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기후변화에 따른 미계측 도시유역의 확률홍수량 변화에 관한 연구
A study on the variation of design flood due to climate change in the ungauged urban catchment 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.5, 2018년, pp.395 - 404  

황정윤 (연세대학교 토목환경공학과) ,  안정환 (인덕대학교 토목환경공학과) ,  정창삼 (인덕대학교 토목환경공학과) ,  허준행 (연세대학교 토목환경공학과)

초록
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본 연구에서는 미계측 도시유역의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하기 위해 과거관측자료(S0)를 기준으로 상세화 기법(downscaling) 및 편의보정(bias correlation)을 통해 생산된 RCP 4.5 기후시나리오 HadGEM3-RA (RCM)모델을 이용하여 S1 (2017~2046년), S2 (2047~2076년), S3 (2077~2100년) 기간의 확률강우량의 변화를 평가하고, 도시유출모형을 이용하여 최대첨두홍수량을 산정하고 기후변화 기간별 영향을 분석하였다. 이때 확률분포형은 Gumbel, 매개변수 추정은 최우도법(ML)을 사용하였다. 평가 결과 대부분의 도시배수시설물 설계빈도인 10년 빈도의 경우 3사분위값을 기준으로 50년 미래를 가정할 경우에는 약 10%, 70년 이상의 미래를 가정할 경우에는 약 20%의 확률 홍수량 증가가 예상되었다. 이러한 결과는 현재를 기준으로 설정된 설계홍수량으로 설치된 도시배수시설물이 미래에는 설계기준에 미달하는 시설물이 될 수 있다는 것을 의미하며, 기후변화에 대응 위해서 설계기준에 시설물의 내구연한을 고려한 미래 기후상태를 반영해야할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research evaluated the change in rainfall quantile during S1, S2, and S3 by using Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5 climate scenario HadGEM3-RA Regional Climate Model (RCM) produced by downscaling and bias correlation compared to the past standard observation data S0. Also, the ma...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기후변화가 미래 수공구조물에 미치는 영향을 평가하기 위하여 과거기간 대비 미래기간 확률홍수량 추정을 통해 미래의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하였다. 적용 모형으로는 반응이 빠른 도시유역에 적합한 강우-유출 모형인 XP-SWMM 2011을 선정하였다.
  • 본 연구에서는 기후변화 영향을 고려한 미계측 도시지역의 첨두홍수량 추정을 통해 미래의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하고자 한다. 이를 위해 미래 목표연도 확률홍수량을 산정하고 변동성 및 수공구조물에 미치는 영향을 분석하여 미래 수공구조물 계획 및 설계, 취약성분석의 기준을 위한 정량적 결과를 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 도시지역의 확률강우량의 변동성 분석 및 유출 영향 평가에 기본적으로 필요한 강우자료를 수집하기 위하여 서울에 위치한 관측소를 조사하여 관측소별 관측의 유무 및 자료 가용여부를 검토하였다. 서울시 관내의 우량관측소는 Table 1과 같이 강우 관측자료 보유기간은 대부분 10~20년이며, 국토해양부 4개소, 기상청 27개소, 서울시 47개소로 총78개소가 운영 중에 있다.
  • 본 연구에서는 상세화 기법 및 편의보정을 통해 생산된 고해상도 기후시나리오를 이용하여 기후변화가 도시유역 홍수특성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 이를 위해 서울시 효자배수분구를 대상으로 과거 S0 (1961~2016년)기간 대비 미래 S1 (2017~2046년), S2 (2047~2076년), S3 (2077~2100년)기간의 확률강우량의 변화를 평가하고, 도시유출모형을 이용하여 최대첨두홍수량을 산정하고 기후변화 기간별 영향을 분석하였으며, 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 서울 지점의 과거기간 S0 (1961~2016년)에 해당하는 강우 자료를 활용하여 RCM의 일 강우 자료에 대해 Quantile Mapping 과정을 통해 편의 보정하였다. 생성된 자료를 이용하여 S0 (1961~2016년), S1 (2017~2046년), S2 (2047~2076년), S3 (2077~2100년) 기간에 대하여 Table 2와 같이 최우도법을 사용하여 매개변수를 추정하였으며, 최종확률분포형은 Table 3과 같이 Gumbel (1958)을 사용하여 빈도해석을 실시하였다.
  • 본 연구에서는 기후변화 영향을 고려한 미계측 도시지역의 첨두홍수량 추정을 통해 미래의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하고자 한다. 이를 위해 미래 목표연도 확률홍수량을 산정하고 변동성 및 수공구조물에 미치는 영향을 분석하여 미래 수공구조물 계획 및 설계, 취약성분석의 기준을 위한 정량적 결과를 제시하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
극치강우사상은 무엇의 원인이 되고 있는가? 최근 기후변화로 인한 이상기후현상으로 국지성 호우와 홍수, 그리고 극심한 가뭄과 같은 극치수문현상이 빈번하게 관측되고 있다. 특히 극치강우사상은 홍수 위험도 증가와 치수안전도 감소 등 수공구조물 설계의 불확실성을 증가시키는 원인이 되고 있다. 따라서 기후변화로 인해 발생할 수 있는 극치수문사상에 효과적으로 대비하기 위하여 전 세계적으로 다양한 연구가 진행되고 있다(Griffis and Stedinger, 2007; Jain and Lall, 2000; Kharin and Zwiers, 2005).
설계홍수량의 산정방법은 어떻게 분류되는가? 수공구조물 설계에 기본이 되는 설계홍수량의 산정방법은 첨두홍수량 자료를 빈도해석하여 홍수량을 산정하는 방법과 강우-유출 관계를 분석하여 홍수량을 산정하는 방법이 있다. 두 가지 방법 중 첨두홍수량 자료를 이용한 빈도해석 방법이 적절한 방법이지만 우리나라의 경우 홍수량 관측 자료가 부족하고 수위-유량 관계 곡선의 신뢰도가 낮아 실무에서는 강우유출 관계를 통한 홍수량 산정 방법을 주로 사용하고 있다(MLTMA, 2012).
내수침수로 인한 인명피해와 주요 도심지역의 침수를 예방하기 위해 어떤 대책이 필요한가? 최근 기후변화로 인한 극치강우사상은 과거의 강우사상과는 다른 양상으로 광화문(2010), 강남역(2010), 청계천(2010), 청주(2017), 부산(2017)에서 내수침수로 인한 인명피해와 주요 도심지역의 침수로 막대한 재산피해가 발생하였다. 따라서 급격한 기후변화에 의한 인간 사회 및 자연 생태계에 대한 악영향을 최소화하기 위해서 향후 기후변화에 따른 영향을 평가하고 이에 대응하기 위한 구조적 ․ 비구조적 대책마련이 시급하며, 이를 실제 정책에 반영하기 위해서는 신뢰성 있는 정량적 평가가 선결되어야 한다. 이미 기후변화 연구의 선진국인 미국, 영국, 일본 등에서는 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 평가하고, 수자원 설계나 관리에 활용하기 위한 시도가 끊임없이 이뤄지고 있다.
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참고문헌 (25)

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  20. Leung, S. W., Harreman, M. T., Hodel, M. R., Hodel, A. E., and Corbett, A. H. (2003). "Dissection of the karyopherin alpha Nuclear Localization Signal (NLS)-binding groove: functional requirements for NLS binding." Journal of Biological Chemistry, Vol. 278, pp. 41947-41953. 

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  22. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTMA) (2011). Improvement of probability rainfall depth and com-plementary research. 

  23. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTMA) (2012). Schematic plan for Mankyung river. Ministry of Land Transport and Maritime Affairs, Iksan, Korea. 

  24. Seo, K. W., and Song, I. J. (1998). "A study on the runoff analysis due to rainfall characteristics of Huff distribution at urbanization watershed - application to Kyungnam Y residential basin." Journal of the Korean Society of Civil Engineering, Vol. 18, No. II-4, pp. 329-338. 

  25. Wang, Y., Leung, L. R., McGregor, J. L., Lee, D. K., Wang, W. C., Ding, Y., and Kimura, F. (2004). "Regional climate modeling: progress, challenges, and prospects." Journal of the Meteorological Society of Japan, Vol. 82, pp. 1599-1628. 

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