• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.55-55
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• 2022

수공구조물을 설계하고 수자원 관리 정책을 수립하기 위해 일반적으로 IDF (Intensity-Duration-Frequency) 곡선을 활용한다. 통상 IDF 곡선은 연최대치계열을 통계적으로 분석하여 재현빈도 마다의 적절한 강우강도를 추정하여 결정한다. 신뢰할 수 있는 결과를 산출하기 위해 최소 30년 이상의 정상 강우자료의 통계분석이 권장되나, 긴 재현기간의 최대강우강도는 본질적으로 확률분포 함수로부터 추정한 값이라는 한계가 있다. 한편, 우리나라에서 종관기상관측을 통해 고해상도의 지상관측 강수자료가 장기간 누적되어 관측자료로부터 직접 최대강우강도-지속시간 사이의 관계식을 도출할 수 있게 되었다. 따라서, 실무에서 널리 사용되고 있는 '홍수량 산정 표준 지침'의 확률강우 분석 결과를 오랫동안 관측된 강우자료에서 찾은 최대강우강도와의 비교가 가능해졌다. 본 연구에서는 우리나라에서 50년 이상 강우가 관측된 24개의 지점에 대해 최대강우강도-지속기간 관계식을 분석하였다. 이 결과를 바탕으로 통계적으로 추정한 IDF 곡선이 실제 관측자료에서 나타난 최대강우강도를 얼마나 정확하게 추정하는지 검증해 보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.101-101
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• 2022

IDF (Intensity-Duration-Frequency) 곡선에서 익숙하다시피 강우지속시간과 최대강우강도는 반비례한다. 그동안 이러한 관계를 살펴보는 것은 대개 수십 시간의 규모에 그쳤다. 이 연구에서는 과연 시계열에서 시간 규모를 계속 증가시키면서 해당 시간 동안의 최대강우강도가 어떻게 변하는지를 살펴보았다. 가능한 장기간의 강수관측이 이루어진 우리나라 24개 지점을 대상으로 시간 규모를 최장 한 세기까지 키우면서 최대강우강도의 변화를 분석하였다. 작은 시간 규모에서는 그 관계가 멱함수를 따르지만, 시간 규모가 점차 늘어나면서 최대강우강도는 설계 목적의 지속시간 범위에서 결정된 멱함수 또는 기존 IDF 곡선으로부터 외삽하기 어려워진다. 이러한 변화는 점차 정상 연강수량으로 점근하는 결과를 가져온다. 분석된 결과를 토대로 연 단위를 초과하는 지속시간에 걸친 최대강우강도의 감쇄를 적절하게 표현할 수 있는 함수식을 제시하였다.

• 한국지역지리학회지
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• 제21권1호
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• pp.98-113
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• 2015

본 연구에서는 최근 40년간(1973~2012) 우리나라 기상청 산하 61개 관측지점의 일강수량 자료를 바탕으로 1~5일 누적 최대 강수량에서 추출한 각 계절별 다중일 누적 극한강수현상의 시 공간적 발생 패턴과 변화 양상의 특징을 밝히고자 하였다. 사계절 중 다중일 누적 극한강수현상의 규모 자체는 여름철에 가장 크지만, 계절 강수량 증감에 따른 극한강수현상 규모 변화민감도는 가을철에 더 높게 나타난다. 장기간 시계열에 나타난 선형 추세 분석에 따르면, 1~5일 다중일 누적 극한강수현상의 규모는 동일하게 사계절 중 여름철에 가장 뚜렷하게 증가하는 변화 양상이 나타난다. 특히, 경기도와 강원영서, 충청도 지역을 중심으로 여름철 다중일 누적 극한강수현상의 증가 규모가 크고 뚜렷하게 나타나고, 1일에서 5일로 누적 기간이 길수록 다중일 누적 극한강수현상의 증가 경향은 이들 지역이외에 소백산맥 주변지역에서도 관찰된다. 통계적 유의성을 보이는 이러한 다중일 누적 극한강수현상 증가추세는 일부 관측지점에서는 겨울철에도 1~2일 누적 극한강수현상에 나타나는 점도 주목할 만하다. 한편, 극한강수량이 계절 강수량에서 차지하는 비율의 변화 추세를 분석해보면, 사계절 중 겨울철에 증가 경향이 가장 뚜렷하게 나타난다. 이러한 결과들은 여름철뿐만 아니라 다른 계절의 다중일 누적 극한강수현상의 시 공간적 변화에도 대비할 필요성이 있음을 가리킨다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1183-1186
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• 2008

지속시간과 생기빈도에 따른 홍수량 산정은 여러 수문분야 적용에 있어 매우 유용하며 홍수관련 설계인자를 첨두홍수량 중심에서 지속시간에 대응하는 홍수량으로 확장할 필요가 있다고 하겠다. 본 연구에서는 한강유역 관측 홍수량의 홍수량-지속기간-빈도 분석을 위하여 샘플지역인 한강대교와 여주 지점의 수위자료와 수위-유량 관계식을 사용한 유출량 자료를 활용하여 경험적 QdF곡선과 이론적 QdF모형을 제시하였다. 지속시간에 따른 분석을 위하여 이동평균자료를 사용하여 획득된 지속기간별 연 최대홍수량 자료를 추출하였다. 한강대교 QdF 곡선의 변동특성은 지속기간과 재현기간이 증가함에 따른 최대홍수량 변화폭이 크게 증가하지 않음을 나타내고 이는 한강대교 지점의 유량이 대표하는 유역이 매우 크며 상류의 댐에 의한 홍수통제 등 인위적 영향에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 유역 환경변화로 인한 자료 특성변화에 대한 영향 분석을 위하여 댐건설 전후를 분리한 자료를 이용한 QdF 곡선을 작성, 분석하였다. 댐 건설 전후 강수 자료 자체의 특성 변화와 댐 건설 후 자료기간의 한계를 가짐에도 불구하고 분석결과 댐건설 전후 자료에 대한 QdF 곡선은 댐건설로 인한 유출량 영향 파악을 가능케 하였다. 여주 지점의 QdF 곡선은 지속기간과 빈도변화에 따른 변화양상이 대상 지역 계획홍수량을 넘어서는 자료가 많음을 보였다. 이는 유출량 산정을 위해서 제시된 수위-유량 관계식의 적용범위를 넘어서는 값의 발생으로 인한 인위적인 조정에 기인한 것으로 판단된다. 그러므로 지점별로 분석자료의 타당성 및 정상성을 점검하고 자료에 타당한 개선된 QC과정이 필요함을 알 수 있다. 충주댐 건설전후의 여주 지점 QdF 분석 결과는 특히 댐 건설 후 QdF 곡선의 변화 양상은 댐 건설 후 자료에 대한 새로운 형태의 이론적 QdF모형 제시가 필요함을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2023

대규모 댐과 같은 수공구조물의 파괴시 상당한 피해가 발생하므로 구조물설계시 가능최대강수량(PMP) 기준이 적용된다. 포락선 방법은 가장 극심했던 강우량의 포락선을 작성하여 PMP를 산정하는 방법으로 기상 및 강수량자료가 부족시 PMP 추정이 어려운 경우에 사용한다. 포락선의 근사식은 지속시간의 거듭제곱인 멱함수 형태로 나타내며, 우리나라의 경우 1일을 전후로 계수와 차수가 다른 식을 사용한다. 이러한 근사식은 우리나라의 이상홍수 발생빈도 및 규모가 커짐에 따라 검토될 필요성이 있다. 또한, PMP 산정시 활용하는 제한된 수의 지상관측자료는 시공간적 변동성을 완전히 포착할 수 없어 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위하여 기상레이더 자료를 기반으로 우리나라 전역의 최대 강우깊이-지속시간 관계를 분석 및 새로운 PMP 포락선을 제시한다. 활용한 레이더는 CMAX(Column Maximum)로 2009~2018년간 10분 단위자료를 수집하였다. 레이더 자료와 비교하기 위하여 지상관측자료 AWS를 함께 수집하였다. AWS는 1997~2022년간 1분 단위자료로 우리나라 전역의 547개 지점관측자료를 활용하였다. 레이더자료는 Z-R 관계식으로 변환하여 가외치(outlier)를 제거 및 보정하였다. 그 후, 정규 크리깅기법으로 생성한 지상관측 강우장과 병합하는 CM(Conditional Merging)기법을 적용하였다. 우리나라 최대 강우깊이-지속시간 관계를 산정한 결과, 기존 포락선의 값이 낮게 산정되었음을 확인하였다. 이는 기후변화 등에 따라 최근 극한 호우가 발생한 것으로 판단된다. 또한, 실제 근사식은 멱함수 거동에서 벗어난 형태로 나타났고, 지점관측자료가 기상레이더 값보다 과소추정되는 경향을 확인하였다. 특히 같은 기간에서 확인하였을 때, 강우지속시간이 짧을수록 AWS값과 레이더자료의 강수량이 2배 정도 차이를 보여 지점관측소가 없는 지역의 국지성 호우 존재를 확인할 수 있었다. 추후, 미래에 더 긴 레이더 시계열을 사용한다면, 더욱 신뢰성 있는 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.117-133
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• 2014

본 연구에서는 전국의 8개 주요 도시지점 강우관측 자료를 대상으로 다양한 분류 기준을 적용하여 Quantile Regression (QR)에 의한 기준강수량 초과 강우의 선형추세분석과 Mann-Kendall, Sen 검정을 실시하였다. 분석결과 봄철과 여름철 강수의 뚜렷한 증가경향이 있으며, 가을철과 겨울철 강수는 감소하는 경향이 있음을 확인하였고, 폭우 사상은 최근 30년 평균 3.1~15% 증가 하였다. 또한, 연도별 발생강우의 Ranking에 따른 Top $10^{th}$ 백분위 강수의 3IQR (inter quartile range)의 최근증가경향을 분석한 결과, 대부분 지점에서 강수의 증가경향을 확인하였으며, Quantile 90%의 평균 백분위 강수량은 43.5mm, 증가경향은 0.1412mm/yr, Quantile 99%의 평균 백분위 강수량은 68.0mm, 증가경향은 0.1314mm/yr로 분석되었다. 본 연구의 결과는 매년 발생한 연최대치계열에 대한 분석뿐만 아니라 기준값 이상의 수문 사상정보에 대한 반영과 최근 변화하는 기후의 증가경향을 반영한 수공구조물 설계의 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1135-1139
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• 2006

가뭄은 홍수와 함께 인류역사상 가장 큰 재해로 인식되어 있다. 미해양대기청의 발표에 따르면 20세기 최대 자연재해의 상위 5위 안에 4개의 가뭄이 포함되어 있다. 이러한 기록은 가뭄이 동서고금을 막론하고 국가의 흥망성쇠를 좌우할 만큼 막대한 피해를 입혀왔음을 의미한다. 그러나 가뭄의 해석은 가뭄의 정의 자체가 확실하지 않고 서서히 찾아오는 자연재해이기 때문에 그 시작과 끝을 인식하기 어렵다. 아울러 그 진행속도도 굉장히 느리며 또한 장기간에 걸쳐 지속되는 특성을 가지고 있고 시공간적으로 전파된다. 따라서 가뭄의 해석은 굉장히 까다로운 것이라 할 수 있으며 그 해석방법 또한 다양할 수 밖에 없다. 본 연구에서는 우리나라 전역 59개 지점의 표준강수지수(Standard Precipitation Index) 시계열 자료에 대한 공간적 패턴분석과 시간적인 자료확장을 시도하였다. 경험적 직교함수(Emperical Orthogonal function) 해석을 이용하여 자료의 공간적인 패턴을 확인하였고 EOF 해석에서 나타난 EOF Coefficient Time Series를 추계학적 모형에 적용하여 시간적인 자료 확장을 수행하였다. 이렇게 확장된 긴 기간의 자료를 이용하면 재현기간에 대한 평균적인 가뭄심도를 추출할 수 있으며 실제 나타난 사상의 재현기간이 어느 정도인지 평가할 수 있다. 또한 이렇게 나타난 가뭄심도를 강수부족량으로 환산하여 우리나라 대권역별 물부족량을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.75-75
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• 2021

본 연구는 기후변화에 따른 강우현상의 극한화에 대응한 도시치수규모 설정 방안에 대한 연구이다. 발생가능한 모든 강우상태를 강우지속시간과 강우량 매트릭스로 구성하고 모든 강우상태에 대한 침수규모를 사전에 산정한 후 도시침수 상태를 추정하는 2변수(강우량, 강우지속시간) 회귀식을 개발하였다. 치수규모 결정을 위해서 지금까지 사용해 오던 "발생빈도" 기준의 극치통계의 개념적, 공학적 의미를 재해석하여 물리적으로 의미가 있는 "침수 특성치" 기준으로 대전환하자는 것이다. 기술적으로 가능해졌기 때문이다. 도시유역의 침수를 정량적(침수심, 침수면적)으로 모의할 수 있는 방법을 제시하기 위한 침수상태의 기준이 될 침수특성치로는 관로첨두유출량, 최대침수면적, 침수총량, 평균침수심, 특정지점의 최대침수심, 특정지점의 침수지속시간 등 6가지를 선정하였다. 우리나라에서 발생가능한 모든 강우상태에 대한 침수 발생 가능성을 점검하여 침수특성치를 분석하고 해당 유역의 "물리적/사회적 특성"을 고려한 "사회적 합의"에 의해 "감당할 수 있는 피해의 정도"에 맞춘 도시유역 치수계획규모를 설정하는 방안을 확립하는 것이다. 또 결과로 구해지는 다음과 같은 형태의 유역별 침수특성치 산정식(2변수 회귀식)을 각 유역별로 구해 놓으면 기상예보(강우지속시간-강우량)에 따라 유역의 침수 특성치를 쉽게 추정하여 사전에 확립해둔 방재대책을 시행할 수 있게 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.379-379
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• 2011

본 연구는 우리나라 전국 기상관측소 중 1973년부터 2009년까지의 시 강수자료가 구축되어 있는 기상관측소 55개 지점에 대하여 비정상성 빈도해석을 수행하였다. 각 지점에 대하여 지속시간 1시간, 24시간에 대한 연 최대 강수량 자료를 구축하여 초기 20년을 기준으로 1년씩 추가한 연 최대 강수량 누적 자료를 생성하고, 생성된 기간별 자료의 평균, 위치매개변수, 축척매개변수를 산정하였으며, 위치매개변수와 축척매개변수는 확률가중모멘트법을 사용하여 산정하였다. 산정된 연 최대 평균 누적 강수량과 연도와의 선형 회귀식을 산정하여 목표연도별(2040, 2070, 2100년) 평균 강수량을 산정하였고, 위치매개변수와 축척매개변수도 평균 누적 강수량과의 선형 회귀식을 산정함으로써, 목표연도에 해당하는 각 매개변수를 산정하였다. 또한 산정된 목표연도별 평균 강수량, 위치매개변수와 축척매개변수를 이용해 확률강수량을 산정하였다. 비정상성 빈도해석을 수행하여 산정된 55개 지점에 대한 목표연도별 확률강수량을 Inverse Distance Weighted(IDW) 보간법을 사용하여 전국의 확률강수량을 공간적으로 표현하였다. 전국단위의 비정상성 빈도해석을 실시한 결과, 전체적으로 각 목표연도별 확률강수량이 증가하는 것으로 나타났으나, 일부 감소하는 지역도 나타났다. 경기도와 강원도 등 중부지역에서 확률강수량의 증가가 큰 것으로 나타났으며, 특히 강원도(강릉, 인재 등) 지역에서 확률강수량의 증가폭이 가장 크게 나타났다. 또한 남해지역에서는 대부분 확률강수량이 감소하는 것으로 나타났고, 그중에서 전라남도 남해안 부근(장흥 등)에 확률강수량의 감소가 가장 크게 나타났으며, 경북지역과 전북지역 부근에서는 증가 또는 감소의 차이가 미비하게 나타났다. 하지만 목표연도 2070년과 2100년에 대하여 산정된 확률강수량으로부터 선형 회귀식을 통해 목표연도별 평균 강수량, 위치매개변수, 축척매개변수를 추정하여 확률강수량을 산정하는 것에 한계가 있음을 보여주었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5B호
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• pp.459-473
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• 2008

본 연구에서는 우리나라를 주기적으로 내습하여 많은 강수를 유발시키는 태풍의 특성에 대해 고찰하고, EST 기법에 적용하여 극한강수량을 산정하였다. 우리나라에 영향을 준 태풍은 연평균 3.18회 발생하고, 약 107시간 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, 태풍에 의해 발생하는 강수량은 관측 지점과 발생한 태풍별로 매우 상이한 강수량을 갖는 것으로 분석되었다. 태풍으로 인한 극한강수량의 특성 분석을 위해 지속시간 1시간과 24시간 연최대시간강수량 및 태풍에 의해 발생한 각 연강수량을 대상으로 변동성 및 경향성 분석을 수행하였다. 분석결과에서 전라도와 경상도 및 강원도 지역에서 극한강수량의 평균과 표준편차가 과거에 비해 증가한 것으로 나타났다. 또한, 우리나라에 영향을 준 것으로 나타난 143개 태풍에 대하여, 중심 위치 및 중심 기압 자료와 우리나라 강수관측소의 시간강수량 자료를 이용하여 EST 기법에 적용하였다. EST 기법을 적용하여 지속시간별 재현기간별 극한강수량을 산정한 결과, 전라도와 경상도 및 강원도 지역이 태풍에 의해 극한강수가 발생할 가능성이 큰 것으로 나타났다.