• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.369-369
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• 2020

최근(2014~2017년) 강수량은 평년대비 71% 수준으로 2017년에는 누적된 강우부족으로 극심한 가뭄피해가 발생하였다. 용인시 또한 최근의 3년(2014~2017년)의 경우 연속으로 100년 빈도에 해당하는 가뭄이 발생하는 등 심각한 가뭄이 발생 되었으며, 하절기를 제외한 기간의 경우 평년에 가까운 강수가 발생하나, 하절기에는 강수가 매우 작아 심각한 가뭄이 발생하는 경향으로 조사되었다. 용인시가 관리하는 소규모 농경지는 대형농업용 수원공이 없어 작은 가뭄에도 쉽게 피해가 발생되고, 저수지, 취입보, 양수장 등 수원공이 설치되어 있으나 내한능력 부족 및 영농방식 변화 등으로 상습적으로 가뭄 피해를 입고 있다. 또한, 관리 농경지 및 농업 수리시설물에 대한 현황조사 미비로 상세한 이력 관리가 되어 있지 않아 시설물의 유지관리 및 중장기 계획 수립이 어려운 실정으로 수리시설물에 대한 이력조사가 요구되며, 전체 용수 수요량의 60% 이상에 해당하는 농업용수의 체계적인 조사를 실시하여 항구적 가뭄극복을 하기 위한 가뭄분석을 하였다. 본 연구에서는 농경지에 대하여 관개계획 기준치를 보통 10년 빈도의 가뭄에 극복이 가능하도록 설정하므로, 계획빈도의 가뭄에 안정적으로 농경지에 농업용수가 공급될 수 있도록 기설 수리시설물의 공급능력을 검토하여 확인하였다. 용인시 전역에 대하여 우선 기초자료로 기상 및 수문조사와 농촌용수관련인자를 조사하였으며, 상위 관련계획 조사로 농업·가뭄·수자원 관련계획을 조사하였다. 기존 저수지 농업용수 공급능력은 유역의 유입량은 DIROM모형을 사용하여 산정하고 관개구역의 필요수량은 Penman방법으로 증발산량을 산정하였다. DIROM 모형과 Penman방법으로 산정된 자료를 참고하여 기존 수원공 시설의 물수지 분석을하여 과정에 HOMWRS(수리시설모의조작시스템) 모형을 적용하여 농경지 필요용수량과 공급 가능량, 지하수 취수량의 능력검토를 하였으며, 가뭄 계획빈도 10년 조건에서 농업용수 공급능력을 검토한 결과 수리적으로 안전한 농경지는 전체 농경지 대비 64.18%로 확인되며, 향후 강우 전망 RCP6.0 시나리오에서 2021년~2040년에 5.1%정도 감소하는 것으로 전망된 것을 감안하면 향후 용인시 지역은 가뭄이 보다 심화될 것으로 판단되므로 시급히 구조적 대책이 가능한 여건의 지역에 한하여 수원공 시설을 확보하여 가뭄에 반드시 대비하여야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.359-359
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• 2020

현재 우리나라의 가뭄감시 정보는 기상학적/농업적/수문학적 가뭄이 별도의 지수로 개발되어 다양한 형태의 정보를 생산·제공되고 있다. 각각의 가뭄 지수들 기준 및 특성에 따라 분석되고 있기 때문에 가뭄전문가의 입장에서는 매우 정밀한 가뭄정보를 제공받는 장점이 있는 반면에, 일반 국민들이 가뭄 정보를 받아들이고 이해하는데 어려움이 있어 이를 한눈에 알아볼 수 있는 통합가뭄지도가 필요하며, 통합가뭄도를 제작하기 위해서는 통합가뭄지수가 개발되어야 한다. 본 연구에서는 원격탐사자료를 활용하여 농업적 가뭄지수인 Agricultural Dry Condition Index (ADCI)와 수문학적 가뭄지수인 Water Budget-based Drought Index (WBDI)를 개발하였으며, 기상학적 가뭄지수인 Standardized Precipitation Index (SPI)를 포함하여 기상-농업-수문학적 가뭄지수를 결합한 통합가뭄지수를 산정하였다. 다양한 가뭄지수를 활용하여 개발되었기 때문에 다변량 통계 모형 중 선형 모형인 Principal Component Analysis (PCA)기법과 비선형 모형인 Kernel Entropy PCA, Kernel PCA를 적용하였다. 또한 과거 가뭄사상을 활용하여 산정된 통합가뭄지수 검증을 위해 과거 가뭄사상에 대한 가뭄 발생시기, 심도, 쇠퇴패턴이 양상 평가 및 Intentionally Biased Bootstrap Resampling (IBBR)을 활용한 지수별 민감도 분석을 통해 통합가뭄지수 적용성 평가를 진행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.145-145
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• 2020

가뭄은 과거부터 현재까지 국내뿐만 아니라 국외에서도 지속적으로 발생하고 있으며 가뭄피해를 줄이기 위하여 많은 연구가 과거에 수행되었고 현재까지도 진행되고 있다.(강동호 외 2명, 2019명) 가뭄은 일반적으로 강수량의 부족이 원인이 되어 나타나며 홍수와 달리 장기간에 걸쳐 광범위한 지역에 피해가 나타나는 특징이 있다. 그렇기에 가뭄은 감시 및 예측에 대한 어려움이 존재하며 우리나라에서도 가뭄으로 인해 수자원 공급 긴장상태를 경험하는 빈도가 점차 증가하고 있는 추세이다.(유지영 외 3명, 2016) 적조현상은 특정 조류의 폭발적인 증식으로 해수가 붉은 빛을 띄며 용존산소량을 부족하게 만들어 해양 생태계를 파괴하는 현상이다. 적조현상은 1990년대 이후 대규모 적조가 발생하여 1995년에는 적조로 인해 약 764억의 손실이 발생한 사례가 있다.(연합뉴스, 2019.09) 이후에도 적조현상은 점점 광역화, 장기화, 고밀도화 되면서 연평균 110억 이상의 피해를 지속적으로 주고 있다. 본 연구에서는 대상 지역을 대한민국 완도로 설정 하였다. 섬이라는 지역의 특성 상 가뭄이 발생하면 식수원의 공급이 어렵고 평시에도 물을 아끼기 위한 노력이 끊이지 않는 곳이다. 실제로 완도는 우리나라에서 가장 많은 피해이력이 있는 지역이다. 또 2016년 완도에서는 적조로 인해 전복이 집단 폐사하며 358억의 피해를 입은 사례가 있다.(중앙일보, 2016.09) 그렇기에 완도지역을 대상 지역으로 하여 비강우의 장기화 등의 이유로 나타나는 가뭄을 기상학적 가뭄지수 SPI를 활용하여 분석하고 ROC 분석을 통해 수온의 상승 시 나타나는 적조현상과의 관계를 분석함으로서 적조현상이 발생하는 한 척도로 가뭄의 발생 및 장기화를 생각 할 수 있는지 판단하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.4
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• pp.279-289
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• 2019

Unlike other natural disasters, drought is a reoccurring and region-wide phenomenon after being triggered by a prolonged precipitation deficiency. Considering that remote sensing products provide consistent temporal and spatial measurements of precipitation, this study developed a remote sensing data-based drought outlook model. The meteorological drought was defined by the Standardized Precipitation Index (SPI) achieved from PERSIANN_CDR, TRMM 3B42 and GPM IMERG images. Bayesian networks were employed in this study to combine the historical drought information and dynamical prediction products in advance of drought outlook. Drought outlook was determined through a decision-making model considering the current drought condition and forecasted condition from the Bayesian networks. Drought outlook condition was classified by four states such as no drought, drought occurrence, drought persistence, and drought removal. The receiver operating characteristics (ROC) curve analysis were employed to measure the relative outlook performance with the dynamical prediction production, Multi-Model Ensemble (MME). The ROC analysis indicated that the proposed outlook model showed better performance than the MME, especially for drought occurrence and persistence of 2- and 3-month outlook.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.6B
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• pp.599-606
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• 2010

Due to the short period of precipitation data in Korea, the uncertainty of drought analysis is inevitable from a point frequency analysis. So it is desired to introduce a regional drought frequency analysis. This study first extracted drought characteristics from 3-month and 12-month moving average rainfalls which represent short and long-term droughts, respectively. Then, the homogeneous regions were distinguished by performing a principal component analysis and cluster analysis. The Korean peninsula was classified into five regions based on drought characteristics. Finally, this study applied the bivariate frequency analysis using a kernel density function to quantify the regionalized drought characteristics. Based on the bivariate drought frequency curves, the drought severities of five regions were evaluated for durations of 2, 5, 10, and 20 months, and return periods of 5, 10, 20, 50, and 100 years. As a result, the largest severity of drought was occurred in the Lower Geum River basin, in the Youngsan River basin, and over in the southern coast of Korea.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.6
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• pp.421-435
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• 2022

As natural disasters have been increasing due to climate change, sustainable solutions are in need to alleviate the degree of drought hazard, assess and project the drought influence based on future climate change scenarios. In assessing drought risk, socio-economic factors of the region must be considered along with meteorological factors. This study categorized drought hazard, exposure, and vulnerability as three major components of drought risk according to the Intergovernmental panel on Climate Change (IPCC) risk assessment framework, and selected indices for each component to quantify the drought risk in South Korea according to the mid-size basins. Combinations of climate scenarios (Representative Concentration Pathway; RCP 2.6 and RCP 8.5) and socio-economic scenarios (Shared Socio-economic Pathways; SSP 1, SSP2 and SSP3) for the near future (2030-2050) ant the far future (2080-2099) were utilized in drought risk analysis, and results were compared with the historical data (1986-2005). In general, the drought risks for all scenarios shows large increases as time proceeds to the far furture. In addition, we analyzed the rank of drought hazard, exposure, vulnerability for drought risk, and each of their contribution. The results showed that the drought hazard is the most contributing component to the increase of drought risk in future and each basin shows varying contributing components. Finally, we suggested countermeasures for each basin according to future climate change scenarios, and thus this study provides made the basis for establishing drought management measures.

• Water for future
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• v.53 no.4
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• pp.16-23
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• 2020

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.328-328
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• 2023

표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 강수량 변동의 정도를 표준화하여 나타낸 지수로, 가뭄 평가에 적용되고 있다. 일반적으로 SPI를 산정할 때는 월 단위의 시간 척도를 적용하며, 장기간의 가뭄에 대해 평가한다. 그러나 시간 척도가 길어질수록 가뭄 발생 후 가뭄을 감지하는 데 걸리는 시간이 더 길어지기 때문에 대처가 더욱 어려워진다. 또한, 기후변화로 인해 가뭄 빈도가 증가하고, 그 정도가 더욱 심화되면서 일 단위의 적용이 필요해지고 있다. 본 연구는 한반도 남부지역을 대상으로 일 단위의 SPI 적용을 위한 최소 시간 척도를 조사하였다. 대상 지역을 강원권, 수도권, 부울경, 대경권, 호남권, 충청권의 총 6개 지역으로 분리하여, 각 지역별, 계절별 최소 시간 척도를 조사하였다. SPI 산정을 위해 후보 분포형으로 Gumbel, Gamma, GEV, Loglogistic, Lognormal, Weibull을 적용하였으며, 시간 척도는 5일부터 365일까지 총 10개로 설정하였다. 본 연구에선 크게 적합도 검정과 정규성 검정으로 진행하였다. 적합도 검정에서는 Chi-square test를 적용하였으며, 이때 일 단위의 짧은 시간 척도를 적용할 경우 누가 강수 시계열의 값이 0으로, 0값이 시계열에 포함되면 SPI의 정확도가 떨어지는 문제가 발생하는데, 이를 보완하기 위해 누가 강수 시계열의 0값을 고려하였다. 마지막으로 각 후보 분포형을 적용하여 산정된 SPI가 표준정규분포에 합당한지를 검증하기 위해 Anderson-Darling test를 수행하였다. 결과적으로 대부분의 지역에서는 봄과 여름의 경우 최소 15일 정도의 시간 척도까지는 적용할 수 있을 것으로 판단되며, 겨울의 경우는 최소 30일 정도의 시간 척도를 적용해야 함을 확인하였다. 지역별로 차이가 크진 않지만, 이러한 연구 결과를 참고하여 각 지역별로 더 나은 가뭄 대책을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.156-156
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• 2016

2016년 2월 5일, 짐바브웨는 극심한 가뭄으로 인해 인구의 4분의 1이상이 식량난을 겪고 있다며 '국가 재난 사태'를 선포하였다. 한때 아프리카 곡창지대로 불리던 짐바브웨가 극심한 가뭄을 겪게 된 데에는 2015/16년 슈퍼엘니뇨의 영향이 크게 한 몫을 하였는데, 이는 남반구의 여름인 11월부터 이듬해 3월까지인 짐바브웨의 우기가 2015/16년 슈퍼엘니뇨 강도가 절정에 달했던 시기(10월에서 2월)와 겹쳐져 짐바브웨의 강수량이 슈퍼 엘니뇨의 영향을 받게 되었기 때문이다. 게다가 4월부터는 엘니뇨의 영향을 받은 우기가 끝나고 건기가 시작되기 때문에 앞으로 가뭄이 얼마나 더 악화될지 우려되는 상황이다. 짐바브웨의 기후를 살펴보면, 증발량이 강수량보다 많은 건조기후 중에서도 비교적 그 정도가 약한 기후인 반건조 지대에 속한다. 하지만 연강수량 변동에 따라서, 비가 내리는 해에는 토양 수분이 과잉되고 비가 적게 내리는 해에는 심한 물 부족 현상이 일어나게 되기 때문에, 건기가 시작되는 4월부터 짐바브웨 강수 예측은 가뭄이 얼마나 지속될지를 파악하는 데에 아주 중요한 요소가 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 강수 예측 결과를 중심으로 2016년 짐바브웨의 가뭄이 얼마나 지속되고, 또 가뭄의 강도는 어떻게 될지 알아보는 것에 목적을 두고, GCM을 이용하여 2016년 3월에서 10월까지 장기예측을 수행하였다. 경계 자료로는 ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasts)에서 제공하는 Sea Ice자료와, NOAA OI (National Oceanic and Atmospheric Administration Optimum Interpolation) Weekly SST자료를 사용하였고 엘니뇨의 영향을 고려하기 위해 IRI (International Research Institute)의 ENSO forecast를 참고하여 SST아노말리에 월별 가중치를 적용하였다. 초기 입력 자료로는 1월 21-30일 10일간의 ECMWF의 재분석 자료를 이용하여 총 10개 멤버의 앙상블 예측을 수행하였고, 8개월(3-10월) 기간에 대해 약 한 달간의 spin-up time을 주었다. 예측 자료를 모델 climatology와 비교하여 월 평균 강수 전망을 분석하였고, 기온과 해면기압의 월 평균자료도 추가 분석하였다. 또한 짐바브웨 지역의 강수 관측 자료와 모델 예측 자료를 이용하여 특정 도시들의 1년 누적강수를 예측 및 분석하였고, 최종적으로 이 결과를 통해 짐바브웨의 가뭄지속가능성을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.309-309
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• 2022

특정 극치사상 자료에 대한 특성 분석 시 수문자료에 대한 빈도해석은 일반적으로 단일 확률 변수를 기준으로 이루어지는 단변량 해석 방법이 활용된다. 그러나 두 가지 이상의 변량이 서로 상관성을 가지는 경우 다변량 빈도해석이 요구되며, 이를 단변량으로 해석하는 경우 재현기간의 과소추정 등의 문제점이 발생할 수 있다. 최근 이러한 점을 개선하기 위하여 다변량 빈도해석에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다(Kwon and Lall, 2016; Vaziri et al., 2018). 특히, 가뭄의 경우, 강도(intensity)뿐만 아니라 지속기간, 심도도 매우 중요한 인자로 고려되고 있다. 특히, 가뭄지속기간과 심도의 경우 두 인자 간의 상관성이 매우 크기 때문에 단변량(univariate) 가뭄빈도해석 보다 다변량으로(multivariate) 가뭄빈도해석을 수행하는 것이 가뭄위험도 평가 측면에서 유리하다고 알려져 있다(Shiau and Shen, 2001; Kim et al., 2017). 따라서 이 둘을 결합한 빈도 해석을 위해 Copula Function을 이용한 다변량 빈도 해석에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 홍수의 경우 지속시간별 연최대강수량 계열을 이용한 빈도해석 과정이 지침으로 정립되어 수자원 설계 실무에서 활용되고 있으나, 가뭄은 실무에서 활용할 수 있는 지침 및 분석 도구가 없는 실정이다. 이에 환경부와 국가가뭄정보분석센터에서는 '20년도에 단변량 가뭄빈도 해석을 위한 프로그램을 제작·배포하였다. 본 연구에서는 가뭄의 특성을 대변하는 상관도 높은 두 인자인 가뭄 심도(severity)와 가뭄 지속기간(duration)이라는 두 가지 특성을 함께 고려해 이변량(bivariate) 가뭄 빈도를 해석할 수 있는 도구를 개발하는 것을 목표로, 다양한 확률분포형을 이용한 최적 주변 확률분포형 선정과 최신 Copula Function들을 이용한 최적 결합확률분포 추정을 통해 신뢰도 높은 2변량 가뭄빈도 해석을 수행할 수 있는 프로그램을 제작하였으며, 테스트 버전 배포 등을 거쳐 누구나 사용할 수 있도록 공개할 예정이다.