Copula 함수 기반의 이변량 결합가뭄지수 산정 및 평가

소재민,손경환,배덕효 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.2

본 연구에서는 가뭄해석을 위한 이변량 결합가뭄지수를 산정하고 국내 활용성을 평가하였다. 이변량 결합가뭄지수 산정을 위해 결합분포함수는 Clayton copula, 매개변수 추정은 교정방법을 이용하였으며, 입력변수로는 1977∼2012년 동안의 강수량 및 토양수분량 자료를 선정하였다. 우리나라에 대한 이변량 결합가뭄지수를 산정한 후, 기존 가뭄지수인 SPI 및 SSI와 같이 시계열 분석, 지역별 분석 및 ROC 분석을 수행하여 활용성을 평가하였다. 분석결과 SPI는 가뭄의 시작, SSI는 가뭄의 해갈을 적절히 고려하였으며, 이변량 결합가뭄지수는 SPI 및 SSI의 거동 특성을 적절히 반영하는 것으로 나타났다. 또한 이변량 결합가뭄지수가 SPI 및 SSI에 비해 ROC score가 높게 산정되었으며, 지역별 분석에서도 지역의 가뭄 상황을 적절히 재현하여 활용성이 우수하게 나타났다. 이변량 결합가뭄지수는 기존 가뭄지수의 해석적 한계를 보완하였다는 측면에서 국내 가뭄해석의 활용성이 높다고 판단된다. The objective of this study is to evaluate the utilization of bivariate joint drought index in South Korea. In order to develop the bivariate joint drought index, in this study, Clayton copula was used to estimate the joint distribution function and the calibration method was employed for parameter estimation. Precipitation and soil moisture data were selected as input data of bivariate joint drought index for period of 1977∼2012. The time series analysis, ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis, spatial analysis were used to evaluate the bivariate joint drought index with SPI(Standardized Precipitation Index) and SSI(Standardized Soil moisture Index). As a result, SPI performed better for drought onset and SSI for drought demise. On the other hand the bivariate joint drought index captured both drought onset and demise very well. The ROC score of bivariate joint drought index was higher than that of SPI and SSI, and it also reflected the local drought situations. The bivariate joint drought index overcomes the limitations of existing drought indices and is useful for drought analysis.

종합적인 가뭄상황판단을 위한 Copulas 기반의 결합가뭄지수의 적용

김상단,류정수,오국열,정상만 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

가뭄 시작 및 전개 상황에 대한 판단은 여러 가지 가뭄지수들을 이용하고 있는데, 이러한 지수들은 가뭄에 대한 다양한 변수들의 복합적인 영향을 올바르게 반영하고 있지 못한 문제점을 가지고 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해, 본 연구에서는copulas를 이용하여 가뭄에 대한 다양한 변수들의 복합적인 영향을 반영하고자 하였다. 1981년부터 2010년까지 전국 60개 지점의 강수 관측 자료로부터 1개월부터 12개월까지 다양한 지속기간을 가진 표준강수지수들 사이에 존재하는 상관구조가 경험적인 copulas를 이용하여 수치적으로 구성된다. 결합가뭄지수(JDI)는 copulas의 분포함수를 사용하는 것으로 정의된다. 제안된JDI를 과거에 발생한 여러 가지 가뭄사상에 적용한 결과, 전반적인 가뭄상황을 판단하는데 효과적으로 적용될 수 있을 것으로기대된다. Current judgment for drought start and development status is based on drought indices which do not capture the jointly correlated effect of various variables related to drought correctly. To address this limitation, we tried to reflect such joint behavior for multiple variables related to drought by using copulas. Utilizing 60 stations of the whole county with 30 years observations(to 2010 from 1981) in Korea, the dependence structures of standardized precipitation indices with various window sizes from 1-to 12-month are constructed from empirical copulas. A joint drought index (JDI) is defined by using the distribution function of copulas. As a result from applying to several historical drought events, the proposed JDI is expected to describe well the overall drought status.

표준강수지수 시계열의 가뭄특성치를 이용한 가뭄 재현기간 산정

곽재원,이성대,김연수,김형수 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.8

가뭄은 중요한 자연재해의 하나로서 수자원 관리 부분에서 매우 중요한 인자이다. 본 연구에서는 대한민국의 55개 기상청 관측소를 대상으로 SPI지수에 따른 가뭄기간과 가뭄심도를 정의하고, 코풀라 이론을 이용하여 두 가뭄변수의 결합 확률 분포를 유도하였다. 또한 이를 이용하여 가뭄의 발생 양상을 고찰하고 가뭄의 재현기간으로 제시하였으며, 대한민국을 대상으로 가뭄의 공간적 분포를 분석하였다. 연구에서 도출된 가뭄의 재현기간별 SPI 지수로부터 대한민국의 충청도의 공주 및 충주 인근, 강원도의 원주, 인제, 정선, 태백 등의 지역이 상대적으로 가뭄에 취약한 것으로 도출되었다. Drought is one of the severe natural disasters and it can profoundly affect our society and ecosystem. Also, it is a very important variable for water resources planning and management. Therefore, the drought is analyzed in this study to understand the drought distribution and trend. The Standard Precipitation Index (SPI) is estimated using precipitation data obtained from 55 rain gauge stations in South Korea and the SPI based drought variables such as drought duration and drought severity were defined. Drought occurrence and joint probabilistic analysis for SPI based drought variables were performed with run theory and copula functions. And then the return period and spatial distribution of droughts on the South Korea was estimated. As the results, we have shown that Gongju and Chungju in Chungcheong-do and Wonju, Inje, Jeongseon, Taebeak in Gangwon-do have vulnerability to droughts.

지역의 사회・경제적 인자와 용수공급체계를 고려한 가뭄 위험도 평가

김지은,김민지,최시중,이주헌,김태웅 한국수자원학회 2022 한국수자원학회논문집 Vol.55 No.8

가뭄은 자연적 현상이지만, 지역의 물리적 및 사회적 요소와 결합되어 피해가 발생한다. 특히, 각종 용수 공급 및 수요과 연관되어 사회경제적으로 큰 피해를 야기시킨다. 비슷한 심도의 기상학적 가뭄에도 지역의 특성과 용수공급체계에 따라 실제로 발생하는 가뭄 피해는 다르다. 본 연구에서는 지역의 사회·경제적 인자와 용수공급체계를 고려하여 가뭄 위험도를 평가하였다. 노출성은 용수공급 과부족량을 나타내는 결합가뭄관리지수(JDMI)를 등급화하여 평가하였다. 취약성은 가뭄에 영향을 받는 10개의 사회·경제적 인자에 엔트로피, PCA 및 GMM를 적용하여 가중평균하여 평가하였다. 대응능력은 지역의 용수능력을 나타내는 인자들을 베이지안 네트워크에 적용하여 평가하였다. 위험도는 노출성, 취약성 및 대응능력을 통합하여 결정하였다. 용수공급 실패 사상의 발생 가능성을 의미하는 가뭄 노출성을 평가한 결과, 괴산군이 0.81로 가장 높게 나타났다. 가뭄 취약성의 경우, 대전광역시가 0.61로 매우 취약한 것으로 나타났다. 지역의 용수공급체계가 고려된 가뭄 대응능력을 평가한 결과, 세종시가 가뭄 대응능력이 가장 낮은 것으로 나타났다. 마지막으로 위험도를 평가한 결과, 청주시가 가장 높게 나타났다. 이러한 결과를 통해 가뭄에 대한 위험 및 취약 원인을 파악하였으며, 향후 지역의 특성을 고려한 가뭄 피해 저감 정책 마련이 가능하다.

Copulas 기반의 결합가뭄지수를 이용한 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선의 적용

류정수,안재현,김상단,Ryu, Jung Su,Ahn, Jaehyun,Kim, Sangdan 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.10

본 연구에서는 copulas 기반의 결합가뭄지수를 적용한 가뭄심도-영향면적-지속기간곡선을 작성하여 가뭄의 시공간적 거동을 살펴보았다. 우리나라 전국 60개 지점의 기상청 월강수량자료로부터 JDI를 산정한후, 이를 다시 EOF와 Kriging 기법을 이용하여 $10{\times}10$ km의 공간적 해상도를 가진 JDI 값으로 할당하였다. 격자기반의 JDIs를 가뭄의 지속기간별 영향면적별로 분석하고, 우리나라의 가뭄 사상을 표현하기 위하여 JDI-SAD 곡선을 작성하였다. JDI-SAD 곡선을 통하여 과거에 발생한 가뭄 사상을 시공간적으로 특성화할 수 있다. 또한 현재의 가뭄 상황에 대한 정확한 영향평가에 기여할 것으로 기대된다. In this study, drought Severity-affected Area-drought Duration (SAD) curves are analyzed in order to examine temporal and spatial behavior of drought. A copulas-based joint drought index which is studied recently is applied to express the severity of drought. JDIs across the country with 60 points are calculated monthly basis, and using EOF and Kriging techniques, locational JDIs are spatially extended into gridbased JDIs with spatial resolution of $10{\times}10$ km. JDIs by lattice is analyzed by drought duration and by affected area, and JDI-based SAD curves are created to represent Korean historical drought events. Though created curves, drought events that occurred in the past in our country can be spatially and temporally characterized. In addition, curves are expected to contribute to determine the exact situation on the current drought condition have an impact to some extent.

가뭄특성인자를 활용한 가뭄피해추정 기법 개발 및 평가

소재민,손경환,배덕효 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.2

The objective of this study is to evaluate the applicability of drought damage estimation technique using the drought characteristic factors. In this study, Bivariate Joint Drought Index (BJDI) was used in order to estimate the drought characteristic factors. Actual damage costs data was collected through the government report. Damage estimation equation was derived by using the multi regression analysis for drought characteristic factors and damage costs. The comparison of actual damage costs and estimation damage costs residuals showed that the difference were ranged on -51.9~34.6 billion won. The applicability of damage estimation equation is higher under the consideration of data limits. In order to obtain the better reliable regression equation, the continuous collection of drought damage data would be required. 본 연구에서는 가뭄특성인자를 이용하여 가뭄피해추정 기법을 개발하고 활용성을 평가하였다. 이를 위해 이변량 결합가뭄지수(Bivariate Joint Drought Index, BJDI)를 이용하여 가뭄특성인자를 산정하였다. 또한, 기존 문헌조사를 통해 실제 가뭄피해액 자료를수집하였으며, 다중회귀분석을 이용하여 가뭄특성인자와 피해액간의 회귀식을 유도하였다. 실제 피해액과 추정된 피해액을 비교한 결과, 잔차는 -519~346억원으로 실측자료의 제한성을 고려할 때 금회 산정한 회귀식의 활용성은 높게 나타났다. 추후, 보다 정확하고 신뢰성 있는 회귀식을 산정하기 위해서 지속적인 가뭄피해자료의 구축이 필요할 것으로 판단된다.

Copulas 기반의 결합가뭄지수를 이용한 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선의 적용

류정수,안재현,김상단 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.10

본 연구에서는 copulas 기반의 결합가뭄지수를 적용한 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선을 작성하여 가뭄의 시공간적 거동을 살펴보았다. 우리나라 전국 60개 지점의 기상청 월 강수량 자료로부터 JDI를 산정한 후, 이를 다시 EOF와 Kriging 기법을 이용하여 10 × 10 km의 공간적 해상도를 가진 JDI 값으로 할당하였다. 격자기반의 JDIs를 가뭄의 지속기간별 영향면적별로 분석하고, 우리나라의 가뭄 사상을 표현하기 위하여 JDI-SAD 곡선을 작성하였다. JDI-SAD 곡선을 통하여 과거에 발생한 가뭄 사상을 시공간적으로 특성화할 수 있다. 또한 현재의 가뭄 상황에 대한 정확한 영향평가에 기여할 것으로 기대된다. In this study, drought Severity-affected Area-drought Duration (SAD) curves are analyzed in order to examine temporal and spatial behavior of drought. A copulas-based joint drought index which is studied recently is applied to express the severity of drought. JDIs across the country with 60 points are calculated monthly basis, and using EOF and Kriging techniques, locational JDIs are spatially extended into gridbased JDIs with spatial resolution of 10 × 10 km. JDIs by lattice is analyzed by drought duration and by affected area, and JDI-based SAD curves are created to represent Korean historical drought events. Though created curves, drought events that occurred in the past in our country can be spatially and temporally characterized. In addition, curves are expected to contribute to determine the exact situation on the current drought condition have an impact to some extent.

댐 저수위를 이용한 결합가뭄지수 개발

박종현(Park, Jong-Hyeon),김진영(Kim, Jin-Young),유민석(Ryou, Min-Suk),권현한(Kwon, Hyun-Han) 한국방재학회 2017 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.-

Future water supply risk analysis using a joint drought management index in Nakdong river basin

Yu Ji Soo,Choi Si-Jung,Kwon Hyun-Han,Kim Tae-Woong 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.11

용수공급시스템은 용수를 안정적으로 확보하여 사용자의 수요량을 충족시키는 것을 목표로 하지만, 평년보다 적은 유입량으로 인해 정상공급에 실패하는 경우가 발생한다. 그러나 강수의 부족으로 발생하는 가뭄 상황이 언제나 용수공급 실패를 유발하는 것은 아니기 때문에, 용수공급에 대한 안전도를 산정할 때 실질적인 용수 부족 사상의 특성을 고려할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 이수안전도 평가 지표로 주로 사용되는 신뢰도와 취약도를 이용하여 결합 가뭄관리지수(JDMI)를 개발하였으며, 이를 바탕으로 미래 용수공급 위험도를 산정하였다. 미래에 대한 분석을 위해 RCP 4.5 및 8.5 시나리오에 대하여 GCM으로부터 생산된 기후변화 시나리오 자료를 적용하고 미래 기간을 21세기 전기, 중기, 및 후기로 구분하였다. JDMI를 기반으로 낙동강 유역의 용수공급 위험도를 분석한 결과 RCP 4.5 시나리오에서 RCP 8.5 시나리오보다 위험도가 더 높은 것으로 분 석되었다. 용수공급 취약지역은 RCP 4.5에서는 남강댐(W18)으로 나타났으며, RCP 8.5에서는 형산강(W23)과 낙동강남해(W33) 유역으로 분석되었다. Water supply system aims to meet the user’s demand by securing water resources in a stable way. However, water supply failure sometimes happens because inflow decreases during drought period. Droughts induced by the lack of precipitation do not always lead to water supply failures. Thus, it is necessary to consider features of actual water shortage event when we evaluate a water supply risk. In this study, we developed a new drought index for drought management, i.e., Joint Drought Management Index (JDMI), using two water supply system performance indices such as reliability and vulnerability. Future data that were estimated from GCMs according to RCP 4.5 and 8.5 scenarios were used to estimate future water supply risk. After dividing the future period into three parts, the risk of water supply failure in the Nakdong River basin was analyzed using the JDMI. As a result, the risk was higher with the RCP 4.5 than the RCP 8.5. In case of RCP 4.5, W18 (Namgangdam) was identified as the most vulnerable area, whereas in case of RCP 8.5, W23 (Hyeongsangang) and W33 (Nakdonggangnamhae) were identified as the most vulnerable area.