기상학적 가뭄지수를 활용한 중국 가뭄평가 및 사막화 전망

김하룡(Hayong Kim),주진걸(Jingul Joo) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.6

중국의 토지이용변화는 동북아시아의 기후에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 중국 대륙의 사막화는 황사 등 우리나라의 기후에도 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 가뭄에 대한 분석을 통해 중국의 사막화를 전망하고자 하였다. 이를 위하여 중국 내 8개 도시(베이징, 광저우, 상하이, 선양, 우루무치, 충칭, 우한, 위린)에서 SPI, GEVI, SPEI 등 3개 가뭄지수를 산정하였다. SPI와 SPEI간에는 상관성이 높게 나타났으며, GEVI는 상관성이 다소 낮게 나타났다. 사막화를 유발할 수 있는 장기가뭄에 대해서는 각 지수 간 상관성이 높게 나타났다. 기후변화 영향을 확인하기 위하여 1970년 이후 10년 간격으로 극심한 가뭄이 발생한 기간을 비교하였다. 1970년대와 90년대에는 중국 전역에서 가뭄이 심하게 발생한 것으로 분석되었다. 가뭄일수의 증가 등 가뭄이 심화되고 있는 경향은 나타나지 않았다. 다만, 사막화는 강우량 뿐만 아니라 토지이용 변화, 수자원 이용량 등에 영향을 받을 수 있어, 중국의 사막화 평가를 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. Changing land use patterns in China may result in adverse impacts on the climate in Northeast Asia. In particular, desertification of the Chinese mainland can also have a significant influence on the climate in South Korea, such as the occurrence of yellow dust storms. This study aimed to forecast the desertification in China through a comprehensive drought analysis. Three drought indices namely, SPI, GEVI, and SPEI, were determined for eight cities in China namely, Beijing, Guangzhou, Shanghai, Xianyang, Urumqi, Chongqing, Wuhan, and Weihai. There was a strong correlation between SPI and SPEI, while GEVI showed a slightly lower correlation. The long-term droughts that can trigger desertification exhibited high correlations among the considered indices. To assess the impact of climate change, periods of severe drought occurrence were compared in ten-year intervals since 1970. It was observed that severe droughts occurred throughout China in the 1970s and 1990s. However, there was no apparent trend in increasing drought days or worsening drought conditions. Desertification in China can be influenced not only by the rainfall but also by the changes in land use pattern and exploitation of water resources. Therefore, additional research is deemed necessary to evaluate desertification in China.

가뭄지표를 활용한 지역별 가뭄 상관성 분석

김하룡(Kim, Hayong),장현휘(Zhang, Xuanhui),조지현(Cho, Ji Hyun),주진걸(Joo, Jingul) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

장기적 가뭄대책 수립을 위해서는 다양한 여건이 반영되어야 하지만, 광역간 물 이용량 배분 및 가뭄시 지역간 자원 배분의문제도 고려되어야 한다. 따라서 지역별 가뭄발생의 상관성에 대한 분석이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 주요 도시에서SPI, GEVI, SPEI 등 3개 가뭄지수를 산정하고, 6개 도시에서 지역별 가뭄을 비교하였다. 가뭄 심도별 발생비율, 피어슨 상관계수를사용하여 지역별 가뭄 현황을 비교하였다. 분석결과 거리가 가까울수록 가뭄지표간 상관성이 높은 것으로 나타났다. 본연구의 결과인 지역간 가뭄상관성 분석이 장기가뭄 대책에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The distribution of water resources between regions should be considered along with various conditions in establishing long-term drought measures. Therefore, analysis of the correlation of drought occurrence by region is essential. In this study, three drought indexes, SPI, GEI, and SSEI, were calculated in major cities, and the regional drought was compared. The drought status by region was compared using the incidence ratio by drought depth, Pearson correlation coefficient. The closer the distance, the higher the correlation between drought indicators. As a result of this study, it is expected that the inter-regional drought correlation analysis can be used to cope with long-term drought.

지진에 의한 댐 붕괴 모의에 관한 연구

김하룡(Hayong Kim),조문수(Moonsu Jo),주진걸(Jingul Joo) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

최근 한반도에서도 지진의 발생이 증가하고 있다. 그러나 저수지·댐 붕괴 등에 따른 비상대처계획에서는 홍수에 의한 경우만을 고려하고 있으며, 지진에 의한 댐 파괴는 고려하지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 지진에 의한 댐 붕괴를 모의하였다. 남한강 상류에 위치한 충주댐 유역을 대상으로 DAMBRK 모형을 이용하여 댐 붕괴 및 하류 영향을 분석하였다. 지진에 의한 댐붕괴시 하류 영향과 PMF에 의한 댐 붕괴의 영향을 비교하여 분석하였다. 지진에 의해 댐이 붕괴되었을 때 하류의 첨두홍수량이 PMF에 의한 것의 44.9%~86.7%로 모의되었다. 지진에 의해 댐이 붕괴되었을 때 하류의 첨두수위는 PMF에 의한 것의 96.9%~64.4%로 모의되었다. 본 연구결과 비 강우시 지진에 의한 댐 붕괴도 하류에 심대한 피해를 유발할 수 있는 것으로 나타났다. 향후 댐의 비상대처계획 수립시 지진에 의한 파괴도 고려하여야 할 것으로 판단된다. The occurrence of earthquakes on the Korean Peninsula has been increasing in recent years. However, current emergency action plans for dam and reservoir failures only consider scenarios related to flooding but ignore dam collapses caused by earthquakes. In this study, we simulated dam collapses caused by earthquakes. We focused on the Chungju Dam watershed located in the upper reaches of the Namhan River and analyzed the dam collapse and downstream impacts using the DAMBRK model. We compared the downstream impacts of dam collapse caused by earthquakes with those caused by the PMF. When the dam collapsed because of an earthquake, the estimated peak flood discharge downstream was 44.9%-86.7% of that of the PMF scenario. Similarly, the simulated peak water level downstream when the dam collapsed due to an earthquake was 64.4%-96.9% of that of the PMF scenario. These results indicate that dam collapses caused by seismic events, even in the absence of rainfall, can lead to significant damage downstream. Therefore, future emergency action plans for dams should consider the potential for dam failures caused by earthquakes.

Flow-R 모형을 이용한 소규모 저수지 파괴에 따른 하류 침수 영향 분석

김하룡(Hayong Kim),박윤경(Yoonkyung Park),주진걸(Jingul Joo) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

기후변화로 인한 이상기후의 빈번한 발생과 저수지의 노후화가 맞물리면서 농업용 소규모 저수지를 중심으로 붕괴사고가 늘어나고 있다. 소규모 저수지라 할지라도 붕괴시 하류에 심각한 인적, 물적 피해를 발생시킬 것으로 예상되어, 노후 체계적인 관리와 더불어 저수지의 붕괴에 대비한 긴급대응계획의 수립이 반드시 필요하다. 그러나 기존의 댐 붕괴 모형의 적용에는 많은 시간과 비용이 많이 발생하여, 소규모 저수지에 적용하기는 쉽지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 수치지형지도만을 사용하여 피해범위를 산정할 수 있는 Flow-R 모형을 사용하여, 소규모 저수지의 붕괴에 따른 하류피해범위를 산정하였다. 저수지 파괴 범위(10~100% 파괴)에 따라 5가지 시나리오에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과 저수지 하류의 지형형태에 따라 침수범위가 다르게 산정되는 것이 확인되었다. 본 연구를 통하여 저수지와 관련된 제한된 자료만 있는 상황에서 저렴한 비용과 간단한 방법으로 저수지 하류의 피해범위를 산정할 수 있는 방법이 제시되었다. 본 연구가 소규모 농업용 저수지들의 긴급대비계획 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. The frequency of abnormal weather patterns owing to climate change and the aging of reservoirs are contributing to an increase in dam failures, particularly of small-scale agricultural reservoirs. Dam collapses can lead to significant human and material damage downstream, even in the case of small-scale reservoirs. Therefore, alongside systematic maintenance of aging reservoirs, establishing emergency response plans for dam failures is imperative. However, application of existing dam failure models requires a substantial amount of time and resources, making it challenging to implement for small-scale reservoirs. In this study, the Flow-R model, which can estimate downstream damage areas using only digital topographic maps, was employed to calculate the extent of downstream damage resulting from the collapse of small-scale reservoirs. Five scenarios were analyzed based on the extent of reservoir destruction (ranging from 10% to 100%). The results revealed that the inundation area varied depending on the topography downstream of the reservoir. This study proposes an affordable and straightforward method for estimating damage downstream of reservoirs, even when limited data are available regarding the reservoirs. Thus, this study can be utilized in the development of emergency response plans for small-scale agricultural reservoirs.

한국의 적설하중 기준에 대한 평가 및 개선방안

유인상,김하룡,정상만,Yu, Insang,Kim, Hayong,Necesito, Imee V.,Jeong, Sangman 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.5

본 연구에서는 적설심 빈도분석을 수행하기 위해 우리나라에 가장 적합한 확률분포형과 모수추정방법을 선정하였다. 최적확률분포형으로는 Generalized Extreme Value (GEV), 모수추정방법으로는 확률가중모멘트법이 선정되었다. 선정된 확률분포형과 모수추정방법을 적용하여 우리나라 69개 기상관측소별 적설심 빈도분석을 수행하였다. 빈도분석을 통해 관측소별 빈도별 적설심을 산정하였고 적설심과 눈의 단위중량을 이용하여 적설하중을 산정하였다. 산정된 적설하중 중 100년 빈도 적설하중을 이용하여 ArcGIS 크리깅(Kriging) 기법을 통해 우리나라 설계적설하중 지도를 작성하였다. 또한, 본 연구를 통해 산정된 적설하중과 건축구조기준 및 해설(2009)에서 제시하고 있는 설계적설하중을 비교하여 설계적설하중 기준의 적정성을 평가하였다. 평가결과, 대부분의 지역에서 현재 지상적설하중 기준의 상향조정이 요구되었으며 본 연구를 통해 도출된 결과를 반영하여 보다 합리적인 지역별 설계적설하중을 제안하였다. 본 연구를 통해 제안된 지역별 설계적설하중은 폭설에 대비한 우리나라 전역의 구조물 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, appropriate probability distribution and parameter estimation method were selected to perform snowfall frequency analysis. Generalized Extreme Value (GEV) and Probability Weighted Moment Method (PWMM) appeared to be the best fit for snowfall frequency analysis in Korea. Snowfall frequency analysis applying GEV and PWMM were performed for 69 stations in Korea. Peak snowfall corresponding to recurrence intervals were estimated based on frequency analysis while snow loads were calculated using the estimated peak snowfall and specific weight of snow. Design snow load map was developed using 100-year recurrence interval snow load of 69 stations through Kriging of ArcGIS. The 2009 Korean Building Code and Commentary for design snow load was assessed by comparing the design snow loads which calculated in this study. As reflected in the results, most regions are required to increase the design snow loads. Thus, design snow loads and the map were developed from based on the results. The developed design snow load map is expected to be useful in the design of building structures against heavy snow loading throughout Korea most especially in ungaged areas.

실측 강우량과 센서 계측 강우량 관계식을 이용한 미계측 유역의 강우량 예측 기법 개발 및 평가

이충대(Lee,Chungdae),김하룡(Kim,Hayong) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

최근 정보통신기술과 사물인터넷 기술의 발전으로 센서를 이용한 관측 기술도 다양하게 적용되고 있다. 센서 기술을 활용하여 강우를 관측할 수 있게 된다면 미계측 지역에서의 강우를 산정할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 인공강우발생 장치에서 실험을 통해 강우센서 신호(S)와 강우량(R)과의 관계를 규명하여 관계식을 개발하고 적용성을 평가하였다. 실내 실험을 통해 개발된 관계식의 결정계수는 0.95;평균절대오차 2.66 mm/hr;평균제곱근오차 3.87 mm/hr;효율성계수 0.89;일치도지수 0.97로 매우 높은 신뢰도를 보여주었다. 실외 실험 결과에서는 강우센서와 강수량관측소 자료를 비교한 결과 오차율은 7.96%로 나타났다. 오차가 발생한 원인은 차량용 강우센서와 강수량관측소가 동일한 위치에서 관측된 것이 아니기 때문에 이동 강우에 따라 강우량의 변화가 발생하여 오차가 발생한 것이다. 이와 같이 일부 오차가 발생하지만 강수량관측소가 설치되지 않은 지역에서는 강우센서를 이용한 강우 관측이 가능할 것으로 판단된다. Recently;with the development of information and communication technology and the Internet of Things (IoT);observation technology using sensors is being applied in a variety of ways;such as using a sensor to observe rainfall in an unmeasured area. In this study;the relationship between the rainfall sensor signal (S) and the amount of rainfall (R) was developed through an experiment in an artificial rainfall generator;and the applicability was evaluated through outdoor observation. The coefficient of determination of the relational expression developed through the indoor experiment was 0.95;the mean absolute error was 2.66 mm/hr;the root mean square error was 3.87 mm/hr;the efficiency coefficient was 0.89;and the concordance index was 0.97;showing very high reliability. In the outdoor test results;the error rate was 7.96% when comparing the data from the rainfall sensors in vehicles and the precipitation station;which were not observed at the same location. Despite such errors;it is judged that accurate rainfall observation using a rainfall sensor is possible in an area where a precipitation station is not installed.

도로유출수로 인한 하천변 토양오염 연구

주진걸(Joo,Jingul),김하룡(Kim,Hayong) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

대표적인 비점오염원인 도로유출수는 하천 수질을 심각하게 악화시키는 것으로 알려져 있다. 이에 수질오염을 저감하기 위하여 도로유출수를 토양에 침투시키는 방안이 도입되고 있다. 그러나 고농도의 중금속과 석유계총탄화수소를 포함하고 있는 도로유출수는 토양오염을 야기할 수 있다. 본 연구에서는 도로유출수가 유입되는 지점의 토양시료를 채취하여;인근의 오염되지 않은 토양과 카드뮴;납;아연 등 중금속과 석유계총탄화수소 농도를 비교하였다. 그 결과 도로유출수가 유입되는 토양의 중금속 농도가 인근의 오염되지 않은 토양에 비해 최대 21배 높게 나타났으며;토양오염우려기준을 초과하는 것으로 나타났다. 결론적으로 도로유출수의 토양방류가 토양을 심각하게 오염시키고 있으며;이를 막기 위해서는 도로유출수의 직접적인 토양방류를 막아야 할 것으로 판단된다. Road runoff;a representative non-point source pollution;is known to seriously deteriorate the river water quality. In order to prevent river contamination due to road runoff;road runoff is infiltrated into the soil along the river. However;road runoff containing high concentrations of heavy metals and total petroleum hydrocarbons (TPH) can cause soil pollution. In this study;soil samples were collected at the point where road runoff flows;and the concentrations of heavy metals;such as cadmium;lead;and zinc;and TPH in them were compared with that in uncontaminated soil. Consequently;the concentration of heavy metals in the soil into which the road runoff flows was up to 21 times higher than that of the nearby uncontaminated soil. In conclusion;the discharge of road runoff into the soil seriously pollutes the soil. Therefore;direct discharge of road runoff to soil should be prevented to prevent soil pollution.

Flow-3D 모형을 이용한 충주댐 보조여수로 계획 평가

조문수(Moonsu Jo),주진걸(Jingul Joo),김하룡(Hayong Kim) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

기후변화로 인하여 극한 강우사상이 증가하고 있으며, 이에 대응하기 위하여 기존의 수리구조물들의 치수능력 증대사업이 진행되고 있다. 충주댐의 경우 증가된 확률가능최대홍수량에 대응하기 위하여 보조여수로의 설치가 계획되었다. 대형 수리구조물의 설계를 위하여 실제 모형을 사용한 수리실험이 다수 수행된 바 있다. 그러나 수리모형실험은 많은 시간과 비용이 발생하고, 다양한 대안에 대한 검토가 힘든 단점이 있다. 최근 컴퓨터의 발달로 인하여 3차원 수치모형이 수리실험을 대체하고 있다. 본 연구에서는 Flow-3D 모형을 이용하여 충주댐 보조여수로 설치계획의 적절성을 검토하였고 개선안을 제시하였다. 개선안에서는 월류웨어의 폭이 확대되고 위치가 하류로 이동하였으며, 도류부 터널의 직경이 확대되었다. 본 연구의 결과가 충주댐계획에 활용되고, 다양한 3차원 수치모형의 적용에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다. The occurrence of extreme rainfall events is increasing owing to climate change. Therefore, projects to enhance the capacity of existing hydraulic structures are underway to address this challenge. In the case of the Chungju Dam, the installation of a supplementary spillway has been planned to accommodate the increased probability maximum flood. Hydraulic model experiments have been conducted for the design of large hydraulic structures. However, hydraulic model experiments have drawbacks, such as being time-consuming and costly, which make it challenging to consider various alternatives. Recently, with the advancement of computer technology, three-dimensional (3D) numerical models are replacing hydraulic model experiments. In this study, the suitability of the supplementary spillway installation plan for the Chungju Dam was evaluated using the Flow-3D model, and improvements were proposed. The proposed improvements include increasing the width of the spillway, shifting the location of the spillway downstream, and increasing the diameter of the tunnel. This study is expected to be a valuable reference for planning the Chungju Dam and applying various 3D numerical models.

농업가뭄의 재해예측을 위한 가뭄지수 설정 연구

송영석(Song, Youngseok),주진걸(Joo, Jingul),김하룡(Kim, Hayong),정상만(Jeong, Sangman),박무종(Park, Moojong) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

본 연구에서는 1965년부터 2018년까지 농업가뭄피해가 가장 많이 발생한 경상남도를 대상으로 재해예측을 위한 가뭄지수를설정하고자 한다. 가뭄지수는 SPI를 대상으로 지속기간(3, 6, 9, 12개월)에 대하여 분석하였으며 농업가뭄이 발생한 지속기간의피해특성을 산정하였다. 경상남도의 농업가뭄 피해기간에 대한 지속시간별 SPI는 최소 -2.0 이하, 최대 -1.0 이상으로 약한가뭄과보통가뭄이 분석되었다. 그러나 장마기간의 호우영향으로 SPI12는 평균 -1.06이며 농업가뭄의 피해영향은 미미하였다. 농업가뭄의 피해기간과 지속기간별 SPI의 상관관계는 높은 것으로 분석되었으나 피해발생을 판단하기에는 지속기간별 SPI의 차이가크지 않다. 본 연구에서는 농업가뭄의 재해예측을 위한 기준을 과거 농업가뭄의 피해발생기간에 지속기간별 SPI의 최소가뭄지수를 연도별 대표 가뭄지수로 산정하였다. 재해예측을 위한 가뭄지수의 기준은 과거 피해가 발생한 연도의 지속기간별SPI의 평균인 -1.64로 설정하였다. This study aims to establish a drought index for disaster prediction in Gyeongsangnam-do, where the most agricultural drought damage occurred from 1965 to 2018. The drought index was analyzed for each duration (3, 6, 9, 12 months) targeting the SPI. Damage characteristics of the duration of agricultural drought were calculated. SPI for each duration of agricultural drought damage period in Gyeongsangnam-do was at least -2.0 or less, and the maximum was -1.0 or more, and weak and moderate drought were analyzed. However, due to the heavy rain effect during the rainy season, the average SPI12 was -1.06, and the impact of agricultural drought was negligible. It was analyzed that the correlation between the damage period of agricultural drought and the SPI by duration was high. However, there is not much difference in SPI for each duration to determine the occurrence of damage. In this study, the criterion for disaster prediction of agricultural drought was calculated as representative drought index by year as the minimum drought index of SPI for each duration of damage occurrence period of past agricultural drought. The Standard of drought index for disaster prediction was set to -1.64, the average of the SPI for each duration of year in which damage occurred in the past.

도시특성을 고려한 홍수취약성 평가기법 개발 : 대구광역시를 대상으로

송영석(Song, Youngseok),박종표(Park, Jongpyo),김하룡(Kim, Hayong),정상만(Jeong, Sangman),박무종(Park, Moojong) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

본 연구에서는 대구광역시를 대상으로 도시지역의 홍수취약성 평가기법을 개발하고 홍수피해에 대한 저감대책을 제공하고자한다. 홍수취약성 평가를 위한 대리변수는 기존의 선행연구와 부처에서 제공하는 DB 등을 고려하여 도시지역에 적합한대리변수를 선정하였다. 따라서, 본 연구에서는 지역별 중요도를 나타내는 지역중요성 지수(RSI)와 홍수피해 자료에 대한피해가능성 지수(DPI)를 이용하여 도시지역의 홍수취약성 지수(FVI)를 제시하였다. 지역중요성 지수(RSI)는 인적요소에 인구밀도와 취약인구 비율, 물적요소에 자산밀도와 주요시설물 면적으로 4개의 대리변수를 선정하였다. 피해가능성 지수(DPI)는지형요소에 저지대 면적비와 불투수 면적비, 재해요소에 내수재해위험지구 후보지 현황과 풍수해 이력 발생 현황으로 4개의대리변수를 선정하였다. 선별된 8개의 대리변수는 승법형 효용함수를 이용하여 종합적인 도시지역의 홍수취약성 지수를산정하였다. 산정결과 대구광역시의 홍수취약성 지수는 도시 중심지역과 하천인근 지역에서 높게 평가되었다. 본 연구결과는도시지역의 홍수취약성 평가 및 저감대책수립에 활용될 것으로 기대한다. This study intends to develop a flood vulnerability assessment method and flood damage reduction measures in urban areas for Daegu Metropolitan City. The proxy variables for the flood vulnerability assessment were calculated using the previously investigated proxy variables for urban areas. The Flood Vulnerability Index (FVI) of the urban area was proposed using the Regional Significance Index (RSI), which indicates the importance of each region, and the Damage Possibility Index (DPI) for flood damage data. The RSI selected four proxy variables: population density, vulnerable population ratio, property density, and area ratio of major facilities. The DPI also selected four proxy variables: area ratio of low land, the impervious area ratio, status of domestic disaster risk district, and flood occurrence record. Eight proxy variables were selected and the FVI of urban areas calculated using multiplicative utility functions. As a result of the calculation, the FVI of Daegu Metropolitan City was found to be high in the central urban areas and by the streams. The results of this study are expected to be used for flood vulnerability assessments in urban areas and establishing flood damage reduction measures.