• Research Article

    Development of index for flood risk assessment on national scale and future outlook

    전국 단위 홍수위험도 평가를 위한 지수 개발과 미래 전망

    Kim, Daeho, Kim, Young-Oh, Jee, Hee Won, Kang, Tae-Ho

    김대호, 김영오, 지희원, 강태호

    Owing to climate change, the annual precipitation in Korea has increased since the 20th century, and it is projected to continue increasing ...

    기후변화로 인하여 한국의 연 강수량은 20세기부터 증가해 왔으며 미래에도 계속 증가할 것이라 전망되고 있다. 이와 함께 홍수 발생 가능성이 동반 상승하고 있기에 ...

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    Owing to climate change, the annual precipitation in Korea has increased since the 20th century, and it is projected to continue increasing in the future. This trend of increasing precipitation will raise the possibility of floods; hence, it is necessary to establish national adaptation plans for floods, based on a reasonable flood risk assessment. Therefore, this study focuses on developing a framework that can assess the flood risk across the country, as well as computing the flood risk index (FRI). The framework, which is based on IPCC AR5, is established as a combination of three indicators: hazard, exposure, and capacity. A data-based approach was used, and the weights of each component were assigned to improve the validity of the FRI. A Spearman correlation analysis between the FRI and flood damage verified that the index was capable of assessing potential flood damage. When predicting scenarios for future assessment using the HadGEM3-RA based on RCP 4.5 and 8.5, the flood risk tends to be lower in the early and mid-21st century, and it becomes higher at the end of the 21st century as compared with the present.


    기후변화로 인하여 한국의 연 강수량은 20세기부터 증가해 왔으며 미래에도 계속 증가할 것이라 전망되고 있다. 이와 함께 홍수 발생 가능성이 동반 상승하고 있기에 합리적인 홍수위험도 평가에 기반한 국가 단위 적응정책 수립이 필요하다. 이에 본 연구는 전국의 홍수위험도를 일괄적으로 평가할 수 있는 체계를 정의하고 홍수위험지수(Flood Risk Index, FRI)를 산정했다. IPCC AR5의 개념을 참고하여 위험도를 위해, 노출, 대응능력의 조합으로 평가하는 체계를 확립하였다. FRI는 자료 기반으로 산출되었으며, 요소별 가중치를 부여하여 설명력 향상을 도모하였다. FRI와 피해자료 간 스피어만(Spearman) 상관성 분석을 한 결과 적절한 수준으로 잠재적인 홍수피해 크기를 평가할 수 있다는 것이 검증되었다. 미래 홍수위험도 평가를 위해 HadGEM3-RA 기반의 RCP 4.5, 8.5 시나리오를 투영했을 때 21세기 초, 중반에는 약화되었다가 21세기 말엔 현재보다 높은 위험도를 보이는 경향이 있었다.

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    May 2020
  • Research Article

    Analysis of groundwater level variability in the middle mountain area of ​​Pyoseon watershed in Jeju Island using normalized standard deviation and cross correlation coefficient

    정규화된 표준편차 및 교차상관계수를 이용한 제주도 표선유역 중산간지역의 지하수위 변동성 분석

    Shin, Mun-Ju, Moon, Soo-Hyoung, Moon, Duk Chul

    신문주, 문수형, 문덕철

    In order to provide information for proper management of groundwater resources, an analysis of the effects of precipitation and groundwater withdrawal on ...

    지하수자원의 적절한 관리를 위한 정보제공을 위해서는 강수량과 지하수 취수가 지하수위에 미치는 영향분석이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역 9개 지하수위 관측정 ...

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    In order to provide information for proper management of groundwater resources, an analysis of the effects of precipitation and groundwater withdrawal on groundwater levels is needed. In this study, we analyzed the correlation of precipitation-groundwater level and groundwater withdrawal-groundwater level using time series data converted by normalized standard deviation (Nor.St.Dev) and cross correlation coefficient (CCC) for nine groundwater monitoring wells in the middle mountainous area in the southeastern Jeju Island. First, the CCCs of precipitation-groundwater level were estimated using daily time series data, and the low CCCs of up to 0.3 were obtained. However, the result of using the Nor.St.Dev showed a clearer correlation by obtaining a CCC of up to 0.8. In addition, in most cases, precipitation variability and groundwater level variability had positive CCCs, whereas groundwater withdrawal variability and groundwater level variability had negative CCCs. Therefore, the groundwater level in this study area was largely influenced by precipitation with little effect of groundwater withdrawal. Lastly, as a result of analyzing the relative effects of Seongpanak and Gyorae rainfall station on the groundwater level, the rainfall at the relatively downstream Gyorae rainfall station has more influence. The analysis method used in this study can be easily used for analyzing the effects of precipitation and groundwater withdrawal on groundwater level variability in other regions in the future.


    지하수자원의 적절한 관리를 위한 정보제공을 위해서는 강수량과 지하수 취수가 지하수위에 미치는 영향분석이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역 9개 지하수위 관측정 지점을 대상으로 정규화된 표준편차에 의해 변환된 시계열자료와 교차상관계수를 이용하여 강수량-지하수위 및 지하수취수량-지하수위 간의 상관성을 비교분석하였다. 먼저 일단위 원시 시계열자료를 이용하여 강수량-지하수위의 교차상관계수를 산정한 결과 최대 0.3의 낮은 교차상관계수를 가졌으나 정규화된 표준편차를 이용한 결과는 최대 0.8의 교차상관계수를 얻음으로써 더욱 명확한 상관성을 확인할 수 있었다. 또한 강수량의 변동성과 지하수위의 변동성은 대부분 양의 교차상관계수를 가졌으나, 취수량의 변동성과 지하수위의 변동성은 대부분 음의 교차상관계수를 가짐으로써 본 연구 대상지역의 지하수위는 취수량의 영향은 거의 받지 않고 강수량의 영향을 크게 받음을 확인하였다. 마지막으로 성판악과 교래 강우관측소가 관측정 지하수위에 미치는 상대적인 영향을 비교분석한 결과 상대적으로 하류쪽에 위치한 교래 강우관측소의 강수량이 더 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 사용한 지하수위 변동분석 방법은 향후 다른 지역의 강수량과 지하수 취수량이 지하수위 변동성에 미치는 영향분석에 간편하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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    May 2020
  • Research Article

    SWAT model calibration/validation using SWAT-CUP Ⅱ: analysis for uncertainties of simulation run/iteration number

    SWAT-CUP을 이용한 SWAT 모형 검·보정 Ⅱ: 모의 실행 및 반복 횟수에 따른 불확실성 분석

    Yu, Jisoo, Noh, Joonwoo, Cho, Younghyun

    유지수, 노준우, 조영현

    The main objective of the study is to propose the most efficient SWAT model calibration method using SWAT-CUP with less computing time ...

    본 연구에서는 SWAT-CUP 프로그램을 이용한 SWAT 모형 매개변수 검·보정 수행 시 적은 계산 소요시간으로 모의 성능을 극대화할 수 있는 매개변수 보정 ...

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    The main objective of the study is to propose the most efficient SWAT model calibration method using SWAT-CUP with less computing time and high performance. In order to achieve the goal, Case1-3 (250, 500, and 1,000 simulation runs) and Case4 (1,000 simulation runs in the first iteration and then 500 simulation runs for the following iterations) were defined to compare the results. When evaluating the values of the objective function, Case2 and Case3 reached the same value after the fourth iteration, and Case1 reached the closed value of Case2-3 after the eighth iteration. However, the final estimates of the parameters had different ranges in Cases1-3, and only the results of Case3 and Case4 converged similarly. Thus, it can be considered that the parameter calibration results are highly affected by the initial number of simulation runs. On the other hand, SWAT simulation results did not show the significant difference after the first iteration, unlike the parameter ranges. From the analysis results, we can conclude that the most suitable and effective method was to repeat one or two times of iterations with a sufficient number of simulation runs, as in Case4.


    본 연구에서는 SWAT-CUP 프로그램을 이용한 SWAT 모형 매개변수 검·보정 수행 시 적은 계산 소요시간으로 모의 성능을 극대화할 수 있는 매개변수 보정 방안을 결정하기 위해 모의 실행 횟수에 따라 Case1~3(250, 500, 1,000번) 및 Case4(초기 1,000번, 이후 500번)로 구분하고, 이들 모의의 반복에 따른 보정 결과를 비교하였다. 선정한 목적함수에 대하여 모의 성능을 평가한 결과 각 모의 수행의 4번째 반복 이후 Case2와 Case3의 목적함수가 같은 값(MNS 0.64)에 도달했으며, 8번째 이후부터는 Case1의 목적함수도 유사한 값에 도달하는 것을 확인하였다. 그러나 매개변수의 최종 산정 값은 Case1~3이 모두 상이하게 나타났으며, Case3과 Case4의 결과만 유사하게 수렴되는 것을 확인하였다. 이의 분석을 통해 보정 결과는 매개변수 값 산정을 위한 초기 모의 실행 횟수에 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 반면, 초기의 매개변수 변화 폭과는 다르게 이의 반복을 통한 SWAT 모의 수행 결과는 크게 달라지지 않았다. 이와 같은 결과를 종합하여 Case4와 같이 1,000번 이상의 충분한 모의 실행 횟수 설정 후 초기 1-2회 정도 반복 수행하고, 그 이후는 모의 횟수를 줄여서 반복하는 것을 가장 효율적인 SWAT-CUP을 이용한 SWAT 모형 검·보정 방안으로 제시할 수 있었다.

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    May 2020
  • Research Article

    Application of the GSSHA model for the long-term simulation of discharge and water quality at the Peace dam

    평화의댐 장기 유출과 수질 모의를 위한 GSSHA 모형의 적용

    Jang, Suk Hwan, Oh, Kyoung Doo, Jo, Jun Won

    장석환, 오경두, 조준원

    It is usually not easy to simulate the hydrologic cycle or water quality for ungaged watersheds, especially for long-term simulation. In this ...

    미계측 유역의 수문순환이나 수질을 모의하는 것은 매우 어려운 것이 현실이며 특히 장기간에 걸쳐 모의를 해야 하는 경우에는 더욱 그러하다. 본 연구에서는 미계측 ...

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    It is usually not easy to simulate the hydrologic cycle or water quality for ungaged watersheds, especially for long-term simulation. In this paper we evaluated the applicability of GSSHA, a process-based distributed hydrologic model, for the long-term discharge and water quality simulation for the ungaged Peace dam watershed. From the comparative analysis of the simulated discharge and water quality series with measured ones, we concluded that with its overall fair performance on simulating hydrograph patterns of the peak discharges and base flows for major storms the GSSHA model showed some possibility to be used as a watershed model even with its overestimation of peak discharges for small storms and different trends of simulated water quality from measured ones for some periods.


    미계측 유역의 수문순환이나 수질을 모의하는 것은 매우 어려운 것이 현실이며 특히 장기간에 걸쳐 모의를 해야 하는 경우에는 더욱 그러하다. 본 연구에서는 미계측 유역인 평화의댐 유역을 대상으로 물리적인 과정 기반의 분포형 수문 모형 GSSHA의 장기 유출과 수질 모의에 대한 적용성을 검토하였다. 분포형 유역 모형 GSSHA를 평화의댐 유역에 적용하여 유량과 수질 모의치를 실측치와 비교한 결과 소규모 호우로부터의 첨두유량을 과대하게 모의하거나 실측된 수질 자료와 일부 구간에서 다른 경향성을 보이는 등 일부 불일치하는 사항들이 나타났으나 모의된 주요 호우의 첨두유량과 기저유출의 전반적인 수문곡선 형태는 비교적 양호한 것으로 나타나 실무에서의 적용 가능성이 있는 것으로 판단하였다.

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    May 2020
  • Research Article

    Effect of major pollution sources on algal blooms in the Seungchon weir and Juksan weir in the Yeongsan River using EFDC

    EFDC를 이용한 영산강 주요 오염 부하 저감에 따른 승촌보 및 죽산보 녹조 현상 개선 효과 분석

    Kim, Jinsoo, Kim, Jaeyoung, Seo, Dongil

    김진수, 김재영, 서동일

    In this paper, observed water quality, algal blooms and flow rates in the Yeongsan River and its boundaries including 8 tributaries and ...

    본 연구에서는 영산강의 송촌보와 죽산보의 녹조현상에 영향을 미치는 주요 인자들을 분석하고 3차원 수리동역학 EFDC 모델을 이용하여 유역의 점오염원 및 비점오염원의 영향을 분석하여 ...

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    In this paper, observed water quality, algal blooms and flow rates in the Yeongsan River and its boundaries including 8 tributaries and 2 wastewater treatment plants for two years of 2018-2019 were analyzed. It seems effects of non-point source load inputs from basin areas to the river may be significant though the field data availability was limited. The EFDC model was calibrated against data collected from 6 water level monitoring stations and 6 water quality monitoring stations, respectively, in the study area. Water quality improvement scenarios were developed assuming 50% and 75% reductions of major pollution sources including treatment plants and tributaries. The developed scenarios were applied to the EFDC model to estimate effects on algal bloom occurrences in the Seungchon weir and Juksan weir. Improvement of the effluent of Gwangju 1 WWTP by 75% did not show any effect on algal blooms for two weir locations. The major tributary affecting algal blooms in the Seungchon weir was the Hwangryong River. The Jisuk stream was found as the most important tributary for the Juksan weir followed by the effect of the Hwangryong River. Though it seems other scattered small nonpoint source load input to the Yeongsan river also seem to be important, it was not possible to reflect their effects appropriately due to field data availability.


    본 연구에서는 영산강의 송촌보와 죽산보의 녹조현상에 영향을 미치는 주요 인자들을 분석하고 3차원 수리동역학 EFDC 모델을 이용하여 유역의 점오염원 및 비점오염원의 영향을 분석하여 수질 개선을 위한 관리 우선순위를 선정하고자 하였다. 8개의 주요 지류와 2개의 하수처리장의 2018-2019년의 2년 간 수질 변화특성 분석하였으며 간헐적으로 다량의 비점오염물질이 유입되는 것으로 추정되는 영산강 유역 농경지의 배수문 등 비점오염원은 실측자료의 부족으로 정확한 분석이 어려웠다. EFDC 모델은 수위 및 수질에 대하여 각 6개 지점에 대해서 2018-2019년의 2년간 자료에 대하여 보정하였으며 각 오염원을 중심으로 시나리오를 분석하였다. 광주 제 1 하수처리장의 방류수는 현재의 수질을 75%까지 개선하여도, 승촌보 및 죽산보의 녹조현상이 개선되지 않는 것으로 나타났으며 이는 방류수 수질이 개선되어도 영산강 유역 조류가 성장하기에 충분한 영양염류가 존재한다는 것을 의미한다. 시나리오 분석을 통해 승촌보의 수질에는 황룡강이 가장 큰 영향을 미치며 죽산보의 수질에는 지석천의 영향이 가장 크고 이어서 황룡강의 영향이 큰 것으로 분석되었다. 따라서 승촌보의 수질 개선을 위해서는 황룡강의 수질 개선이 가장 중요한 것으로 분석되며 죽산보는 수질에 가장 큰 영향을 미치는 지석천의 수질 개선이 중요한 것으로 판단된다. 기타 소규모 비점오염부하 유입원에 대하여는 실측자료의 부재로 적절한 분석이 어려웠으며 향후 연구에 보완되어야 할 것으로 판단된다.

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    May 2020
  • Research Article

    Bayesian parameter estimation of Clark unit hydrograph using multiple rainfall-runoff data

    다중 강우유출자료를 이용한 Clark 단위도의 Bayesian 매개변수 추정

    Kim, Jin-Young, Kwon, Duk-Soon, Bae, Deg-Hyo, Kwon, Hyun-Han

    김진영, 권덕순, 배덕효, 권현한

    The main objective of this study is to provide a robust model for estimating parameters of the Clark unit hydrograph (UH) using ...

    본 연구에서는 소양강댐 유역에서의 실측 단일사상 강우-유출 자료를 활용하여 Clark 단위도 방법의 매개변수를 최적화 하였으며, 그 결과를 제시하였다. 일반적으로 국내에서는 유역특성인자 최적화 ...

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    The main objective of this study is to provide a robust model for estimating parameters of the Clark unit hydrograph (UH) using the observed rainfall-runoff data in the Soyangang dam basin. In general, HEC-1 and HEC-HMS models, developed by the Hydrologic Engineering Center, have been widely used to optimize the parameters in Korea. However, these models are heavily reliant on the objective function and sample size during the optimization process. Moreover, the optimization process is carried out on the basis of single rainfall-runoff data, and the process is repeated for other events. Their averaged values over different parameter sets are usually used for practical purposes, leading to difficulties in the accurate simulation of discharge. In this sense, this paper proposed a hierarchical Bayesian model for estimating parameters of the Clark UH model. The proposed model clearly showed better performance in terms of Bayesian inference criterion (BIC). Furthermore, the result of this study reveals that the proposed model can also be applied to different hydrologic fields such as dam design and design flood estimation, including parameter estimation for the probable maximum flood (PMF).


    본 연구에서는 소양강댐 유역에서의 실측 단일사상 강우-유출 자료를 활용하여 Clark 단위도 방법의 매개변수를 최적화 하였으며, 그 결과를 제시하였다. 일반적으로 국내에서는 유역특성인자 최적화 분석시 미육군공병단의 HEC-1, HEC-HMS 등의 모형을 사용하고 있다. 그러나 해당 모형의 경우 유출수문곡선의 형상, 크기 등의 재현에만 초점이 맞춰져 있으며, 산정된 매개변수들의 평균을 사용하고 있어 실제 강우-유출 관계를 묘사하는데 어려움이 존재하고 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 기존 Clark 합성단위도법과 계층적 Bayesian 기법을 결합하여 수집된 강우-유출 자료를 동시에 활용하여 매개변수를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 적용한 결과 개별 단일사상 기반의 최적화 기법에 비해 다중 강우-유출 자료를 Pooling하여 매개변수를 산정하는 계층적 Bayesian 모형에서 BIC 결과 및 다수의 통계적 지표를 통해 모형의 우수성을 확인할 수 있었다. 더불어 홍수량에 따른 유역특성인자 매개변수 반응에 대한 관계규명을 기반으로 향후 댐 설계 또는 PMF 산정시 본 연구의 결과가 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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    May 2020