• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.10
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• pp.905-916
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• 2018

The purpose of this study is to evaluate the climate change impact on watershed hydrology and flow duration in Geum River basin ($9,645.5km^2$) especially by extreme scenarios. The rainfall related extreme index, STARDEX (STAtistical and Regional dynamical Downscaling of EXtremes) was adopted to select the future extreme scenario from the 10 GCMs with RCP 8.5 scenarios by four projection periods (Historical: 1975~2005, 2020s: 2011~2040, 2050s: 2041~2070, 2080s: 2071~2100). As a result, the 5 scenarios of wet (CESM1-BGC and HadGEM2-ES), normal (MPI-ESM-MR), and dry (INM-CM4 and FGOALS-s2) were selected and applied to SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hydrological model. The wet scenarios showed big differences comparing with the normal scenario in 2080s period. The 2080s evapotranspiration (ET) of wet scenarios varied from -3.2 to +3.1 mm, the 2080s total runoff (TR) varied from +5.5 to +128.4 mm. The dry scenarios showed big differences comparing with the normal scenario in 2020s period. The 2020s ET for dry scenarios varied from -16.8 to -13.3 mm and the TR varied from -264.0 to -132.3 mm respectively. For the flow duration change, the CFR (coefficient of flow regime, Q10/Q355) was altered from +4.2 to +10.5 for 2080s wet scenarios and from +1.7 to +2.6 for 2020s dry scenarios. As a result of the flow duration analysis according to the change of the hydrological factors of the Geum River basin applying the extreme climate change scenario, INM-CM4 showed suitable scenario to show extreme dry condition and FGOALS-s2 showed suitable scenario for the analysis of the drought condition with large flow duration variability. HadGEM2-ES was evaluated as a scenario that can be used for maximum flow analysis because the flow duration variability was small and CESM1-BGC was evaluated as a scenario that can be applied to the case of extreme flood analysis with large flow duration variability.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.367-367
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• 2020

최근 전세계적으로 기후변화로 인해 가뭄의 발생 가능성이 높아지고 있으며 그에 대한 인적피해와 경제적 손실로 인한 피해액은 증가하고 있다. 특히, 국내의 충남지역은 최근 강수량이 평년 대비 75% 수준으로 감소하고 있으며, 지속적인 가뭄이 발생하여 용수 확보에 어려움을 겪고 있다. 또한, 2015년에는 강수량 감소로 인해 보령댐을 상수원으로 사용하고 있는 충남 서북부지역 8개 시군의 용수공급에 큰 차질이 있었다. 지속적인 가뭄 상황이 반복되면서 기후변화의 영향에 따라 미래의 물공급량 변화 및 물부족에 대한 연구와 이를 분석하여 정확성을 높이는 물수지 분석모형이 지속적으로 개발되고 있다. 이에 본 연구에서는 가뭄이 발생한 충남지역을 대상으로 기후변화에 따른 미래 물부족 변화에 대한 경향성을 파악하고자 한다. 미래의 물부족 변화를 파악하기 위해 기상청 RCP 8.5 시나리오의 40년(2008~2047년) 중권역별 강수량과 잠재증발산량 일단위 자료를 수집하였다. 수집된 중권역별 기상자료를 하천유역별 일단위 기상자료를 활용하여 TANK 모델을 이용한 하천 일유출모의와 비유량법을 이용하여 저수지의 일유량을 산정하였다. 미래의 수혜면적변화와 생활/공업/농업 수요량 추정을 통해서 하천 및 저수지 물수지 분석을 진행하여 미래기간 30년에 대한 일단위 물수급을 산정하였다. 미래기간에 대한 분석은 기준기간 R0(2008~2017년) 대비, 미래기간 S1(2018~2027년), S2(2028~2037년), S3(2038~2047년)에 대한 연평균 물부족량과 경로별 경향성을 파악하였다. 대상지역의 물부족량에 대한 분석결과, 기준기간 대비 S1, S2, S3 기간에 각각 27.8%, 10.8%, 23.1% 감소하는 경향이 나타났다. 이는 미래의 강우량이 점차 증가하는 경향과 수혜면적 변화시 논과 밭 면적이 지속적인 감소로 인해 수요량에 영향을 받았을 것으로 판단된다. 본 연구 결과를 바탕으로 장래 하천유역의 가뭄에 대한 피해 예측 및 물수급 파악에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.12
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• pp.995-1006
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• 2016

According to 5th IPCC Climate Change Report, there is a very high likelihood that the frequency and intensity of extreme rainfall events will increase. In reality, flood damage has increased, and it is necessary to estimate the future probabilistic design rainfall amount that climate change is reflected. In this study, the future probabilistic design precipitation amount is estimated by analyzing trends of future annual maximum daily rainfall derived by RCP 8.5 scenarios and using the scale-invariance technique. In the first step, after reviewing the time-scale characteristics of annual maximum rainfall amounts for each duration observed from 60 sites operating in Korea Meterological Administration, the feasibility of the scale-invariance technique are examined using annual daily maximum rainfall time series simulated under the present climate condition. Then future probabilistic design rainfall amounts for several durations reflecting the effects of climate change are estimated by applying future annual maximum daily rainfall time series in the IDF curve equation derived by scale-invariance properties. It is shown that the increasing trend on the probabilistic design rainfall amount has resulted on most sites, but the decreasing trend in some regions has been projected.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.16-16
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• 2018

최근 국가시설물에서는 집중호우 등으로 인한 대상 부지 내의 홍수 발생 시 주요시설물에 기능 마비가 발생할 수 있고, 궁극적으로는 대규모 사고로 이어질 수 있기 때문에 외부침수에 대비할 수 있는 위험도 분석이 필요하다. 대상 부지에서의 외부침수의 원인으로서는 LIP(Local Intensive Precipitation)에 의한 홍수 발생조건, 인근에 댐, 제방 등이 위치한 경우 이들 시설물의 붕괴에 따른 홍수류의 원전 유입, 지진해일/폭풍해일에 의한 바다로부터의 홍수 유입 등이 대표적인 예이다. 따라서 대상 부지 및 그 SOC시설물의 안전도를 높은 수준에서 관리하기 위해서는 극한홍수가 유입될 때 침수심, 침수유속, 침수시간, 침수강도 등의 재해도를 분석하여야하고, 이들 SOC시설물의 취약도 평가를 실시하고 재해도와 취약도를 결합한 연계분석을 통하여 위험도를 재평가하여야 한다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오에 대해서 LIP(극한강우) 조건을 빈도별 분석하였고, 기후변화에 의한 가능최대강우량(PMP)의 재포락을 실시하고, 이를 확률강우조건과 비교 검토하였다. 대상부지에서의 RCP4.5와 RCP8.5 조건하에서 발생빈도-지속시간-극한강우량과의 상관도를 제시하였다. 지형분석의 고도화 및 수문분석을 통한 LIP를 이용한 극한 홍수량의 산정을 실시하였고, 수리분석에 의한 극한홍수조건의 침수해석을 실시하였다. 침수해석을 통한 수리변량(침수심, 침수강도, 침수지속시간 등)을 산정하였고, 침수해석결과에 주요지점별 발생빈도-지속시간-침수위의 관계를 재해도로 제시하였다. 본 연구 결과 집중호우 조건하에서 국가 주요시설물에서의 침수심, 침수강도 등에 대한 새로운 재해도 곡선을 산정함으로써 중요한 SOC시설물의 내수 설계, 홍수 방지기능 설계, 홍수 방지 대책 및 절차의 고도화 및 홍수 저감 기능 평가에 기준이 될 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.17 no.2
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• pp.108-125
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• 2015

The agro-climatic index is one of the ways to assess the climate resources of particular agricultural areas on the prospect of agricultural production; it can be a key indicator of agricultural productivity by providing the basic information required for the implementation of different and various farming techniques and practicalities to estimate the growth and yield of crops from the climate resources such as air temperature, solar radiation, and precipitation. However, the agro-climate index can always be changed since the index is not the absolute. Recently, many studies which consider uncertainty of future climate change have been actively conducted using multi-model ensemble (MME) approach by developing and improving dynamic and statistical downscaling of Global Climate Model (GCM) output. In this study, the agro-climatic index of Korean Peninsula, such as growing degree day based on $5^{\circ}C$, plant period based on $5^{\circ}C$, crop period based on $10^{\circ}C$, and frost free day were calculated for assessment of the spatio-temporal variations and uncertainties of the indices according to climate change; the downscaled historical (1976-2005) and near future (2011-2040) RCP climate sceneries of AR5 were applied to the calculation of the index. The result showed four agro-climatic indices calculated by nine individual GCMs as well as MME agreed with agro-climatic indices which were calculated by the observed data. It was confirmed that MME, as well as each individual GCM emulated well on past climate in the four major Rivers of South Korea (Han, Nakdong, Geum, and Seumjin and Yeoungsan). However, spatial downscaling still needs further improvement since the agro-climatic indices of some individual GCMs showed different variations with the observed indices at the change of spatial distribution of the four Rivers. The four agro-climatic indices of the Korean Peninsula were expected to increase in nine individual GCMs and MME in future climate scenarios. The differences and uncertainties of the agro-climatic indices have not been reduced on the unlimited coupling of multi-model ensembles. Further research is still required although the differences started to improve when combining of three or four individual GCMs in the study. The agro-climatic indices which were derived and evaluated in the study will be the baseline for the assessment of agro-climatic abnormal indices and agro-productivity indices of the next research work.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.3
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• pp.247-261
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• 2018

The purpose of this study is to evaluate the groundwater level behavior of Geum river basin ($9,645.5km^2$) under future climate change scenario projection periods (2020s: 2010~2039, 2050s: 2040~2069, 2080s: 2070~2099) using SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Before future evaluation, the SWAT was calibrated and validated using 11 years (2005~2015) daily multi-purpose dam inflow at 2 locations (DCD, YDD), ground water level data at 5 locations (JSJS, OCCS, BEMR, CASS, BYBY), and three years (2012~2015) daily multi-function weir inflow at 3 locations (SJW, GJW, BJW). For the two dam inflow and dam storage, the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) was 0.57~0.67 and 0.87~0.94, and the coefficient of determination ($R^2$) was 0.69~0.73 and 0.63~0.73 respectively. For the three weir inflow and storage, the NSE was 0.68~0.70 and 0.94~0.99, and the $R^2$ was 0.83~0.86 and 0.48~0.61 respectively. The average $R^2$ for groundwater level was from 0.53 to 0.61. Under the future temperature increase of $4.3^{\circ}C$ and precipitation increase of 6.9% in 2080s (2070~2099) based on the historical periods (1976~2005) from HadGEM3-RA RCP 8.5 scenario, the future groundwater level shows decrease of -13.0 cm, -5.0 cm, -9.0 cm at 3 upstream locations (JSJS, OCCS, BEMR) and increase of +3.0 cm, +1.0 cm at 2 downstream locations (CASS, BYBY) respectively. The future groundwater level was directly affected by the groundwater recharge by the future seasonal spatial variation of rainfall in the watershed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.84-84
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• 2017

IPCC 4차 보고서(2007)에 따르면, 미래 기후변화로 인한 가장 취약한 부분으로 강수패턴의 시 공간 변화로 인한 가용 수자원의 변화를 선정하였으며 IPCC 5차 보고서(2014)는 특히 아시아지역은 지역별 대처전략수립, 물 재활용 등 수자원 다양화, 통합형 수자원 관리를 권고하였다. 지하수의 변화와 같이 흐름속도가 느리고 지속적인 요소의 경우에는 지표 기후변화의 영향을 쉽게 인식할 수 없으나 지표변화에 따른 변동이 지하수 환경에서 관측되기 시작하면 그 영향은 지표보다 훨씬 장기적으로 나타남에 따라 미래 기후변화에 따른 수자원의 효율적 관리를 위해서 지하수 거동에 대한 분석이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 금강유역($9,865km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 기후변화에 따른 지하수 거동을 평가하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 금강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 다목적댐(대청댐, 용담댐)과 다기능보(공주보, 백제보, 세종보) 운영자료와, 국가지하수정보센터에서 관측 및 관리하고 있는 지하수위 관측 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 금강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 실측 지하수위, 토양수분 자료를 이용하여 모형의 보정(2005~2009)과 검증(2010~2015)을 실시하였다. 기후변화에 따른 지하수 거동 분석을 위해 기후변화 시나리오는 기상청의 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5 시나리오를 적용하였으며, 기준년(1975-2005)년에 대해 2020s(2010-2039), 2050s(2040-2069), 2080s(2070-2099)의 지하수위 거동을 분석하였다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.18 no.3
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• pp.109-119
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• 2016

This study was conducted to analyze the effect of yearly changes in growing degree days (GDD) on the potential distribution and growth of Quercus mongolica in Korea. Annual tree-ring growth data of Quercus mongolica collected by the $5^{th}$ National Forest Inventory were first organized to identify the range of current distribution for the species. Yearly GDD was calculated based on daily mean temperature data from 1951 to 2010 for counties with current distribution of Q. monglica. When tree-ring growth data were analyzed through cluster analysis based on similarity of climatic conditions, seven clusters were identified. Yearly GDD based on daily mean temperature data of each county were calculated for each of the cluster to predict the change of potential distribution. Temperature effect indices were estimated to predict the effect of GDD on the growth patterns. In addition, RCP 4.5 and RCP 8.5 of climate change scenarios were adopted to estimate yearly GDD and temperature effect indices from 2011 to 2100. The results indicate that the areas with low latitude and elevation exceed the upper threshold of GDD for the species due to the increase of mean temperature with climate change. It was also predicted that the steep increase of temperature will have negative influences on tree-ring growth, and will move the potential distribution of the species to areas with higher latitude or higher elevation, especially after the year of 2050. The results of this study are expected to provide valuable information necessary for estimating local growth characteristics and for predicting changes in the potential distribution of Q. mongolica caused by climate change.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.5
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• pp.113-122
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• 2015

This study aims to evaluate future stream flow by the operation of agricultural reservoir group at the upper stream of the Miho River. Four agricultural reservoirs with storage capacities greater than one million cubic meters within the watershed were selected, and the RCP 8.5 climate change scenario was applied to simulate reservoir water storage and stream flow assuming that there are no changes in greenhouse gas reduction. Reservoir operation scenarios were classified into four types depending on the supply of instream flow, and the water supply reliability of each reservoir in terms of water supply under different reservoir operation scenarios was analyzed. In addition, flow duration at the watershed outlet was evaluated. The results showed that the overall run-off ratio of the upper stream watershed of the Miho River will decrease in the future. The future water supply reliability of the reservoirs decreased even when they did not supply instream flow during their operation. It would also be difficult to supply instream flow during non-irrigation periods or throughout the year (January-December); however, operating the reservoir based on the operating rule curve should improve the water supply reliability. In particular, when instream flow was not supplied, high flow increased, and when it was supplied, abundant flow, ordinary flow, and low flow increased. Drought flow increased when instream flow was supplied throughout the year. Therefore, the operation of the agricultural reservoirs in accordance with the operating rule curve is expected to increase stream flow by controlling the water supply to cope with climate change.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.400-400
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• 2021

다양한 기후 연구에서는 지속적인 기후의 변화로 인한 기후 위기는 전지구적으로 아열대화와 사막화를 전망하고 있으며, 우리나라도 기후 변화로 인하여 담수 자원에 악영향을 미치고 있다. 대부분 가뭄은 기본적으로 강수량 부족에 의해 발생되며, 기상변수와 높은 상관관계를 나타내고 있다. 따라서 가뭄을 정량화하기 위한 연구들이 빈번하게 수행되며 다양한 가뭄지수들이 개발되고 있다. 기상학적 가뭄지수인 SPI(Standardized Precipitation Index)와 SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)는 가뭄 연구에 대표적으로 사용되는 지표이며 특히, SPEI는 강수와 증발산 사이의 물수지에 대한 평균 조건을 고려할 수 있는 것이 장점이다. 미래 가뭄 연구는 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project)의 미래 시나리오를 이용하여 연구가 수행되고 있는데 새롭게 개발된 SSP(Shared Socioeconomic Pathways) 시나리오는 미래의 완화와 적응을 기반으로 5개의 시나리오로 구분되며, 사회 및 경제적 요소를 함께 내포하고 있어 현실적인 미래 기후를 예측할 수 있다. 과거 미래 가뭄 연구는 CMIP5의 미래 시나리오인 RCP (Representative Concentration Pathways) 시나리오를 사용한 연구가 대부분이다. 따라서 새롭게 개발된 SSP 시나리오를 이용하여 미래 가뭄 예측 연구가 필요하다. 본 연구는 SSP 시나리오의 중간 단계인 SSP2-4.5와 가장 높은 단계인 SSP5-8.5의 기후 요소를 토대로 사용하여 우리나라 미래 기간의 SPI와 SPEI를 4개(3-, 6-, 9-, 12-month)의 기간으로 구분하여 산정하였다. 시·공간적 분석을 하기 위해 가까운 미래(2025-2060)와 먼 미래(2065-2100)로 구분하였으며, 격자별로 가뭄의 심도와 발생 면적을 분석하였다. 연구 결과로 SPI의 근 미래 극한 가뭄(<-2.0)은 높았으나, 먼 미래는 오히려 전국적으로 가뭄이 줄어들었다. SPEI는 일부 지역에서 적당한 건조상태(-1.5 ~ -1.0)가 산정되었으나, 대부분 극한 가뭄이 발생하였다.