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가뭄해갈 가능성을 고려한 가뭄사상의 결정 및 확률 가뭄심도 산정
Determination of drought events considering the possibility of relieving drought and estimation of design drought severity 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.4, 2016년, pp.275 - 282  

유지영 (전북대학교 토목공학과) ,  유지수 (한양대학교 대학원 건설환경공학과) ,  권현한 (전북대학교 토목공학과) ,  김태웅 (한양대학교 공학대학 건설환경플랜트공학과)

초록
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본 연구에서는 가뭄사상과 확률 가뭄심도를 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 강우자료로부터 가뭄사상을 추출하기 위해 연속이론과 누적 강우부족량을 동시에 고려하였다. 절단수준 이상의 강우사상이 발생할 경우, 그 때까지의 누적 강우부족량을 해갈할 수 있을 만큼의 강우량이 발생하였는가를 확인하여 가뭄사상의 종료여부를 최종 결정하였다. 이와 같이 추출된 가뭄사상의 지속기간과 심도의 상호 의존성 구조를 파악하여 결합분포함수를 추정하기 위해 코플라 함수를 적용하였다. 또한 이변량 코플라 함수의 조건부 함수를 이용하여 가뭄의 특정 지속기간에 대한 가뭄심도의 재현특성을 분석하였으며, 신뢰구간을 추정하여 이변량 빈도해석의 불확실성을 정량화하였다. 서울지점의 1909~2015년 강수자료에 적용한 결과 과거 극한가뭄으로 판단되었던 가뭄사상은 대부분 최소 10년에서 최대 50년 정도의 재현기간을 갖는 반면 2013년 발생하여 현재까지 지속되고 있는 2015년 가뭄은 현저히 높은 재현기간을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 향후 가뭄대책을 마련하는 데 있어 빈도개념을 바탕으로 하는 신뢰성 있는 기준으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 threshol...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이는 수문현상의 확률론적 불확실성과 재현특성을 반영하지 못 하는 한계를 지니게 된다. 따라서 본 연구에서는 실제 댐 유입량의 갈수유입조건을 결정하는데 활용할 수 있는 확률 가뭄심도를 추정하기 위해서 기상학적 측면에서 강수의 부족량을 기반으로 가뭄 빈도해석을 수행하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 우선 가뭄을 평년과 비교하여 강수량이 부족한 경우로 정의한 후, 평년대비 충분한 강수량이 내려 가뭄이 해소될 때까지 가뭄이 지속된다고 가정하였다.
  • 일반적으로 가뭄을 정의하는 데 있어 크게 4가지(기상학적, 수문학적, 농업적, 사회경제학적) 관점으로 구분된다. 본 연구에서는 가뭄의 근본적인 원인을 강수량의 부족에서부터 시작된다는 기상학적 관점으로 가뭄을 해석하기 위하여 월강수량을 이용하고 연속이론 개념을 적용하여 가뭄사상을 정의하였다. 일반적으로 연속이론을 기반으로 기상학적 가뭄사상을 정의하는 경우에는 가뭄절단수준 이하로 떨어지는 시점으로부터 절단수준 이상이 되는 종점까지의 시간을 가뭄 지속 기간(duration)으로 정의하며, 가뭄 지속기간 동안의 누적 강우부족량을 가뭄의 심도(severity)로 정의한다.
  • 본 연구에서는 기존의 선행연구에서 적용된 가뭄사상을 정의하는 방법에서 추가적으로 가뭄해소 가능성을 반영하기 위해 Fig. 1과 같이 가뭄사상을 새롭게 정의하는 방법을 제안하였다. 즉, 강우량이 절단수준 이하가 되면 가뭄사상이 시작되고, 가뭄사상의 심도는 누적 강우부족량이 된다.
  • 본 연구에서는 서울지점의 100년 이상의 장기간 월강수량 자료를 이용하여 가뭄사상을 구분하는 방법을 새롭게 제안하였다. 또한 코플라 함수를 이용하여 가뭄의 지속기간과 심도를 고려한 이변량 재현기간을 선정하였다.
  • 본 절에서는 가뭄의 지속기간과 심도를 동시에 고려하여 가뭄의 특성을 종합적으로 판단할 수 있는 이변량 가뭄빈도해석을 수행하였다. 이변량 빈도해석을 위해 다양한 코플라 함수(Gaussian copula, Clayton copula, Frank copula, and Gumbel copula)를 적용하였으며, 서울지점의 가뭄 지속기간과 심도에 대한 발생특성을 효과적으로 나타낼 수 있는 최적코플라 함수를 선정하기 위하여 Fig.
  • 본 절에서는 가뭄해갈 유무에 따른 풀링 과정을 통해 새롭게 추출된 가뭄사상(지속기간, 심도)에 대하여, 가뭄 특성인자별 재현특성을 검토하기 위하여 가뭄의 지속기간과 심도에 따른 단변량 빈도해석을 실시하였다. 먼저, 단변량(지속기간 또는 심도)의 최적분포함수를 결정하기 위해 Log-normal, Exponential, Gamma, Gumbel, GEV (Generalized Extreme Values), GP (Generalized Pareto) 분포를 검토하였다.

가설 설정

  • 따라서 본 연구에서는 실제 댐 유입량의 갈수유입조건을 결정하는데 활용할 수 있는 확률 가뭄심도를 추정하기 위해서 기상학적 측면에서 강수의 부족량을 기반으로 가뭄 빈도해석을 수행하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 우선 가뭄을 평년과 비교하여 강수량이 부족한 경우로 정의한 후, 평년대비 충분한 강수량이 내려 가뭄이 해소될 때까지 가뭄이 지속된다고 가정하였다. 이러한 가뭄정의에 따른 분석결과의 객관성을 확보하기 위해 우리나라에서 강수자료를 가장 길게 보유하고 있는 서울지점을 대상으로 실제 과거 가뭄기록과의 비교검토를 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내외에서 공통적으로 많이 사용하는 가뭄지수는 어떤 것들이 있는가? 가뭄을 정량적으로 평가하기 위한 목적으로 다양한 가뭄지수들이 개발되어 활용되고 있다. 이 중에서 국내외에서 공통적으로 많이 활용되는 가뭄지수로는 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI), 파머가뭄지수(Palmer Drought Severity Index, PDSI), 지표수공급지수(Surface Water Supply Index, SWSI) 등이 대표적이다. 하지만 대부분의 가뭄지수는 현재 및 미래의 가뭄상태를 모니터링하기 위한 목적으로 활용되고 있고, 가뭄의 예방 및 완화를 목적으로 하는 실질적인 가뭄대책 수립을 위한 정량적인 기준으로 활용되지 못하는 한계가 있다.
홍수와는 달리 가뭄이 가지는 특징은? 가뭄은 일반적으로 강수량의 부족으로부터 유발되며, 도시 및 농업지역의 수자원 이용 및 관리에 상당한 영향을 미치게 된다. 특히, 홍수와는 달리 가뭄은 장기간에 거쳐 광범위한 지역으로 피해가 확산되는 특징을 가지고 있어, 가뭄 감시 및 예측에 대한 어려움이 존재한다. 실제 우리나라에서도 최근까지 가뭄으로 인한 수자원 공급 긴장상태를 경험하는 빈도가 점차 증가하고 있는 실정이다.
가뭄의 경우 수자원장기종합계획을 수립하기 위한 물 공급의 안전도를 최대가뭄년을 기준으로 설정하는데, 이에 따른 한계점은 무엇인가? 가뭄의 경우에는 댐 개발 및 수자원장기종합계획을 수립을 위한 물 공급의 안전도는 과거 최대가뭄년을 기준으로 설정되고 있다. 이는 수문현상의 확률론적 불확실성과 재현특성을 반영하지 못 하는 한계를 지니게 된다. 따라서 본 연구에서는 실제 댐 유입량의 갈수유입조건을 결정하는데 활용할 수 있는 확률 가뭄심도를 추정하기 위해서 기상학적 측면에서 강수의 부족량을 기반으로 가뭄 빈도해석을 수행하는 것이 목적이다.
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참고문헌 (16)

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