극한 호우사상의 규모 평가를 위한 대규모 기후 앙상블 자료의 적용 : 2018년 히로시마 극한 호우의 사례

김영규(Kim, Youngkyu),손민우(Son, Minwoo),김선민(Kim, Sunmin) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.2

본 연구는 대규모 기후 앙상블 모의 결과를 이용하여 산정된 극한 강우량을 최근 발생한 극한 호우사상의 규모 평가에 적용하는 것을 목적으로 수행되었다. 이 연구는 2018년 히로시마 극한 호우의 사례를 기반으로 했다. 2018년 히로시마 호우사상은 지속시간 24시간에서 1,000년의 재현기간에 상응하는 극한 규모를 나타냈기 때문에 빈도해석 방법을 기반한 확률강우량의 개념으로 규모를 평가하기 어렵다. 따라서 이를 평가하고자 대규모 기후 앙상블 모의결과 기반의 d4PDF 자료를 이용하였다. 이 자료는 3,000개의 연 최대 강우자료를 제공하고, 이를 토대로 통계적 모형 및 가정 없이 비모수적으로 10년부터 1,000년의 재현기간을 나타내는 지속시간 24시간의 확률강우량을 산정했다. 산정된 d4PDF의 확률강우량은 관측강우량의 확률강우량과 비교하였으며, 관측기간에 가까운 50년의 재현기간에서는 두 확률강우량의 차이가 3.53%였지만 관측기간(33년)과 재현기간(100년 이상)의 차이가 증가할수록 오차가 10% 이상으로 증가하는 양상을 나타냈다. 이는 장기간 재현기간에서 관측강우량의 확률강우량은 불확실성을 내포하는 것을 의미한다. d4PDF의 확률강우량에 대해서 2018년 히로시마 호우사상은 300년에 가까운 재현기간을 나타냈다. 미래 기후조건에서의 d4PDF 자료를 이용해 확률강우량을 산정했으며, 현재 기후조건대비 미래 기후조건에서 10년부터 1,000년의 재현기간을 나타내는 확률강우량은 모두 20% 이상으로 증가했다. 미래 기후조건의 확률강우량에 대해 2018년 히로시마 호우사상은 100년에 가까운 재현기간을 나타냈으며, 이는 미래 기후조건에서 히로시마 호우사상의 발생 확률이 0.33% (현재 기후)에서 1% (미래 기후)로 증가하는 것을 의미한다. 결과적으로, 대규모 기후 앙상블 모의결과 기반의 d4PDF는 현재 기후조건과 미래 기후조건하에서 극한 규모의 호우사상을 정량적으로 평가하는데 유용하게 활용될 수 있다. This study aims to apply large-scale climate ensemble simulation data to evaluate the magnitude of extreme rainfall events. It was conducted on the basis of extreme rainfall that occurred in the Hiroshima region in 2018. This event recorded an extreme rainfall magnitude corresponding to a return period of 1,000 years at a 24-h rainfall duration; it is difficult to evaluate this magnitude with the concept of probability rainfall based on frequency analysis due to the short observation period. To overcome this limitation, the data for policy decision making for future (d4PDF) climate change database based on a large-scale climate ensemble simulation was used. These data provided 3,000 annual maximum daily rainfall values, which were used to empirically estimate the probability rainfall with a return period of 10-1,000 years based on a non-parametric approach without statistical methods. The estimated probability rainfall of the d4PDF was compared with the estimated probability obtained from the observed rainfall and frequency analysis. The difference between the two probability rainfall values was 3.53% for the return period of 50 years. However, as the return period increases, the error increases to more than 10%. This indicates that the estimation of the probability rainfall with a long-term return period using the observed data of a relatively short period may present uncertainties. Regarding the probability rainfall using d4PDF under present climate conditions, the Hiroshima event represented a return period of nearly 300 years. Meanwhile, for the probability rainfall using the d4PDF under future climate conditions, the Hiroshima event had a return period of nearly 100 years. Consequently, the magnitude of the probability rainfall increased in future climate conditions, and the probability of the occurrence of extreme rainfall corresponding to the Hiroshima event increased from 0.33% to 1%. Therefore, d4PDF can be used to quantitatively evaluate the magnitude of extreme rainfall events under present and future climate conditions.

지질조건에 따른 강우와 산사태의 특성분석

김경수 ( Kyeong Su Kim ),송영석 ( Young Suk Song ),조용찬 ( Yong Chan Cho ),김원영 ( Won Young Kim ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.2

이 연구는 1998년 여름철에 지질조건이 서로 다른 경기도 장흥, 경북 상주 및 포항지역에서 산사태가 많이 발생된 곳의 강우자료와 산사태들을 조사하여 강우조건에 따른 산사태의 특성을 분석하였다. 연구지역들에서는 2~4일간에 걸친 집중호우로 인해 많은 산사태들이 발생되었다. 강우자료는 지역별로 산사태밀집지역을 중심으로 반경 약 50 km 내에 위치한 관측소들에서의 기록을 기초로 하였으며, 산사태자료는 현장조사를 통하여 직접 확인된 산사태만을 대상으로 하였다. 산사태를 유발하는 강우조건은 크게 누적강우량과 강우강도로 구분하고 산사태는 지질조건을 고려한 지역별 발생빈도 등으로 구별하여 이들의 관계를 통계적으로 분석하였다. 산사태들은 집중호우에 의해 발생되었고 국지적으로 밀집되는 양상을 보이는 등 강우와 산사태는 매우 밀접한 연관성을 보였다. 강우를 지배하는 여러 요소 즉, 누적강우량, 강우강도 및 강우지속시간 등이 지역별로 다른 양상을 보였으며, 그에 따른 산사태의 양상이나 발생빈도 또한 각기 다른 것으로 분석되었다. 누적강우량이 많은 지역에서만 산사태가 집중적으로 발생하였고 그 지역을 벗어난 바로 인근지역에서는 산사태가 거의 발생되지 않음으로써 강우가 산사태를 유발하는 매우 중요한 외적 요인으로 간주되고, 누적강우량과 산사태빈도는 서로 상관관계를 갖는 것으로 분석되었다. To study the relationship between rainfall conditions and landslides according to a geological condition in landslides areas such asJangheung Kyounggi, Sangju and Pohang Kyoungbuk, the data of rainfall and landslides are investigated and analyzed. Many landslides occurred at these areas because of the heavy rainfall in two or four days of the summer 1998. The data of rainfall are collected in observatories within a 50km radius from landslides occurrence areas, and the data of landslides are investigated directly in landslides areas. The data of rainfall are the accumulative rainfall and the rainfall intensity, and the data of landslides are the occurrence frequency considering the geological condition. These data are analyzed statistically to know the relationship the rainfall and landslides. The landslides are concentrated in the heavy rainfall area from the analysis of these data. It knows that the landslides are triggered by the heavy rainfall. Meanwhile, the rainfall factors such as the accumulative rainfall, the rainfall intensity and the dropping time are different in each landslides area, and the shape and frequency of landslides are different respectively. The landslides have occurred in the area of high accumulative rainfall, while the landslides have not occurred around that area. Therefore, the rainfall is very important factor induced by the landslides, and the accumulative rainfall is really related to the frequency of landslides.

WRF Model의 초기 및 경계조건 개선이 태풍 강우량 모의에 미치는 영향

최정현(Choi Jeonghyeon),이정훈(Lee Jeonghoon),정현교(Jeong Hyeon gyo),장주형(Jang Juhyoung),김상단(Kim Sangdan) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

본 연구에서는 Weather Research and Forecast(WRF) 모델의 초기조건 및 경계조건의 개선이 태풍에 의한 강우량 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 태풍 매미를 대상으로 WRF 모델을 구축하고, 다양한 방법으로 초기조건 및 경계조건을 개선한 후 각각의 개선방법별로 모의된 결과를 비교하였다. 태풍 경로의 재현에 가장 큰 영향을 주는 개선방법은 태풍초기화기법의 적용으로 나타났다. 누적강우량의 재현의 경우 태풍초기화기법을 적용하였을 때 강우의 공간적인 분포 형태에 영향을 미쳤다. 또한, 다양한 경계조건 중에서 상대습도의 조정이 누적강우량에 가장 큰 영향을 미치고 있었으며, 전 지구자료에 덧붙여서 지역 관측 자료를 포함하여 WRF 모델을 구축하는 것이 지역적인 강우량 분포패턴의 재현에 유의하게 도움을 주는 것으로 나타났다. 또한 모든 개선방법을 적용할 경우, 태풍 매미의 공간평균 시간강우량이 더 잘 재현되는 것을 살펴볼 수 있었다. In this study, it is analyzed that the influence of the improvement of the initial and boundary conditions in Weather Research and Forecast (WRF) model on reproducing typhoon rainfall. After WRF model for typhoon MAEMI is constructed and its initial and boundary conditions are improved by various methods, the results of the typhoon rainfall simulation by each improvement method are compared. The application of the typhoon initialization technique had the greatest effect on the reproduction of the typhoon path. In the sense of the accumulated rainfall depth, the application of the typhoon initialization technique had a lot of influence on the spacial distribution. In addition, the adjustment of the relative humidity among various boundary conditions had the greatest effect on the cumulative rainfall depth, and building a WRF model including the regional data in addition to the global data significantly contributed to the reproduction of the local rainfall field. When all the improvement methods were applied, it could be said that the spatially averaged hourly rainfall pattern of the typhoon MAEMI was better reproduced.

설계강우조건에 따른 SWMM모형 매개변수의 민감도 분석

이종태,허성철,김태화 한국수자원학회 2005 한국수자원학회논문집 Vol.38 No.3

이 연구에서는 다양한 강우조건에 따른 도시유출모형, SWMM의 매개변수들이 계산 결과치에 주는 민감도를 분석하였으며 이를 위해 3개 배수구역에 대하여 모형을 적용하였다. 첨두 유출량에 대한 민감도는 (=1.0-(첨두유출량의 최소값()/첨두유출량의 최대값()))로 나타내었으며 강우 조건으로서는 강우규모, 강우지속시간, 강우분포 등의 3가지를 채택하였다. 강우조건의 변화에 따라 전반적으로는 불투수면적비, 관로경사, 초기침투능 등이 계산 결과치에 주는 민감

강우조건과 토양함수상태를 고려한 자연하천과 댐 방류량 조건에서의 도달시간 산정

김동필,김경호 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.4

Determination of the time parameters such as the travel time in the design flood is very important. The travel time is mainly used forflood and river management, and the travel time of non flood season is used for maintenance flow and management of the river. Estimation of travel time for natural rivers is mainly based on the geomorphological factors of the basin. In addition to the topographicalfactors, the travel time is calculated by considering the factors of the runoff curve, velocity and rainfall intensity. However, there is no study on the estimation of travel time considering both the rainfall condition and the soil moisture accounting by the frequency period. Therefore, the travel time calculation is divided into the case of setting the Hwanggang Dam and the Imjin bridge water level station of Imjin river as the natural river considering rainfall condition by the frequency period and the soil moisture accounting, and the case of traveling the Imjin bridge water level station according to the condition of outflow of the Hwanggang Dam. For the sections set as natural rivers, the results were verified by comparing with the newly developed travel time calculation method. Based on the results,the travel times of the Hwanggang Dam outflow conditions were calculated. The time to travel in this study can be secured flood control of the Imjin river basin and time to prepare for danger when outflowing the the Hwanggang Dam. 설계홍수량 산정 시 도달시간과 같은 시간매개변수의 결정은 매우 중요한 요소이다. 도달시간은 주로 홍수 및 하천관리를 위해 이용되고 있으며, 평수기의 도달시간은 하천의 유지유량 및 이수관리를 위해 이용되고 있다. 자연하천에 대한 도달시간 산정은 주로 유역의 지형학적 인자를 기반으로 산정하고 있으며, 지형학적 인자 이외에 유출곡선지수, 유속, 강우강도의 인자를 고려하여 도달시간을 산정하고 있다. 그러나 재현기간별 강우조건과 토양함수상태를 함께 고려한 도달시간의 산정연구는 부재한 상황이다. 따라서 본 연구는 재현기간별 강우조건과 토양함수상태를 고려하여 임진강의 황강댐과 임진교 수위관측소 구간을 자연하천으로 설정한 경우와 황강댐의 방류량 조건에 따라 임진교 수위관측소에 도달하는 경우로 구분하여 도달시간을 산정하였다. 자연하천으로 설정한 구간에 대해서는 기 개발된 도달시간 산정방법과 비교·검토를 통해 결과를 입증하였으며, 이를 토대로 황강댐의 방류량 조건별 도달시간을 산정하였다. 본 연구에서 제시된 도달시간은 임진강 유역의 홍수관리와 황강댐 방류시 위험에 대비할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

조건부 합성방법을 이용한 레이더 강우와 지상 강우자료의 조합

김병식(Kim Byung Sik),홍준범(Hong Jun Bum),김형수(Kim Hung Soo),최규현(Choi Kyu Hyun) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 B Vol.27 No.3B

본 연구에서는 현재 실무에서 널리 이용되고 있는 레이더 강우 보정 기법을 간략히 살펴보았으며, 그 중에서 본 연구에서는 조건부 머징 기법(conditional merging, CM)을 택하여 적용하였다. 본 연구에서는 CM 방법의 적용성을 평가하기 위하여 임진강 강우레이더 관측소의 레이더 자료를 이용하였으며 지상강우와 보정된 레이더 강우의 통계치 및 우량 주상도 등을 비교하였다. 그 결과, 통계적인 면이나 정량적인 면에서 조건부 머징 방법이 가장 좋은 결과를 보여줌을 확인하였다. In this paper describes a short overview over the gauge adjustment methods applied in operational fields. and the technique employed is a conditional merging technique (CM). To evaluate the this method, statistics and hyetograph for rain gauges and radar rainfalls are compared using hourly radar rainfall data from the Imjin-river, Gangwha, rainfall radar. Results show that rainfall field estimated by Condional Merging method give the best results in a statistics and qualitative way.

강우에 의해 발생된 자연사면 산사태의 지질공학적 분석 -용인 , 안성지역을 대상으로-

김경수 ( Kyeong Su Kim ),김원영 ( Won Young Kim ),채병곤 ( Byung Gon Chae ),송영석 ( Young Suk Song ),조용찬 ( Yong Chan Cho ) 대한지질공학회 2005 지질공학 Vol.15 No.2

우리나라의 경우 자연사면에서 발생되는 산사태는 그 원인이 대부분 집중강우에 의한 것이고, 산사태로 인한 인명 및 재산피해도 날로 심각해지고 있는 실정이다. 경기도지역에서는 1991년부터 최근까지 산사태가 지역적으로 많이 발생된 바 있는데, 이러한 산사태에 영향을 미치는 요인들로는 강우, 지형조건, 지질 및 토질특성 등을 들 수 있다. 1991년 7월 19일부터 21일까지 3일간에 걸친 약 250㎜의 집중강우로 인해 용인·안성지역에서 약 660여개의 산사태가 발생되었다. 이 연구에서는 이들 지역에서 발생된 산사태에 대하여 위치, 지형, 지질, 기하형태 및 강우 등을 조사하여 산사태 발생특성을 분석하였다. 그 결과 대부분의 산사태는 기반암 상부의 토층사면에서 발생되었으며 전이형슬라이드로 시작되어 유동성산사태로 변환되는 양상을 보였다. 그리고 길이는 대부분 50m 이하로서 대체로 소규모적이다. 또한, 토질조건에 따른 산사태의 특징을 규명하기 위해 산사태가 발생한 지역과 발생하지 않은 지역에서 각각의 토층시료를 채취하여 실내시험을 통한 토질공학적 특성을 평가하였다. 산사태발생지역의 토질은 대체로 자갈 및 모래의 함유비가 높은 조립질인데 반하여 미발생지역은 실트나 점토입자의 구성비가 높은 세립질이 우세하였다. 그리고 투수계수는 산사태발생지역이 미발생지역의 경우보다 더 큰 것으로 나타났다. Most of the landslides triggered by intensive rainfall on natural slope occur serious damages of human beings and properties. There have been many landslides since 1991 in Gyeonggi province. The influential factors are rainfall, topography, geology and soil properties. There were 660 landslides occurred by intensive rainfall as much as 250㎜at Yongin and Anseong area from July 19th to July 21st, 1991. This study surveyed location, topography, geology, geometry of the landslide and rainfall at the area and analyzed occurrence characteristics of the landslides. Most of the landslides occurred on the soil layer above the bed rock. They showed changes of landslide types from translational slides at the head part to flow at the central part. The landslides have relatively small magnitude of which length is shorter than 50m. In order to identify characteristics of landslides dependent on soil conditions, geotechnical properties of soil were evaluated by laboratory tests using soil samples which were collected on slided area and not-slided area. Soil properties of the slided area show high percentage of coarse material such as gravel and sand. However, soil of the not-slided area is mainly composed of fine material such as silt and clay. Permeability coefficients of the slided area are higher than those of the not-slided area.

기반암 경계조건을 적용한 Green-Ampt 침투모델에 의한 사면의 얕은 파괴 해석

조성은 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.1

세계의 많은 지역이 강우에 의한 사면파괴에 취약하다. 우리나라는 풍화잔류토 층의 깊이가 얕고 호우가 빈발하여 포화대가 지표로부터 하강하면서 기반암에 도달하여 토층 전체가 포화상태에 이르는 침투거동이 사면파괴를 일으키는 중요한 원인 중 하나이다. 따라서파괴면의 깊이가 얕고 풍화토층과 기반암의 경계면 근처에 형성되는 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 한계평형법에 바탕을 둔 사면의 얕은 파괴 해석을 위하여 경사면을 고려한 일차원 침투모델인 Green-Ampt 모델을 적용하였다. 시간에 따라 변하는 강우강도를 고려하였으며 얕은 토층을 고려하기 위하여 Green-Ampt 모델에 얕은 기반암의 경계조건을 도입하였다. 해석결과에 의하면 제안된 해석법은 사면에 대한 강우의 침투 평가 시 포화대의 기반암으로의 진행을 계산함으로써 강우의 침투거동을 사면안정에 적절하게 반영할수 있음을 보여준다. Many regions around the world are vulnerable to rainfall-induced slope failures. In Korea, the depth of weathered residual soil is shallowand rainfall of strong intensities is frequent. Therefore, saturation of whole soil layer caused by the reaching of saturated wettingfront from the slope surface to impermeable bedrock by rain infiltration is one of important causes of slope failure. This leads to theshallow depth of slope failure that passes through the interface between soil and impermeable bedrock. In this study, one-dimensionalGreen-Ampt model on sloping surfaces in infiltration analysis is used for the shallow slope failure analysis based on the limit equilibriummethod. Time-varying intensity of rainfall was considered and shallow impermeable boundary condition was imposed in theGreen-Ampt model to simulate the impermeable bedrock underlying the shallow residual soil. The results of example analysis showedthat the proposed method can be used to efficiently consider the rainfall infiltration behavior caused by shallow impermeable bedrockboundary in stability assessment of infinite slope.

기후변화에 따른 선행토양함수조건(AMC)의 변화

유철상(Yoo Chulsang),박정훈(Park Cheong Hoon),김중훈(Kim Joong Hoon) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.3B

One of the main factor that effects on the CN's value in SCS Curve Number method for the estimation of direct runoff is the antecedent soil moisture condition (AMC). It is also common to use the AMC-Ⅲ in hydrologic practice, which provides the largest runoff as possible. In this paper, AMC defending on the rainfall characteristics is analyzed using daily rainfall data at rainy season (June-September) of the Seoul station from 1961 to 2002. The probability mass function of AMC is also investigated to analyze the variation of AMC based on climate change, scenarios from several General Circulation Model (GCM) predictions. As a results we can find that the occurrence of AMC-Ⅰ is reduced, and AMC-Ⅲ is increased, whereas AMC-Ⅱ does not change. 직접유출을 산정하기 위한 SCS Curve Number 방법에서 CN의 값에 영향을 주는 요소 중의 하나는 선행토양함수조건(AMC)이며, 실무에서도 가장 큰 유출량을 산정토록 하는 AMC-Ⅲ 조건을 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 1961년부터 2002년까지 42년간의 서울 기상청관측소의 우기시(6월~9월) 일강우자료를 이용하여 AMC의 강우량 대비 발생분포를 분석하였다. 그리고 기후변화에 따른 AMC의 변동특성을 분석하기 위하여 대기대순환모형(GCM)의 예측치에 따른 강우량 대비 AMC의 확률질량함수를 분석하였다. 연구 결과, 본 연구에서 사용한 기후변화시나리오에 의하면 AMC-Ⅰ의 발생비율은 감소하였고, AMC-Ⅲ의 발생비율은 증가하는 것으로 파악되었다. 반면에 AMC-Ⅱ는 커다란 변화를 보이지 않는 것으로 파악되었다.

SCS 방법 적용을 위한 선행토양함수조건의 재설정 1 : SCS 방법 검토 및 적용상 문제점

박정훈,유철상,김중훈 한국수자원학회 2005 한국수자원학회논문집 Vol.38 No.11

선행함수조건(AMC)에 따라 유출용적이 매우 다르게 나타날 수 있음에도 불구하고 우리나라에서의 강우-유출 해석에는 그 적용성에 대한 평가 없이 미국에서 개발된 AMC조건(SCS, 1972)이 일반적으로 그대로 이용되고 있다. 본 연구에서는 SCS의 CN 결정과정을 그대로 따라 평창강 유역의 장평 소유역에 대해 CN 값을 추정하고 이를 이용하여 AMC 조건을 평가하였다. 그 결과 CN(I), CN(II), CN(III)가 각각 72.1, 79.3, 76.