• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.40 no.2
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• pp.209-215
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• 2020

In order to understand the characteristics of natural droughts, it is very important to interpret the spatio-temporal relationship between different types of droughts. In this study, meteorological and hydrological drought events were defined to account for the overlap between drought duration and spatial extent in three dimensions (i.e., latitude, longitude, and timing). In other words, the spatio-temporal drought propagation characteristics were analyzed based on the drought characteristic factors (duration, area, depth, center). The drought map considering the characteristics of spatio-temporal drought propagation can be used to find the fundamental cause of the hydrological drought which is expected to frequently occur in the future. In addition, the drought map is expected to be useful in preparing an effective drought response plan.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.205-205
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• 2011

본 연구에서는 한반도의 유역별 대표 기상관측 지점을 선정하여 기후변화로 인하여 미래에 나타날 수 있는 가뭄의 경향성을 분석하였다. 분석을 위한 자료는 실제 강수량 자료(1974~1999년)와 A2시나리오를 따르는 5개의 GCMs(General Circulation Model) 자료를 통계적 상세화한 강수량 자료(1974~2099년)를 이용하여 산정한 지속기간 6개월의 SPI(Standardized Precipitation Index)를 사용하였다. 분석을 위한 대표 기상관측 지점으로는 춘천, 서울, 대전, 대구, 전주, 광주, 부산 지점을 선정하였으며 GCM으로는 호주(CSIRO : MK3), 미국(GFDL : CM2_1), 독일/한국(CONS : ECHO-G), 일본(MRI : CGCM2_3_2), 영국(UKMO : HADGEM1)의 GCM을 선정하였다. 가뭄의 통계적 특성을 분석하기 위하여 Mann-Kendall 검정을 통한 경향성 분석과 Wavelet Transform 분석을 통한 주기성 분석을 하였으며 Drought Spell을 이용하여 가뭄심도별 발생빈도를 보았다. 그 결과, 경향성 분석에서는 각 GCMs의 차이를 볼 수 있었으며 CSIRO : MK3.0, GFDL : CM2_1, MIUB : ECHO-G 모델에서는 전체적으로 가뭄이 완화되고 MRI : CGCM2_3_2, UKMO : HADGEM1 모델에서는 가뭄이 심화되는 것으로 나타났다. 주기성 분석에서는 춘천, 서울에서는 낮은 주기를 대전, 대구, 전주, 광주, 부산지점에서는 다소 긴 주기를 보여주었다. Drought-spell에 의한 분석에서는 전 관측지점에서 SPI의 이론적인 확률밀도 함수값과 유사하게 나타나고 있었으며 이를 통해, 미래에는 극심한 가뭄의 빈도가 증가하고 있는 것을 예측할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.31-31
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• 2019

잎의 생태 계절학적 변화는 지상의 탄소/질소 순환에 큰 영향을 미칠 뿐 아니라 토양 수분, 증발산과 같은 물 순환에 중요한 인자로 작용한다. 이를 모의하기 위하여 많은 지면-생태 생태모형들이 개발되어져 왔지만, 자연현상을 충분히 이해하지 못함으로 인하여 모델 결과값과 실제 관측 값에 차이가 발생된다. 이러한 한계점을 해결하기 위하여 실제 모형과 관측되어진 자료를 실시간으로 융합하는 자료동화 기법이 개발되어져 모델들의 오차를 줄여주거나, 실제 모델의 파라미터들을 보정하는데 사용되어지고 있다. 본 연구에서는 지상기후모형인 Community Land Model(CLM)을 기반으로 하여 2003년부터 2010년까지 동아시아지역을 대상으로 연구를 진행하였다. 지면-대기-해양 모델로부터 발생되어진 40개의 앙상블 기상자료를 이용하여 도출된 잎면적 지수와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 잎면적 지수를 실시간으로 융합하는 앙상블 칼만 필터기법을 이용하여 잎면적지수 자료동화가 생태 생태 수문에 미치는 영향을 알아보았다. 특히 잎면적 지수 자료동화가 동아시아 지역의 가뭄에 미치는 영향을 평가하기 위하여 1~3 m 의 토양수분의 변화를 이용하여 가뭄을 정의하였다. 이러한 토양수분 가뭄을 시 공간적으로 나타내어 동아시아지역의 가뭄의 기간, 심도 와 같은 가뭄을 특성을 이해하여 보고자 하였으며, 잎면적 지수 자료동화가 가뭄에 미치는 영향을 알아보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.227-227
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• 2016

일반적으로 가뭄은 신뢰성 높고 활용이 쉬운 강수량 자료를 활용하여 판단되고 있으나, 복합적인 대응을 하기 위해서는 증발산량, 토양수분 등 다양한 변수를 고려해야 한다. 이러한 수문기상정보들은 관측자료의 자료 확보기간이 통계 분석을 하기에 짧거나, 시공간적 대표성 부족 등의 단점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 지면모델이 대안으로 널리 활용중이나, 이를 실제로 가뭄에 활용한 응용연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 미국 NASA의 전지구지표자료동화체계 GLDAS (Global Land Data Assimilation System) 산출물을 활용하여 지면모델 기반의 수문기상정보를 국내 가뭄감시 연구에 적용하고자 하였다. 이를 위해, GLDAS 프로젝트를 통해 제공되는 다중모델 기반의 증발산량, 토양수분 결과를 비교 분석하고 이를 직접 활용할 수 있는 가뭄판단 지수에 적용하여 성능을 검토하였다. 이를 통해 GLDAS 산출 정보가 가뭄판단에 있어 발휘하는 성능을 평가함으로써, 향후 본원에서 구축할 지면 모델 앙상블 시스템의 가뭄감시정보 산출의 효과를 간접적으로 검토하고자 한다.

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

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.1
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• pp.65-73
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• 2017

This study analyzed the peak drought severity and drought duration of the Cheongmicheon watershed from 1985 to 2015 to assess the lag time of peak drought severity between several drought indices. Standardized Precipitation Index (SPI) based on precipitation and Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) based on precipitation and evapotranspiration were applied as meteorological drought indices. Streamflow Drought Index (SDI) based on runoff data was applied as hydrological drought index. In case of SDI, we used Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model for simulation of daily runoff data. As a result, the time of peak drought severity of SDI occurred after the occurrence of SPI and SPEI. The lag time for the peak drought severity, on average, between SDI and SPI was 0.59 months while SDI and SPEI was 0.79 months. As compared with SDI, the maximum delay was 2 months for both SPI and SPEI. This study results also shows that even though the rainfall events were able to cope with meteorological droughts, they were not always available to solve the hydrological droughts in the same time.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.12
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• pp.1025-1031
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• 2019

There are various research works on the spatio-temporal drought analysis because spatio-temporal behaviors of drought are essential for understanding the development and migration patterns of drought events. This study quantified three-dimensional drought events using the 6-month Standard Precipitation Index (SPI6). A total of 45 drought events were found during the analysis period, and the migration patterns of drought event in South Korea were analyzed using the centers of drought events. In South Korea, more droughts were migrated frequently in the north/south direction than in the east/west direction. In addition, droughts moving eastward have decreased since 2000, while droughts moving northward have been found to be longer. The results of spatio-temporal drought analysis may be highly utilized for understanding drought development and migration patterns.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.405-409
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• 2018

최근 기후변화로 인해 기온, 강수량 등 농업에 직접적인 영향을 주는 환경요인의 변화가 급격하게 진행되고 있으며, 식량농업기구 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)는 기후변화로 인해 전 세계적인 식량위기가 발생할 가능성이 크다고 경고하고 있다. 농업 시스템의 생산 능력을 확보하기 위해 수자원의 효율적인 공급 및 분배, 수확량 예측, 토지 특성 파악 등 농업 생산 제한요소에 대한 빠른 정보수집이 요구되고 있다. 재해관리 분야에서 원격탐사 기술은 재해 발생을 인지하고 발생지역의 재해 진행과 피해 정도를 신속하게 제공할 수 있다는 점에서 효용성이 높다. 또한 위성 영상을 이용할 경우 접근이 용이하지 못한 지역의 조사가 수월하며, 장기적인 변화관측이나 환경감시 등 광역적 접근이 가능하다. 최근 위성영상을 통한 다양한 신호의 데이터 취득 및 가공이 가능하게 됨에 따라 주기적이고 동일한 정확도로 지상자료의 획득이 가능하다는 측면에서 인공위성을 활용한 농업 분야에서의 가뭄 분석 연구의 필요성이 대두되었다. 위성영상 신호를 통해 농업 가뭄에 활용되고 있는 지표로는 정규식생지수 (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) 및 식생상태지수 (Vegetation Condition Index, VCI), 식생가뭄반응지수(Vegetation Drought Response Index, VegDRI) 등이 있다. 잠재 증발산과 실제 증발산의 비를 이용한 위성영상기반의 가뭄지수인 Evaporative Stress Index (ESI)는 일반적으로 사용되는 가뭄지수인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI), 파머가뭄심도지수 (Palmer Drought Severity Index, PDSI) 등과 비교하였을 때, 가뭄에 더 민감하고 빠른 반응을 보인다는 연구 결과로부터 짧은 기간의 급속하게 발생하는(rapid-onset) Flash drought의 가뭄판단지표로 활용되고 있다. 본 연구에서는 과거 우리나라에 발생했던 극심한 가뭄 사상을 대상으로 ESI의 가뭄분석을 통해 타 지표와의 차별성을 확인하고 농업 가뭄 모니터링의 새로운 지표로써 적용성을 검토하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.222-222
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• 2022

최근 기후변화로 인해 지역 및 시기별로 강수량이 편중되면서 가뭄(0.72회/년) 등 물 관련 재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 가뭄의 강도 또한 심화되는 추세이다. 본 연구대상 지역인 태안군과 괴산군의 경우 기후변화 시나리오(RCP 4.5)를 적용, 미래(~2100년) 기상조건에 대하여 기존 농업용 저수지의 용수공급능력을 평가한 결과, 가뭄대응(내한) 능력이 감소하는 것으로 분석되었다. 한편, 농업가뭄의 경우 주로 영농기에 발생하여 장마가 시작되면서 해소되었으나, 최근 기후변화로 인해 지속기간이 점차 증가하여 가뭄피해가 매년 반복되고 있다. 그러나, 현재까지 추진된 가뭄대책의 경우 관정개발, 저수지 준설 등 단기·사후처방 중심의 대책이 마련되어 지속적인 재해관리와 예방에 많은 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 지역 맞춤형 가뭄대응 종합대책을 마련하여 기후 변화대비 안정적인 영농기반을 구축하고자 하였다. 기존시설 개선, 수요관리 등 최근 정부정책 방향과 재원조달 방안을 고려, 법적근거(농어촌정비법 등)에 의한 실현 가능한 사업계획을 수립하는 한편, 다목적 농촌용수 개발, 용수이용체계 재편 등 사업유형을 구분한 후 단계별(장·단기) 가뭄대책을 마련하였다. 가뭄대책 수립 시 한국농어촌공사에서 개발한 '수리수문 설계 시스템(K-HAS)'을 이용하여 용수 수요량을 산정하였고, 기존 수리시설물별 물 수지 분석을 통해 여유수량이 확보된 수원을 최대한 활용코자 하였다. 저수지 개발 등 신규 수자원 확보가 용이한 내륙·산간지역의 경우 중·대규모 저수지(유효저수량 1백만m³, 유역면적 200ha이상) 개발계획을 수립하는 한편 지역특성(형상, 표고차 등), 개발여건 및 경제성 등을 고려하여, 적정 개발범위(수혜면적 20ha이상)을 설정하였다. 한편, 신규 수자원개발이 어려운 도서·해안지역의 경우 용수 재이용(회귀수 활용) 및 담수호 내 염해방지시설을 도입하는 등 지역 맞춤형 가뭄대책을 수립하였다. 본 연구에서 제시한 단계별(장·단기) 가뭄대책이 차질없이 시행될 경우 기후변화 대비 안정적인 농업용수공급이 가능하고, 상습가뭄 발생(물 부족) 지역에 대하여 효율적이고 합리적인 물(수요·공급)관리가 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.12
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• pp.985-999
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• 2019

Over the last decade, droughts have become more severe and frequent in many regions, and several studies have been conducted to explore the recent drought. Copula-based bivariate drought frequency analysis has been widely used to evaluate drought risk in the context of point frequency analysis. However, the relatively significant uncertainties in the parameters are problematic when available data are limited. For this reason, the primary purpose of this study is to develop a regional drought frequency model based on the Copula function. All parameters, including marginal and copula functions in the regional frequency model, were estimated simultaneously. Here, we present a case study of recent drought 2013-2015 over the Han-River watershed where severe drought risk is consistently found to increase. The proposed model provided a reliable way to significantly reduce the uncertainty of parameters with a Bayesian modeling framework. The uncertainty of the joint return period in the regional frequency analysis is nearly three times lower than that of the point frequency analysis. Accordingly, DIC values in the regional frequency analysis model are significantly decreased by 15. The results confirm that the proposed model is not only reliably representing characteristics of historical droughts and dependencies between drought variables, but also providing the efficacy of understanding regional drought characteristics.