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.

레이더 및 지상 관측 강우 자료를 통한 딥러닝 기반 강우 예측 모델 개선

최수연,김연주 한국수자원학회 2025 한국수자원학회논문집 Vol.58 No.2

To forecast accurate predictions of flooding in a basin, it is essential to have accurate precipitation forecasts. Recently, there have been a number of studies that utilize machine learning techniques to improve the performance of precipitation prediction models. Several radar-based precipitation prediction models have been developed and shown their capabilities, mainly for spatial precipitation prediction over basins. However, since the model is developed based on radar data, which has limitations in accurate rainfall estimation, it is challenging to accurately predict the actual precipitation that falls in a basin. In this study, we proposed a strategy to improve the prediction performance of radar-based models using machine learning by incorporating observations from gauge stations during the training process. To develop a model that produces predicted rainfall up to 6 hours for the Yeongsangang River basin, a conditional generative adversarial neural network (cGAN) was applied. Along with the radar data, the model was trained using the rainfall data from gauge stations (Automated Synoptic Observing System, ASOS) within the domain of the Yeongsangang River basin. Through the results, we showed that the model that considers point rainfall data as an additional input performs better in predicting the spatial pattern of rainfall than the model that only uses radar data. 유역의 정확한 홍수량 예측을 위해서는 정확한 강우 예측이 필수적이다. 최근 머신러닝 기법을 활용하여 강우 예측 모델의 성능을 개선하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 주로 유역에 대한 공간 강우량을 예측하기 위해 레이더 기반 강우 예측 모델이 개발되어 그 성능을 입증하였으나, 정확한 강우량 추정에 한계가 있는 레이더 자료를 기반으로 개발되는 모델 특성상, 실제 유역에 떨어지는 강우량을 정확하게 예측하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 머신러닝을 활용한 레이더 기반 모델의 예측 성능 개선을 위해 지점강우를 훈련과정에서 사용하는 기법을 제안하였다. 영산강 유역에 대해 최대 6시간까지의 예측 강우를 생산하는 모델 개발을 위해 조건부 생성적 적대 신경망(conditional Generative Adversarial Network, cGAN)을 활용하였으며, 모델 훈련을 위해 기상레이더 자료와 함께, 영산강 유역의 도메인 내에 종관기상관측(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 강우자료를 사용하였다. 결과를 통해, 레이더 자료만 사용한 모델에 비해 지점강우자료를 추가입력자료로 고려한 모델이 유역의 공간 강우량을 예측하는데 더 우수한 성능을 보이는 것을 확인하였다.

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.

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.

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.

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.

VFSMOD-w 모형을 이용한 청미천 유입 비점오염물 저감효율 연구

손민우(Minwoo Son),변지선(Jisun Byun),윤현덕(Hyun-Doug Yoon),정태화(Tae-Hwa Jung) 한국콘텐츠학회 2016 한국콘텐츠학회논문지 Vol.16 No.1

본 연구는 VFSMOD-w 모형을 이용하여 비점오염물의 관리를 위한 식생대 설치 시 파종 식물의 종류, 식생대의 길이, 강우 조건이 저감 효율에 미치는 영향을 살펴보는 것을 목적으로 수행되었다. 연구를 위한 대상 지역으로 청미천 유역 내 원부교 부근의 나지를 선정하였다. 수정된 Manning의 조도계수가 동일한 값을 가지는 식물체의 경우 토사 저감 효율이 동일하게 계산되는 결과가 도출되었고, 식생대의 길이 및 식물체의 파종 간격이 토사 저감 효율에 가장 지배적인 영향을 미치는 것이 확인되었다. 동일한 강우 조건에서 식생대의 길이가 약 2배 증가할 때 토사 저감 효율이 많은 차이를 나타내지 않았다. 이러한 결과는 식생대의 길이가 증가할수록 토사 저감 효율이 증가하나, 특정 길이 이상일 경우 대부분의 토사가 포착되는 것을 의미한다. 따라서 식생대의 설치는 식생대 설치지역의 강우 특성을 고려하여 적절한 식물체의 파종 간격 및 식생대 길이를 결정지어야 한다고 판단된다. This study aims to investigate the effect of vegetation type, length of vegetative filter strip, and rainfall on trapping efficiency of the non-point source water pollution. Numerical experiments are carried out using VFSMOD-w. It is known from this study that the vegetation having the same value of revised Manning roughness coefficient shows the similar trapping efficiency in VFSMOD-w. When the length of vegetative filter strip increases twice, the trapping efficiency increases negligibly small under the same condition of rainfall. From this finding, it is also known that most of sediment are removed within a certain length of vegetative filter strips. It is concluded that the installation of vegetative filter strip is determined under the consideration of the rainfall characteristics, space of vegetation, and length of vegetative filter strip.