• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.418-418
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• 2023

가뭄은 농업, 환경 및 사회경제적인 조건에 영향을 미치는 주요 자연 재해로 우리나라는 2015년부터 지속적인 가뭄 상황을 겪고 있다. 지속된 가뭄으로 인해 토양의 수분함량이 변화하여 농작물의 생장 활동 등에 영향을 미쳐 수확량이 낮아질 수 있다. 토양수분은 경사나 토질 등 지형학적인 특성에 따라 민감하게 반응하는 수문인자로, 특성을 광역적으로 정확하게 판단하기 어렵기 때문에 고해상도 원격탐사 자료를 활용하여 토양수분의 거동을 파악하는 연구들이 진행되고 있다. 특히, Synthetic Aperture Radar (SAR) 관측은 작물과 기본적인 토양의 유전체 및 기하학적 특성에 민감하게 반응하기 때문에, 토양수분 및 농업적 가뭄 분석 연구에 활용되고 있다. 본 연구는 2025년 발사될 예정인 C-band SAR 수자원 위성 산출물인 토양수분을 적용한 농업적 가뭄지수산정 알고리즘 기법 개발 연구를 위하여, 수자원 위성과 제원이 비슷한 Sentinel-1 자료를 통해 산정된 토양수분을 활용하여 농업적 가뭄지수인 Soil Moisture Drought Index (SMDI)를 산정하고자 한다. 산정된 SMDI의 검증을 위해 지점 관측된 토양수분 자료와 비교하여 Receiver Operating Characteristic (ROC) 분석 및 error matrix 기법 등을 활용하여 산정된 농업적 가뭄지수의 지역적 적용성을 파악하고자 한다. SAR 자료 기반의 농업적 가뭄지수 산정 알고리즘을 개발함으로써, 향후 제공될 수자원 위성의 자료를 활용한 가뭄 분석 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.386-386
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• 2019

가뭄은 홍수와 더불어 주요한 자연재해로 댐이나 저수지의 저수량 저하에 따른 여러 피해를 야기한다. 특히, 용수의 대부분을 댐에서 공급받는 우리나라의 특성상 용수공급중단 등의 큰 피해를 야기할 가능성이 있다. 그러나. 기상학적 가뭄이 널리 사용되고 있는 것에 비하여 댐과 저수지의 가뭄은 예측의 난해함을 이유로 상대적으로 연구되지 않고 있으며, 현재 저수량을 기준으로 하여 소극적인 가뭄대응만이 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 댐과 저수지 가뭄의 대응시간을 확보하고 수자원의 효율적인 활용을 위하여 댐 저수지 가뭄예측을 위한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 기상학적 가뭄에 사용되어진 표준강수지수(SPI)와 동일한 개념을 댐 물수지에 적용한 표준물수지지수(Standardzied Balanced Index; SBI)를 제안하였다. 또한, 산정된 물수지 현황과 현저수량과 인공신경망을 활용하여 향후 댐의 저수량을 예측하기 위한 모형을 구축하였으며, 그 적용성을 검증하였다. 연구결과에 따르면 1개월 단위로 향후 댐의 저수량 경향성을 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.4B
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• pp.203-211
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• 2012

Once drought occurs, it results in the extensive affected area and considerable socio-economic damages. Thus, it is necessary to assess drought risk and to prepare its counterplans. In this study, using various observation data on meteorological and socio-economical factors, drought risk was evaluated in South Korea. To quantify drought risk, Drought Hazard Index (DHI) was calculated based on the occurrence probability of drought, and Drought Vulnerability Index (DVI) was computed to reflect socio-economic consequences of drought. Drought Risk Index (DRI) was finally suggested by combining DHI and DVI. These indices were used to assess drought risk for different administrative districts of South Korea. The overall results show that the highest drought risk area was Jeolla Province where agricultural practice is concentrated. The drought risk map proposed in this study reflects regional characteristics, thus it could be utilized as a basic data for the establishment of drought preventive measures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.156-156
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• 2020

가뭄은 다른 자연재해에 비해 진행 속도가 느리고 발생 시작 시기가 명확하지 않다. 또한 피해지역이 광범위하다는 점에서 사회, 경제적 피해와 농업 생산 시스템 및 수확량 등 농업 전반에 걸쳐 직접적인 영향을 미치고 있다. 전지구적 기후변화로 인해 국내의 가뭄 발생빈도는 2000년 이후 증가하고 있으며, 가뭄의 정량적 분석은 선제적 가뭄 대응을 위해 필요하다. 현재 국내에서는 여러 유관기관에서 지상 관측 데이터를 활용하여 가뭄을 모니터링하고, 가뭄 공간 분포 지도를 제공하고 있다. 하지만 지상 관측 데이터를 통한 가뭄 분포 지도는 미계측 지역에 대한 데이터 취득이 어렵고, 지형학적 특성을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 이러한 한계점을 보완하기 위해 수자원 및 재해 분야에서 위성영상이 활용되고 있다. 위성영상을 활용한 가뭄 판단 및 예측에는 정규식생지수 (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)가 사용되고 있으며, 식생지수는 가뭄 발생, 진행 등에 있어 즉각적인 반응이 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 잠재 증발산과 실제 증발산의 비를 이용해 산정된 위성영상 기반 가뭄 지수인 Evaporative Stress Index (ESI)를 활용하였다. NASA (National Aeronautics and Space Administration)에서 제공하는 ESI는 전지구를 대상으로 5km 해상도로 제공하고 있다. 하지만 국내 가뭄 판단을 위해서는 높은 해상도의 영상이 필요하며, 본 연구에서는 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 영상을 활용한 ESI의 산정을 통해 해상도의 문제를 개선하고자 한다. 산정한 500m 해상도의 ESI는 기존 5km 해상도의 ESI와 비교 검증하였으며, SPI 및 과거 가뭄 발생 현황 자료를 근거로 ROC (Receiver Operating Characteristics) 분석을 통해 시군 단위 농업가뭄평가의 적용성을 확인하고 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.8
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• pp.617-628
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• 2021

Drought is a major natural disaster that causes serious social and economic losses. Local drought forecasts can provide important information for drought preparedness. In this study, we propose a new machine learning model that predicts drought by using historical drought indices and meteorological data from 10 sites from 1981 to 2020 in the southeastern part of the Korean Peninsula, Busan-Ulsan-Gyeongnam. Using Bayesian optimization techniques, a hyper-parameter-tuned Random Forest, XGBoost, and Light GBM model were constructed to predict the evaporative demand drought index on a 6-month time scale after 1-month. The model performance was compared by constructing a single site model and a regional model, respectively. In addition, the possibility of improving the model performance was examined by constructing a fine-tuned model using data from a individual site based on the regional model.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.4B
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• pp.345-354
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• 2006

Drought brings on long term damage in contrast to flood, on economic loss in the region, and on ecologic and environmental disruptions. Drought is one of major natural disasters and gives a painful hardship to human beings. So we have tried to quantify the droughts for reducing drought damage and developed the drought indices for drought monitoring and management. The Palmer's drought severity index (PDSI) is widely used for the drought monitoring but it has the disadvanges and limitations in that the PDSI is estimated by considering just climate conditions as pointed out by many researchers. Thus this study uses the SWAT model which can consider soil conditions like soil type and land use in addition to climate conditions. We estimate soil water (SW) and soil moisture index (SMI) by SWAT which is a long term runoff simulation model. We apply the SWAT model to Soyang dam watershed for SMI estimation and compare SMI with PDSI for drought analysis. Say, we calibrate and validate the SWAT model by daily inflows of Soyang dam site and we estimate long term daily soil water. The estimated soil water is used for the computation of SMI based on the soil moisture deficit and we compare SMI with PDSI. As the results, we obtained the determination coefficient of 0.651 which means the SWAT model is applicable for drought monitoring and we can monitor drought in more high resolution by using GIS. So, we suggest that SMI based on the soil moisture deficit can be used for the drought monitoring and management.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.978-978
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• 2012

최근 들어, 지구온난화에 따른 기후변화로 인해 홍수와 가뭄 등과 같은 자연재해가 과거에 비해 빈번히 발생되고 있으며 그로인한 수많은 인명 및 재산피해가 나타나고 있다. 특히, 가뭄의 경우 홍수 등 여타의 수문학적 재해에 비해 서서히 장기간에 걸쳐 피해를 유발하고 있는데 미국해양기상청(NOAA)에서 선정한 20세기 최대의 자연재해 중 상위 5위안에 4개의 가뭄이 기록될 정도로 그 피해가 심각한 것으로 나타나고 있다. 우리나라 역시 5년에 한번 꼴로 심한가뭄이 발생하는 등 가뭄의 발생주기가 점차 짧아지고 있어 이에 대한 대비가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 가뭄지수를 이용한 통계학적 분석을 통해 과거가뭄사상을 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 관측자료의 신뢰성이 확보되어 있는 기상청 산하 59개 기상관측소를 대상으로 하였으며 1976~2010년(35년)의 자료를 이용하여 SPI(6)를 산정하였다. 분석방법으로는 한반도 가뭄의 발생빈도를 추정하기 위하여 Drought Spell 분석을 실시하였으며 한반도를 대상으로 극심한 가뭄에 대한 가뭄우심지역을 평가하기 위하여 지속기간별 가뭄빈도해석을 통해 SDF 곡선을 작성하고 이를 이용하여 가뭄우심도(Drought Potential Hazard Map)를 작성하였다. 가뭄단계별 발생빈도를 분석한 결과, 금강, 낙동강, 섬진강유역에서 심한가뭄과 극한가뭄단계의 발생빈도가 높게 나타났으며 가뭄빈도해석을 통해 작성된 SDF 곡선에서도 한강유역에 위치한 서울관측소에 비해 금강, 낙동강, 섬진강 유역에 위치한 대전, 대구, 광주 관측소의 재현기간별 가뭄심도가 낮게 나타났다. 가뭄빈도해석을 통해 작성된 가뭄우심도에서는 한강 유역과 낙동강 유역의 상류에 비해 금강, 섬진강, 영산강 유역이 가뭄에 취약한 지역으로 분석되어 가뭄단계별 발생빈도와 유사한 결과를 나타내었다. 또한, 동일한 재현기간에서 지속기간이 길어질수록 가뭄의 심도가 감소하는 것으로 분석되었다. 유역별 가뭄심도를 비교한 결과에서는 재현기간 200년 빈도, 지속기간 3개월의 가뭄심도의 경우, 섬진강 유역(-2.89)에서 한강(-2.13), 낙동강(-2.72), 금강(-2.45), 영산강(-2.73)유역에 더욱 극심한 가뭄을 나타내고 있었으며 지속기간 6개월의 가뭄심도에서도 동일한 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.356-356
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• 2017

최근 국토교통부 홍수통제소에서는 가뭄대응을 위해 1, 3개월 갈수예보를 시범적으로 운영하고 있다. 국가재난 위기경보단계(관심, 주의, 경계, 심각)에 따라 분류된 기준유량과 예측유량의 비교를 통해 갈수상황을 판단하며, 그 중 기준유량은 일본의 정상유량 산정 기법에 의해 계산된다. 그러나 우기 건기에 따라 상이한 유입량 및 물 사용량이 정상유량 산정에 고려되지 않았고, 각 위기단계별 물 부족상황이 재현되지 못하였다. 또한, 하천유량 부족은 가뭄과 관계가 밀접함에도 불구하고, 가뭄상황과의 연계분석이 이뤄지지 않았다. 본 연구에서는 갈수빈도와 정상유량산정 모델을 이용하여 기준유량을 재설정하고 가뭄상황을 분석하였다. 대상유역은 영산강유역으로 선정하였고, 보고된 하천수사용허가량, 댐 용수 공급량 및 10년 이상 장기간 관측된 관측소별 일 유량자료를 활용하였다. 일 관측유량을 7일 이동평균으로 변환한 후, 유황분석을 통해 $Q_{90}$을 산정하였으며, 빈도별 $Q_{90}$을 계산하였다. 정상유량 산정 모델에서 입력 자료(자연유량, 댐 공급량 및 하천수 허가량)에 가중치를 두어 양을 조절하고 각 빈도에 맞는 관개기 및 비관개기 기준유량을 산정 하였다. 가뭄지수로는 국내 활용성이 높은 Standardized Precipitaion Index (SPI) 및 Standardized Runoff Index (SRI)를 선정하였고, 이를 지속기간 1, 3, 6, 12개월에 따라 일별로 계산하였다. 7일 평균 관측유량이 기준유량 이하일 때, 이시점을 전 후로 가뭄지수의 시공간적 특성과 가뭄의 지속기간 및 심도를 분석하여 가뭄상황을 제시하였다. 본 연구의 결과는 갈수예보 시 하천유량 부족에 따른 물수지 및 가뭄상황에 대한 직관적인 판단과 갈수기 효율적인 하천수 조정 협의에 기여할 것으로 본다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.2
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• pp.195-204
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• 2013

As drought is phenomenon of nature with unavoidability and repeated characteristic, it is necessary to plan to respond to it in advance and construct drought management system to minimize its damage. This study suggested standard for classification of drought, which is appropriate for our nation to respond to drought by assessing drought severity in the regions for this study. For data collection, 61 locations were selected - the locations keep precipitation data over 30 years of observation. And data for monthly precipitation for 37 years from 1973 were used. Based on this, this study classified unified drought interval into four levels using drought situation phases which are used in government. For standard for classification of drought severity fit to our nation, status of main drought was referred and these are classified based on accumulated probability of drought - 98~100% Exceptional Drought, 94~98% Extreme Drought, 90~94% Severe Drought, 86~90% Moderate Drought. Drought index (SPI, PDSI) was made in descending order and quantitative value of drought index fit to standard of classification for drought severity was calculated. To compare classification results of drought severity of SPI and PDSI with actual drought, comparison by year and month unit were analyzed. As a result, in comparison by year and comparison by month unit of SPI, drought index of each location was mostly identical each other between actual records and analyzed value. But in comparison by month unit of PDSI for same period, actual records did not correspond to analyzed values. This means that further study about mutual supplement for these indexes is necessary.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.365-365
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• 2019

가뭄은 전 세계적으로 농업을 비롯한 사회, 경제적으로 큰 피해를 주는 자연 재해이며, 향후 피해 저감을 위해 가뭄의 경향을 파악하고 지역별 가뭄 특성을 파악할 필요가 있다. 위성영상을 활용한 가뭄 판단은 광역적 범위를 대상으로 다양한 밴드를 활용한 데이터를 주기적이고 일정한 수준으로 취득 가능하다는 장점이 있다. 농업 가뭄 분야의 위성영상 활용은 미계측 지역에 대한 정확한 데이터 취득이 어려운 지점데이터의 단점을 보완할 수 있다. 위성영상을 활용한 가뭄 지수로는 Leaf Area Index (LAI), Vegetation Health Index (VHI), Enhanced Vegetation Index (EVI) 등 다양한 지수들이 있으며, 본 연구에서는 단기 가뭄 판단에 활용되고 있는 Evaporative Stress Index (ESI)를 활용하였다. 국내 행정구역 기반의 가뭄 판단을 위해 Moderate Resolution Imaging Spectramadiometer (MODIS)위성의 MOD16A2 영상을 사용하였다. MOD16A2는 land surface temperature (LST)과 LAI의 계산을 통한 실제 증발산량과 FAO-56 Penman-Monteith 공식을 사용한 잠재증발산량을 포함한 다양한 데이터를 8일 주기의 500m 해상도로 제공하고 있다. 2001년부터 2018년까지 500m 해상도의 ESI를 산정하였으며, 국내의 과거 가뭄 경향 분석과 지역별 특성 파악을 위한 표준화를 수행하였다. 그 결과 과거 극심한 가뭄이 있었던 해 (2000-2001년, 2015-2017년 등)에 대한 농업 가뭄 경향 분석이 가능하였으며, 지역별 특성을 파악한 결과 상습가뭄 지역에서 가뭄 경향을 확인하였다. 농업 가뭄 분야에서 ESI의 활용은 가뭄 조기 경보 시스템 개발 및 위성영상 기반 가뭄 모니터링 기술 개발 등에 활용 가능할 것으로 기대된다.