• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.4
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• pp.275-282
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• 2016

The objective of this study is to propose a new method to determine the drought event and the design drought severity. In order to define a drought event from precipitation data, theory of run was applied with the cumulative rainfall deficit. When we have a large amount of rainfall over the threshold level, in this study, we compare with the previous cumulative rainfall deficit to determine whether the drought is relieved or not. The recurrence characteristics of the drought severity on the specific duration was analyzed by the conditional bivariate copula function and confidence intervals were estimated to quantify uncertainties. The methodology was applied to Seoul station with the historical dataset (1909~2015). It was observed that the past droughts considered as extreme hydrological events had from 10 to 50 years of return period. On the other hand, the current on-going drought event started from 2013 showed the significantly higher return period. It is expected that the result of this study may be utilized as the reliable criteria based on the concept of return period for the drought contingency plan.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.217-217
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• 2016

강우는 시 공간적 변동성이 크고 지형특성으로 인한 지역 편차가 큰 특성을 가지고 있다. 따라서 강우 발생을 분석하는 경우, 강우의 시 공간적 변동성과 지역특성을 고려해야한다. 본 연구에서는 지역특성을 고려한 강우 앙상블을 생성하였다. 강우의 지역특성을 고려하기 위해 2010~2015년 동안 발생한 강우사상 중 서울지역을 통과하는 대류성 강우사상 30개를 선정하였다. 지역특성 고려하기 위한 매개변수로 강우강도와 풍향을 선정하고, 매개변수의 가중인자를 결정하였다. 또한 매개변수의 정량화를 위해 강우강도의 경우 대수정규분포, 풍향의 경우 Von mises분포를 매개변수의 확률분포로 선정하고, 선정된 두 확률분포에 Copula함수를 적용하여 결합확률분포를 추정하였다. 아울러 추정된 결합확률분포에 Monte-Carlo Simulation기법을 적용하여 매개변수에 대한 난수를 발생시키고, 이를 이용하여 지역특성을 고려한 강우 앙상블을 생성하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.392-392
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• 2012

기후변화로 인해 가뭄 재해는 수자원 관리 및 계획에 큰 부담으로 작용하므로 이에 대한 연구와 대책 마련이 필요하나, 아직까지 가뭄 특성의 정량적인 거동 분석이나 기후변화가 가뭄에 미치는 영향 연구는 아직 미흡하다. 이에 본 논문에서는 가뭄변수 분석을 통해 결합확률을 이용한 가뭄분석이 타당함을 보이고, 코풀라 이론에 의해 결합확률을 이용한 가뭄빈도분석을 수행하고자 하였다. 또한 기후변화가 유역단위의 수문학적인 가뭄에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고 예측하고자 하였다. 이를 위하여 가뭄 사상에 대하여 전통적인 방법으로의 빈도분석을 수행하였다. 이를 Clayton 코풀라 함수를 적용하여 가뭄의 결합확률을 고려한 빈도분석을 수행해 기존의 단변량 기반의 빈도분석 방법과 비교 분석 하였다. 또한, 결합확률을 이용하여 가뭄의 재현빈도를 분석하고 이를 이용하여 가뭄의 심도-지속기간-빈도 곡선을 유도하였다. 그리고 기후변화가 가뭄에 미치는 영향을 분석하기 위하여 IPCC의 SRES A1B 시나리오와 KMA RCM 기후모형을 이용하여 미래 가뭄 시계열을 산정하고, 미래 가뭄에 대한 결합확률 빈도해석과 미래 가뭄분석을 수행하였다. 본 연구의 결과에 따르면 가까운 미래에 짧은 지속기간을 가진 심한 가뭄이 다발할 것으로 전망되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.57-57
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• 2022

국내의 댐·하천 설계기준은 다양한 수자원 시설물 설계 시에 활용되고 있으나, 강우사상에 대한 분석은 과거의 강우 사상에 대한 통계분석에 따라 수행되어 기후변화의 영향을 고려하지 않고 있다. 또한, 하천 설계기준에서는 홍수량 산정에 대한 방안을 명시한 바에 따르면, 홍수량 산정 표준지침에서 활용하는 빈도해석을 활용하는 방안 또는 강우-유출모형을 활용한 방안을 제시하고 있으나, 홍수량 산정 표준지침 역시 미래 강수 변화에 대한 구체적인 방안을 반영하지 않고 있는 실정이다. 전 세계적인 기후변화는 국내의 기후변동성을 증가시켜 극한강우사상의 빈도와 강도를 증대시키므로 이를 고려한 미래강우에 대한 분석이 필요한 시점이다. 일반적으로 기후 전망에 활용되는 전지구 모델(Global Climate Model; GCM)은 한반도의 복잡한 지형을 고려하기 어려우므로 지역적인 강제력을 보다 효과적으로 고려하기 위하여 지역기후모델(Regional Climate Model; RCM)을 사용하고 있다. 역학적으로 상세화 된 RCM은 비교적 고해상도의 자료를 제공하고 있으나, 강수량을 전반적으로 과소 추정하는 것으로 알려지고 있다. 본 연구에서는 지속시간 1-24시간 연최대 강우량(annual maximum rainfalls; AMRs)과 역학적 상세화 된 SSP 시나리오 일 자료를 활용하며, Copula 함수 기반의 상세화 모형을 통해 Sub-Daily 정보를 시간적으로 상세화 하였다. 최종적으로 이를 활용하여 미래 IDF 곡선을 유도하였다. 산정된 IDF 곡선 결과를 활용하여 기후변화의 영향을 고려한 설계강수량 변화량을 정량적으로 제시하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.10
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• pp.781-791
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• 2015

Dam risk analysis requires a systematic process to ensure that hydrologic variables (e.g. precipitation, discharge and water surface level) contribute to each other. However, the existing dam risk approach showed a limitation in assessing the interdependencies across the variables. This study aimed to develop Bayesian network based dam risk analysis model to better characterize the interdependencies. It was found that the proposed model provided advantages which would enable to better identify and understand the interdependencies and uncertainties over dam risk analysis. The proposed model also provided a scenario-based risk evaluation framework which is a function of the failure probability and the consequence. This tool would give dam manager a framework for prioritizing risks more effectively.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.12
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• pp.1295-1304
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• 2021

For the efficient use and management of water resources, a reliable rainfall-runoff analysis is necessary. Still, continuous hydrological data and rainfall-runoff data are insufficient to secure through measurements and models. In particular, as part of the reasonable improvement of a rainfall-runoff model in the case of an ungauged watershed, regionalization is being used to transfer the parameters necessary for the model application to the ungauged watershed. In this study, the GR4J model was selected, and the SCEM-UA method was used to optimize parameters. The rainfall-runoff model for the analysis of the correlation between watershed characteristics and parameters obtained through the model was regionalized by the Copula function, and rainfall-runoff analysis with the regionalized parameters was performed on the ungauged watershed. In the process, the intermediate state variables of the rainfall-runoff model were extracted, and the correlation analysis between water level and the ground water level was investigated. Furthermore, in the process of rainfall-runoff analysis, the Standardized State variable Drought Index (SSDI) was calculated by calculating and indexing the state variables of the GR4J model. and the calculated SSDI was compared with the standardized Precipitation index (SPI), and the hydrological suitability evaluation of the drought index was performed to confirm the possibility of drought monitoring and application in the ungauged watershed.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.12
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• pp.1203-1210
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• 2020

Drought is caused by a combination of various hydrological or meteorological factor, so it is difficult to accurately assess drought event, but various drought indices have been developed to interpret them quantitatively. However, the drought indexes currently being used are calculated from the lack of a single variable, which is a problem that does not accurately determine the drought event caused by complex causes. Shortage of a single variable may not be a drought, but it is judged to be a drought. On the other hand, research on developing indices using unstructured data, which is widely used in big data analysis, is being carried out in other fields and proven to be superior. Therefore, in this study, we intend to calculate the drought index by combining unstructured data (news data) with weather and hydrologic information (rainfall and dam inflow) that are being used for the existing drought index, and to evaluate the utilization of drought interpretation through verification of the calculated drought index. The Clayton Copula function was used to calculate the joint drought index, and the parameter estimation was used by the calibration method. The analysis showed that the drought index, which combines unstructured data, properly expresses the drought period compared to the existing drought index (SPI, SDI). In addition, ROC scores were calculated higher than existing drought indices, making them more useful in drought interpretation. The joint drought index calculated in this study is considered highly useful in that it complements the analytical limits of the existing single variable drought index and provides excellent utilization of the drought index using unstructured data.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.11
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• pp.955-968
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• 2021

A water resource plan is routinely based on a natural flow and can be estimated using observed streamflow data or a long-term continuous rainfall-runoff model. However, the watershed with the natural flow is very limited to the upstream area of the dam. In particular, for the ungauged watershed, a rainfall-runoff model is established for the gauged watershed, and the model is then applied to the ungauged watershed by transferring the associated parameters. In this study, the GR4J rainfall-runoff model is mainly used to regionalize the parameters that are estimated from the 14 dam watershed via an optimization process. In terms of optimizing the parameters, the Bayesian approach was applied to consider the uncertainty of parameters quantitatively, and a number of parameter samples obtained from the posterior distribution were used for the regionalization. Here, the relationship between the estimated parameters and the topographical factors was first identified, and the dependencies between them are effectively modeled by a Copula function approach to obtain the regionalized parameters. The predicted streamflow with the use of regionalized parameters showed a good agreement with that of the observed with a correlation of about 0.8. It was found that the proposed regionalized framework is able to effectively simulate streamflow for the ungauged watersheds by the use of the regionalized parameters, along with the associated uncertainty, informed by the basin characteristics.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.293-293
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• 2021

자연유량이란 인위적 행위에 의한 하천의 유량 변화가 없는 개발되지 않은 상태의 하천유량을 말하며, 실제 유량을 측정하거나 관측자료를 활용한 장기유출모형을 통해 산정할 수 있다. 미계측 유역에 대한 강우-유출 모형 구축시, 무엇보다 실제 미계측유역에 적용시 나타날 수 있는 문제점을 최소화할 수 있는 방향으로 모형 개발이 이루어지는 것이 필요하다. 강우-유출 모형 매개변수의 수가 많아질수록 과적합(over-fitting)의 발생 소지가 증가하게 되며, 지역화 모형 구축시 불확실성을 더욱 가중시키게 된다. 이러한 이유로, 모형의 검정보다는 검증에 초점이 맞춰져 있어야 하며, 더불어 사용되는 강우-유출 모형의 매개변수가 적어야 한다. 본 연구에서는 대표 강우-유출모형의 선정시 여러 평가 기준 중 예측의 정확성 측면에서 통계적 지표를 통해 모형의 수행능력에 중점을 두었으며, 적은 개수의 매개변수를 갖음에도 불구하고 상대적 우수한 모의결과를 제공하는 GR4J(Ge'nie Rural a 4 parame tres Journalier)모형을 최적 유출모형으로 선정하여 댐 상류유역에 대한 자연유량 재현성능을 평가하였다. 최종적으로 강우-유출모형의 최적매개변수와 유역특성인자 사이의 상호연관성을 고려해 매개변수를 지역화하기 위하여, 본 연구에서는 두 가지 이상의 변량에 대한 상관성을 효과적으로 재현하는데 효과적이며, 자유로운 주변확률분포 선택과 결합확률분포의 추정이 용이한 장점이 있는 Copula 함수를 활용하였다. 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위해 교차검증 관점에서 지역화된 매개변수의 적합성을 검토하였으며, 본 연구에서 도출된 결과는 유역특성에 따른 미계측유역의 자연유량 산정시 지역 매개변수를 강우-유출모형에 활용함으로써 신뢰성 있는 자연유량 산정 결과를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.38 no.3
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• pp.387-393
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• 2018

Considering the effect of climate change, a quantitative analysis of extreme drought is needed to reduce the damage from extreme droughts. Therefore, in this study, a quantitative risk analysis of extreme drought was conducted. The threshold level method was applied to define a drought event using Cheugugi rainfall data in past, gauged rainfall data in present, and climate change scenario rainfall data in future. A bivariate drought frequency analysis was performed using the copula function to simultaneously consider two major drought characteristics such as duration and severity. Based on the bivariate drought frequency curves, the risks for the past, present and future were calculated and the risks for future extreme drought were analyzed comparing with the past and present. As a result, the mean drought duration of the future was shorter than that of past and present, however, the mean drought severity was much larger. Therefore short term and severe droughts were expected to occur in the future. In addition, the analysis of the maximum drought risk indicated that the future maximum drought risk was 1.39~1.94 times and 1.33~1.81 times higher than the past and present. Finally, the risk of extreme drought over past and present maximum drought in the future was very high, ranging from 0.989 to 1.0, and the occurrence probability of extreme drought was high in the future.