미국의 새로운 홍수빈도해석 가이드라인 (Bullentin 17C)

이태삼(Lee, Taesam),John F. England,손찬영(Son, Chanyoung) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

비매개변수 핵밀도함수와 강우-유출모델의 합성곱(Convolution)을 이용한 수학적 해석

이태삼(Taesam Lee) 한국방재안전학회 2015 한국방재안전학회 논문집 Vol.8 No.1

수문학에서 사용되는 강우-유출 모델의 경우 선형적인 시스템을 기반으로 유효강수량으로부터 시간적 지연을 통해서 유 출량이 결정되는데 그 양은 강우량의 선형적인 비로 표현되어서 결국 합성곱을 통해 해석되게 된다. 또한 자료에 대한 확률론적 분석에 많이 이용되는 비매개변수 핵밀도함수의 경우, 핵(Kernel)의 의미자체가 합성곱에서 나온 것으로서 개개의 자료를 바탕으로 핵을 통해 매끄러운 확률밀도함수를 구하게 된다. 본 연구에서는 합성곱을 바탕으로 강우-유출 모델과 비매개변수 확률밀도함수를 해석하는 방법에 대해서 되짚어 보고 그 공통적인 특성과 다른 점을 수학적으로 나타내 줌으로써 사용되는 합성곱 함수의 유용성에 대해서 논하였다. In rainfall-runoff models employed in hydrological applications, runoff amount is estimated through temporal delay of effective precipitation based on a linear system. Its amount is resulted from the linearized ratio by analyzing the convolution multiplier. Furthermore, in case of kernel density estimate (KDE) used in probabilistic analysis, the definition of the kernel comes from the convolution multiplier. Individual data values are smoothed through the kernel to derive KDE. In the current study, the roles of the convolution multiplier for KDE and rainfall-runoff models were revisited and their similarity and dissimilarity were investigated to discover the mathematical applicability of the convolution multiplier.

통계학적 가뭄빈도분석 기법을 통한 2015년 가뭄사상에 대한 분석

이태삼,손찬영,Lee, Taesam,Son, Chanyoung 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.3

가뭄은 시공간적으로 점차적인 수분부족이 나타나는 자연재해로 비교적 간단하게 설명될 수 있다. 그러나 가뭄이 가지는 특징을 보다 명확하게 정의하기는 매우 어려우며 또한 가뭄에 대한 대비 및 정부의 대응이 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 가뭄재해의 대응책 마련 및 수공구조물 설계 운영기준에 활용하고자 이론적인 가뭄 재현기간 산정기법과 더불어 3가지 시계열 모델(autoregressive (AR), Gamma AR, Copula AR)을 통해 장기간의 자료를 모의하여 가뭄사상에 대한 빈도를 산정하고자 하였다. 분석결과, 시계열 모델을 활용하여 모의된 가뭄의 빈도 결과가 이론적인 기법을 통해 산정된 것보다 합리적인 결과가 도출되었으며, 모든 시계열 모델에서 유사한 결과가 도출되었다. 또한 남한지역에 발생하고 있는 현재의 가뭄사상 분석에 대해 총 4개의 대권역으로 분류하여 분석을 수행하였으며 분석결과 국내의 남부지방은 상대적으로 약한 가뭄이 발생하는 반면에 북부 및 중부지방은 현재 3년의 가뭄 지속기간을 가지는 가뭄이 발생하고 있으며 약 40년 빈도의 가뭄으로 분석되었다. Drought is a water-related natural disaster which can be simply described as spatially and temporally sequential absence of water. However, its characteristics are very difficult to define. For this reason, the preparation and mitigation from drought events have not been successful. In the current study, we illustrated a design drought estimation approach of water resources infrastructures as well as the existing theoretical one to prepare and mitigate drought disasters. Theoretical and simulation methods were tested including three time series models such as autoregressive (AR), Gamma AR, Copula AR models. The results indicated that for South Korea region, the simulation-based method to estimate drought frequency presented better performance and all the three time series models show similar performance to each other. The current drought event occurring in South Korea was investigated with dividing South Korea into four basins as Han River, Nakdong River, Geum River, and Nakdong River basins. The results showed that two middle and north basins presented significant drought events with 3 year drought duration and around 40 year return period while the other two southern regions illustrated relatively weaker drought events.

남강댐방류로 인한 사천만의 퇴적량 추정

이태삼,신주영,김진경,Lee. Taesam,Shin. Ju-Young,Kim. Jinkyung 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.4

본 연구에서는 남강 댐 준설이후 남강댐 방류로 인해 사천만에 쌓인 토사의 양을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 기존의 수치해도를 사용하여 평가된 퇴적량의 단점을 보완하기 위해 측량원도의 정보를 확보하여 보다 정밀한 퇴적량을 산정하였다. 이와 더불어, 정밀한 퇴적량 산정을 위해서는 사천만 전반에 걸쳐 연속적인 수심 정보가 필요하나 지점정보만 확보되는 관계로 지점정보로부터 면적단위 정보로 환산시켜야 한다. 이를 위해 티센 및 크리깅 두 방법을 적용하였다. 연구결과로부터 댐 준공이후 사천만에는 대략 1.51~1.83 m의 퇴적이 쌓인 것으로 추정되었다. 추후 연구를 통해 지천으로 흘러들어오는 양까지 고려한 순수한 남강댐 방류로 인한 퇴적량을 산정할 필요가 있을 것으로 보이며 이에 대한 피해를 줄이기 위한 방류량 저감 및 준설 등의 심층적인 연구가 필요할 것으로 결론지어진다. During a flood in the Nam River basin, tremendous amount of water is discharged to the Sacheon Bay and large amount of deposition and organics are delivered to this region. At the time of the flowing tide, the water is stagnated in this bay. In the current study, we estimate the amount of deposition that has been accumulated in the Sacheon Bay by the discharge from the Nam River dam after the construction of the dam with Kriging and Theissen method. The results showed that around 1.67meter of deposition has been accumulated. We conclude that the consideration of the flow from tributaries to the Sachenon Bay for the deposition estimation is required. Furthermore, the efforts to recover the oceanic ecosystem such as the discharge reduction or dredging must be followed.

서울시 수리시설 설계기준의 기후변화 영향 고려를 위한 미래강우시나리오 산정

윤선권,이태삼,성기영,안유진,Yoon, Sun-Kwon,Lee, Taesam,Seong, Kiyoung,Ahn, Yujin 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.6

In Seoul, it has been confirmed that the duration of rainfall is shortened and the frequency and intensity of heavy rains are increasing with a changing climate. In addition, due to high population density and urbanization in most areas, floods frequently occur in flood-prone areas for the increase in impermeable areas. Furthermore, the Seoul City is pursuing various projects such as structural and non-structural measures to resolve flood-prone areas. A disaster prevention performance target was set in consideration of the climate change impact of future precipitation, and this study conducted to reduce the overall flood damage in Seoul for the long-term. In this study, 29 GCMs with RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were used for spatial and temporal disaggregation, and we also considered for 3 research periods, which is short-term (2006-2040, P1), mid-term (2041-2070, P2), and long-term (2071-2100, P3), respectively. For spatial downscaling, daily data of GCM was processed through Quantile Mapping based on the rainfall of the Seoul station managed by the Korea Meteorological Administration and for temporal downscaling, daily data were downscaled to hourly data through k-nearest neighbor resampling and nonparametric temporal detailing techniques using genetic algorithms. Through temporal downscaling, 100 detailed scenarios were calculated for each GCM scenario, and the IDF curve was calculated based on a total of 2,900 detailed scenarios, and by averaging this, the change in the future extreme rainfall was calculated. As a result, it was confirmed that the probability of rainfall for a duration of 100 years and a duration of 1 hour increased by 8 to 16% in the RCP4.5 scenario, and increased by 7 to 26% in the RCP8.5 scenario. Based on the results of this study, the amount of rainfall designed to prepare for future climate change in Seoul was estimated and if can be used to establish purpose-wise water related disaster prevention policies.

가뭄 예보의 적극성율 지수 개발 및 2021-2023 가뭄 적극성 분석

이세정(Lee, Sejeong),이태삼(Lee, Taesam),이주헌(Lee, Joo-heon) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

현재 기후변화 등으로 강우 및 수문 사상의 불확실성이 증가하여 가뭄의 예측이 무엇보다 중요해져 가고 있는 실정이다. 하지만, 가뭄을 예측하는 기관 등에서는 다양한 부담 등으로 인하여 가뭄에 대한 예측을 실제로 내리는 데는 한계가 있어왔다. 따라서, 본 연구에서는 현재까지 우리나라의 가뭄 예보가 얼마나 적극적으로 이루어지고 있는지에 대한 판단을 위해 적정한 인자를 개발하고 2021년부터 2023년까지 발생했던 가뭄상황을 바탕으로 가뭄 예보의 적극성 분석을 실시하였다. 가장 활발하게 가뭄 예보를 발령해 온 행정안전부, 기상청, 농어촌공사, APEC기후센터의 가뭄 예보 단계별 발령 횟수를 분석하였고 이를 통해 조사에 적합한 자료를 선정하였다. 본 연구에서는 기존에 분석되어 오지 않았던 가뭄 예보 적극성에 대해 가뭄 예보 적극성율(AGR)과 가뭄 전이 예보 적극성율(TAGR)의 두가지 지수를 제시하고 최근가뭄에 대해 분석을 실시하였다. 최근 가뭄 현황을 분석한 결과, AGR과 TAGR 모두 기상가뭄과 농업가뭄에 대한 가뭄 예보 발령이 실제 발령보다 적어 보수적인 발령이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 생활 및 공업용수 가뭄의 경우 실제 발령에 근접한 횟수로 발령이 이루어져 적극성이 비교적 높은 비율을 나타냈다. 보수적으로 경보가 발령되는 지역의 발령 횟수에 대한 보완이 필요하며, 이를 통해 현재 가뭄 예보의 적극성이 적절하게 유지되도록 하는 방향이 필요할 것으로 판단된다.

가뭄 예보의 적극성율 지수 개발 및 2021-2023 가뭄 적극성 분석

이세정(Sejeong Lee),이태삼(Taesam Lee),이주헌(Joo-heon Lee) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.4

현재 기후변화 등으로 강우 및 수문 사상의 불확실성이 증가하여 가뭄의 예측이 무엇보다 중요해져 가고 있는 실정이다.하지만, 가뭄을 예측하는 기관 등에서는 다양한 부담 등으로 인하여 가뭄에 대한 예측을 실제로 내리는 데는 한계가 있어왔다.따라서, 본 연구에서는 현재까지 우리나라의 가뭄 예보가 얼마나 적극적으로 이루어지고 있는지에 대한 판단을 위해 적정한인자를 개발하고 2021년부터 2023년까지 발생했던 가뭄 상황을 바탕으로 가뭄 예보의 적극성 분석을 실시하였다. 가장 활발하게가뭄 예보를 발령해 온 행정안전부, 기상청, 농어촌공사, APEC 기후센터의 가뭄 예보 단계별 발령 횟수를 분석하였고 이를통해 조사에 적합한 자료를 선정하였다. 본 연구에서는 기존에 분석되어 오지 않았던 가뭄 예보 적극성에 대해 가뭄 예보 적극성율(AGR)과 가뭄 전이 예보 적극성율(TAGR)의 두가지 지수를 제시하고 최근가뭄에 대해 분석을 실시하였다. 최근 가뭄 현황을 분석한 결과, AGR과 TAGR 모두 기상가뭄과 농업가뭄에 대한 가뭄 예보 발령이 실제 발령보다 적어 보수적인발령이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 생활 및 공업용수 가뭄의 경우 실제 발령에 근접한 횟수로 발령이 이루어져 적극성이 비교적 높은 비율을 나타냈다. 보수적으로 경보가 발령되는 지역의 발령 횟수에 대한 보완이 필요하며,이를 통해 현재 가뭄 예보의 적극성이 적절하게 유지되도록 하는 방향이 필요할 것으로 판단된다. The frequency and severity of droughts are increasing due to climate change and environmental disturbances brought on due to human development, making drought warning an essential tool in mitigating their effects. Drought warning can, however, be easily overlooked if people disregard its significance or repress water managers with the result of the drought warning. Therefore, in the current study, we developed an Alarm Grit Ratio (AGR) for drought warning to assess how active these have been thus far, and was estimated the ratio for the current drought in Korea from 2021 to 2023. The Korea Meteorological Administration issued three drought warnings, which were classified as agricultural, meteorological, and residential and industrial droughts. We proposed two indices to indicate how an institution issues a drought warning as a forecast for the actual drought warning that follows. These indices were AGR and Transitional Alarm Grit Ratio (TAGR). AGR measures how frequently an institute issues a drought warning forecast based on the number of actual warning conditions. Analysis of the current drought (2021–2023) indicates the issuance of warnings, while TAGR indicates the ratio of the drought warning issuance at each drought. The AGR and TAGR for the agricultural and meteorological droughts indicate underissuance of drought warnings, whereas warnings for residential and industrial droughts were appropriately issued due to the drought impact on residences and industries. Overall, we concludes that AGR and TAGR can be useful indicators of how actively an institution issues drought warnings. An institution in charge of drought warning can track these measurements and control the frequency of drought warnings by including AGR and TAGR data.

EMD기법을 활용한 강우빈도해석에 관한 연구

손찬영(Son, Chanyoung),이태삼(Lee, Taesam) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

비정상성을 가정한 서울지역 미래 확률강우량 산정

정민수(Jeong, Minsu),이태삼(Lee, Taesam),이주헌(Lee, JooHeon),최현석(Choi, Hyeonseok),윤선권(Yoon, Sunkwon) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.1

본 연구는 서울지역을 대상으로 하여 기후변화에 따른 정상성 및 비정상성을 가정하여 빈도분석을 수행하였고, 관측 및 예측 자료에따른 현재와 미래의 지속시간별 확률강우량 산정 및 비교·검토를 수행하고자 하였다. 현재 상태의 확률강우량 산정을 위해 기상청에서제공되는 지속시간별 강우자료를 수집하였고, 미래 입력 자료 구축을 위해 29개 GCMs 시나리오별 RCP 8.5에 대한 일별 강우량자료를 이용하여 시간적 상세화(Downscaling) 및 편의보정(Bias correction) 등의 과정을 통해 지속시간별 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48시간에대한 예측자료를 생성하였다. 지속시간별 강우자료를 바탕으로 연최대치 계열을 추출하여 관측치는 정상성을 가정한 빈도해석을수행하였으며, 최적확률분포형 적용을 통한 확률강우량 산정으로 미래 기간별 강우강도-지속시간-빈도(Intensity-Duration-Frequency, IDF) 곡선을 작성하였다. 또한, RCP 8.5에 대한 비정상성(Non-stationary) 빈도분석을 위해서는 베이지안을 기반으로 샘플링이 이루어지는DE-MC 기법을 적용하였다. 예측에 활용된 29개 기후변화 시나리오 자료에 대한 각각의 산정 결과는 분위추정을 통해 결과를 제시하였다. 서울지점을 대상으로 비정상정 빈도해석 결과 재현기간 30년은 94.4mm이고, 50년은 101.7 mm, 100년은 111.5 mm로 분석되었으며, 정상성 빈도해석 결과와 비교하였을 때 앙상블 평균값은 약 5mm/hr 정도 높게 산정되었다. 서울지역의 기후변화에 따른 수문특성의변화를 고려하는 경우 지속시간이 커질수록 경향성 및 변동폭이 증가를 보임에 따라 방재성능목표강우량에 대한 보다 세밀한 검토가필요한 것으로 판단된다. In this study, an estimation of the future probable rainfall in Seoul, Korea, was performed, using non-stationary frequency analysis according to climate change and it was compared with the current probable rainfall. Hourly rainfall data provided by the Korea Meteorological Administration with durations of 1, 2, 3, 6, 12, 24, and 48-h were used as input. For the future projection of precipitation, the RCP 8.5 scenario was selected with the same durations. Moreover, the future hourly rainfall was extracted from using the daily precipitation from 29 Global Climate Models (GCMs), based on the statistical temporal down-scaling method and their corresponding bias corrections. Subsequently, the annual maximum precipitation was extracted for each year. In this study, both stationary and non-stationary frequency analysis was applied based on the observed and predicted time series data sets. In particular, for the non-stationary frequency analysis, the Differential Evolution Markov Chain technique, which combines the Bayesian-based Differential Evolution and Markov chain Monte Carlo methods, was adopted. Finally, the current and future intensity-duration-frequency curves were derived from the optimal probability distribution, and each probable rainfall was estimated. The results of the 29-scenario are presented with quantile estimations. The non-stationary frequency analysis results for Seoul revealed rainfalls of 94.4 mm/h for 30 y, 101.7 mm/h for 50 y, and 111.5 mm/h for 100 y return periods. The average value of the 29-GCM model ensemble was estimated to be approximately 5 mm/h higher than that obtained from the stationary frequency analysis. Considering the changes in hydrological characteristics due to climate change in Seoul, the results of this study could be utilized to pro-actively respond to natural disasters due to such phenomena.

기후변화에 따른 관개저수지의 용수공급 안정성 평가

고다상(Ko, Dasang),주영철(Joo, Yeongcheol),이태삼(Lee, Taesam) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.1

Recently, the frequency of drought occurrence and the resulting damage has increased due to climate change. Frequent severe droughts induce water shortages in agricultural reservoirs. The role of drought monitoring and prediction is critical for mitigating the effects of severe drought in agricultural areas. In this study, a compound standardized storage and precipitation index (CSSPI) was developed that adapted the existing drought index-the standardized precipitation index (SPI)-by adding hydrological data on storage rate. Furthermore, the future storage rate was simulated using autoregressive models (AR) to estimate the future CSSPI. A dataset containing records of reservoirs and precipitation at the three areas of Jungbu, Youngnam, and Honam was applied to estimate the current and future status of the CSSPI. The results indicate that the CSSPIs generated accurately present the past pattern of the observed data and that they can be considered as inputs for predicting future drought conditions. 최근 기후변화에 따라 가뭄의 발생빈도와 그 피해가 점차 증가하고 있다. 요즈음 극심한 가뭄으로 인한 관개저수지의 물부족으로 인해 농업의 피해가 많이 발생하였다. 가뭄의 모니터링과 예측은 농업에서 심각한 가뭄의 영향을 완화시키는 것에목적을 두고 있다. 이번 연구를 통하여 기존의 가뭄지수인 표준 강수 지수(Standardized Precipitation Index)에 수문학적인저수율의 정보를 추가하여 복합 표준 저수 및 강수 지수(Compound Standardized Storage and Precipitation Index, CSSPI)가개발되었다. 더불어, 미래 CSSPI를 예측하기 위해서 미래 저수율은 AR모델을 사용하여 시뮬레이션 되었다. 중부지역, 영남지역, 호남지역의 각 3곳의 저수지와 각 3곳의 강수량 자료의 데이터세트가 현재와 미래의 CSSPI를 예측하기 위하여 사용되었다. 그 결과 생성된 CSSPI는 관측된 자료의 패턴을 잘 보여주었고, CSSPI는 미래의 가뭄상태를 예측할 수 있는 기초자료가될 것으로 사료된다.