RCP 기후변화시나리오를 이용한 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향평가 The Impact Assessment of Climate Change on Design Flood in Mihochen basin based on the Representative Concentration Pathway Climate Change Scenario원문보기
최근 기후변화로 인해 이상호우가 발생하고 있으며 많은 선행연구들에서는 극한수문사상의 변화로 인해 배수관련 기반시설물의 첨두홍수 규모와 빈도가 변화 할 것으로 예상하고 있다. 그러나 현재 배수시설물의 설계에 쓰이는 확률강우량은 기후변화나 장기적 변동에 영향을 받지 않는 정상성(stationary)을 가정하고 있어 앞으로 다가올 미래에 지금까지의 치수안전도 기준이 유효한가에 대한 재고가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 IPCC AR5에 대비하여 개발된 RCP 8.5 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변t화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 개발하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 설계홍수량을 산정하기 위해 실무에서 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 기후변화로 인해 대상유역의 설계홍수량이 증가됨을 확인 할 수 있었으며 이로 인해 미호천유역의 홍수위험성이 현재에 비해 증가함을 확인 할 수 있었다.
최근 기후변화로 인해 이상호우가 발생하고 있으며 많은 선행연구들에서는 극한수문사상의 변화로 인해 배수관련 기반시설물의 첨두홍수 규모와 빈도가 변화 할 것으로 예상하고 있다. 그러나 현재 배수시설물의 설계에 쓰이는 확률강우량은 기후변화나 장기적 변동에 영향을 받지 않는 정상성(stationary)을 가정하고 있어 앞으로 다가올 미래에 지금까지의 치수안전도 기준이 유효한가에 대한 재고가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 IPCC AR5에 대비하여 개발된 RCP 8.5 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변t화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 개발하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 설계홍수량을 산정하기 위해 실무에서 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 기후변화로 인해 대상유역의 설계홍수량이 증가됨을 확인 할 수 있었으며 이로 인해 미호천유역의 홍수위험성이 현재에 비해 증가함을 확인 할 수 있었다.
Recently, Due to Climate change, extreme rainfall occurs frequently. In many preceding studies, Because of extreme hydrological events changes, it is expected that peak flood Magnitude and frequency of drainage infrastructures changes. However, at present, probability rainfall in the drainage facili...
Recently, Due to Climate change, extreme rainfall occurs frequently. In many preceding studies, Because of extreme hydrological events changes, it is expected that peak flood Magnitude and frequency of drainage infrastructures changes. However, at present, probability rainfall in the drainage facilities design is assumed to Stationary which are not effected from climate change and long-term fluctuation. In the future, flood control safety standard should be reconsidered about the valid viewpoint. In this paper, in order to assess impact of climate change on drainage system, Future climate change information has been extracted from RCP 8.5 Climate Change Scenario for IPCC AR5, then estimated the design rainfall for various durations at return periods. Finally, the design flood estimated through the HEC-HMS Model which is being widely used in the practices, estimated the effect of climate change on the Design Flood of Mihochen basin. The results suggested that the Design Flood increase by climate change. Due to this, the Flood risk of Mihochen basin can be identified to increase comparing the present status.
Recently, Due to Climate change, extreme rainfall occurs frequently. In many preceding studies, Because of extreme hydrological events changes, it is expected that peak flood Magnitude and frequency of drainage infrastructures changes. However, at present, probability rainfall in the drainage facilities design is assumed to Stationary which are not effected from climate change and long-term fluctuation. In the future, flood control safety standard should be reconsidered about the valid viewpoint. In this paper, in order to assess impact of climate change on drainage system, Future climate change information has been extracted from RCP 8.5 Climate Change Scenario for IPCC AR5, then estimated the design rainfall for various durations at return periods. Finally, the design flood estimated through the HEC-HMS Model which is being widely used in the practices, estimated the effect of climate change on the Design Flood of Mihochen basin. The results suggested that the Design Flood increase by climate change. Due to this, the Flood risk of Mihochen basin can be identified to increase comparing the present status.
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문제 정의
본 논문에서는 먼저 기후변화가 한반도 중부지방의 강우특성에 미치는 영향을 평가하기 위해 비교적 관측 연도가 긴 지점의 일 강수자료를 대상으로 확률밀도함수의 변화를 분석하였다. Fig.
본 논문에서는 미호천 유역을 대상으로 기후변화가 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다. 미호천은 금강 유역의수계로 한반도 중서부에 위치하고 있으며 유역면적은 1,855.
이에 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 AR5에 대비하여 개발된 RCP 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 이용하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 산정된 기후변화가 반영된 설계강우량을 현재 실무에서 설계홍수량을 산정하기 위해 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다.
앞에서 언급했듯이 본 논문에서는 기후변화가 고려된 설계강우량을 홍수량으로 변환하기 위해 실무에서 가장 널리 쓰이고 있는 HEC-HMS를 이용하여 강우-유출 모의를 실시하였다. 본 논문에서는 HEC-HMS의 유역특성인자를 추출하기 위해 WAMIS에서 제공하는 1:25,000 축척의 30m 수치고도자료(DEM), 토지피복도, 토양도를 이용하였다.
이에 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 AR5에 대비하여 개발된 RCP 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 이용하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 산정된 기후변화가 반영된 설계강우량을 현재 실무에서 설계홍수량을 산정하기 위해 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다.
제안 방법
이에 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 AR5에 대비하여 개발된 RCP 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 이용하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 산정된 기후변화가 반영된 설계강우량을 현재 실무에서 설계홍수량을 산정하기 위해 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다.
본 논문에서는 미래의 확률강우자료를 이용하여 강우-유출모의를 하기 전에 구축된 HEC-HMS 모형에 대한 매개변수를 최적화하기 위해 합강수위표 지점의 2010년 8월 21일∼10월21일 관측된 유출량을 이용하였다.
이에 본 연구에서는 앞 선 분석결과를 근거로 비정상성빈도해석 기법을 이용하여 미호천유역의 도달시간을 고려하여 지속시간 3시간에 대하여 50년, 100년, 200년 빈도 설계강우량을 산정하였다. 또한, RCP 기후변화시나리오의 미래기간을 Case 1(2011-2040), Case 2(2041-2070), Case 3(2071-2099)로 구분하여 결과를 산정하였다.
대상 데이터
, 2008)의 온실기체 배출시나리오에 따른 전지구 및 지역기후변화 시나리오를 산출하였다(국립기상연구소, 2011). 본 논문에 사용된 기후변화 전망자료는 기상청이 영국기상청의 지역기후모델(HadGEM3-RA)을 도입하여 생산한 한반도 지역기후변화 시나리오 자료이며, 영역은 우리나라를 중심으로 중국 및 일본의 일부 지역을 포함한다(Fig. 1). HadGEM3-RA의 수평 분해능은 격자 거리 12.
앞에서 언급했듯이 본 논문에서는 기후변화가 고려된 설계강우량을 홍수량으로 변환하기 위해 실무에서 가장 널리 쓰이고 있는 HEC-HMS를 이용하여 강우-유출 모의를 실시하였다. 본 논문에서는 HEC-HMS의 유역특성인자를 추출하기 위해 WAMIS에서 제공하는 1:25,000 축척의 30m 수치고도자료(DEM), 토지피복도, 토양도를 이용하였다. Fig.
본 논문에서는 우리나라의 미래 극한강수 전망을 위하여 12.5 km 분해능 HadGEM3-RA에서 생산한 RCP8.5의 지역기후변화시나리오 자료를 사용하였다. 여기서 8.
데이터처리
비정상성은 확률분포의 1차 모멘트, 2차 모멘트 등이 모두 시간에 따라 변하는 경우로 단순화하여 표현할 수 있다. 본 논문에서는 조건부 GEV 확률분포를 이용하여 비정상성 빈도분석을 실시하였으며 식 (2)와 같은 형태로 표현된다.
이론/모형
또한, Kim(2008) 등은 YONU CGCM을 이용하여 2030s(2031~2050)를 모의하였으며 통계학적 축소기법을 적용하고 Quantile Mapping 방법으로 편이 보정한 후, BLRPM을 이용하여 시자료로 분해하여 IDF 곡선을 제시하였다. 국외 연구로는 Annette Semadeni-Davies(2008)가 기후모형을 고려하여 DHI MOUSE 모형을 이용하여 도시지역의 합류식 관거 시스템에 미치는 영향을 평가하였다. Alain Mailhot(2007)는 Canadian Regional Climate Model(CRCM)을 이용하여 연 최대 2,6,12,24시간 강우를 추출하여 지역빈도해석을 적용하여 IDF곡선을 작성하였으며 Hans Thodsen(2007)은 HIRHAM RCM 모형을 이용해서 기후변화가 강우나 유출량의 극한값에 미치는 영향을 평가하였다.
성능/효과
5는 현재기후와 21세기 초반, 중반과 말의 GEV 분포의 매개변수를 보여주고 있다. Fig. 4와 5를 통해 볼 수 있듯이 먼 미래로 갈수록 위치(loction), 규모(scale) 매개변수는 증가하고 있고, 형상(shape) 매개변수는 감소하고 있음을 확인하였는데 이는 미래로 갈수록 극한강수의 평균, 변동성 증가와 함께, 큰 극한강수의 발생 빈도도 잦아질 수 있음을 의미하는 것이다.
RCP8.5 기후변화 시나리오를 통해 전망된 미래 GEV(Generalized Extreme Value) 확률밀도함수(probability density function)를 분석 해 본 결과 먼 미래로 갈수록 위치(loction), 규모(scale) 매개변수는 증가하고, 형상(shape) 매개변수는 감소하고 있음을 확인 할 수 있었다. 이 결과는 미래로 갈수록 극한강수의 평균, 변동성 증가와 함께, 큰 극한강수의 발생 빈도도 잦아질 수 있음을 의미하는 것이며 더 이상은 정상성 가정기반의 빈도해석기법이 유효하지 않음을 의미하는 것이다.
Table 2에 수록한 바와 같이 50년 빈도의 경우 약 10%∼22% 증가, 100년 빈도의 경우 약 10%∼24%, 200년 빈도의 경우 30%∼43% 증가하는 것으로 분석되었으며 이는 미래에 미호천 유역이 극한홍수에 대한 위험성이 증가 할 가능성이 높다는 것을 의미하는 것이다.
또한, 비정상성 빈도해석을 통해 빈도별 확률강수량을 산정한 후 HCE-HMS를 이용하여 설계홍수량을 산정 해 본 결과, 빈도별 설계홍수량이 50년 빈도의 경우 약 7%∼10% 증가, 100년 빈도의 경우 약 7%∼9%, 200년 빈도의 경우 4%∼11% 증가하는 것으로 분석되었다.
Fig.을 통해 알 수 있듯이 매개변수 보정 후 모의된 유출량이 첨두발생시간과 경향이 관측 유출량과 거의 일치됨을 확인 할 수 있다.
5 기후변화 시나리오를 통해 전망된 미래 GEV(Generalized Extreme Value) 확률밀도함수(probability density function)를 분석 해 본 결과 먼 미래로 갈수록 위치(loction), 규모(scale) 매개변수는 증가하고, 형상(shape) 매개변수는 감소하고 있음을 확인 할 수 있었다. 이 결과는 미래로 갈수록 극한강수의 평균, 변동성 증가와 함께, 큰 극한강수의 발생 빈도도 잦아질 수 있음을 의미하는 것이며 더 이상은 정상성 가정기반의 빈도해석기법이 유효하지 않음을 의미하는 것이다.
후속연구
산업혁명 이후 인간사회의 산업화와 도시화의 가속으로 인한 지구온난화는 기후변화를 야기해 왔으며 이로 인한 각종 부정적인 영향의 심각성은 날로 커져가고 있는 것이 현실이다. 기후변화는 수자원의 양과 질, 하천 생태계, 산림, 농업, 해양, 건강과 위생, 산업 등 광범위한 부문에 영향을 미칠 뿐 아니라, 인류의 생존 자체에 위협이 될 수 있을 것으로 보고 있다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, 이하 IPCC) 4차 보고서에 의하면 2080년대에는 해수면 상승(약 24cm)으로 해안지역의 30%이상이 유실되고 전 세계 인구의 20% 이상이 홍수로 인한 위험에 노출될 것으로 예상하고 있다.
이는 미호천유역이 미래 기후변화로 인해 극한홍수 위험성이 증가할 가능성이 내포 내어 있다는 것을 의미하는 것이다. 물론 본 연구의 결과는 기후변화시나리오 자체의 불확실성과 강우-유출모형의 불확실성이 포함되어 있으나 미래 발생 가능할 홍수위험성에 대비하기 위해서는 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
설계홍수량을 산정하기 위해 실무에서 널리 이용되고 있는 홍수유출모형은?
5 기후변화시나리오로부터 미래 기후변화정보를 추출하였으며 기후변t화를 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 개발하여 지속시간별 빈도별 설계강우량을 산정하였다. 또한, 설계홍수량을 산정하기 위해 실무에서 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 기후변화로 인해 대상유역의 설계홍수량이 증가됨을 확인 할 수 있었으며 이로 인해 미호천유역의 홍수위험성이 현재에 비해 증가함을 확인 할 수 있었다.
현재 배수시설물의 설계에 쓰이는 확률강우량에 대한 의견은?
최근 기후변화로 인해 이상호우가 발생하고 있으며 많은 선행연구들에서는 극한수문사상의 변화로 인해 배수관련 기반시설물의 첨두홍수 규모와 빈도가 변화 할 것으로 예상하고 있다. 그러나 현재 배수시설물의 설계에 쓰이는 확률강우량은 기후변화나 장기적 변동에 영향을 받지 않는 정상성(stationary)을 가정하고 있어 앞으로 다가올 미래에 지금까지의 치수안전도 기준이 유효한가에 대한 재고가 필요한 시점이다. 본 연구에서는 기후변화가 배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 최근 IPCC AR5에 대비하여 개발된 RCP 8.
홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향을 평가한 결과는?
또한, 설계홍수량을 산정하기 위해 실무에서 널리 이용되고 있는 홍수유출모형인 HEC-HMS 모형을 통해 기후변화가 미호천 유역의 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 기후변화로 인해 대상유역의 설계홍수량이 증가됨을 확인 할 수 있었으며 이로 인해 미호천유역의 홍수위험성이 현재에 비해 증가함을 확인 할 수 있었다.
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