• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.277-277
• /
• 2023

최근 기후변화의 영향으로 호우의 발생빈도가 증가하고 있는 추세이며, 도시지역의 호우는 돌발적이고 국지적인 특성을 가지고 있어 인명과 재산피해 역시 증가하고 있으며, 급격한 도시화로 인한 구조적으로 홍수에 취약한 실정이다. 국지성 도시호우는 저층(1 km 내외)에서 형성되는 강우가 지배적이며, 기존의 대형레이더는 높은 산 정상에 설치되어 1.5 km 이상의 강우관측을 중심으로 운영됨에 따라 저층강우의 탐지 및 변동성 관측에 취약하여, 이에 대형 레이더에서 뿐만 아니라 도시단위의 국지성 호우관측에 대응할 수 있는 소형 레이더 기반 고정밀 강우관측 마련 및 운영 기술이 필요하다. 현재 K-water는 부산 에코델타 스마트시티에 도시 물재해 플랫폼 구현의 일환으로 돌발강우사전 탐지 및 도시의 신속·정확한 강우 관측을 위하여 높은 시공간 해상도를 제공하는 이중편파X 밴드 소형 강우레이더를 설치하고, 효율적 운용을 위해 각 고도각에서의 빔 차폐율을 확인하고 이를 고려한 최적 관측전략을 수립하였다. 또한 Z-Phi 방법을 이용한 반사도 감쇠 보정 기술을 개발하였으며, 강우 추정을 위해 하이브리드 고도면 합성 기법(HSR) 기법을 적용하고 검증하였다. 이후 소형 레이더의 정량적 추정강수를 이용하여 강우예측 정보를 생산하기 위해 이류모델을 적용하고, 비슬산과 소형 합성 레이더 추정강수로 선행 10분에서 180분까지 예측할 수 있도록 개발하였다. 또한, 지상강우관측 자료와의 정확도 비교 평가를 수행하고, 행정구역 및 표준유역의 예측 평균강우량을 생산하여 부산 에코델타 스마트시티 도시 물재해 통합관리 시스템과 연계운영을 위한 후속 과업을 수행중에 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.54 no.5
• /
• pp.301-309
• /
• 2021

In this study, we tried to improve the performance of the existing U-net-based deep learning rainfall prediction model, which can weaken the meaning of time series order. For this, ConvLSTM2D U-Net structure model considering temporal consistency of data was applied, and we evaluated accuracy of the ConvLSTM2D U-Net model using a RainNet model and an extrapolation-based advection model. In addition, we tried to improve the uncertainty in the model training process by performing learning not only with a single model but also with 10 ensemble models. The trained neural network rainfall prediction model was optimized to generate 10-minute advance prediction data using four consecutive data of the past 30 minutes from the present. The results of deep learning rainfall prediction models are difficult to identify schematically distinct differences, but with ConvLSTM2D U-Net, the magnitude of the prediction error is the smallest and the location of rainfall is relatively accurate. In particular, the ensemble ConvLSTM2D U-Net showed high CSI, low MAE, and a narrow error range, and predicted rainfall more accurately and stable prediction performance than other models. However, the prediction performance for a specific point was very low compared to the prediction performance for the entire area, and the deep learning rainfall prediction model also had limitations. Through this study, it was confirmed that the ConvLSTM2D U-Net neural network structure to account for the change of time could increase the prediction accuracy, but there is still a limitation of the convolution deep neural network model due to spatial smoothing in the strong rainfall region or detailed rainfall prediction.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.1546-1550
• /
• 2009

최근 증가하고 있는 집중호우로 인해 피해 규모가 대형화 되어가고 있는 추세로 수공구조물 설계시 보다 정확한 수문분석을 요구 하고 있다. 강우의 시간분포는 정확한 수공구조물의 설계시 첨두홍수량 산정에 가장 중요한 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 지역의 기상학적, 지형학적 특성에 맞는 적절한 강우분포형을 제시하고자 한다. 본 연구는 금호강권역의 단시간 강우에 대한 시간분포형을 결정하기 위하여 기존 강우의 시간분포방법 중에서 개념상 비교적 단순하면서도 물리적으로 의미를 갖는 Mononobe분포, Yen & Chow분포, Keifer & Chu분포의 방법을 이용하였다. 대상지점은 금호강권역의 가창으로 재현기간 50년의 6시간, 24시간 강우의 시간적 분포특성을 비교분석한 결과 6시간 확률강우량에서는 Mononobe 분포와 Keifer & Chu 분포의 첨두치가 비교적 크게 나타났고 24시간 확률강우량에서는 Keifer & Chu 분포의 첨두치가 가장 크게 나타났다. Yen & Chow 분포의 경우 6시간 강우의 첨두치에 비해 24시간 강우의 첨두치가 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 확률강우를 이용해서 홍수유출량을 분석한 결과 6시간, 24시간의 첨두홍수량은 Keifer & Chu 분포가 가장 크게 나오는 것으로 나타났고 첨두시간 역시 Keifer & Chu 분포가 가장 빠른 것으로 나타났다. 최근 다양한 설계강우의 시간분포 방법들이 실제 강우분포의 특성을 표현하고 있지만 이러한 방법들 중에서 실제로 유역에 가장 적합한 시간분포 방법을 결정하기란 어렵다. 하지만, 첨두홍수량 결정을 위해서는 여러 가지 방법들 중 그 지역을 가장 대표할 수 있는 강우분포 방법을 선택해야만 한다. 따라서 분석지점 이외의 다양한 실제 지점에 대해 설계홍수량을 산정해 봄으로써 다른 설계강우의 시간분포 방법을 이용하여 산정한 결과의 비교 검토가 필요할 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Data and Information Science Society
• /
• v.27 no.5
• /
• pp.1119-1131
• /
• 2016

The Neyman-Scott Rectangular Pulses Model (NSRPM) is mainly used to construct hourly rainfall series. This model uses a modest number of parameters to represent the rainfall processes and underlying physical phenomena, such as the arrival of storms or rain cells. In NSRPM, the method of moments has often been used because it is difficult to know the distribution of rainfall intensity. Recently, approximated likelihood function for NSRPM has been introduced. In this paper, we propose a hierarchical model for applying a spatial structure to the NSRPM parameters using the approximated likelihood function. The proposed method is applied to summer hourly precipitation data observed at 59 weather stations (Korea Meteorological Administration) from 1973 to 2011.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.22-22
• /
• 2016

우리나라 하천에서 식생의 변화가 매우 빠르게 진행되고 있다. 최근들어 하천내에서 식생이 차지하는 면적이 증가하는 경향이 뚜렷하게 확인되고 있기 때문이다. 댐 등 하천구조물로 인한 유황변화에 의해 봄철 발아기 유량 및 수위 저하가 발생하고 이로 인해 식생의 유입된다는 것은 이미 많은 연구에서 증명되고 논의된 바 있다. 그러나 댐과 같은 구조물이 없는 자연하천이나 소하천의 경우에도 식생 유입이 빠르게 진행되고 있는 것은 전국적인 경향이라고 할 수 있다. 우리나라 뿐만아니라 일본의 경우에도 대부분의 하천에서 식생이 과도하게 유입되는 현상이 발생하고 있다. 식생의 발생, 발달, 번무 등에 대한 원인은 다양하다고 할 수 있다. 산지지역의 산림 변화로 인한 유사유출 저감, 농업으로 인한 영양염류 증대, 하천정비로 인한 고수부지 확대 등이 주요원인으로 추정되고 있지만 아직까지 정확한 식생 발생 메카니즘에 대한 분석은 이루어지지 않은 상황이다. 일본의 경우 식생의 발생과 진행에 대한 모형을 구축하고 여러 하천에 적용하여 검증하는 연구가 다양하게 진행되고 있지만 지역에 따라 다르게 발생하는 식생의 원인을 단정적으로 결론내리지는 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 하천내 식생 유입 현황을 분석하고 발생 원인에 대해 검토하였다. 먼저 우리나라 하천에서 식생 발생은 전국적인 현상으로 확인되었다. 과거와 달리 하천의 특정지점에서 식생이 발생하는 것이 아니라 하천의 규모나 지역 등에 관계없이 전국적으로 식생이 발생하고 있는 것이 식생면적 분석으로 확인되었다. 또한 식생 면적이 최근 들어 더 증가하고 있음도 확인되었다. 본 연구에서는 강우의 연도별 변화가 식생발생에 미치는 영향을 분석하였다. 봄철(4월, 5월, 6월)의 연도별 강우량 변화가 식생 발생에 미치는 영향을 분석하였는데 이 기간 동안의 강우가 줄어듦에 따라 식생 발생이 더 활발하게 진행될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 봄철의 가뭄과 여름철 홍수 미발생이 이어지는 경우 식생이 더 활발하게 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 하천 구조물에 의한 하천유황 변화가 식생 발생에 큰 영향을 미치듯이 강우 발생 양상의 변화로 인한 유황 변화가 식생 발생에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타난 것이다. 또한 일본의 경우에도 이와 같은 경향이 유사하게 나타나는 것으로 분석되었다. 일본의 식생조사 결과와 강우 패턴을 비교한 결과 우리나라와 같이 일본에서도 유사한 경향이 나타났다. 본 연구 결과로 추정해 볼 때 강우 패터의 변화가 식생의 유입에 큰 영향을 미치며, 특히 기후변화로 인해 발생하는 봄철 강우의 감소가 주요원인중 하나로 추정될 수 있다고 할 수 있다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.29 no.2B
• /
• pp.155-162
• /
• 2009

Univariate frequency analyses are widely used in practical hydrologic design. However, a storm event is usually characterized by amount, intensity, and duration of the storm. To fully understand these characteristics and to use them appropriately in hydrologic design, a multivariate statistical approach is necessary. This study applied a Gumbel mixed model to a bivariate storm frequency analysis using hourly rainfall data collected for 46 years at the Seoul rainfall gauge station in Korea. This study estimated bivariate return periods of a storm such as joint return periods and conditional return periods based on the estimation of joint cumulative distribution functions of storm characteristics. These information on statistical behaviors of a storm can be of great usefulness in the analysis and assessment of the risk associated with hydrologic design problems.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.178-183
• /
• 2008

지구온난화로 인한 기후변화가 기정사실화 되면서 이러한 기후변화에 대비하기 위한 다양한 연구가 진행중이다. 수자원과 관련된 기후변화 연구를 살펴보면 초기에는 장기적 관점에서 기후변화가 유출에 미치는 영향에 대한 연구가 대부분을 이루고 있었으나 2003년을 기점으로 유럽을 중심으로 기후변화가 홍수량에 미치는 영향에 대한 연구가 시작되었다. 기후변화가 홍수에 미치는 영향을 평가하는데 가장 중요한 것은 수문시계열 자료의 해상도라고 할 수 있다. 이러한 시공간적 해상도 문제를 해결하기 위해서 세계 각국은 각국의 상황에 맞는 RCM을 개발하고 있으며 자국에 적합한 축소기법을 개발하고자 노력하고 있다. 따라서 본 연구에서는 고해상도 수문기상자료의 생성을 위하여 기후변화 모형으로부터 생성된 일 단위 강우자료를 시자료로 분해하기 위한 기법을 제시하고자한다. 지난 수십년 동안 강우나 기타 수문시계열 자료를 다양한 해상도의 자료로 변환하기 위한 연구가 진행되어왔다. 그러나 이러한 연구의 가장 큰 한계점은 대부분의 시계열 자료가 추계학적 특성을 가지고 있다고 가정한 후, 분석을 진행했다는 것이다. 이렇게 되면 강우발생에 따른 물리적 과정을 모형의 구조에 반영하는데 한계점을 드러내게 된다. 따라서 본 연구에서는 해상도를 변화시키는데 따른 강우의 운동역학적 특성을 고려하기 위하여 카오스를 기반으로 한 분해기법을 제시하고자 한다. 우선 카오스 분석을 통해서 지점 강우자료의 카오스 특성을 확인한 후, 현재까지 관측된 강우를 기반으로 $2CO_2$에서의 일 강우를 일 단위 보다 작은 단위로 분해하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.321-321
• /
• 2019

수공구조물을 설계하는데 설계강우량을 결정하기 위한 강우시간분포의 생산은 중요한 요소이고 주로 Huff 방법, Mononobe 방법, SCS 방법, Yen and Chow 방법 등을 이용하고 있다. 그러나 Huff 방법 등들로 한국의 극치강우사상을 고려하기에는 반영하지 못하는 한계점이 있었다. 본 연구에서는 기존 방법들의 한계점을 극복하고 한국 극치강우사상의 집중지속시간 특성을 반영하는 HSD 방법을 제시하여 서울과 대구광역시에 적용해 설계빈도에 관한 강우 시간분포를 발생시키고 설계 강우량을 산정하며 기존 기법들과 비교하였다. 이에 따라 연구결과를 통해 Huff 방법과 HSD 방법의 첨두 강우량은 지속시간이 길어질수록 차이가 상당하였고 과거 극치강우사상을 살펴보면 HSD 방법을 반드시 고려할 필요가 있다고 판단되었다. 게다가 기후변화로 인해 집중호우현상이 더욱 심해져서 Huff 방법만 이용할 경우 추후에 큰 문제가 발생할 수도 있다. 그래서 수공 구조물 설계 시 HSD 방법을 이용한 대상 지역의 집중지속시간 특성을 반영하는 설계 강우량과 Huff 방법을 이용한 설계 강우량을 같이 고려하여 비교 선택하면 안전한 수공구조물 설계를 실시 할 수 있을 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.117-117
• /
• 2023

도시 홍수, 하천 범람, 산사태와 같은 폭우와 관련된 재해는 자주 동시에 발생하며, 각 재해는 서로 다른 범위의 시간 스케일에서 강우 변동성에 민감하게 반응한다. 따라서 재해 복합화 모델링에 적합한 확률 강우 모델은 모든 유형의 재해와 관련된 모든 시간 스케일에서 강우 변동성을 잘 재현할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 5분에서 10년 사이의 시간 스케일에서 다양한 강우통계특성을 재현할 수 있는 추계학적 강우 생성기를 제안하였다. 이 모델은 우선 Randomized Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (RBLRP) 모델을 사용하여 미세 규모의 강우량 시계열을 생성한 후, 연속된 폭풍 사이의 상관관계 구조가 유지되도록 폭풍우의 순서를 섞는다. 마지막으로, 별도의 월별 강우량 모델링 결과에 따라 월 단위로 시계열을 재배열한다. 독일 보훔에서 기록된 69년간의 5분 강우량 데이터를 사용하여 본 모형을 검증한 결과, 평균, 분산, 공분산, 왜곡도 및 강우 간헐성은 5분에서 10년에 이르는 시간 스케일에서 체계적인 편향 없이 잘 재현됨은 물론, 5분에서 3일 사이의 시간 스케일에서의 극한 강수량 값도 잘 재현음을 확인하였다. 아울러, 극한 강우 및 산사태에 큰 영향을 주는 극한 강우 발생 전 과거 7일간의 강수량도 정확히 재현되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.296-296
• /
• 2023

최근 기후변화로 인해 극한 강우의 발생빈도가 증가하고 있다. 극한 강우의 증가는 수리구조물의 설계홍수량을 초과하는 유입량을 발생시킴으로써 수리구조물의 구조적 안정성을 저해할 수 있다. 농업용 저수지가 기후변화로 인한 이상 강우의 증가에도 불구하고 안정적으로 운영되기 위해서는 적절한 홍수 방재체계의 수립이 필요하다. 저수지의 홍수 방재체계는 구조적 홍수 방재체계와 비구조적 홍수 방재체계로 구분되며, 구조적 홍수 방재체계는 비구조적 홍수 방재체계에 비해 많은 자본이 투입되어야 한다는 특징이 있다. 농업용 저수지의 홍수 방재체계 수립 시 구조적 방법과 비구조적 방법을 종합적으로 고려하여야 하며, 농업용 저수지에 관한 홍수 방재체계 마련 방안이 정립되어야 한다. 본 연구에서는 구조적 방법과 비구조적 방법을 모두 고려한 농업용 저수지의 홍수 방재체계를 마련하고, 이를 적용함으로써 기후변화에 대응하여 농업용 저수지의 홍수조절 능력이 적절히 마련되었는지를 확인하고자 한다. 본 연구에서는 수계, 저수량, 치수 사업 진행 여부 등의 요소를 고려하여 17개의 농업용 저수지를 연구대상지로 선정하였다. 저수지 운영 모의를 위하여 각 연구대상지의 기상자료, 지형자료, 저수지 제원 자료를 수집 및 분석하였다. 저수지 운영방법으로는 저수위가 목표수위 이상일 경우 유입량 전량을 방류하는 Auto-ROM 방식을 채택하였다. 기후변화가 농업용 저수지의 홍수조절능력에 미치는 영향을 파악하기 위해 SSP (Shared Socio-economic Pathways) 기후변화 시나리오를 활용하였다.