• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.355-355
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• 2023

댐 운영은 크게 홍수기에 치수에 대비하며 갈수기에 효율적인 이수를 목표로 한다. 최근 기후변화와 함께 강수량이 지역별로 편중되며 국지적 가뭄과 편향적인 장기가뭄의 발생 빈도가 증가하고 있는 추세이다. 이상 가뭄이나 홍수에 대비하기 위해서는 정형화된 수자원 관리보다 물 공급의 안정성 확보 및 수재해 방지 등을 목적으로 다양한 정책을 활용한 통합적 수자원 관리 시스템이 요구되고 있다. 일반적으로 가뭄 시 댐의 운영은 가뭄 대응단계별 용수공급조정기준에 따라 생공용수 여유량, 하천유지용수, 농업용수, 생공용수 순으로 감량하게 된다. 또한, 다양한 가뭄대책을 종합적으로 시행함으로써 가뭄에 대응하고 있지만, 해당 대책 간 우선 순위 혹은 가뭄정도에 따른 효율적인 대책 선정을 위한 대책별 편익 및 기여도에 대한 연구 사례는 제한적이다. 본 연구에서는 국내 댐의 용수별 경제적 편익을 고려한 가뭄 대책의 기여도를 산정하는 방법론을 제시하고자 한다. 이를 위해 문헌조사를 통해 수집된 용수별 추정사용량을 계산하여 경제적 편익을 확보하였으며, 유역별 댐의 용수별 편익을 생공용수, 농업용수, 하천유지용수를 2023년 물가 기준으로 산정하였다. 또한 17개 국내 다목적댐의 댐별 시행 중인 가뭄 대책별 운영 상황을 모의하여 각 가뭄대책의 경제적 편익을 산정하였다. 마지막으로 기여도 산정은 동일 댐에서 가뭄 대책의 경제적 편익에 따른 가중치를 부여하여 댐별로 산정하였다. 본 연구에서 제시하는 방법론은 각 이해당사자의향후 가뭄대책의 우선도를 고려한 체계적인 댐운영 의사결정을 위해 근거를 제공할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2011

팔머가뭄지수(Palmer Drought Severity Index, PDSI)는 미국의 서부 캔자스와 아이오와 지역을 기반으로 Palmer(1965)에 의해 개발된 가뭄지수이다. PDSI는 가뭄을 정량적으로 표현하기 위해 제안된 최초의 포괄적인 가뭄지수라 할 수 있으며, 하나의 기상인자가 아닌 수문순환을 구성하는 여러 가지 인자들의 복합적인 작용에 의해 가뭄이 나타난다는 점에 착안하고 있다. Palmer(1965)는 캔자스와 아이오와 지역의 자료를 이용하여 산정된 수분 편차지수를 이용하여 가뭄지속기간에 대한 합을 산정하고 각각의 지속기간별로 가장 작은 값의 분포를 검토한 후 이를 기반으로 가뭄심도 분류를 위한 가뭄단계를 제시하였으며, 수분편차지수와 이전 월의 PDSI를 이용하여 분석 대상 월의 PDSI 산정을 위한 관계식을 유도하여 제시하였다. Palmer(1965)는 최대 가뭄지속기간에 대한 검토를 통해 유도된 가뭄지수 산정공식을 가뭄기 및 습윤기에 관계없이 동일하게 적용하였다. 그러나 습윤기의 경우 가뭄기간에 대해 분석된 직선과는 다른 패턴을 보일 수 있으며, 이로 인해 습윤 상태에 대해 산정된 지수는 실제 상황과 다른 결과를 나타낼 가능성이 있다. Wells 등(2004)은 이러한 점을 고려하여 가뭄기와 습윤기에 대한 지속기간별 최대 수분편차지수의 합을 도시한 결과를 나타낸 후 가뭄기와 습윤기의 특성이 다르게 나타남을 제시하였으며, 최종적으로 가뭄기와 습윤기에 대해 PDSI 산정공식의 지속기간 인자(duration factor)를 분리하여 산정할 수 있는 방법론을 제시하였다. 본 연구에서는 Wells 등(2004)에 의해 제시된 PDSI 산정공식 유도방법을 우리나라의 관측자료에 적용한 후 그 결과를 검토하였다. 그 결과 가뭄기의 경우 기존 Palmer(1965)의 결과와 매우 유사한 가뭄지수 산정 결과를 얻을 수 있었으나 습윤기에 대해 산정된 결과는 매우 다른 특성을 나타내고 있음을 확인하였다. PDSI는 가뭄 모니터링 및 관리를 위한 지표로 널리 이용되고 있으므로 적절치 못한 지수 값이 제시될 경우 효율적인 가뭄 대책 수립을 어렵게 하는 요소로 작용할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제시된 결과는 가뭄관리 및 모니터링을 위해 PDSI를 이용함에 있어 보다 정확한 지표를 제공하기 위해 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.193-193
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• 2023

여러 기후변화 시나리오에 의하면 기상재해의 발생빈도 및 강도가 증가할 것으로 예상된다. 그중 가뭄은 강수량 부족, 하천유량 감소, 토양 함수량 감소, 용수 수요량 증가 등의 다양한 요인으로 인해 발생하며, 한 가지 형태뿐만 아니라 복합적인 형태로 발생할 수 있다. 또한, 우리나라는 지역마다 기후 특성의 편차가 있어 기후변화에 따른 가뭄 취약성과 대응 능력이 지역마다 다르게 나타난다. 따라서 가뭄에 대응하기 위해서는 다양한 요인을 고려한 통합가뭄지수를 활용해야 하며, 미래의 기후변화를 고려하여 종합적으로 가뭄을 평가해야 한다. 본 연구에서는 동적 베이지안 분류기(DNBC) 기반의 통합가뭄지수를 활용하여 우리나라 전국에 대해 수문학적 위험도를 분석하고 미래 가뭄을 전망하였다. 기상학적, 수문학적, 농업적 및 사회경제적 요인을 고려한 통합가뭄지수를 산정하기 위하여 DNBC 분류기의 인자로 기후변화 시나리오 기반의 기상학적 가뭄지수 SPI, 수문학적 가뭄지수 SDI, 농업적 가뭄지수 ESI와 사회경제적 가뭄지수 WSCI를 활용하였다. 산정된 통합가뭄지수의 시계열을 기반으로 심도와 지속기간을 추출하고, 코플라 함수를 활용한 이변량 가뭄빈도분석을 수행하였다. 이후, 이변량 가뭄빈도분석에 의해 산정된 재현기간을 활용하여 수문학적 위험도를 산정하였다. 그 결과, P1(2021~2040) 기간이 수문학적 위험도 R=0.588로 가장 높은 위험도를 나타냈으며, 이후 P2(2041~2070) 기간까지 감소하였다가 P3(2071~2099) 기간에 다시 증가하는 추세를 보였다. P1(2021~2040) 기간과 P3(2071~2099) 기간은 영산강 유역이 각각 R=0.625(P1), R=0.550(P3)으로 가장 높은 위험도를 나타냈으나, P2(2041~2070) 기간은 금강 유역이 수문학적 위험도 R=0.482로 가장 높게 나타났다. 본 연구결과를 통해 향후 미래 가뭄에 대한 가뭄계획 수립 시에 기초자료로서 활용성이 높을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.353-353
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• 2021

메가가뭄으로 인한 적응전략 수립은 국민의 물 안보 및 수자원 재해에 대한 안전 증대에 매우 중요한 핵심기술임에도 불구하고 메가가뭄의 정량적인 평가지표는 개발 중인 상황이다. 본 연구에서는 국내/외 메가가뭄 분석 및 영향평가 관련 선행연구사례를 분석하여 메가가뭄 확산 단계별 평가지표를 도출하고자 하였다. 메가가뭄을 평가하기 위해 선행연구에서는 이상 강수량과 이상기온을 함께 고려하는 방법을 지속적으로 제안해 왔다. 이상 강수량은 기상학적 가뭄과 토양수분의 저하, 수문학적 가뭄, 사회경제적 영향에 이르기까지 가뭄을 평가할 수 있는 지표로써 활용할 수 있으며, 이상 기온은 폭염 등 기온 상승으로 인한 증발산량의 증가로 토양수분 저하와 저수량 감소 등의 영향을 평가할 수 있는 지표이다. 본 연구에서는 메가가뭄의 확산을 4단계로 구분하고 확산단계별 평가지표를 개발하였다. 또한 가뭄유형을 기상, 농업, 수문, 사회경제적 가뭄으로 구분하여 메가가뭄의 발생 단계와 그에 따른 가뭄의 확산 분야별 영향 분석을 수행하도록 제시하였다. 가뭄단계는 메가가뭄의 징후기, 진입기, 확산기, 지속적인 메가가뭄으로 인한 국가적 위기 4단계로 구분하였다. 메가가뭄은 1년 주기의 분석이 아닌 Carry over되는 연속적인 사상임에 따라 본 연구에서는 메가가뭄의 단계를 각각 2년, 3년, 4년 연속적으로 지속하였을 때로 구분하였으며, 이에 따른 기상, 농업, 수문, 사회경제적 평가지표를 제시하였다. 기상학적 메가가뭄 평가지표는 누적강수량을 이용한 강수량 부족으로 인한 가뭄, 이상기온(폭염)으로 인한 폭염으로 구분하였다. 농업적 메가가뭄 평가지표는 농업용수를 공급하는 농업용 저수지와 밭작물 생육에 영향을 미치는 토양수분에 관련한 평가항목을 이용하였으며, 수문학적 메가가뭄 평가지표는 다목적댐의 저수율과 하천 갈수량을 이용한 하천건천화 지수를 이용한 평가지표를 제시하였다. 사회경제적 메가가뭄 평가지표는 국민이 실제로 체감할 수 있는 지표로써 농작물 가격과 생·공용수의 제한급수 발생 현황을 이용한 평가가 가능하도록 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.89-89
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• 2016

전 세계적으로 발생하는 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도가 높아지고 있다. 이러한 자연재해는 사회 경제적으로도 많은 피해를 유발하고 있으며, 특히 물과 관련한 자연재해는 인류의 생존과 직결되는 문제가 된다. 이중에서도 가뭄과 관련한 연구는 진행 속도가 느리고, 가뭄의 진원지나 그 경로를 파악하기 어려운 문제로 인하여 다른 연구와 비교하였을 때 상대적으로 미흡하게 진행되어 왔다. 이러한 문제점 때문에 여타의 다른 자연재해에 비해 가뭄에 대한 예측 및 대책 마련 또한 쉽지 않은 실정이다. 이에 몬테카를로 모의를 통해 미래에 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 도출하는 확률론적 접근을 통해 좀 더 효율적이고 현실적인 대책 안을 마련할 수 있다. 본 연구의 목표는 기존 강우생성기와 증발산생성기를 결합한 일기생성기를 개발하고 이를 기후변화 시나리오에 적용하여 미래의 가뭄위험지수를 산출하는 것이다. 산출된 결과를 토대로 우리나라 전역에 대하여 준 실시간으로 갱신되는 미래가뭄위험도의 지도를 제작할 수 있다. 본 연구의 차별성은 첫 번째로 추계론적 접근을 통해 현재의 가뭄상태에 근거한 미래 가뭄에 대한 위험도를 예측할 수 있음을 들 수 있으며, 두 번째로는 지표해석모형을 활용하여 가뭄을 해석하기 때문에 유역 전반에 걸친 토양수분 뿐 만 아니라 국내 주요 댐 상류의 저수지 유입량의 불확실성을 정량화 할 수 있으며, 이는 기후변화에 따른 수자원 장기계획의 수립 및 의사결정에 있어 실용적인 정보를 제공할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1570-1574
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• 2009

2008년 여름 우리나라는 예년과 달리 홍수기에 북상하는 태풍이나 8월말에서 9월초까지 발생하던 장마전선의 영향을 받지 못했을 뿐만 아니라 홍수기 이후에도 중국에서 다가오는 동서고압대의 지속적인 영향으로 9월 중순 최고기온을 경신하면서, 강수가 없는 건조한 날씨가 계속되었다. 남부지방을 중심으로 8월말 이후 심화된 가뭄은 9월 중순에는 전국적으로 확산되었으며 도서지역의 부분적인 제한급수가 실시되거나 밭 작물 재배에 피해를 초래하기도 하였다. 본 연구에서는 위성영상 기반의 식생지수를 이용하여 2008년 가을가뭄의 시공간적 변화와 행정구역별, 권역별 가뭄 우심지역을 판별하였다. 또한, 가뭄정보를 제공하는 가뭄모니터링 시스템의 가뭄지수와 가뭄의 변화와 심도 등을 비교하였다. 위성영상자료는 MODIS NDVI를 이용하여 제작한 VCI와 SVI를 이용하였으며, 수자원공사의 '가뭄정보시스템'에서 제공하는 주 단위의 가뭄지수와 한국건설기술연구원 '통합수자원평가계획 시스템개발'에서 제공하는 월 단위의 가뭄지수를 활용하였다. 연구결과 행정구역상으로는 전라남 북도와 경상남도 지역이, 권역별로는 섬진 영산강 권역에서 극심한 가뭄이 발생한 것으로 판명되었으며 식생지수 기반의 가뭄발생지역 판별 결과와 기상학적 가뭄지수인 SPI와 PDSI의 가뭄분포가 유사하게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.315-315
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• 2022

댐 및 보, 농업용저수지 등은 저류공간을 활용하여 홍수기 유량을 조절하거나, 가뭄시 용수를 공급하는 등 지표수를 탄력적으로 조절하기 위한 대표적인 저수지 시설이다. 가뭄은 그 원인 및 영향 등에 따라 기상학적, 수문학적 가뭄 및 농업 가뭄 등으로 구분할 수 있으며, 강수 등 기상학적 영향을 가장 먼저 고려할 수 있다. 반면, 기상학적 가뭄이 예상되어도 저수지 시설을 통해 충분한 용수가 확보된 경우 실질적인 물부족은 발생하지 않으며, 따라서 국내에서는 용수 확보 상태를 바탕으로 가뭄을 판단하기 위해 댐 등 저수지 시설의 특성을 고려한 가뭄단계 판단기준을 마련하여 적용하고 있다. 저수지 시설의 가뭄은 기본적으로 과거 기후조건 및 용수 사용량을 반영한 통계적 접근으로 판단할 수 있으나, 유형별 용수이용목적 및 운영기준 등이 상이하여 상세한 가뭄단계 판단기준은 각 저수지 시설의 관리 방안을 반영한 방법론을 통해 수립되고 있다. 본 연구에서는 다목적댐 및 농업용저수지 등 국내 저수지 시설별 가뭄단계 판단기준 적용성을 비교 분석하였으며, 특히 과거 가뭄피해 발생 사례를 바탕으로 각 시설의 가뭄판단 정확도를 평가하였다. 본 연구 결과는 향후 댐 및 저수지 시설을 활용한 효과적인 가뭄대응방안 마련에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.352-352
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• 2021

가뭄은 강수량의 부족으로 인한 기상학적 가뭄과 지표수 및 지하수의 부족으로 인한 수문학적 가뭄, 토양의 건조 상태로 인한 농업적 가뭄, 용수 및 전력공급의 제한으로 인한 사회·경제적 가뭄으로 분류될 수 있으며, 일반적으로는 어느 지역의 인간생활 및 사회 경제 활동이나 동식물 생육에 피해를 가져올 정도로 강수량 부족이 장기화되는 비정상적인 현상으로 정의할 수 있다. 메가가뭄의 선제적인 대비를 위한 메가가뭄의 사전감지를 위해 본 연구에서는 매년 가뭄 발생 및 확산 여부 판단을 통해 메가가뭄 예방/대비 목적의 년 단위 가뭄 전주기 분석을 위한 메가가뭄상태 판단 절차 방법론을 제시하였다. 메가가뭄 상태 판단 절차 방법론은 메가가뭄 확산 유무에 따라 6단계의 절차로 진행된다. 1단계로 전년도의 가뭄상태(Carry over의 유무)와 가뭄피해 실적자료(통합가뭄위험도 활용 )를 분석하여 확산여부를 판단하며, 2단계로 당해연도에 가뭄이 발생할 것인지를 장기예보와 더불어 MODIS 위성자료를 이용한 평년대비 토양건조상태로 감지한다. 3단계로 1개월 및 10일 예보자료를 이용해 기상학적 가뭄의 발생 여부를 가뭄지수로 판단하고, 4단계로 기상학적 가뭄 하에서 농업 및 수문학적 가뭄의 진행여부를 저수율, 지하수위, 현장대응 정보의 신속한 수집을 통해 확산여부를 판단한다. 5단계는 가뭄 관련 인터넷 뉴스데이터기반의 농작물 피해, 식수제한, 녹조발생 등의 피해상황을 통해 가뭄 피해발생지역을 도출하여 확산여부를 판단하며, 6단계는 기상, 농업, 수문, 사회 경제적 가뭄을 평가함과 더불어 다음년도 가뭄확산에 대비하는 순으로 메가가뭄 상태 판단 절차 방법론이 진행된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.331-331
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• 2021

수문학적 가뭄의 판단은 유출량과 저수지 수위 등을 비롯한 다양한 수문자료를 활용하여 가능하다. 가뭄판단을 위한 유량 자료로는 수위관측소 관측 유량, 유출모형을 통한 모의 유량 자료가 주로 활용된다. 최근에는 관측 유량 기반의 수문학적 가뭄 판단은 인위적인 용수 배분이 고려된 것이기 때문에 인간이 만든 수문학적 가뭄(Human-modified hydrological drought, 인위적 수문학적 가뭄)으로, 모의 유량 기반의 수문학적 가뭄 판단은 자연적인 수문과정이 반영된 자연유량을 활용한 것이기 때문에 기후영향 수문학적 가뭄(Climate-induced hydrological drought)이란 정의된다. 우리나라의 경우, 홍수기에 저류된 저수량을 비홍수기 동안, 특히 용수사용량이 많은 봄철 농번기에 활용하는 것이 수자원 관리의 기본방향이다. 따라서 우리가 직면하는 수문학적 가뭄은 대부분 댐 및 저류지에서의 용수 사용량 조절에 따라 영향을 받기 때문에, 기상인자가 직접적인 원인으로 작용되는 가뭄과는 다르다. 본 연구에서는 관측 유량과 자연유량 자료를 활용하여 위에서 정의된 두 종류의 수문학적 가뭄에 대하여 비교하고, 실제 발생되었던 가뭄 피해 정보와의 일치정도를 검토하였다. 가뭄의 판단은 각각의 가뭄지수를 표준유출량지수(Standardized Runoff Index, SRI)에 적용하며, 수정 Mann-Kendall 검증으로 두 지수들의 경향성을 비교하였다. 장기간의 관측 자료를 보유하고 있는 한강유역 일부지역에 적용한 결과 두 종류의 가뭄지수 모두 뚜렷한 경향성은 없으며, 댐 상류지역에서의 두 종류의 가뭄특성은 유사하게 나왔다. 하지만, 댐 하류지역에서는 인위적 수문학적 가뭄이 기후영향 수문학적 가뭄보다 발생빈도는 적으나, 지속기간은 약 한달 정도 짧고, 가뭄심도는 약 5~20 % 정도 증가하는 강도가 센가뭄이 발생되는 경향이 있음이 확인되었다. 이는 인위적인 용수 관리로, 약한 규모의 가뭄은 감소되고 있으나 큰 규모의 가뭄은 그 영향이 더 큰 것으로 예상할 수 있다. 해당 결과를 바탕으로 효율적인 용수 관리에 통하여 약한 가뭄 뿐만 아니라 대형 가뭄을 대비하기 위한 지속적인 노력이 필요함을 확인 할 수 있었다. 장기간의 관측 유량의 자료의 한계로 많은 지역에는 적용이 어려우나 해당 연구를 통하여 국내에서도 수문학적 가뭄의 개념을 재정립하고, 용수 공급 개념을 기반으로 하는 수문학적 가뭄 지수의 개발에 활용 가능할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.311-311
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• 2022

전 세계적으로 기후변화 및 산업화로 인해 대규모 홍수, 가뭄, 폭염, 산불 등의 재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 재해 및 재난을 조기에 발견하고 최소화를 위한 대응 체계 및 관리방안의 필요성이 증대되고 있다. 이러한 자연재해들의 특징은 추가 재해를 유발할 수 있다는 것으로 재해의 강도가 증가할 뿐만 아니라 여러 가지 재난 및 재해를 동시에 유발하는 형태로 변화하기 때문에, 단일자연재해 평가 기술을 바탕으로 복합자연재해에 대한 분석 및 감지가 진행되어야 한다. 최근 기후변화로 인한 기상 패턴의 변화 및 가뭄 발생빈도의 증가가 뚜렷하며, 국외에서는 폭염과 가뭄을 고려한 복합자연재해로 'Flash Drought'로 정의된 돌발가뭄에 대한 연구가 이루어지고 있다. 폭염과 가뭄은 단순 강우 부족으로 인한 가뭄, 높은 기온으로 인한 폭염 등이 서로 독립적으로 발생하는 경우와 강우부족과 폭염의 지속으로 인한 상호연관성이 존재하는 복합자연재해 등으로 구분할 수 있다. 돌발가뭄은 강수 부족 또는 폭염이 지속되거나 강도가 높아질 경우, 지면온도가 상승하여 토양수분이 필요 이상으로 증발하여 단기간에 발생하는 초단기 가뭄으로 복합자연재해에 해당하며, 이러한 돌발가뭄은 농업분야에서 작물 생장 및 영농기 활동에 큰 영향을 미치기 때문에 모니터링 및 감지 기술이 필요하다. 본 연구에서는 수문기상학적 요소를 활용하여 폭염 및 가뭄을 고려한 복합자연재해에 대한 상관분석을 수행하였다. 기상청에서 제공하는 기상자료(일최고기온/평균기온/최저기온, 강수량, 상대습도, 일조량 등)에 대한 전국 76개소 대상 기상자료를 구축하였으며, Sentinel, Landsat, MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 등과 같은 위성영상 자료를 구축하여 폭염과 가뭄에 대한 각각의 인자를 선정하고 상관 관계를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 복합자연재해 감지 및 예측 기술 개발에 활용하여 재해 예방 및 대응에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.