강원도 지역은 태백산맥이 위치하여 지형적으로 복잡한 산악지형을 갖고 있으며, 또한 동쪽으로 는 동해가 위치하여 동해의 영향을 직·간접적으로 받는 지역적인 특성을 지녔다. 이에 따라 기상과 관련 하여 발생된 강원도 지역의 재해 피해는 우리나라 전체 피해액의 1/3정도를 차지하고 있다. 특히, 강원도 지방은 2002년 태풍 루사가 영동지방을 강타했을 때 영동지방의 대표도시인 강릉에서는 기록적인 폭우(일 최대강수량 870.5mm)가 내렸으며, 2003년 태풍 매미 뿐 아니라 최근 발생하고 있는 국지적인 호우로 인한 영서, 영동지방의 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 강원지방의 장기간의 자료를 보유하고 있는 속초, 대관령, 춘천, 강릉, 원주, 인제, 홍천 관측소의 연 최대치 강우자료를 대상으로 시 강우 및 일 강우의 특성을 분석하고 빈도해석(frequency analysis)을 실시함으로써 설계강우량을 산정하였다. 또한, 지속시간에 따른 경향성 분석을 하였으며 1990년 전후의 강우 및 온도자료를 나누어 극한지수를 산정함으로서 최근 발생하고 있는 강우의 패턴 변화를 분석 하였다.

현재 수공구조물의 설계 및 하천기본계획 수립에서는 해당 구조물의 설계 및 하천개수 계획의 빈도와 지속시간에 해당하는 확률강우량을 이용하고 있고, 이러한 확률강우량은 강우유출 뿐만 아니라 토양침식, 토사유출 등 강우에 의해 발생할 수 있는 여러 현상들에 대한 연구에도 활용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 확률강우량에 대한 토양침식량 추정 시 필요한 빈도별 지속시간별 강우침식능 인자 산정을 위하여, 「확률강우량도 개선 및 보완 연구(2011, 국토해양부)」에서 제시한 전국 71개 주요지점의 빈도별(20년, 30년, 100년) 지속시간별(60분, 120분, 180분) 확률강우량을 Huff 3분위 강우 시간분포에 적용하였다. 강우침식능 인자 산정 시 필요한 강우에너지식은 노재경(1984)이 제시한 식을 이용하였다. 빈도별 지속시간별 지점평균 확률강우량과 강우침식능을 비교한 결과, 지속시간이 강우침식능에 미치는 영향이 매우 미소한 것으로 나타났고, 반면 재현기간이 증가함에 따라 강우침식능이 강우량에 비해 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 강우량과 강우침식능은 정확히 비례하지 않고, 이는 강우침식능 산정 시 이용된 각 지점의 Huff 시간분포 형태 및 강우량 크기가 서로 상이하기 때문인 것으로 판단된다. 산정된 각 지점별 강우침식능을 IDW 기법으로 공간보간하여 등강우침식능도를 작성한 결과, 지속시간이 1시간일 경우 강우침식능은 지역별로 큰 차이를 보이지 않으나, 지속시간이 2시간, 3시간일 경우 확률강우량도와 유사하게 강화 인근의 서해안과 남해안 지역의 강우침식능이 크고, 경북 내륙지방이 가장 작게 산정되었다. 본 연구를 통해 작성된 전국 강우침식능 인자는 빈도별 지속시간별 토양침식량 산정 시 이용될 수 있을 것이라 판단되고, 나아가서는 토양보존 계획 수립 및 토사재해 위험지역 파악에 활용할 수 있을 것이라 사료된다.

본 연구에서는 재해상황판단 측면에서 중소하천유역의 홍수예경보를 위한 분포형 모형의 적용 기법을 검토하였다. 중소하천의 홍수예보를 위해서는 실시간으로 수집되는 레이더 강우자료와 예측자료를 이용하여 홍수량을 분석 및 예측하는 기술이 필요하며, 이를 위해서는 분포형 강우-유출 모형의 적용이 필수적이다. 최근 홍수피해가 중소하천유역에서 크게 발생하고 있다. 그러나 홍수예경보는 대하천 본류 중심으로 이루어지고 있는 실정이므로 중소하천의 홍수재해 취약지구까지 적용 가능한 홍수예경보체계의 개발 및 확대가 필요하다. 국내에서는 다양한 분포형 모형의 적용사례가 있으나 국내 상황을 적합하게 반영할 수 있는 것으로 널리 적용성이 인정된 모형은 많지 않다. 현재 국제적으로 Vflo 모형은 기존에 개발된 분포형 모형 중 가장 적용성이 높고 다양한 유역조건에 따라 유연하게 유출모의가 가능한 것으로 알려져 있어 우리나라의 특수한 여건을 반영한 홍수예경보를 위한 유출해석 및 침수범람해석 모의를 위한 기본모형으로 도입시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라의 중소하천의 홍수 예·경보의 경우 저수지의 저류효과를 고려하지 않은 홍수 예·경보의 경우가 대부분이다. 이러한 이유는 농업용 저수지가 실질적으로 방치되는 경우가 대부분이여서 홍수추적에 필요한 자료 확보에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 경상남도에 위치한 남강유역을 대상으로 저수지의 저류효과를 고려한 한계유출량에 따른 한계강우량을 산정하였다. 소유역 구분은 ArcGIS의 Hec-GeoHMS를 이용하여 자료를 구축하였으며 구축된 매개변수를 Hec-HMS에 적용하여 홍수유량을 산정하였다. 또한 산정된 홍수유량을 이용하여 한계유출량을 산정 후 지속시간 20분에 따른 한계강우량을 산정하였다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 수재해의 빈도 및 피해 증가와 같은 양상이 나타나고 있다. 특히, 동일한 국지지역 내에서 반복적인 집중호우에 의한 돌발홍수로 중소하천유역에 많은 인명과 재산피해를 초래하고 있다. 이와 같이 기후변화로 인한 집중호우 크기나 횟수의 증가로 인한 중소하천유역의 홍수 피해는 비록 경제적으로는 대하천 홍수의 복합적 피해에 비해 작을 수 있으나, 중소하천 유역에서의 홍수 특성이 짧은 시간에 특히 많은 인명피해를 발생시킨다는 점에서 대하천 홍수예·경보와 연계 혹은 별도의 적절한 중소하천 홍수예측 모형과 예·경보시스템 구축이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 낙동강수계내 중소하천 홍수예·경보시스템 구축을 위해 시험유역을 선정하고 기법의 적용성과 타당성을 검토하고자 하였다. 낙동강수계 22개 단위유역에 대해 Hec-GeoHMS를 이용하여 임계면적 3.0km2을 기준으로 약 4,000여개의 소유역 및 하도를 구분하고 경보단계별 한계수심에 해당하는 위험유량을 산정후 Hec-HMS를 이용하여 지속시간별 강우량-첨두유량 관계 곡선을 작성하였다. 지속시간 20분에 대한 평균 한계유출량은 경계 3.20mm, 대피1 3.79mm, 대피2 4.47mm를 나타내고 있으면 평균 기준강우량은 경계 17.31mm, 대피1 19.12mm, 대피2 21.01mm를 가지는 것으로 나타났으며 본 연구에서 산정한 기준강우량은 낙동강수계의 수문학적 거동을 적절히 반영하는 것으로 검토되었다.

우리나라의 기후변화영향은 전 세계 평균보다 빠르게 진행되는 추세이며, 최근 기후변화 영향으로 도시에서의 재해는 대형화, 다양화, 일상화되고 있다. 따라서 국토해양부는 국토의 계획 및 이용에 관한 법률(3조)를 개정하여 도시계획을 통해 기후변화에 대응하고 풍수해를 저감하여 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있는 근거를 마련하였다. 특히, 광역도시계획, 도시기본계획, 도시관리계획 수립지침을 개정하여 도시계획 시 재해 취약성 분석 결과를 반영하도록 제도화하였다. 본 연구에서는 자연재해(홍수, 가뭄, 폭염, 폭설, 강풍, 해수면상승) 중 홍수에 대한 기존의 취약성 분석 방법론을 개선하여 분석 결과를 시스템화하고, 이를 도시관리계획에 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

수공구조물의 설계기준인 확률강우량은 정상성(stationary)라는 가정 아래 산정되어 적용되고 있다. 하지만 기후변화의 영향으로 우리나라에서 평균 강수량이 증가하는 모습을 보이고 있으며, 최근 일어난 국지성 호우는 설계빈도를 크게 벗어나면서 도심지역의 침수를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 최근에 관측되는 강우량의 경향성을 반영하기 위하여 GEV 모수의 비선형성을 고려한 비정상성 강우빈도해석법을 제안하고 이를 관측강우량을 이용하여 적용성을 검토하였다. 30년 이상의 지점 일강우량을 보유한 관측지점을 이용하여 행정구역별 일강우량을 산정하고 연최대일강우량 자료를 구축한 뒤, Mann-Kendall Test와 Regression Test를 통하여 경향성을 가진 24개 지역을 선정하였다. 경향성을 가지고 있는 지역을 대상으로 이동평균방법을 이용하여 강우량의 평균, 분산, 왜곡도를 산정하였으며, GEV 확률분포함수의 모수를 추정하여 이들의 상관성을 파악하였다. 이를 바탕으로 비선형 회귀모형을 이용하여 GEV 함수의 모수를 추정하였으며, 이를 바탕으로 행정구역의 확률강우량을 산정하였다. 이러한 결과는 최근 도입된 행정구역별 방재성능목표 강우량 산정에 도움이 될 것으로 판단된다.

본 연구에서는 가뭄빈도해석을 위해 이변량 확률분포함수를 적용하였으며, 가뭄 특성(가뭄 지속기간과 심도)의 상호관계를 고려하여 지역적 가뭄특성을 종합적으로 판단하였다. 또한 단변량 가뭄해석의 한계점을 극복하기 위한 방안으로 이변량 가뭄해석을 수행하였으며, 이를 위해 코플라 함수를 적용하였다. 가뭄 발생의 확률 및 경향성을 종합적으로 나타내어 줄 수 있는 결합 확률밀도함수를 추정한 후, 지점별 가뭄빈도해석 및 과거 최대가뭄사상에 대한 단변량 및 이변량 재현기간을 산정하여 비교·분석하였다. 또한, 우리나라의 과거 최대가뭄사상에 대한 가뭄위험도분석을 위해, 연속되는 50년과 100년 동안 최소 한번 발생하는 확률(과거 최대가뭄사상 크기의 가뭄)을 강우관측지점별로 계산하여 가뭄위험지역을 예상하였다. 그러나 우리나라와 같이 강수자료의 기록연한이 짧은 경우에는 이변량 가뭄빈도해석을 수행하는 데 큰 불확실성을 야기할 가능성이 있다. 그러므로 가뭄해석 결과의 불확실성 정량화시키기 위한 방안으로 강수모의 기법을 활용하였으며, 그 결과 관측된 가뭄사상으로 추정된 이변량 가뭄빈도곡선에 대한 5%, 25%, 50%, 75%, 그리고 95% 의 신뢰구간을 제시할 수 있었다. 또한, 95% 신뢰구간에 해당하는 특정 가뭄 지속기간과 심도를 고려한 이변량 가뭄재현기간의 경계 값(상한 값 및 하한 값)을 추정하였으며, 이는 상대적으로 가뭄빈도해석의 불확실성이 큰 5개의 관측지점(대관령, 원주, 청주, 대전, 인제)을 발견하였다. 이와 같은 특정 지점에서 발생된 큰 불확실성의 근본적인 원인을 밝혀내기 위해서는, 해당 5개 지점에 대한 가뭄 특성 및 빈도해석의 연구결과를 재검토 되어져야 할 필요가 있다고 판단하였다. 그 결과 5개의 특정 관측지점에서 발생한 불확실성 원인은 이변량 가뭄빈도해석의 해석 시 고려되었던 두 변량이 서로 낮은 상관성을 나타냄에도 불구하고, 가뭄 지속기간에 따른 조건부로 가뭄심도를 해석함에서 발생되어진 것으로 확인되었다. 이는 확률적인 방법으로 결합밀도함수를 추정하는 데 있어 발생되어진 불확실성인 것으로 확인되었으며, 향후 가뭄빈도분석 결과를 이용하여 가뭄을 판단하고 해석할 경우에는, 실제 분석결과에 미칠 수 있는 다양한 불확실성을 충분히 고려하여 보다 신뢰성 있는 가뭄판단을 해야 할 것으로 사료된다.

This study applied the Bayesian method for the quantification of the parameter uncertainty of spatial linear mixed model in the estimation of the spatial distribution of probability rainfall. In the application of Bayesian method, the prior sensitivity analysis was implemented by using the priors normally selected in the existing studies which applied the Bayesian method for the puppose of assessing the influence which the selection of the priors of model parameters had on posteriors. As a result, the posteriors of parameters were differently estimated which priors were selected, and then in the case of the prior combination, F-S-E, the sizes of uncertainty intervals were minimum and the modes, means and medians of the posteriors were similar to the estimates using the existing classical methods. From the comparitive analysis between Bayesian and plug-in spatial predictions, we could find that the uncertainty of plug-in prediction could be slightly underestimated than that of Bayesian prediction.

본 연구의 목적은 월강우량을 이용하여 강우침식인자를 추정하는 기존의 방법인, Fournier 지수, modified Fournier 지수, IAS (Institute of Agricultural Sciences) 지수 등의 적용성을 확인하고 더 합리적인 월강우량 기반의 강우침식인자 추정모델을 제시하기 위한 것이다. 본 연구에서는 월강우량 기반의 수정 IAS 지수를 새롭게 제안하였다. 이것은 연중가장 비가 많이 내린 두 달의 강우량의 합으로써 강우침식인자

도달시간 산정식에서 강우강도는 고려되어야 할 매우 중요한 요소이지만 일반적으로 강우강도식의 복잡함 때문에 도달시간 산정에서 강우강도를 충분히 고려하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 도달시간 계산의 정확성을 높이기 위하여 강우강도와 재현기간을 도달시간 산정식의 유도에 포함시켰다. 강우강도식으로는 Sherman형 식을 사용하였고, 건설교통부에서 발행한 확률강우량도에서 독취한 강우강도 값으로 수식의 지역상수를 추정하였다. 그리고 확률강우량을 간결하게

본 연구에서는 Bayesian 통계기법을 이용한 비정상성 빈도해석모형을 토대로 외부 기상인자에 의한 변동성을 고려할 수 있는 계절강수량 예측모형을 구축하였으며, 낙동강유역내의 10개 관측소에서 관측된 37년간의 강수량 자료를 이용하여 연도별 여름강수량을 추출하고 이들 관측소의 여름강수량에 물리적인 영향을 미치는 기상인자로서 SST(sea surface temperature)와 OLR(outgoing longwave radiation)을 공간상관성을 검토

본 연구에서는 등가타원을 이용하여 호우사상의 공간분포를 정량화 하는 문제를 살펴보았다. 주어진 호우사상의 등가 타원을 매 시간별 한계강우강도에 따라 추정하고, 이 등가타원의 개수와 규모의 변화를 살펴보았다. 또한 한계강우강도 별로 평균 등가타원을 결정하고, 이 평균 등가타원이 주어진 호우사상을 대표할 수 있는지 판단하기 위해 평균 등가타원의 장축과 단축, 그리고 회전각에 대한 신뢰구간을 산정하여 평가하였다. 연구결과, 한계강우강도가 커짐에 따라 등가타원

The probability concepts mainly used for rainfall or flood frequency analysis in water resources planning are the frequentist viewpoint that defines the probability as the limit of relative frequency, and the unknown parameters in probability model are considered as fixed constant numbers. Thus the probability is objective and the parameters have fixed values so that it is very difficult to specify probabilistically the uncertianty of these parameters. This study constructs the uncertainty evaluation model using Bayesian MCMC and Metropolis -Hastings algorithm for the uncertainty quantification of parameters of probability distribution in rainfall frequency analysis, and then from the application of Bayesian MCMC and Metropolis- Hastings algorithm, the statistical properties and uncertainty intervals of parameters of probability distribution can be quantified in the estimation of probability rainfall so that the basis for the framework configuration can be provided that can specify the uncertainty and risk in flood risk assessment and decision-making process.

Bootstrap methods is the computer-based resampling method that estimates the standard errors and confidence intervals of summary statistics using the plug-in principle for assessing the accuracy or uncertainty of statistical estimates, and the BCa method among the Bootstrap methods is known much superior to other Bootstrap methods in respect of the standards of statistical validation. Therefore this study suggests the method of the representation and treatment of uncertainty in flood risk assessment and water resources planning from the construction and application of rainfall frequency analysis model considersing the uncertainty based on the nonparametric BCa method among the Bootstrap methods for the assessement of the estimation of probability rainfall and the effect of uncertainty considering the uncertainty of the parameter estimation of probability in the rainfall frequency analysis that is the most fundamental in flood risk assessement and water resources planning.

최근 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 기후변화에 따른 국지성 호우의 증가로 피해가 증가하고 있고 그에 따른 대책으로 단기예보의 중요성이 높아지고 있다. 우리나라의 기상청에서는 전구 모형인 GDAPS와 지역 모델인 RDAPS를 이용하여 정량적 예보인 수치 예보를 하고 있다. RDAPS 모델을 이용하여 생성된 자료는 3시간의 누적 강수량으로 48시간에 대한 예측 자료를 12시간 간격으로 00UTC와 12UTC를 생성한다. 본 연구에서는 2005년의 RDA

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 연동할 수 있는 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 7개 유역의 21개의 매개변수를 동시에 추정한 결과 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 또한 Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 강우-유출 모형 매개변수의 불확실성을 정량화 할 수 있었으며 이를 통해 모형과 입력 자료가 가지는 불확실성을 효과적으로 파악할 수 있었다.

본 연구는 최근 기후변화로 인하여 다양한 분야에서 나타나고 현상가운데 극한 강우에의 영향을 간접적으로 규명하고자 서울과 부산지역의 1961년부터 2010년까지 50년 동안 관측된 기상청 시강우량 자료를 이용하여 24시간 확률강우량을 산정하고, 산정된 빈도별 확률강우량을 초과하는 강우사상을 추출하여 발생 특성을 분석하였다. 확률강우량을 초과하는 강우사상의 도수를 연도별로 추출하였으며, 마찬가지로 매년 확률강우량 초과강우사상들의 평균값을 산정하여 연도별로 도시한 결과 관측년 후반기부터 강우의 규모와 횟수가 증가함을 알 수 있었다. 확률강우량을 초과하는 강우사상이 재현기간에 비하여 발생도수가 많고 최근으로 갈수록 확률강우량 초과호수 사상들의 평균강우량이 증가하는 것은 기후변화 요인의 하나라고 추정하였다. 이러한 결과를 바탕으로 소방방재청에서 제시한 도시방재성능 목표강우량과 비교하여 앞으로의 기후변화를 고려한 홍수발생빈도 선정 및 홍수방어대책 수립에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화에 의한 기상현상은 국지성 집중호우, 돌발홍수 등을 발생시켜 많은 인명과 재산의 피해를 가져오고 있다. 이로 인해 기록적인 폭우의 발생이 증가되고 있으며, 도시지역은 도시개발로 인해 자연공간이 감소하여 개발 전 지표면이 가지고 있던 유역 내 저류 및 지연효과가 현저하게 감소하고 시가지의 확대와 도로포장 등 유역 내 불투수층의 증가로 인하여 홍수유출량과 첨두유출량이 점차 증가되고 있고 유출 출구점까지의 도달시간은 자연유역에 비해 현격하게 짧아져 과거 자연하천 유역과는 다른 수문학적 특성을 가진다. 특히, 도시집중 현상으로 택지 및 시설부지의 부족현상이 가중됨으로써 하천범람 구역이나 홍수우려가 있는 범람원내 저지대까지 도시화가 이루어짐으로써 치수상 안전도가 상대적으로 저하되고 있다. 또한, 도시유역에서의 집중호우로 인한 홍수피해는 다른 지역에 비해 상대적으로 피해규모가 증대되고 있으며, 최근 도시지역에 홍수피해를 유발하고 있는 강우의 특징은 단시간에 많은 강우가 집중하여 발생하는 국지성 집중 호우로 침수피해를 가중시키는 경향이 있으므로 배수시설 설계 시 이러한 강우의 특성과 도시유출 특성에 대한 고려가 필요하다. 이에 본 연구에서는 최근 침수가 잦은 부산센텀지구를 대상으로 SWMM모형을 구축하여 기존배수체계의 배수능력을 초과하는 집중호우 발생 시 침수피해를 저감하기 위한 지하저류조의 유무에 따른 침수저감효과를 분석하였다.

최근 기후변화로 인한 강우의 변화는 지역적 집중현상이 심화되어 도시지역의 배수단면 부족으로 인한 내수침수 피해 증가 및 상대적으로 취약한 도시외각 절개지 붕괴 등으로 2차 피해가 가중되고 있다. 또한 기후변화의 영향으로 인하여 지속기간별 강우량의 크기가 증가하고 기준강우량의 발생빈도가 증가하고 있다. 도시지역의 홍수피해 직접적인 원인으로는 외수의 범람에 의한 침수와 내수 배제불량으로 침수피해로 구분할 수 있으며 최근 도시지역에 발생하는 홍수피해의 대부분은 외수의 직접범람에 의한 피해보다는 각종 수리구조물의 배제능력 부족이나 방류지점에서의 배수위의 영향으로 인한 내수의 배제불량에 기인한 피해가 증가하는 추세이나 이는 환경적 변화에 따른 기후변화가 중요한 원인이 되고 있다. 이에 본 연구는 국내의 주요도시(1개 특별시, 6개 광역시)에 대하여 강우분석을 실시하여 확률강우량을 초과하는 사상에 대하여 분석하고 초과사상에 대한 확률강우를 재 산정하였다.