• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1948-1952
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• 2008

본 연구에서는 수문변화 지표법을 적용하여 광동댐 등 12개 용수 전용댐의 연 최소 최대유량 크기와 지속기간, 고 저맥파 빈도와 주기, 수문곡선 변화 비율과 빈도, 유량변화정도 등을 분석하여 댐이 하류하천에 미치는 영향을 수치로 제시 하였다. 광동댐 등 12개 댐의 월 유량변화를 산정한 결과, 갈수기에 해당하는 10월부터 다음해 6월까지 8개월간의 댐건설전 월평균 방류량은 $0.64\;m^3/sec{\sim}3.05\;m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $0.33\;m^3/sec{\sim}2.99\;m^3/sec$로 $-69.7%{\sim}167.8%$의 분포를 나타내고 있으며, 12월과 1월을 제외하면 댐건설 이후 오히려 $6.8%{\sim}69.7%$가 감소하였다. 우기철인 7월부터 9월까지 3개월간은 댐건설전 월평균 방류량이 $6.82\;m^3/sec{\sim}7.67\;m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $4.12\;m^3/sec{\sim}4.35\;m^3/sec$로 $51.0%{\sim}55.1%$가 감소하여 저수지 공용량을 이용한 저류효과가 다소 있었던 것으로 분석되었다. 연 최소 최대유량 크기와 지속기간 분석결과 1일, 3일, 7일, 30일, 90일 최소유량은 광동댐 등 10개 댐이 댐건설 전후 모두 $0.0\;m^3/sec$로 증감이 없었으며, 달방댐의 경우 30일 최소유량이 $0.026\;m^3/sec$에서 $0.000\;m^3/sec$로 99.11%가 감소하였다. 영천댐의 경우도 30일 최소유량이 $0.101\;m^3/sec$에서 $0.067\;m^3/sec$로 33.73%가 감소 하였으며, 90일 최소유량의 경우 달방댐은 $0.067\;m^3/sec$에서 $0.031\;m^3/sec$로 53.48%가 영천댐은 $0.219\;m^3/sec$에서 $0.150\;m^3/sec$로 31.29%가 감소하였다. 12개 용수 전용댐중 유지용수공급이 계획되어 있는 영천댐과 달방댐을 제외하고는 댐하류 방류량이 없이 건천화 되었다는 사실을 알 수 있다. 고 저맥파의 빈도와 주기 분석결과 댐건설 이후 수문곡선이 25% 이하로 떨어지는 저맥파는 $72.99%{\sim}98.52%$가 감소하였으며, 저맥파의 기간은 $-80.0%{\sim}4,423.3%$까지 분포하여 상당히 증가하였다. 수문곡선이 75%를 초과하는 고맥파의 발생 횟수는 댐건설 이후 $34.28%{\sim}91.67%$가 감소하였으며, 고맥파의 기간은 $-64.31%{\sim}135.62%$로 증가 또는 감소하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.18-18
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• 2019

역학적 상세화기법은 물리적 기반의 지역기후모형(RCM)을 이용하여 고해상도 기후자료를 생산하는 유용한 기법이며, 전세계적으로 지역 기후시나리오를 생산하고, 적용 및 평가하는 연구가 널리 진행되고 있다. 역학적 상세화기법 적용 시 지역기후모형의 공간해상도를 향상시키면 지형효과를 더욱 상세하게 반영할 수 있어 고해상도의 기후모의자료를 생산할 수 있지만, 이를 위해 더 많은 시간과 비용이 요구된다. 또한, 공간해상도 향상이 기후모의 결과의 정확도 향상을 보장하지 않기 때문에 역학적 상세화를 위한 지역기후모형의 적정 공간해상도 선정이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 기후모의 자료의 공간해상도가 하천유출량 모의시미치는 영향을 평가하고, 최종적으로는 고해상도 기후시나리오가 하천유출량 모의에 필요한지 여부를 규명하고자 한다. 이를 위해 관측 기후자료와 Weather and Research Forecasting (WRF)모형으로 상세화된 5km (WRF05)와 20km (WRF20) 공간해상도의 기후모의자료를 활용하였으며, 하천유출량 산정을 위해 준분포형 수문모형인 Soil and Water Assessment Tool (SWAT)을 이용하였다. 본 연구의 대상유역은 한강유역 내 충주댐, 소양강댐, 팔당댐 유역들에 대해 평가를 수행하였다. 유역평균강수량을 평가한 결과, 3개 댐 유역의 연평균 강수량 및 여름철 강수량은 WRF20이 관측자료와 WRF05에 비해 높게 산정되었다. 하지만, WRF20은 일강수량이 1~40mm인 발생횟수가 상대적으로 많이 산정되었으며, 극치강수량의 강도와 빈도는 WRF20이 관측자료와 WRF05에 비해 과소 산정되는 것으로 나타났다. 관측자료, WRF05와 WRF20을 입력자료로 활용하여 SWAT모형으로 생산된 일 하천유출량 자료를 토대로 유황곡선을 도시하였다. 유황곡선의 5~90% 구간에서는 WRF05와 WRF20의 결과는 큰 차이가 나진 않았으나, 고유량과 저유량 구간에서는 WRF05가 WRF20에 비해 관측자료에 근접하게 모의하는 것을 확인하였다. 이는 20km에서 5km로 공간해상도가 높아짐에 따라 극치 홍수량 및 갈수량을 더욱 현실적으로 모사할 수 있는 것을 의미한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.312-312
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• 2019

지구온난화로 인하여 기상학적 변동성 증가 및 수질, 수자원, 생태계 등의 다양한 영역에 영향을 야기하고 있으며, 이를 통한 피해가 전 세계적으로 증가하고 있는 추세이다. 이에 본 연구에서는 최근 다양한 분야에서 수문학적 빈도에 영향을 미친다고 알려진 AO(Arctic Oscillation), NAO(North Atlantic Oscillation), ENSO(El $Ni{\tilde{n}}o$-Southern Oscillation), PDO(Pacific Decadal Oscillation), MJO(Madden-Julian Oscillation)등의 외부인자중 SST, MJO를 활용하여 계절단위의 수문량 정도에서 기상학적 변량과 관측유역 강수량의 관계를 정립하고 발생 가능한 24시간 지속시간 극치강수량을 모의하였다. 이를 위하여 Bayesian 통계기법을 이용한 비정상성 빈도해석모형을 근간으로 외부 기상인자에 의한 계절강수량 예측모형인 계층적 베이지안 네트워크(Hierarchical Bayesian Network, HBN)를 구축한 후 산정된 결과를 입력 자료로 하여 직접적으로 일단위 이하의 극치강수량을 상세화 시킬 수 있는 베타 모델(four parameter beta, 4PB)을 연계한 계층적 베이지안 네트워크 베타모델(Hierarchical Bayesian Network-4beta Model, HBN4BM)을 개발하여 기상변동성을 고려한 상세화 모형을 개발하였다. 여름강수량 산정 결과 한강 유역의 경우 2016년은 관측값 573.85mm, 모의 값 567.15mm를 나타내어 약 1.2%의 오차를 나타냈으며, 2017년 및 2018년은 4.5%, 6.8%의 오차에서 모의가 이루어졌다. 금강의 경우 2016년은 다른 연도에 비하여 35.2%라는 큰 오차를 보였지만 불확실성 구간에서 모의가 이루어 졌으며, 2017년 및 2018년은 0.3%, 2.1%의 작은 오차가 발생하였다. 24시간 모의 결과는 최소 0.7%에서 최대 27.1%의 오차를 나타냈으며, 평균적으로 16.4%의 오차 결과가 모의되어 모형의 신뢰성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.406-406
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• 2021

극한강우사상의 분석은 다양한 극치 분포로 구성된 극치이론을 통해 가능하다. 일반적으로 단일 지점의 극한사상의 분석을 위한 지점빈도해석 (Point Frequency Analysis, PFA)이 다양한 재현기간에 해당하는 강우량을 추정하는데 널리 사용되어왔다. 하지만 수문기후학적 극치기록은 시간적 그리고 공간적으로 제한적이다. 따라서 모의 불확실성을 줄이고 신뢰성 높은 결과를 도출하기 위해 서로 유사한 분포를 가질 수 있는 인근 지점의 활용하는 지역빈도해석 (Regional Frequency Analysis, RFA) 방법이 개발되어 적용되고 있다. 본 연구에서는 부산, 울산, 경남지역의 기상청 종관기상관측시스템(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 울산, 부산, 통영, 진주, 거창, 합천, 밀양, 산청, 거제, 남해지점 일강수량을 자료를 기반으로 Metropolis-Hasting 알고리즘을 사용하여 일반극치분포(Generalized Extreme Value, GEV)의 매개변수를 추정하고 PFA 및 RFA의 불확실성을 평가하고자 한다. 이러한 연구는 공간적 구성 요소(예, 지리적 좌표, 고도)를 고려하지 못하며 추가변수 (예, 공변량)를 분석에 결합할 수 없는 등의 RFA의 한계를 극복하고, 명시적으로 불확실성을 추정하여 결과의 신뢰성을 확보 할 수 있는 계층적 베이지안 모델의 개발에 도움이 되리라 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.14-14
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• 2020

일반적으로 수문빈도해석은 치수계획 수립에 이용되는 설계강수량, 계획홍수량 등을 산정하기 위해 연최대치계열 또는 연초과치계열 자료를 이용한 극치빈도해석을 수행하고, 확률분포의 우측꼬리(right tail) 부분을 이용하여 확장된 재현기간에 해당하는 확률수문량을 추정한다. 하지만 가뭄 관련 분석에서는 확률분포의 좌측꼬리(left tail) 부분은 이용해 확장된 재현기간별 확률수문량을 추정해야할 경우가 발생한다. 또한 물관리 실무에서 장 단기 운영계획 수립을 위해 이용하는 갈수빈도 유입량 산정 등에서도 평년보다 작은 수문량에 대한 빈도해석이 필요한 경우가 있다. 국가 가뭄정보분석센터에서는 기존에 K-water연구원에서 개발한 빈도해석 프로그램인 K-FAT의 분석모듈을 이용해 극소치계열 또는 갈수빈도 유입량 분석에 특화된 가뭄빈도해석 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 GEV, Gumbel, Weibull 등 14개의 확률분포형을 포함하며, 모멘트법, 최우도법 및 L-모멘트법을 사용하여 매개변수를 추정한다. 적합도 검정의 경우 χ², K-S, CVM, PPCC 및 수정 Anderson-Darling test를 이용하여 다각적인 검정을 할 수 있도록 하였다. 분석을 위한 입력 자료의 경우 사용자가 전처리를 통해 준비한 연최소치계열 등 연도별 시계열자료를 이용할 수 있으며, 일단위 및 월단위의 강수량 또는 댐 유입량 자료를 이용해 사용자가 원하는 기간의 누적강수량, 평균 유입량으로 변환할 수 있는 자료변환 기능을 추가하여 실무 활용성을 높였다. 또한 최적 확률분포 선정을 위해 참고할 수 있도록 AIC(Akaike information criteria)와 BIC(Bayesian information criteria) 분석이 포함되어 있으며, Bootstrap 기법 등을 이용한 불확실성 산정을 통해 추정 값의 신뢰구간을 표시하도록 하였다. 개발된 프로그램은 베타버전 시험배포를 거쳐 가뭄정보포털을 통해 배포할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.120-124
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• 2009

기후변화로 인한 사회, 경제, 자원, 환경, 수자원 등에 영향분석은 세계적인 연구 트렌드로 자리 잡고 있다. 다양한 모형들이 기후변화 영향을 효과적으로 평가하기 위해서 개발되고 있으나 주로 강우-유출 모형을 통한 유출의 변화 특성을 모의하는데 대부분의 연구가 초점을 맞추고 있다. 그러나 기본적으로 사용되는 강수량자료의 정확한 추정이 기후변화 연구에서 가장 중요하다고 해도 과언이 아니다. 이러한 관점에서 GCM 기후모형으로부터 유도된 기후변화 시나리오로부터 여러 단계로 가공하여 모형의 입력 자료로 사용하기 위한 강수량 자료를 생산하게 된다. 이러한 과정을 총칭해서 Downscaling이라고 한다. 본 연구에서는 기후모형으로 얻은 정보를 유역단위의 수문시나리오로 변환하기 위한 통계학적 Downscaling의 연구이론 변천 상황을 종합적으로 검토하고 각 모형이 갖는 장단점을 분석하고자 한다. 즉, Weather Generator, Single-site Nonstationary Markov Chain, Multi-site Nonstationary Markov Chain, Multi-site Weather State Based Markov Model 등 다양한 모델의 변화 및 진보 과정을 살펴보고 실제 국내 유역에 적용하여 모형의 타당성을 평가해보고자 한다. 이를 위해 IPCC 기후변화 시나리오를 활용하였으며 일강수량자료계열의 특성치, 극치수문량 변동특성 등 기후변화에 따른 영향분석을 일부 실시하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1422-1426
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• 2009

본 연구에서는 댐 특성(기능, 규모)별로 하류하천에 미치는 유량변화 문제를를 체계적으로 분석하고자 수문변 화지표법(Indicators of Hydrologic Alteration, Richter et al., 1996)을 적용하여 한국수자원공사에서 관리하는 소양강댐 등 11개 다목적댐과 광동댐 등 12개 용수전용댐의 일단위 유입량과 방류량 자료를 이용, 연최소 최대유량 크기와 지속기간, 유량변화정도 등을 분석하여 댐운영이 하류하천에 미치는 유량변화를 비교분석 하였다. 광동댐 등 12개 용수전용댐의 월 유량변화의 산정 결과, 갈수기에 해당하는 10월부터 다음해의 6월까지 8개월간은 댐건설전 월평균 방유량은 $0.64m^3/sec\sim3.05m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $0.33m^3/sec\sim2.99m^3/sec$로 -69.7%$\sim$167.8%의 분포를 나타내고 있으나 12월과 1월을 제외하면 댐 건설 이후 오히려 6.8%$\sim$69.7% 가 감소하였다. 우기철인 7월부터 9월까지 3개월간은 댐건설전 월평균 방류량이 $6.82m^3/sec\sim7.67m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $4.12m^3/sec\sim4.35m^3/sec$로 51.0%$\sim$55.1%가 감소하여 저수지 공용량을 이용한 저류효과가 다소 있었음을 알 수 있다. 용수전용댐과 다목적댐의 분석 결과를 비교하여 보면, 용수전용댐은 1일 최소유량의 경우는 평균적으로 76.52%가 증가하였으나 3일부터 90일 최소유량의 54.19%$\sim$67.19%까지 감소하여 갈수기 하류유량 개선효과는 없으나, 다목적댐의 경우는 1일 최소 유량은 743.76%가 증가하였으며 90일 최소 유량도 83.62%가 증가하여 갈수기 하류유량 개선 효과가 큰 것으로 분석되었다. 용수전용댐의 1일 최대유량의 경우는 37.8%가 감소되며 90일 최대유량은 38.5$\sim$51.0%까지 감소하여 홍수기 댐의 저류효과가 점차 증가하였다. 다목적댐의 경우는 1일 최대 유량은 59.4%가 감소하였으며 감소량은 점차 감소하여 90일 최대강우량은 30.1%가 감소하여 홍수기 댐 저류효과로 하류홍수량을 상당히 조절함을 알 수 있다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.1B
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• pp.13-20
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• 2011

The spatio-temporal pattern in precipitation is a significant element in defining characteristics of precipitation. In this study, a new scheme on regionalization utilizing temporal information was introduced on the basis of existing approaches that is mainly based on simple moments of data and geographical information. Given the identified spatio-temporal pattern, this study was extended to characterize regional pattern of annual maximum rainfall over Korea. We have used circular statistics to characterize the temporal distribution on the precipitation, and the circular statistics allow us to effectively assess changes in timing of the extreme rainfall in detail. In this study, a modified K-means method was incorporated with derived temporal characteristics of extreme rainfall in order to better characterize hydrologic pattern for regional frequency analysis. The extreme rainfall was reasonably separated into five categories that considered most attributes in both quantitative and temporal changes in extremes. The results showed that the proposed approach is a promising approach for regionalization in term of physical understanding of extreme rainfall.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.230-230
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• 2019

대규모순환패턴과 같은 기후시스템에서의 상태와 변화를 정량화하여 나타낸 기상인자는 수문기상학적 변수와 밀접한 연관이 있는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 비정상성 빈도해석의 수행에 있어서 확률분포모형의 매개변수에 대한 공변량으로 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 비정상성 강우빈도해석 시 매개변수의 공변량으로 우리나라의 극치강우의 장기경향성을 잘 반영할 수 있는 기상인자를 선정하고자 한다. 먼저, 시계열자료를 주기성을 가지는 내재모드함수와 장기경향성을 나타내는 잔여값으로 분해할 수 있는 앙상블 경험적 모드분해법을 이용하여 우리나라 전역에 분포된 61개 지점에서 관측된 연 최대치 강우자료의 평균 및 분산에 대한 잔여값을 추출하였다. 다음으로 11개의 월 단위 기상인자에 대한 계절별 연 평균 시계열과 추출된 평균 및 분산의 잔여값과의 상관계수를 산정하였다. 그 결과, 11개의 기상인자 중 Atlantic Meridional Mode (AMM), Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO), North Atlantic Oscillation (NAO)가 우리나라 연 최대치 강우자료의 평균 및 분산에 대한 장기경향성과 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 계절적으로는 AMM과 AMO의 경우 이전 년도 가을철 평균이 전 지점 평균 약 0.6, NAO는 이전 년도 여름철 평균이 전 지점 평균 0.3 이상의 유의한 상관계수를 가지는 것으로 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.8
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• pp.733-745
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• 2010

Seasonality of hydrologic extreme variable is a significant element from a water resources managemental point of view. It is closely related with various fields such as dam operation, flood control, irrigation water management, and so on. Hydrological frequency analysis conjunction with partial duration series rather than block maxima, offers benefits that include data expansion, analysis of seasonality and occurrence. In this study, nonstationary frequency analysis based on the Bayesian model has been suggested which effectively linked with advantage of POT (peaks over threshold) analysis that contains seasonality information. A selected threshold that the value of upper 98% among the 24 hours duration rainfall was applied to extract POT series at Seoul station, and goodness-fit-test of selected GEV distribution has been examined through graphical representation. Seasonal variation of location and scale parameter ($\mu$ and $\sigma$) of GEV distribution were represented by Fourier series, and the posterior distributions were estimated by Bayesian Markov Chain Monte Carlo simulation. The design rainfall estimated by GEV quantile function and derived posterior distribution for the Fourier coefficients, were illustrated with a wide range of return periods. The nonstationary frequency analysis considering seasonality can reasonably reproduce underlying extreme distribution and simultaneously provide a full annual cycle of the design rainfall as well.