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SUMMARY
목차
제1장 서론 16
제1절 연구목표 16
1. 연구의 필요성 16
2. 연차별 연구목표 18
제2절 주요 연구내용 20
1. 총괄 연구내용 20
2. 연차별 세부 내용 21
제2장 국내·외 기술개발 현황 24
제1절 국내 기술동향 25
제2절 국외 기술동향 25
제3절 기술동향 분석 결론 25
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 27
제1절 역사기록의 극한홍수 데이터베이스 구축 27
1. 각 홍수사상별 코드번호 부여 27
2. 각 홍수사상별 코드번호 부여 결과 30
제2절 역사기록의 극한홍수 평가지표 수정·보완 및 적용 31
1. 홍수크기 순위와 등급 결정 31
2. 홍수피해 등급 산정 절차 34
3. 홍수피해 등급 결정 35
4. 조선시대 홍수기록 20선 38
제3절 역사기록과 홍수 웹페이지 구축 48
1. 역사홍수기록 검색 48
2. 역사홍수기록 정보 분석 53
제4절 측우기 자료의 연최대치 호우사상 구축 55
1. 자료의 구축 56
2. 이변량 지수분포를 이용한 빈도해석 60
3. 이변량 빈도해석 결과 65
4. 요약 및 결론 74
제5절 조선왕조실록의 호우기록 작성 원칙 76
1. 호우기록 작성 원칙 및 측우기기록과의 비교 76
2. 조선왕조실록에 나타난 홍수기록 검토 81
3. 호우기록 유형 분류의 의의 및 고려사항 85
제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 87
제1절 연구목표의 달성도 87
1. 연구개발 수행 진도율 87
2. 연구개발 목표의 달성도 88
제2절 관련분야 기대효과 89
1. 기술적 측면 89
2. 산업적 측면 89
제5장 연구개발결과의 활용계획 90
제1절 연구성과 90
1. 학술지 게재(1건) 90
2. 학술회의 발표(2건, 해외1건, 국내 1건) 90
3. 교육(2건) 90
4. 기술기사(1건) 90
5. 과제홍보 웹사이트 구축(1건) 90
6. 자료제공 및 활용(1건) 90
7. 연구성과 홍보실적(4건) 90
제2절 활용계획 91
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 93
제1절 조선왕조실록에 나타난 기후관련 기후고찰 93
1. 연구논저 93
2. 기후관련 조선시대 문헌사료 94
제2절 측우기 관련 연구성과 및 자료검색방법 94
1. 연구논문 94
2. 관련문헌 검색시스템 94
제7장 참고문헌 95
부록 103
부록 A. 조선시대 발생 홍수 일련번호 104
부록 B. 조선시대 홍수사상 코드번호 일람 114
부록 C. 조선시대 홍수피해 순위 및 홍수등급 일람 142
부록 D. 조선시대 홍수기록 50선 (21위 ~ 50위) 170
판권기 181
〈표 1.1-1〉 연차별 연구 목표 19
〈표 1.2-1〉 연차별 주요 연구 내용 22
〈표 3.1-1〉 시대구분 코드표 28
〈표 3.1-2〉 홍수기록별 일련번호 일람 28
〈표 3.1-3〉 홍수피해기록의 항목번호 29
〈표 3.1-4〉 피해항목별 정량화 등급 30
〈표 3.2-1〉 인명피해 등급 34
〈표 3.2-2〉 가옥피해 등급 34
〈표 3.2-3〉 주요홍수사상 50선(1392 - 1910) 36
〈표 3.2-4〉 주요홍수사상 50선(1777 - 1910) 37
〈표 3.2-5〉 주요홍수사상 20선(1392 - 1910) 39
〈표 3.3-1〉 피해항목별 수치의 의미 53
〈표 3.4-1〉 Statistics for chukwooki and modem rainfall data 59
〈표 3.4-2〉 Parameter estimation for chukwooki rainfall events 66
〈표 3.4-3〉 Parameter estimation for modern rainfall events 66
〈표 3.4-4〉 Statistics for annual maximum rainfall events (total year parameter) 69
〈표 3.4-5〉 Statistics for annual maximum rainfall events (annual parameter) 69
〈표 3.4-6〉 Statistical Comparison for total and annual maximum rainfall events 73
〈표 3.5-1〉 Principles for recording the rainfalls and floods 77
〈표 3.5-2〉 Frequency Table for important rainfall number 83
〈그림 1.2-1〉 극치수문사상변화 특성 주요 연구 내용 21
〈그림 3.1-1〉 코드번호의 구조 27
〈그림 3.1-2〉 문헌기록의 정량적 분류/코드번호 부여 결과 30
〈그림 3.2-1〉 홍수사상별 가옥피해 순위 32
〈그림 3.2-2〉 홍수사상별 인명피해 순위 33
〈그림 3.2-3〉 인명피해로 환산한 홍수(피해) 등급 (1392년 ~ 1914년) 34
〈그림 3.2-4〉 가옥피해로 환산한 홍수(피해) 등급 (1392년~1914년) 35
〈그림 3.2-5〉 종합 홍수(피해)등급 (1392년~1914년) 35
〈그림 3.2-6〉 조선시대 홍수(피해)등급 결정 38
〈그림 3.3-1〉 역사홍수기록 웹페이지 초기화면 48
〈그림 3.3-2〉 역사홍수기록 검색화면 49
〈그림 3.3-3〉 검색 화면의 구성 49
〈그림 3.3-4〉 역사홍수기록 정보 화면 53
〈그림 3.3-5〉 피해기록 현황(정량수준) 55
〈그림 3.4-1〉 Discretization of rainfall record based on interevent time definition 57
〈그림 3.4-2〉 Timely rainfall observation record in Chukwooki 57
〈그림 3.4-3〉 Bivariate Histogram of chukwooki and modern rainfall data 59
〈그림 3.4-4〉 Rainfall intensity and total rainfall relationship of chukwooki and modern rainfall data 60
〈그림 3.4-5〉 Return period definition in Bivariate Frequency Analysis 64
〈그림 3.4-6〉 Annual Parameter Series 67
〈그림 3.4-7〉 Annual maximum rainfall event series (total year parameter) 68
〈그림 3.4-8〉 Annual maximum rainfall event series (annual parameter) 68
〈그림 3.4-9〉 Comparison of rainy season total rainfalls and model parameters 70
〈그림 3.4-10〉 Histogram for annual maximum rainfall event series (annual parameter) 71
〈그림 3.4-11〉 Histogram for annual maximum rainfall event series (total year parameter) 71
〈그림 3.4-12〉 Plot of puls type annual maximum rainfall events 72
〈그림 3.4-13〉 Bivariate histogram of annual maximum rainfall events 72
〈그림 3.4-14〉 Rainfall intensity and total rainfall relationship 73
〈그림 3.4-15/3.4-14〉 Moving average plot of annual maximum events 74
〈그림 3.5-1〉 10-hr IETD(상상) 78
〈그림 3.5-2〉 10-hr IETD(상하) 78
〈그림 3.5-3〉 24-hr IETD(상상) 78
〈그림 3.5-4〉 24-hr IETD(상하) 78
〈그림 3.5-5〉 10-hr IETD(상중) 79
〈그림 3.5-6〉 24-hr IETD(상중) 80
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I. 제목
세부과제명 : 이상홍수 대비 수공구조물 설계기준 개선
세세부과제명 : 극치수문사상 변화특성 분석 (1-1세세부)
위탁과제명 : 조선왕조실록 및 측우기기록에 나타난 주요호우사상의 평가 및 정량화 방안
II. 연구개발의 목적 및 필요성
ㆍ본 연구의 최종 목표는 우리의 역사 기록으로부터 과거에 발생한 극한홍수 자료를 조사하고 분석하여 극한홍수의 장기 변화 특성을 분석한 후, 역사기록의 홍수사상을 포함한 빈도해석을 통하여 장기간의 홍수사상을 포함한 안정적 설계기반을 제공함으로써, 이상홍수에 대비한 기준에 활용하고자 하는 것이다.
ㆍ과거에 발생한 홍수기록을 역사기록에서 확인하고, 재해석하는 것은 근대적 관측기록에 100년 내외의 극한홍수 자료 기간을 획기적으로 확장할 수 있으며, 장기간의 정성적, 정량적 극한홍수기록으로부터 극한홍수의 발생 경향을 파악할 수 있고, 설계에도 반영하여 극한홍수에 안전한 기준을 작성할 수 있다.
ㆍ측우기, 조선왕조실록과 같은 과거에 발생한 주요 호우기록을 역사기록에서 조사하여 분석하고, 이러한 역사기록의 호우사상을 포함한 빈도해석을 통하여 안정적인 설계기반을 제공함으로써 이상호우에 대비한 기준에 활용하고자 하는 것이다. 이와 관련된 구체적인 최종목표는 다음과 같다.
- 측우기자료와 조선왕조 실록기록의 비교를 통한 자료 복원
- 복원자료의 사상평가
- 복원자료를 포함한 현대기록의 재현기간 평가
- 현재 사용되고 있는 PMP의 적절성 평가
- 기후변화 및 도시화의 강우에 대한 영향 평가
ㆍ우리나라는 조선왕조실록에 조선시대 전 기간에 걸쳐서 전국적으로 발생한 홍수피해를 기록하고 있으며, 서울지점에서 1770년 이후 관측된 측우기의 관측강우량자료는 세계적으로 희귀한 자료임. 이를 조선왕조실록 자료와 비교 평가하여 복원할 경우 조선시대부터 현재까지의 강우사상에 대한 평가를 할 수 있으며 이는 최근 발생하고 있는 이상기후의 평가에 대한 척도가 될 수 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 과제는 역사기록으로부터의 홍수재해 기록을 조사하여 DB를 구축하고, 홍수재해를 재해석하며 극한홍수의 장기 변화 특성을 분석한 후, 강우설계에 반영하는 기술을 개발하는 과제로서, 본 연구에서는 극한홍수의 국내외 연구사례를 조사하고 조선시대부터 1900년대 이후까지의 극한 홍수자료를 조사하며 이를 데이터베이스로 구축한다. 구축된 극한홍수자료를 이용하여 과거의 홍수를 정량적으로 평가할 수 있는 지표를 개발하여 역사기록 이후의 극한홍수에 대한 지표화를 시도한다. 또한, 역사기록과 측우기 기록에 의한 홍수사상의 평가 및 정량화를 통하여 100년 이내에 국한된 근대적 자료에 의한 빈도해석을 500년 이상의 장기간에 대한 자료로 확장함으로써 안정적 설계기반을 제공한다.
ㆍ극한 홍수 기록 DB 구축: 조사된 역사홍수기록을 데이터베이스화
ㆍ과거 극한 홍수의 재해석 기술: 역사기록의 홍수피해 내용을 근거로 하여, 과거에 발생한 홍수 피해의 정도를 정량화하고 홍수의 규모를 평가할 수 있는 역사홍수평가지표를 개발하며, 이를 수정·보완하여 적용성을 평가한다.
ㆍ역사기록의 홍수를 활용한 설계강우빈도 해석 기술: 1770년 이후 관측된 측우기의 관측강우량자료와 조선왕조실록과의 일치성 검토결과를 토대로 1770년 이전 200여년의 (조선왕조실록에 나타난) 호우기록을 강우량 자료로 변환.
ㆍ주어진 지속기간에 대한 강우강도의 평가를 지양하고(즉, 현재의 빈도해석 방법), 독립호우사상 자체의 평가방법 개발. 이를 이용한 연최대치 호우사상 또는 연초과치 호우사상 계열의 작성.
ㆍ연최대치 또는 연초과치 호우사상에 대한 빈도해석 방안 및 주요 호우사상에 대한 적용 평가.
ㆍ정기적인 관측기록 및 비정기적인 기록 포함하는 자료의 빈도해석 방안 및 적용평가.
ㆍ현재 사용되고 있는 확률강우량 및 PMP의 신뢰도 평가.
ㆍ장기관측기록(총 500년 정도)에 나타난 기후변화, 엘리뇨/라니냐. 및 도시화의 영항 평가 및 미래 전망.
IV. 연구개발결과
1차년도는 국내외 관련 연구 동향을 조사하였으며, 우리의 역사기록에 수록된 홍수기록을 조사하였다. 특히, 삼국사기, 고려사 및 조선왕조실록에 수록된 홍수기록을 주요 대상으로 하였으며, 개인의 기록에 의한 홍수기록도 발굴하였다. 2차년도 연구에서는 삼국사기, 고려사, 조선왕조실록 의 홍수기록 외에 증보문헌비고에 기록된 홍수기록을 조사하고 1차년도 에서 조사된 홍수기록을 수정, 보완하였다. 이를 토대로 정량화, 통계적 분석과정을 거쳐 역사속 홍수를 평가할 수 있는 지표 (FEI, Flood Evaluation Index)를 개발하였다. 또한, 청계천의 수표기록의 복원을 위해 와다유찌기록 (1917) 과 기우제등록, 그리고 승정원일기를 조사 및 복원 하였으며 측우기 자료와 조선왕조실록의 기록을 일치성 검토 결과를 토대로 호우기록을 강우량 자료로 변환 하는 과정을 수행하였다. 또한 영호루, 소양정 등 극한홍수 발생을 추적할 수 있는 하천변 유적들에 대한 조사연구에 착수했다. 이렇게 조사된 홍수자료를 토대로 3차년도에 극한홍수 데이터베이스를 구축하였으며, 근대이후에 발생한 홍수기록과 함께 정량적 평가 지표를 활용하여 비교하였다. 이렇게 3차년도 연구에서는 역사기록으로부터의 홍수재해 기록을 조사하여 DB를 구축하고, 홍수재해를 재해석하며, 설계강우빈도 해석 기술을 개발하는 것을 목표로 학·연의 학제간 연구를 통하여 극한홍수 연구사례 및 조선시대 및 현대까지의 극한 홍수 자료를 조사하고 DB시스템을 구축하였으며, 극한 홍수 조사 및 분석을 통한 극한홍수 발생 경향을 평가하였다. 조선시대 및 현대까지의 극한 홍수 자료 조사와 분석은 한국건설기술연구원에서 수행하였으며, 강우빈도해석은 앞서 연구된 자료를 바탕으로 학계에서 수행하였다. 본 연구의 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 역사기록의 극한홍수 데이터베이스 구축
- 역사기록의 극한홍수 목록을 데이터베이스로 구축하여 활용성 제고.
- 역사기록 홍수 중 피해가 가장 큰 50대 홍수를 조사하여 각 홍수에 대한 피해규모 등을 구체적으로 정리하여 분석
- 인터넷을 이용한 극한홍수 데이터베이스 활용 및 서비스 시스템 구축
- 근대 및 현대의 극한홍수 자료 목록화 및 데이터베이스로 구축
(2) 역사기록의 극한홍수 평가지표 수정·보완 및 적용
본 연구의 2차년도에서 삼국사기, 고려사, 조선왕조실록 의 홍수기록 외에 증보문헌비고에 기록된 홍수기록을 조사하고 1차년도 에서 조사된 홍수기록을 수정·보완하였다. 이를 토대로 정량화, 통계적 분석과정을 거쳐 역사속 홍수를 평가할 수 있는 지표 (FEI, Flood Evaluation Index)를 개발하였다. 따라서 3차년도에는 개발된 홍수평가지표를 홍수기록에 적용하였으며, 홍수기록에 나타난 사상별로 홍수를 평가하였다. 또한, 홍수평가지표의 수정·보완을 통하여 지표의 적정성을 검토하였다.
(3) 측우기 자료의 연최대치 호우사상 구축
현대 강우관측 자료를 빈도분석할 때 나타나는 가장 큰 문제는 관측기간이 짧기 때문에 고빈도 확률강우량 추정이나 장기간의 경향성 예측시 신뢰성 부족하다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 현대 강우자료의 문제점을 보완하기 위한 방법으로 측우기 관측기록을 활용하기 위한 방안을 검토하였다. 빈도해석을 통한 확률강우량의 결정을 위해서는 연최대치 계열의 작성이 선행되어야 한다. 측우기 강우자료는 강우시작시점과 종료시점 그리고 그 사이의 강우량으로 구성된 펄스 형태로 기록되어 있기 때문에 이를 이용하여 빈도해석을 하려면 전통적인 빈도해석 방법과는 다르게 독립호우사상을 적절하게 정의하는 것이 필요하다. 독립호우사상에 대한 기존 연구결과에 기초하여 무강우지속기간 10시간을 기준으로 측우기 관측기록과 현대 관측기록으로부터 이를 추출한 후 총강우량과 강우강도 두 가지를 대상으로 이변량 지수분포를 적용하였다. 그리고 각 호우사상의 재현기간을 산정하고, 연도별로 최대 재현기간을 가지는 호우사상을 연최대 호우사상으로 결정하였다. 이변량 지수분포의 매개변수 산정시 전기간에 대해 매개변수를 산정하는 경우보다 연도별로 매개변수를 산정하는 경우가 강우발생의 변동양상 및 수문학적인 극한호우의 정의를 반영하기에 적합한 것으로 검토되었고 또한 그로 인해 얻어진 연최대 호우사상이 이변량 극치분포를 보다 잘 따르는 것으로 나타났다. 연도별 매개변수 추정결과를 우기해와 건기해로 나누어 살펴보면 우기해에는 강우강도가 재현기간 산정에서 상대적으로 영향이 크고, 전기해에는 총강우량과 관련된 영향이 큰 것으로 나타났다. 연최대 호우사상의 변동성을 살펴보면 현대자료에서 강우지속기간은 점점 증가하고 강우강도는 감소하며 이에 따른 호우사상의 총강우량은 증가하는 특징을 보였다. 그러나 측우기 자료에서는 이러한 변화양상이 반복순환하는 것으로 나타났으며 이와 관련된 별도의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 측우기 자료를 이용한 빈도해석의 선행작업으로서 연최대 호우사상 계열의 결정 과정을 살펴보았으며 이렇게 얻어진 연최대 호우사상은 현대자료와 어우러져 보다 신뢰성 높은 설계호우사상을 결정하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
(4) 역사기록에 나타난 호우기록의 작성원칙
조선왕조실록에 나타난 홍수관련 기사는 농업생산과 대민지배에 위협을 가하는 자연재해의 한 형태로서 정책적 시각에서 철저히 고려된 환경요인으로 평가받고 있다. 조선시대 이전의 역사서인 삼국유사와 고려사에도 기상에 관련한 기사들이 출현하고 있으나, 조선왕조실록 언급된 재해 기사(홍수, 가뭄 등)처럼 농민과 대민지배에 관련한 현실적인 피해기사가 다수를 차지하는 것과는 다르다. 조선사회는 정치체제의 중앙집권화가 고도로 진전되면서, 국가재정 또한 토지에 긴박되는 비율이 높아지게 되었다. 때문에 토지와 농민에 상해를 가하고, 이로써 재정의 안정적 수취에 위협을 가하는 기상이변은 국가적 대응이 요청되었던 것이다. 본 연구에서는 조선왕실록에 나타난 홍수 기사가 구체적으로 어느 정도의 피해상황을 초래하였으며, 왕조정부는 이에 대해서 어떻게 대처하였을까를 기준으로 홍수의 크기를 정량화하는 역사기록에 나타난 호우기록의 작성원칙을 검토하였다. 우선 측우기 측정치 기록이 남아있는 1777년부터 1906년까지의 비 피해 기사를 검토해보면, 1)홍수의 표기법, 2)피해 규모, 3)정부의 대처방식에서 조금씩 차이를 드러내고 있다.
V. 연구개발결과의 활용계획
과거의 홍수기록을 파악하고 규모를 평가함으로써 최근 발생하고 있는 극한홍수의 경향을 알 수 있으며, 역사기록 및 1900년대 이후의 극한홍수에 대한 이해와 자료 구축은 수자원 정책 및 기술 개발에 활용도가 높을 것으로 판단된다. 또한 홍수재해에 대한 기록을 재해석하는 것은 세계는 물론 동북아시아 지역의 홍수재해 특성을 파악하는데 귀중한 자료로 활용될 수 있다.
수공구조물 등 관련 설계상의 불확실성 해소 및 기후변화에 따른 미래 강수특성의 변화예측 및 이를 통한 관련 구조물 설계상의 기준 제시를 통한 미래 주요 국가 기반시설물 관리상의 기준 정립에 활용될 수 있다.
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