[논문]위성강수를 이용한 북한지역 홍수량 추정 -2020년 8월 홍수 사례-

김주훈; 최윤석; 김동필

문제 정의

본 고에서는 2020년 8월에 북한에 많은 피해를 입힌 호우에 대하여 위성으로부터 관측된 자료를 이용하여 북한 강우현황을 분석하고 강우-유출 모형을 이용하여 개략적인 홍수량을 추정한 결과를 제시함으로써 위성강수자료를 이용한 북한 지역의 강우 및 홍수특성 등을 추정하고자 한다.
상기의 보정된 위성강수를 이용하여 북한의 주요 하천에 대한 유출량 분석을 수행하였다. 홍수 유출량 분석 지첨은 평안남도 안주시의 청천강 하류, 사리원시와 평양시 사이의 황해북도 황주군의 대동강하류, 황해북도 금천군의 예성강 하류 그리고 경기도 파주시의 임진강 하류지역이며, 이를 통해서 각 지역에서의 유출량을 추정해 보고자 한다.

제안 방법

북한 지역에서의 관측유량이 없기 때문에 모의 결과를 검증하기 어렵다. 그러므로 본 고에서는 GRM 모형에서 제시하고 있는 기본 매개변수를 이용하여 유출을 모의하고 별도의 관측 유량을 이용한 모형보정은 수행하지 않았다. 이에 따라 본 고에서 제시하고 있는 모의유량은 실제 값이 아닌 추정치임을 밝힌다.
본 고에서는 2020년 8월에 북한에 많은 피해를 입힌 호우에 대하여 위성으로부터 관측된 자료를 이용하여 북한 강우현황을 분석하였다. 북한의 강수현황은 대체로 증가추세에 있는 것으로 분석되었으며, 언론에 보도된 8월 1일과 6일 사이의 위성강수에 대하여 남한의 3개 관측소 자료와 총 강우를 분석한 결과 상관계수가 0.
상기의 보정된 위성강수를 이용하여 북한의 주요 하천에 대한 유출량 분석을 수행하였다. 홍수 유출량 분석 지첨은 평안남도 안주시의 청천강 하류, 사리원시와 평양시 사이의 황해북도 황주군의 대동강하류, 황해북도 금천군의 예성강 하류 그리고 경기도 파주시의 임진강 하류지역이며, 이를 통해서 각 지역에서의 유출량을 추정해 보고자 한다.
이에 따라 본 고에서 제시하고 있는 모의유량은 실제 값이 아닌 추정치임을 밝힌다. 유출모의시 댐, 유역변경 등에 의한 영향은 고려하지 않았으며, 모든 유량이 자연 유출되는 상황으로 모의하였다. 모의 영역은 북한 전역과 압록강 및 두만강 유역에 속해 있는 중국 및 러시아 지역을 일부 포함하였으며, 임진강과 북한강은 남한 지역이 일부 포함되었다.
유출모의에 적용된 강우 자료는 2020년 8월 1일 00시 00분 ~ 8월 16일 00시 00분의 기간에 대해서 보정된 위성강우를 적용하였으며, 강우자료의 시간 간격은 1시간이다.
996으로 분석되었으나 총강우량은 과소추정되는 것으로 분석되었다. 이를 보정계수를 통해 위성강우를 보정하였고 이를 이용하여 북한의 홍수량을 추정하는 연구를 진행하였다.

대상 데이터

모의 영역은 북한 전역과 압록강 및 두만강 유역에 속해 있는 중국 및 러시아 지역을 일부 포함하였으며, 임진강과 북한강은 남한 지역이 일부 포함되었다. 구축된 모형의 공간해상도는 500 m X 500 m 이며, 구축된 모델 전체 영역의 격자(1, 878, 850개) 중 모의 대상 격자(유효 격자)의 개수는 796, 920개 이다.
이는 남과 북이 중국과 러시아를 경유하여 20~40분 정도의 준실시간으로 자료를 상호 제공하고 있다. 기상청의 기상자료개방포털 사이트를 통해 2020년 8월 호우가 집중된 북한의 청진, 신의주, 함흥, 평양, 해주, 평강 등 6개 지점의 6~12시간 간격의 자료를 확인할 수 있었다.
6월에는 남부지방 일부만 피해를 입었으나, 7월 말, 부산 침수를 시작으로 8월에는 북태평양 기단의 영향으로 호서 및 수도권, 강원도까지 집중호우로 인한 산사태가 지속적으로 발생하였다. 특히, 8월 1일 오후부터 중부지방을 비롯해 전국에 많은 비가 내려 임진강 최북단의 필승교 수위가 기준치인 lm 를 초과한 1.4m를 기록하였다.2)

이론/모형

홍수량 평가를 위한 분석도구는 한국건설기술연구원의 GRM 모형을 이용하였다. 북한 지역에서의 관측유량이 없기 때문에 모의 결과를 검증하기 어렵다.

성능/효과

27개 기상관측소의 연평균 총강수량을 산술평균한 결과 연평균 강수량은 약 955.8mm로 분석되었고, 의 검정색 점선과 같이 연강수량이 대체로 증가추세에 있는 것으로 나타났으며, 이는 박소연 등(2010)이 제시한 결과와는 상반된 결과를 제시하고 있는 것으로 분석되었다.
그러나 필자가 기상청 기상자료개방포털 사이트의 자료검색에서 2020년 8월 27일 01시부터 2020년 9월 2일 00시까지 검색해 본 결과, 청진의 경우 2020년 8월 27일 12시의 4mm 강수 이후 8월 29일 6시에 7mm 강수가 발생함으로써 42시간 동안의 자료가 누락되어 있음을 확인하였고, 신의주의 경우에도 8월 28일 12시 4mm, 이후 8월 31일 12시에 15mm로 72시간 동안 누락된 것을 확인하였다. 이와 같이 북한에서 관측되는 강수 자료는 전체 시계열 자료 확보가 곤란하며, 자료의 신뢰성도 확신할 수 없는 단점이 있다.
보정된 위성강우 자료를 이용해서 모의한 유출량은 임진강의 경우 관측 유량보다 크게 산정되었다. 이러한 모의결과는 유출모형을 보정하지 않고 모.
본 고에서는 2020년 8월에 북한에 많은 피해를 입힌 호우에 대하여 위성으로부터 관측된 자료를 이용하여 북한 강우현황을 분석하였다. 북한의 강수현황은 대체로 증가추세에 있는 것으로 분석되었으며, 언론에 보도된 8월 1일과 6일 사이의 위성강수에 대하여 남한의 3개 관측소 자료와 총 강우를 분석한 결과 상관계수가 0.996으로 분석되었으나 총강우량은 과소추정되는 것으로 분석되었다. 이를 보정계수를 통해 위성강우를 보정하였고 이를 이용하여 북한의 홍수량을 추정하는 연구를 진행하였다.
그림 7과 그림 8에서의 강우량은 모의 대상 격자(유효 격자) 전체에서의 평균 강우량을 나타낸 것이다. 위성강우의 공간분포를 분석한 결과 8월 6일 00시 이후의 호우는 주로 동해안과 자강도, 함경도 등의 지역에 집중됨으로써 임진강과 예성 강의 유량에는 큰 영향을 미치지 못했으며, 대동강의 유량에는 일부 영향을 미친 것으로 모의 되었다.

후속연구

이러한 모의결과는 유출모형을 보정하지 않고 모.형의 기본값을 그대로 적용한 것과 북한 지역에 다수 분포하고 있는 댐과 유역 변경 등의 영향을 반영하지 않은 것, 강우자료의 불확실성 등이 복합적으로 작용한 것으로 판단되며, 이러한 사항들이 보완될 경우 북한 지역의 홍수량 추 정 값의 정확성을 향상 시킬 수 있을 것이다.

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