[논문]한반도 영향 태풍의 경로 유형에 따른 섬진강댐 유역의 수문변동 특성분석

강호영; 최지혁; 김종석; 문영일

doi:10.3741/jkwra.2017.50.4.233

한반도 영향 태풍의 경로 유형에 따른 섬진강댐 유역의 수문변동 특성분석
Hydrologic variability in the Sumjin river dam basin according to typhoon genesis pattern 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.4, 2017년, pp.233 - 239

강호영 (서울시립대학교 토목공학과) , 최지혁 (서울시립대학교 토목공학과) , 김종석 (서울시립대학교 토목공학과) , 문영일 (서울시립대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 한반도의 대표적인 다목적 댐인 섬진강댐을 대상으로 한반도에 영향을 미치는 태풍과 태풍의 발생에 따른 유출특성변화를 분석하였다. 태풍영향 도메인을 적용하여 태풍의 이동 경로를 유형화하고 태풍유량을 정량화하고, 태풍정보와 대상유역의 수문변화지표의 순위분석과 상관분석을 통하여 기후변화의 적응과 대책수립에 대한 정보를 제공하고자 한다. 한반도 태풍도메인을 통과한 한반도 영향 태풍(n)은 첨두유량의 규모와 발생시기의 변화에는 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 첨두유량의 발생빈도와 지속시간은 한반도 영향 태풍과 상대적으로 관계가 적은 것으로 분석되었다. 이러한 변화는 상관성 분석결과에서도 확인할 수 있었다. 첨두유량의 발생규모(correlation coefficient = 0.41)와 첨두발생시간(correlation coefficient = 0.83)은 한반도 영향 태풍(n)과 양의 상관관계가 나타났다. 따라서 본 연구에서는 섬진강 댐을 대상으로 한반도 영향 태풍의 경로를 유형화하고, 각 태풍 유형에 따라 섬진강 댐 유역의 수문변동에 대한 특성을 분석하였다. 이는 한반도 수생태계환경 시스템 변화에 대한 대응방안의 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed typhoon affecting Korean Peninsula and runoff characteristic changes according to the typhoon based on Sumjin river dam, a representative multi-purpose dam. We quantified typhoon flow by applying the typhoon domain, and will provide base data for climate change adaptation and counterstrategy through correlation analysis of the change of typhoon statistical data and Indicators of Hydrologic Alterations (IHA). Korean Peninsula impact typhoon has a great effect on the scale of peak flow and the change of occurrence time. The occurrence frequency and duration of the peak flow were analyzed to be relatively unrelated to the typhoon affected by the Korean peninsula. These changes were also confirmed in the correlation analysis results. Correlation coefficient between the peak flow (0.41) and peak flow occurrence time (correlation coefficient = 0.83) was positively correlated with the Korean peninsula influenced typhoon.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기후변화에 따른 태풍의 발생 가능성이 지적되고 있으며, 이로 인한 댐 유입량의 변동 폭이 커질 것으로 전망됨에 따라 치수와 이수적인 측면뿐 아니라 환경적인 경향을 고려한 통합적 물 관리 체계 구축이 시급히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 섬진강 댐을 대상으로 한반도 태풍도메인을 적용하여 태풍의 경로를 유형화하고, 태풍 유형에 따라 섬진강 댐 유역의 수문변동에 대한 특성을 분석하였다. 이는 한반도 수생태계환경 시스템 변화에 대한 대응방안의 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.
또한, 피어슨 상관분석(Pearson Correlation Analysis)과 순위 분석(Rank Analysis)을 통하여 한반도 영향 태풍을 고려한 섬진강 댐 유역의 수문변동 특성을 분석하였다. 본 연구에서는 태풍이 한반도 태풍영향도메인에 진입한 시점부터 도메인 안에 위치하고 있는 동안 발생한 유출량을 태풍유출량으로 정의하였다.
본 연구에서는 한반도의 대표적인 다목적 댐 유역인 섬진강 댐을 대상으로 한반도에 영향을 미치는 태풍과 태풍의 발생에 따른 유출특성변화를 분석하였다. 태풍영향 도메인을 적용하여 태풍유량을 정량화하였으며, 태풍통계 자료와 지역 수문변화지표의 변화와 상관분석을 통하여 기후변화의 적응과 대책수립에 유용한 정보를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 한반도의 대표적인 다목적 댐 유역인 섬진강 댐을 대상으로 한반도에 영향을 미치는 태풍과 태풍의 발생에 따른 유출특성변화를 분석하였다. 태풍영향 도메인을 적용하여 태풍유량을 정량화하였으며, 태풍통계 자료와 지역 수문변화지표의 변화와 상관분석을 통하여 기후변화의 적응과 대책수립에 유용한 정보를 제공하고자 하였다. 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.

제안 방법

Fig. 2는 북서태평양(WNP) 지역에서 발생한 태풍과 한반도 영향 태풍의 경로를 도시하였으며, 한반도 주변의 사각형 점선인 기상청 한반도 태풍영향도메인(32-40°N, 120-138°E)한반도에 영향을 미치는 태풍의 경로를 추적하여 태풍의 영향을 정량화하고 태풍에 의한 유출의 특성변화를 분석하였다.
게다가 태풍통계 자료에 대한 경향성 분석을 위하여 대표적인 비모수적 방법인 Mann-Kendall test를 적용하여 유의수준 95%에 대해서 양측 검증을 통한 통계적 유의성을 평가하였다. 또한, 피어슨 상관분석(Pearson Correlation Analysis)과 순위 분석(Rank Analysis)을 통하여 한반도 영향 태풍을 고려한 섬진강 댐 유역의 수문변동 특성을 분석하였다. 본 연구에서는 태풍이 한반도 태풍영향도메인에 진입한 시점부터 도메인 안에 위치하고 있는 동안 발생한 유출량을 태풍유출량으로 정의하였다.
본 연구에서는 섬진강 댐 유역을 대상으로 태풍 영향에 따른 유출에 대한 주요 성분에 대한 특성변화를 살펴보기 위해 순위(Rank) 분석을 실시하였다. 한반도 영향 태풍(n)과 북서 태평양에서 발생한 태풍(N)의 발생빈도에 대한 통계적으로 유의한 변화는 발생하지 않았지만, 한반도 영향 태풍의 발생비율(n/N)에서는 유의수준 95%를 충족하는 동시에 증가경향이 나타났다.
태풍에 의한 한반도 영향을 정량적으로 분석하기 위하여 1975년부터 2015년까지 북서태평양에서 발생한 852개 태풍의 이동경로를 홍수기(5월-10월) 동안 한반도 태풍영향도메인(32-40°N, 120-138°E)을 통과한 222개의 태풍을 대상으로 서해, 동해, 일본 방향으로 태풍의 이동경로를 분리하여 섬진강댐 유역에 미치는 영향과 태풍에 대한 체류시간과 유역의 유출반응을 고려한 탐색적 분석기법(Kim et al., 2012)을 적용하여 첨두유량 계열에 대한 유출변화지표(Magnitude, Timing, Frequency, Duration)를 추출하여 한반도에 영향을 미친 태풍이 섬진강 댐 유역의 유량변화에 미친 영향을 분석하였다.
한반도에 영향을 미치는 태풍의 경로를 추적하여 태풍의 영향을 정량화하고 태풍에 의한 유출의 특성변화를 분석하였다. Fig.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 태풍정보는 RSMC (Regional Specialized Meteorological Centre) 도쿄-태풍센터(http://www.jma.go.jp/en/typh/)에서 제공하는 자료이며, 1975년부터 2015년까지 41개년의 자료에 대해서 태풍발생 지점과 태풍경로 분석을 위해 사용하였다. 소양강 댐 유역의 수문변동 특성분석을 위해서는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하고 있는 면적평균강우량과 댐유입량자료(1975-2015년)를 이용하였다.
본연구의대상유역은우리나라최초의다목적댐인섬진강댐으로선정하였다(Fig. 1). Table 1은 섬진강 댐의 제원을 나타내고 있으며, 섬진강 댐 유역은 한반도 내륙지역에 위치하고 있어 다른 다목적 댐 유역보다 생태학적 스트레스가 큰 것으로 분석된 유역이다(Kang et al.
jp/en/typh/)에서 제공하는 자료이며, 1975년부터 2015년까지 41개년의 자료에 대해서 태풍발생 지점과 태풍경로 분석을 위해 사용하였다. 소양강 댐 유역의 수문변동 특성분석을 위해서는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하고 있는 면적평균강우량과 댐유입량자료(1975-2015년)를 이용하였다.

데이터처리

, 2012)을 적용하여 첨두유량 계열에 대한 유출변화지표(Magnitude, Timing, Frequency, Duration)를 추출하여 한반도에 영향을 미친 태풍이 섬진강 댐 유역의 유량변화에 미친 영향을 분석하였다. 게다가 태풍통계 자료에 대한 경향성 분석을 위하여 대표적인 비모수적 방법인 Mann-Kendall test를 적용하여 유의수준 95%에 대해서 양측 검증을 통한 통계적 유의성을 평가하였다. 또한, 피어슨 상관분석(Pearson Correlation Analysis)과 순위 분석(Rank Analysis)을 통하여 한반도 영향 태풍을 고려한 섬진강 댐 유역의 수문변동 특성을 분석하였다.
섬진강댐 유역의 유입량의 약 70%는 홍수기(5월-10월)에 홍수조절을 위해 운영되고, 유입량의 약 30%는 비홍수기에 주로 용수를 공급하고 수력발전을 위해 운영되고 있다. 섬진강 댐 유역에 대하여 태풍으로 유입된 강우에 의한 발생된 유출량과 태풍의 영향을 받지 않은 유출량에 대하여 의존성 분석을 위해 상관성 분석을 수행하였으며 R² = 0.09, cor = 0.29로 분석되었다.

성능/효과

1) 섬진강 댐 유역의 유출량 자료(1975-2015년, 41개년)를 이용하여 북서태평양 지역에서 발생한 태풍과 한반도 태풍영향 도메인을 통과한 태풍을 분석한 결과, 홍수기(5월10월) 동안 북서태평양 지역에서는 852개의 태풍이 발생되었으며 그 중 222개의 태풍이 한반도에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 태풍의 평균발생지점은 필리핀 동쪽 해상 부근(16.1°N, 139.8°E)인 것으로 분석되었다.
2) 태풍경로에 따른 영향을 분석하기 위하여 한반도에 영향을 미친 222개 태풍 사상을 이동경로에 따라 서해, 동해, 일본 방향으로 분리하였다. 일본 열도를 통과하는 태풍 사상의 발생빈도가 서해와 동해를 통과하는 태풍 사상보다 많은 것으로 분석되었지만, 연최대 유출량에 영향을 미치는 경우는 발생하지 않았다.
3) 한반도에 영향을 미치는 태풍발생빈도(n)는 통계적으로 유의한 증가경향은 보이지 않았으나 태풍에 의한 섬진강댐 유역의 유출특성은 상당한 영향을 받고 있는 것으로 분석되었다. 여름철 태풍유출량의 경우 41개년 중 상위 8개 사상이 태풍발생빈도를 기준으로 상위 50%에서 발생하는 것으로 나타났고, 태풍발생빈도와 태풍유출량과는 양의 상관관계(ρ= 0.
한반도 영향 태풍(n)과 북서 태평양에서 발생한 태풍(N)의 발생빈도에 대한 통계적으로 유의한 변화는 발생하지 않았지만, 한반도 영향 태풍의 발생비율(n/N)에서는 유의수준 95%를 충족하는 동시에 증가경향이 나타났다. 41개년 동안 발생한 평균 태풍발생비율(n/N)은 0.268이며, 변동계수는 0.385로 크지 않는 것으로 분석되었다. 그러나 태풍에 의한 대상 댐 유역의 유출특성은 상당한 변화가 있는 것으로 나타났다.
지구온난화로 인해 해수면 온도의 상승과 엘니뇨 및 라니냐 등의 발생과 진화패턴의 변화로 인하여 북태평양 지역의 태풍 발생 패턴이 변화하고 있으며, 특히 태풍의 발생지점과 태풍경로, 그리고 태풍강도 등이 변화하고 있어 한반도를 포함한 동아시아 지역의 생태-수문학적 변화에 민감하게 작용할 수 있으며 이에 대한 대비책 마련이 시급한 실정이다. 따라서 태풍의 발생빈도가 섬진강 댐 유역의 첨두유량 변화와 첨두유량의 발생시기에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 향후 섬진강 댐 유역처럼 수자원의 변동성과 불확실성이 큰 유역에서 가뭄 및 홍수 등의 자연재해를 포함한 수자원의 안정적인 공급을 위해서는 기상인자에 대한 이해와 수문병량간의 상관관계규명에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되며, 댐 운영 등을 고려한 기후 및 환경 변화에 따른 합리적인 수자원 운영 시스템 구축이 요구된다.
일본 열도를 통과하는 태풍 사상의 발생빈도가 서해와 동해를 통과하는 태풍 사상보다 많은 것으로 분석되었지만, 연최대 유출량에 영향을 미치는 경우는 발생하지 않았다. 서해와 동해를 통과하는 태풍 사상에 의해 연최대 유출량의 발생 가능성(상위 20개 사상 중 8개 발생)이 높은 것으로 분석되었다.
77). 섬진강 댐 유역의 홍수기 유출량과 태풍유출량은 장기적인 양의 증가패턴은 보이지만 통계적으로 유의하지는 않는 것으로 나타났다. 홍수기 유출량이 가장 많이 발생한 해는 2003년인 것으로 나타났으며 한반도 남부지역을 강타한 “Super Typhoon Maemi”의 영향이 큰 것으로 분석되었으나, 태풍에 의한 유출은 상대적으로 크지 않는 것으로 분석되었다.
태풍과 관련된 통계자료로 사용된 한반도 영향 태풍과 하천 생태계의 변화에 중요한 역할을 할 수 있는 고유량(high flow) 지표의 상대적 변화를 도시하고 있다. 섬진강 댐 유역의 홍수기 유출성분에 대한 경향성 분석결과, 첨두유량(tau = 0.207, p-value = 0.058), 첨두유량의 발생시기(tau = 0.095, p-value = 0.393), 첨두유량을 초과하는 유출의 발생빈도(tau = 0.216, p-value = 0.073)와 지속기간(tau = 0.223, p-value = 0.065) 모두 양의 증가 형태를 보이고 있지만 통계적으로 유의하지 않은 것으로 분석되었다.
섬진강 댐 유역의 홍수기(5-10월) 태풍의 영향을 고려한 유출분석 결과는 Fig. 4에 도시하고 있으며, 1975년부터 2015년까지 유출자료를 분석한 결과, 홍수기 유출량의 15.18%가 태풍강우에 의해 발생한 것으로 타났다(평균: 15.18%, 표준편차: 42, 변동계수: 2.77). 섬진강 댐 유역의 홍수기 유출량과 태풍유출량은 장기적인 양의 증가패턴은 보이지만 통계적으로 유의하지는 않는 것으로 나타났다.
여름철 태풍유출량의 경우 41개년 중 상위 8개 사상이 태풍발생빈도를 기준으로 상위 50%에서 발생하는 것으로 나타났고, 태풍발생빈도와 태풍유출량과는 양의 상관관계(ρ= 0.39, p-value = 0.001)가 뚜렷한 것으로 분석되었다.
이러한 변화는 상관성 분석결과에서도 확인할 수 있었다. 첨두유량의 발생규모(correlation coefficient = 0.41)와 첨두발생시간(correlation coefficient = 0.83)은 한반도 영향 태풍(n)과 양의 상관관계가 나타났다.
8°E)인 것으로 분석되었다. 태풍 발생빈도에 대한 통계적 유의성은 나타나지 않았으나 한반도 도메인을 통과하는 태풍에 의해 한강유역의 여름철 유출량의 변화가 민감하게 변화하는 것으로 나타났다. 섬진강 댐 유역의 여름철 유출량의 15.
태풍 발생에 따른 유출량의 첨두유량은 크게 변하지 않았으나, 첨두발생시간은 평년치보다 지연되는 경향을 보이는 것으로 분석되었으며, 첨두발생시간과 한반도 영향 태풍발생빈도(n)와는 양의 상관관계(ρ= 0.209)가 발생하는 것으로 나타났다.
209)가 발생하는 것으로 나타났다. 태풍발생빈도(n)에 따른 첨두유량의 변화는 뚜렷하게 나타났으나 저유량의 변화는 크지 않는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 섬진강 댐 유역을 대상으로 태풍 영향에 따른 유출에 대한 주요 성분에 대한 특성변화를 살펴보기 위해 순위(Rank) 분석을 실시하였다. 한반도 영향 태풍(n)과 북서 태평양에서 발생한 태풍(N)의 발생빈도에 대한 통계적으로 유의한 변화는 발생하지 않았지만, 한반도 영향 태풍의 발생비율(n/N)에서는 유의수준 95%를 충족하는 동시에 증가경향이 나타났다. 41개년 동안 발생한 평균 태풍발생비율(n/N)은 0.
단순히 한반도 태풍영향도메인을 통과한 빈도가 많을 때 보다 태풍의 이동경로가 일본(J)방향이 아닌 동해(E)와 서해(W) 방향으로 진행될 경우 태풍유출률(상위 20개년 중 8개 사상 발생)의 변화가 상당한 것으로 나타났다. 한반도 태풍영향 도메인을 통과한 태풍사상의 발생빈도(41개년 중 10개 사상 발생)도 한반도 영향 태풍의 발생빈도와 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 그러나 한반도 영향 태풍(n)은 첨두유량의 규모와 발생시기의 변화에는 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다.

후속연구

따라서 본 연구에서는 섬진강 댐을 대상으로 한반도 태풍도메인을 적용하여 태풍의 경로를 유형화하고, 태풍 유형에 따라 섬진강 댐 유역의 수문변동에 대한 특성을 분석하였다. 이는 한반도 수생태계환경 시스템 변화에 대한 대응방안의 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.
따라서 태풍의 발생빈도가 섬진강 댐 유역의 첨두유량 변화와 첨두유량의 발생시기에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 향후 섬진강 댐 유역처럼 수자원의 변동성과 불확실성이 큰 유역에서 가뭄 및 홍수 등의 자연재해를 포함한 수자원의 안정적인 공급을 위해서는 기상인자에 대한 이해와 수문병량간의 상관관계규명에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되며, 댐 운영 등을 고려한 기후 및 환경 변화에 따른 합리적인 수자원 운영 시스템 구축이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기후변화에 관한 정부간 협의체에서 태풍강도에 대한 전망은 무엇인가?	, 2014). 기후변화에 관한 정부간 협의체(The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)에서는 지구온난화로 인한 기온상승과 태풍 진행 해역의 열용량 증가는 서북태평양지역의 태풍강도가 더욱 증가할 것으로 전망하고 있으며, 한반도 역시 태풍으로 인한 잠재적인 위험성에 노출되어 있는 실정이다(Kim et al., 2016; IPCC, 2014).
	태풍발달에 유리하게 형성되어 나타나는 장점은 무엇인가?	, 2013). 그러나 태평양 연안국가에서 태풍은 홍수, 강풍, 연안침수 등 사회 ․ 경제적으로 막대한 피해를 입히기도 하지만, 지구 에너지의 균형을 유지하고 지구환경시스템에 물을 분배함으로써 수자원확보, 대기질 개선, 적조발생 억제 등 많은 순기능의 혜택을 제공하고 있다(Trenberth et al., 2007; Sriver and Huber, 2007; Delphine et al.
	태풍유출량의 정의는 무엇인가?	또한, 피어슨 상관분석(Pearson Correlation Analysis)과 순위 분석(Rank Analysis)을 통하여 한반도 영향 태풍을 고려한 섬진강 댐 유역의 수문변동 특성을 분석하였다. 본 연구에서는 태풍이 한반도 태풍영향도메인에 진입한 시점부터 도메인 안에 위치하고 있는 동안 발생한 유출량을 태풍유출량으로 정의하였다.

참고문헌 (16)

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Trenberth, K. E., Davis, C. A., and Fasullo, J. (2007). "Water and energy budgets of hurricanes: case studies of Ivan and Katrina." Journal of Geophysical Research, Vol. 112, No. D23, 106, doi: 10.1029/2006JD008303

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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