• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.6
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• pp.393-402
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• 2023

Drought, which has been increasing in frequency and magnitude due to recent abnormal weather events, poses severe challenges in various sectors. To address this issue, it is important to develop technologies for drought monitoring, forecasting, and response in order to implement effective measures and safeguard the ecological health of aquatic systems during water scarcity caused by drought. This study aimed to predict water quality fluctuations during drought periods by integrating the watershed model HSPF and the water quality model QUAL-MEV. The researchers examined the SPI and RCP 4.5 scenarios, and analyzed water quality changes based on flow rates by simulating them using the HSPF and QUAL-MEV models. The study found a strong correlation between water flow and water quality during the low flow. However, the relationship between precipitation and water quality was deemed insignificant. Moreover, the flow rate and SPI6 exhibited different trends. It was observed that the relationship with the mid- to long-term drought index was not significant when predicting changes in water quality influenced by drought. Therefore, to accurately assess the impact of drought on water quality, it is necessary to employ a short-term drought index and develop an evaluation method that considers fluctuations in flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.593-593
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• 2016

최근 기후변화에 따른 국내 기상특성이 변화함에 따라 가뭄, 하천건천화, 홍수 등 물 관련 재해 발생 빈도 및 규모가 점점 커지고 있으며, 세계적으로 홍수 발생 빈도뿐만 아니라 태풍 및 가뭄 발생 빈도도 꾸준히 증가하고 있어 광범위한 관측과 정확한 예측 및 즉각적 대처능력 확보를 위한 수재해 관리가 필요한 실정이다. 아울러 급격한 도시화에 따라 내수범람이 빈번하게 발생하기 때문에 재난발생 시 그 피해가 극대화로 직결되고 있어 도시에서 발생할 수 있는 내수범람을 정확하게 예 경보하기 위한 고해상도 실시간 강수관측이 필요하다. 또한, 유역차원의 홍수범람이 빈번하게 발생하고 있으며, 홍수기 홍수통제소의 댐수문 관리에 어려움이 따라 기상관련 재난이 발생할 수 있어, 유역 차원의 정확한 홍수량 예측과 예 경보 시스템 구축을 위해서는 고해상도의 실시간 강수관측을 통한 강수예측 기술이 중요하다. 이를 위해 위성, 레이더, AWS 등 각종 광역 관측 장비로부터 표출되는 데이터를 통합하고, 이를 종합적으로 분석하여 수리수문인자 및 기상인자로 전환할 수 있는 시스템을 개발 할 경우 가뭄, 하천 건천화, 홍수 등을 실시간으로 감시하고 평가 예측 할 수 있는 정보 생산이 가능할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 수재해 정보 플랫폼 서비스를 위하여 전체적인 시스템을 개발하기에 앞서 가능성을 타진하고 검증할 필요가 있는 주요 구간을 시험하는 개발 기법인 프로토타입을 우선적으로 개발한다. 주요 항목으로는 (1) 지속 산출 격자 자료에 대한 OGC WxS 또는 LOD 서비스 자동 연계, (2) 격자 자료 ?춤형 제공(해상도, 좌표계 등), (3) 기초, 분석 정보 제공 시스템 등을 프로토타입 대상으로 설정하고 웹 기반 수재해 정보 플랫폼 인터페이스를 구현한다. 개발된 플랫폼은 수재해 예측정보의 정확도를 향상시키고 국지적 침수재해 평가 예측 및 지역 맞춤형 재해평가 체계를 실현함으로써 국가 물 관련 재해를 혁신할 수 있는 기술을 확보하는 소중한 토대가 될 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.6
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• pp.381-395
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• 2019

The purpose of this study is to predict agricultural reservoir storage rate (RSR) in a month. This algorithm was developed by multiple linear regression model (MLRM) which included the past 3 months RSRs data and the future climate change scenarios. In order to improve use of predicted RSR, this study need the severe criteria in terms of drought. So, the predicted RSR was indexed as the 3 months reservoir drought index (RDI3) and then it was disaggregated into drought duration, severity, and intensity. For the future RSR estimation by climate change scenarios, the 6 RCP 8.5 scenarios of HadGEM2-ES, CESM1-BGC, MPI-ESM-MR, INM-CM4, FGOALS-s2, and HadGEM3-RA were used in three future evaluation periods (S1: 2011~2040, S2: 2041~2070, S3: 2071~2099). The future S3 period of HadGEM2-ES scenario which has the biggest increase in precipitation and temperature showed the largest decrease to 60.2% among the 6 scenarios compared to the historical RSR (1976~2005) 77.3%. In contrast, INM-CM4 scenario which has smallest changes in precipitation and temperature in S3 period showed the smallest decrease to 72.8%. For the CESM1-BGC and MPI-ESM-MR, FGOALS-s2, and HadGEM3-RA, the S3 period RSR showed 72.6%, 72.6%, 67.4%, and 64.5% decrease respectively. The future severe drought condition of RDI3 below -0.25 showed the increase trend for the number and severity up to -2.0 during S3 period.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.498-498
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• 2018

가뭄으로 인해 발생할 수 있는 가장 심각한 피해는 용수 부족으로 인한 수자원 시스템의 용수공급 실패이며, 따라서 가뭄 위험도는 사용 가능한 용수의 부족과 관련하여 정량화되어야 한다. 이러한 맥락에서 수자원 시스템의 가뭄 위험도를 평가하기 위해 주로 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency) 및 취약도(vulnerability)와 같은 세 가지 이수안전도 평가지표가 사용된다. 이러한 평가지표는 각각 용수공급 실패가 평균적으로 얼마나 자주 발생하는지, 얼마나 오래 지속되는지, 또한 어느 정도의 규모로 발생하는지를 위험도를 정량화하는 것으로, 용수공급 실패사상의 빈도, 지속기간 및 심도를 나타낸다. 본 연구에서 DRI(Drought Risk Index)는 신뢰도, 평가도 및 회복도의 가중평균값으로 정의되며, 이는 지속기간과 심도를 변수로 하는 이변량 가뭄빈도해석과 같은 변수를 공유한다. 본 연구에서는 두 가지 형태의 DRI 를 이용하여 지역 가뭄 위험도 평가 기준 산정 방안을 제시하였다. DRI_O(observed DRI)는 용수부족 시계열을 통해 산정된 공급실패 사상으로부터 산정되며, DRI_D(designed DRI)는 이변량 빈도해석을 통해 산정된 특정 지속기간을 갖는 확률가뭄심도로부터 계산된다. 기후변화 시나리오를 이용해 DRI_O 를 산정함으로써 미래의 이수안전도를 예측할 수 있으며, 이를 DRI_D 와 비교하여 지역의 용수부족으로 인한 가뭄 위험도를 산정하는 방법을 제안하였다. 또한 기존에는 주로 과거 최대 가뭄사상을 목표안전도로 설정하였으나 DRI_D 를 이용하여 보다 현실적인 목표안전도를 설정할 수 있다. 낙동강 권역의 10 개 중권역의 10 개 기후변화 시나리오를 대상으로 분석을 수행한 결과 병성천 유역과 형산강 유역이 각각 최저 및 최고 위험도를 갖는 것으로 분석되었으며, 지역 안전도 기준은 평균적으로 재현기간 5-20 년 사이의 범위를 갖는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.38 no.3
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• pp.387-393
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• 2018

Considering the effect of climate change, a quantitative analysis of extreme drought is needed to reduce the damage from extreme droughts. Therefore, in this study, a quantitative risk analysis of extreme drought was conducted. The threshold level method was applied to define a drought event using Cheugugi rainfall data in past, gauged rainfall data in present, and climate change scenario rainfall data in future. A bivariate drought frequency analysis was performed using the copula function to simultaneously consider two major drought characteristics such as duration and severity. Based on the bivariate drought frequency curves, the risks for the past, present and future were calculated and the risks for future extreme drought were analyzed comparing with the past and present. As a result, the mean drought duration of the future was shorter than that of past and present, however, the mean drought severity was much larger. Therefore short term and severe droughts were expected to occur in the future. In addition, the analysis of the maximum drought risk indicated that the future maximum drought risk was 1.39~1.94 times and 1.33~1.81 times higher than the past and present. Finally, the risk of extreme drought over past and present maximum drought in the future was very high, ranging from 0.989 to 1.0, and the occurrence probability of extreme drought was high in the future.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.4
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• pp.317-326
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• 1997

The Palmer Drought Severity Index has been ectensively used to quantitatively evaluate the drought severity at a location for both agricultural and water resources management purposes. In the present study the Palmer-type formula for drought index is drived for the whole country by analyzing the monthly rainfall and meteorological data at nine stations with a long period of records. The formula is then used to compute the monthly drought severity index at sixty-eight rainfall stations located throughout the country. For the past five significant drought periods the spatial variation of each drought is shown as a nationwide drought index map of a specified duration from which the relative severity of drought throughout the country is identifiable for a specific drought period. A comparative study is made to evaluate the relative severity of the significant droughts occurred in Korea since 1960's. It turned out that '94-'95 drought was one of the worst both in the areal extent and drought severity. It is found that the Palmer-type formula is a very useful tool in quantitatively evaluating the severity of drought over an area as well as at a point. When rainfall and meteorological forecast become feasible on a long-term basis the method could also be utilized as a tool for drought forecasting.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.72-72
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• 2016

최근 발생하고 있는 기후변화로 인하여 하천 및 저수지의 수질문제가 커지고 있다. 특히 여름철 부영양화로 인해 발생하는 녹조현상은 사회적인 문제로 과학적인 수질사고에 대한 예측과 관리가 필요한 실정이다. 수질예보는 정기적으로 하천 및 저수지의 수질을 예측하여 사용자에게 제공하는 분석기법으로 수질현황을 파악하고 수질을 관리하고 의사결정을 하는데 도움을 줄 수 있다. 수질예보에 사용되는 모형은 유역모형, 하천모형, 저수지모형이 있으며, 이중 하천 및 저수지에 주로 적용되고 있는 3차원 수리수질모형의 경우 격자의 개수가 많아 모의시간이 길어지게 되고 이로 인해 일일 수질 예보가 어렵게 된다. 3차원 수리수질모형의 모의속도를 개선하는 방법에는 하드웨어의 성능을 높이는 방법과 병렬화를 이용한 소프트웨어적인 방법이 있다. 이중 하드웨어의 성능을 높이는 방법은 컴퓨터의 사양을 높이는 방법으로 높은 비용이 소요된다. 하지만 병렬화 방법은 컴퓨팅 기술의 발전으로 멀티코어가 대중화가 된 최근에 코드의 적용만으로 모의속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 사용된 모형은 서호주대학에서 개발한 3차원 수리 수질모형인 ELCOM-CAEDYM 모형으로 적용된 병렬화 기법은 OpenMP(Open Multi-Processing)방법이다. 기존 직렬 컴퓨팅 방식으로 구성되어 한번에 한 개의 명령어 밖에 처리할 수 없었던 작업방법을 동시에 여러 개의 처리요소를 이용하여 명령을 실행할 수 있게 하는 방식이다. 하지만 CPU의 개수는 제한되어 있으며, Amdahl's law에 따르면 OpenMP방식의 병렬화시 속도개선효과는 95% 병렬화 프로그램에서 최대 CPU 개수의 제한이 없다면 20배 까지 속도향상이 가능하다고 하였다. 본 연구에서는 3차원 수리 수질예측 모형인 ELCOM-CAEDYM에 적용된 병렬화 기법을 적용하는데 있어 최적 CPU사용 개수를 파악 하고자 하였으며, 이를 통해 수질예보시스템을 운영하는데 가장 효율적인 방법을 찾아 적용하고자 하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.244-244
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• 2020

일반적으로 실제 유역에서의 계절 유출예측을 위해서는 계절 기상예측에 기반한 장기유출모델링을 수행하고 있다. 그러나, 대부분의 하천에는 하천유량의 자연적인 흐름체계에 인위적인 영향을 야기하는 댐이 건설되어 운영되고 있는 실정이다. 즉, 자연상태의 유역이 아닌 댐이 위치하고 있는 복잡한 유역에서는 반드시 저수지 운영이 고려된 유출모델링이 수행되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 장기유출모형의 대표적인 모형 중 하나인 SWAT의 저수지 운영모듈의 성능을 평가하고자 하였다. 한강에 위치한 다목적댐인 소양강, 충주댐을 대상으로 SWAT에 탑재되어 있는 저수지 운영모듈의 적용시 한계점을 검토하고, 이를 극복하기 위한 모듈개선을 시도하였다. 또한, 각 댐의 방류량, 저수지 수위를 중심으로 모듈개선 전후의 모의능력을 검증하였다. 저수지 운영과 관련된 모의성능은 인위적인 저류시설물이 위치하는 복잡한 유역의 유출분석시 반드시 검토되어야 하는 사항이며, 모델링을 통한 저수지 운영의 평가와 가뭄대응을 위한 비구조적 대책 수립시 매우 중요한 기능 요소이다.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.11 no.3
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• pp.31-42
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• 2006

Drought indices, such as PDSI (palmer Drought Severity Index), SWSI (Surface Water Supply Index) and SPI (Standardized Precipitation Index), have been developed to assess and forecast an intensity of drought. To find the applicability of groundwater level data to a drought assessment, a correlation analysis between SPI and groundwater levels was conducted for each time series at a drought season in 2001. The comparative results between SPI and groundwater levels of shallow wells of three national groundwater monitoring stations, Chungju Gageum, Yangpyung Gaegun, and Yeongju Munjeong, show that these two factors are highly correlated. In case of SPI with a duration of 1 month, cross-correlation coefficients between two factors are 0.843 at Chungju Gageum, 0.825 at Yangpyung Gaegun, and 0.737 at Yeongju Munjeong. The time lag between peak values of two factors is nearly zero in case of SPI with a duration of 1 month, which means that groundwater level fluctuation is similar to SPI values. Moreover, in case of SPI with a duration of 3 month, it is found that groundwater level can be a leading indicator to predict the SPI values I week later. Some of the national groundwater monitoring stations can be designated as DIW (Drought Index Well) based on the detailed survey of site characteristics and also new DIWs need to be drilled to assess and forecast the drought in this country.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.411-411
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• 2015

유량예측의 가장 주된 목적은 가뭄과 홍수와 같은 수해방지를 위해 통합수자원관리를 수행하는데 있다. 이런 유량예측을 위해 다양한 기법들로 예측이 수행되고 있으며, 예측기간과 필요 정확도에 따라 초단기, 단기, 중 장기 예측 등으로 구분할 수 있다. 유량예측에 사용되는 기법들은 기후변화 시나리오와 같이 예측된 강우자료를 이용하여 유출량을 예측하는 방법이 있으며, 통계적인 방법으로 과거자료들을 활용하여 미래의 유량을 예측하는 방법이 있다. 본 연구에서는 ESP 기법을 이용하여 금호강 유역의 월 단위(30일) 유량을 예측하고자 한다. 앙상블 유량예측기법(ESP; Ensemble Streamflow Prediction)이란 현재의 유역상태를 초기조건으로 사용하고 과거의 온도나 강수 등의 시계열 앙상블을 강우-유출모형에 입력하여 유출량을 앙상블로 예측하는 기법이다. ESP는 결국 현재의 유역상태와 유역에서의 과거 강우 관측기록, 미래 강우예측에 대한 정보를 조합하여 그에 따른 유출 앙상블을 생산해내게 된다. 월 유량을 예측하기 위해서 금호강 유역의 1988년에서 2014년까지 27년간 대구, 영천, 포항 관측소의 기상자료를 수집하였으며, 금호강 표준유역에 해당하는 19개 유역으로 분할하여 모의에 이용하였다. 금호강 유역에 티센망을 적용하여 각 표준유역별로 강우량을 조합하여 2013년까지 모의에 적용하였으며, 이는 과거자료로 사용하였다. 유량예측에 사용되는 강우자료를 생성하기 위해서 26년간 일강우를 이용하였다. 예를 들어 2014년 12월을 예측한다면 11월까지 관측된 유역초기 조건을 가지는 수문모형의 12월 기상입력자료로써 현재 유역에서 발생 가능성이 있는 동일 유역의 과거 1988년부터 2013년까지의 12월 기상자료들을 사용하는 방법이다. 1988년부터 2013년까지 26개 12월 기상자료를 사용하므로 유량예측결과 또한 26개가 주워진다. 계산된 26개의 유량앙상블이 적용된 유역에서 12월에 발생 가능한 유출량의 모음이 된다. 시나리오결과를 수자원관리에 활용하기 위해서 초과확률로 분석하였으며, 이런 분석의 결과는 향후 가뭄과 홍수 같은 수해방지를 위해 수공구조물의 운영에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.