중 권역별 일 강수량 자료를 이용하여 중권역별로 월 강수량을 산정한 후 월별 가뭄빈도분석을 수행하였다. 1966~2015년까지의 기간에 대한 월 강수량 자료를 이용하여 월별로 가뭄빈도분석을 수행하였으며, 빈도분석 방법으로는 확률가중모멘트법을 이용하여 적정 분포형 결정 및 갈수빈도별 강수량을 산정하여 제시하였다. 이때 빈도 강수량의 재현기간은 총 7가지 빈도(2년, 5년, 10년, 20년, 50년, 80년, 100년)를 고려하였다. 산정된 빈도 강수량을 이용하여 월 유출모형에 적용함으로써 월 유출 전망 자료 생산이 가능하며, 금강수계의 용담댐유역에 시범 적용하여 그 결과를 검토하였다. 검토 결과, 중권역별로 산정된 월별 가뭄빈도 강수량을 활용한 하천유량 예측 방법은 갈수예보에 있어 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.309-309
• /
• 2022

특정 극치사상 자료에 대한 특성 분석 시 수문자료에 대한 빈도해석은 일반적으로 단일 확률 변수를 기준으로 이루어지는 단변량 해석 방법이 활용된다. 그러나 두 가지 이상의 변량이 서로 상관성을 가지는 경우 다변량 빈도해석이 요구되며, 이를 단변량으로 해석하는 경우 재현기간의 과소추정 등의 문제점이 발생할 수 있다. 최근 이러한 점을 개선하기 위하여 다변량 빈도해석에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다(Kwon and Lall, 2016; Vaziri et al., 2018). 특히, 가뭄의 경우, 강도(intensity)뿐만 아니라 지속기간, 심도도 매우 중요한 인자로 고려되고 있다. 특히, 가뭄지속기간과 심도의 경우 두 인자 간의 상관성이 매우 크기 때문에 단변량(univariate) 가뭄빈도해석 보다 다변량으로(multivariate) 가뭄빈도해석을 수행하는 것이 가뭄위험도 평가 측면에서 유리하다고 알려져 있다(Shiau and Shen, 2001; Kim et al., 2017). 따라서 이 둘을 결합한 빈도 해석을 위해 Copula Function을 이용한 다변량 빈도 해석에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 홍수의 경우 지속시간별 연최대강수량 계열을 이용한 빈도해석 과정이 지침으로 정립되어 수자원 설계 실무에서 활용되고 있으나, 가뭄은 실무에서 활용할 수 있는 지침 및 분석 도구가 없는 실정이다. 이에 환경부와 국가가뭄정보분석센터에서는 '20년도에 단변량 가뭄빈도 해석을 위한 프로그램을 제작·배포하였다. 본 연구에서는 가뭄의 특성을 대변하는 상관도 높은 두 인자인 가뭄 심도(severity)와 가뭄 지속기간(duration)이라는 두 가지 특성을 함께 고려해 이변량(bivariate) 가뭄 빈도를 해석할 수 있는 도구를 개발하는 것을 목표로, 다양한 확률분포형을 이용한 최적 주변 확률분포형 선정과 최신 Copula Function들을 이용한 최적 결합확률분포 추정을 통해 신뢰도 높은 2변량 가뭄빈도 해석을 수행할 수 있는 프로그램을 제작하였으며, 테스트 버전 배포 등을 거쳐 누구나 사용할 수 있도록 공개할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.16-16
• /
• 2020

최근 기후변화로 인해 가뭄의 규모 및 발생빈도가 증가하고 있는 추세이며, 불특정 다수의 지역에 장기간에 걸친 가뭄 발생이 증가하고 있다. 이에 본 연구는 선제적 가뭄 대응 및 관리를 위해 기후변화에 따른 가뭄 현황과 원인을 분석하고, 전국을 대상으로 일괄적인 가뭄평가를 수행하여 지자체별 가뭄대책 수립이 시급한 지역을 확인하기 위한 가뭄취약지도를 구축하였다. 가뭄취약성 평가는 가뭄대응능력, 노출도, 민감도, 보조수원능력을 기반으로 하여 평가 방법론을 개발하였다. 가뭄 대응능력은 지역별 현재 급수체계를 고려한 물수지 분석을 통해 용수공급 가능일수를 산정하고 점수화하였다. 노출도는 가뭄의 발생빈도와 심각한 정도를 나타내는 가뭄빈도와 가뭄심도를 활용하여 가뭄위해성지수(DHI)를 산정하고 계수화 하였다. 민감도는 생활용수와 공업용수 이용량을 합산하여 생공용수 이용량을 산정하고 계수화 하였다. 마지막으로 보조수원능력은 지역별 주 수원의 기능을 보조하여 가뭄에 대응할 수 있는 지하수 개발 가능량과 저수지 용량을 합산하여 해당지역 생공용수 수요량으로 나눈 값을 계수화 하였다. 4가지의 평가인자를 통한 가뭄취약성 평가는 I-IV등급까지 총 4개의 등급으로 평가된다. I등급은 가뭄취약지도제작 시급성 및 가뭄발생빈도가 낮고, 가뭄의 규모와 피해가 작으며, 용수공급능력이 충분한 지역이며, II등급은 가뭄취약지도의 제작이 다소 시급하며, 가뭄발생빈도가 낮고, 가뭄의 규모와 피해가 작으며, 용수공급능력이 다소 부족한 지역이다. III등급은 가뭄취약지도의 제작이 시급하며, 가뭄발생빈도가 높고, 가뭄의 규모와 피해가 크며, 기존 용수공급 능력이 부족한 지역이며, IV등급은 가뭄취약지도의 제작이 시급하며, 가뭄발생빈도가 높고, 가뭄의 규모와 피해가 크며, 용수공급 능력이 매우 부족하여 별도의 대책이 필요한 지역이다. 개발된 가뭄취약성 평가 방법을 시범적으로 충남 8개 시군에 적용하여 평가 해본 결과, 가뭄대응능력이 가뭄취약성에 가장 중요한 인자로 나타남에 따라 가뭄 대응 및 관리에 있어 가뭄대응능력, 즉 용수공급 가능일수를 높이는 것이 가장 중요한 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.178-178
• /
• 2021

최근 들어 기후변화로 인한 극심한 가뭄 피해가 한반도에 발생하고 있다. 가뭄 상황에 대비하여 댐을 안정적으로 운영하기 위해서는 갈수빈도 유입량에 대한 분석이 필수적이다. 갈수빈도해석의 경우, 홍수빈도해석과 유사하게 확률밀도함수의 극값에 대한 확률값을 산정하며, 확률 분포형의 역함수에 비초과확률을 대입하여 산정한다. 그러나 홍수와 달리 가뭄은 지속기간이 긴 특성 탓에 자기상관을 고려해야하며, 댐 및 저수지 등 대규모 시설물의 경우 일반적인 하천과 달리 저류효과로 인해 누적 유량에 대한 고려가 필요하다. 이에 K-water는 자체 제작한 누가차분법 및 Disaggregation 두 가지 방법을 채택하여 실무에서 사용해왔다. 그러나 누가차분법을 사용할 경우, 빈도유입량이 지나치게 크게 산정되는 문제가 있으며, Disaggregation 방법을 사용하는 경우, 특정 빈도 이상의 극한가뭄에서 유입량의 차이가 유의미하지 않아 산정된 빈도유입량과 최근 발생한 극심한 가뭄의 실측유입량간 큰 차이가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 자기상관을 고려한 선형회귀모형에 근거하여 빈도유입량을 배분하는 방법을 제안한다. 또한, 앞서 서술한 네 가지 빈도유입량 방법(월빈도분석, 누가차분법, K-water Disaggregation, 자기상관 선형회귀모형)에 대한 수식적 비교를 수행하며, 국내 댐 유역에 적용 및 평가를 통해 자료 특성에 따른 적절한 빈도유입량 산정방식에 대한 기준을 제안한다. 본 연구를 통해 가뭄특성을 고려한 합리적인 댐 유입량을 산정함으로써 보다 유연한 수자원시설물의 가뭄대응이 이루어질 것으로 기대된다.