1. 서 론
수자원 개발 특성상 선제적으로 미래의 발생가능한 물 문제를 인지하는 것은 매우 중요한 요소이므로 국 내의 수자원정책의 변천과정에 대한 단순조사를 지양 하고 정책간의 종합적인 관계를 설정함과 동시에 수 자원 정책 반영 방향을 제시하는 것이 필요하며, 다변 화되고 있는 수자원 이용에 효과적으로 적응하기 위 해서 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적인 이 용·개발 및 보전, 재해예방 대책을 포괄하는 미래 수 자원관리방안 수립이 요구된다. 특히 기후변화의 영 향으로 발생가능성이 커지고 있는 미래의 물 부족과 홍수에 적극적으로 대응하기 위한 위기관리 대응계획 이 필요하지만 우리나라의 경우 연구가 미진한 실정
이다.
이러한 점에서 본고에서는 우리나라의 수자원관리 방안을 수립하는 데에 있어 세단계로 연구를 수행하 였다. 첫째로, 세계 수자원 현황조사, 세계 물이용 현 황 조사, 외국의 수자원 관리 현황 조사, 우리나라의 수자원 관리 현황 조사를 통해 국내외 수자원 개발 및 이용 현황을 체계적으로 분석하였다. 둘째로, 국내외 수자원정책 변천과정 및 우리나라 수자원 정책평가를 통해 국내 수자원관리에 대한 시사점을 도출하고 RCP 8.5시나리오를 이용하여 미래의 기후변화 영향 을 한반도를 대상으로 분석하였다. 마지막으로, RCP 8.5시나리오와 A2 시나리오를 이용하여 미래 우리나 라의 기후변화 전망에 대해서 정량적으로 분석하여 한강유역에 대하여 물수지 분석을 수행하였으며, 미 래의 한강유역에 대해서 어떻게 변할지를 예측해 본 후 효과적인 물관리를 위하여 우리나라의 실정에 맞 는 평가방안 및 정책을 제안하고자 한다.
2. 미래 수자원 관리 방안
2.1 세계의 수자원 및 이용현황 조사
세계의 수자원 및 이용 현황을 OECD 국가별 순위 로 비교 했을 때, 우리나라의 경우 연간 1인당 총 이용 가능한 수자원은 Iceland를 제외하고도 OECD 국가 김 진 영▶▶▶
전북대학교 토목공학과 석사과정 jinyoung8602@jbnu.ac.kr
권 현 한▶▶▶
전북대학교 토목공학과 교수 hkwon@jbnu.ac.kr
우리나라 수자원 관리현황 평가 및
미래 수자원 관리 방안
평균인 16,644m3에 크게 부족한 1,450m3으로 32개 국 중 30위로 최하위권으로 나타났다. 반면, 수자원 이용율은 OECD국가 중 스페인(32%)과 독일(31%)에 이어 3위인 26.8%로 OECD 국가 평균 13%보다 높은 이용률을 보이고 있다. 우리나라의 연간 1인당 담수
이용량은 OECD국가 중 23위에 해당하는 389m3이 지만, OECD 국가 평균 이용량 630m3에는 미치지 못 하고 있다. 한편, 우리나라의 수자원 국외 의존율은 OECD 국가 중 17위인 7%로 평균 의존율이 20%인 것에 비해 낮은 편으로 수자원 자립도(93%)가 비교적
표 1. 국가별 연간 1인당, 총 이용 가능한 수자원(OECD 국가 기준) TARWR TARWR
Surface Ground- Incoming Outgoing Total OECD Country Population Volume Per
water water Overlap Waters Waters Use Ranking
(in 2010) 1,000,000s 2005 Capita
(%) (%) (%) (%) (%) (%) (km³/yr) 2005
TARWR TARWR TARWR TARWR TARWR TARWR (m³/yr)
주) 참고 : World Water Develope Report(2006)
1 lceland 292 170 582,190 98% 14% 12% 0% 0% 0.1%
2 Canada 31,744 2,902 91,420 98% 13% 12% 2% 5% 2%
3 Norway 4,552 382 83,920 98% 25% 24% 0% 3% 1%
4 New Zealand 3,904 327 83,760 0% 0% 1% - - -
5 Chile 15,996 922 57,640 96% 15% 15% 4% 0% 1.4%
6 Australia 19,913 492 24,710 89% 15% 4% 0% 0% 5%
7 Finland 5,215 110 21,090 97% 2% 2% 3% 25% 2%
8 Sweden 8,886 174 19,580 98% 11% 11% 2% 2% 2%
9 Slovenia 1,982 32 16,080 58% 42% 42% 41% 60% -
10 lreland 3,999 52 13,000 93% 21% 19% 6% 0% 2%
11 Hungary 9,831 104 10,580 6% 6% 6% 94% 100% 7%
12 United States of America 297,043 3,051 10,270 - - - - - 16%
13 Austria 8,120 78 9,570 71% 8% 8% 29% 100% 3%
14 Slovakia 5,407 50 9,270 25% 3% 3% 75% 27% -
15 Switzerland 7,164 54 7,470 76% 5% 5% 24% 76% 5%
16 Portugal 10,072 69 6,820 55% 6% 6% 45% 0% 16%
17 Greece 10,977 74 6,760 75% 14% 11% 22% 2% 10%
18 Luxemburg 459 3 6,750 32% 3% 3% 68% 100% -
19 Netherlands 16,227 91 5,610 12% 5% 5% 88% 0% 9%
20 Mexico 104,931 457 4,360 79% 30% 20% 11% 0% 17%
21 France 60,434 204 3,370 87% 49% 48% 12% 7% 20%
22 Japan1 27,800 430 3,360 98% 6% 4% 0% 0% 21%
23 Italy 57,346 191 3,340 89% 22% 16% 5% 0% 23%
24 Turkey 72,320 214 2,950 87% 32% 13% 1% 29% 18%
25 Spain 41,128 112 2,710 98% 27% 25% 0% 31% 32%
26 United Kingdom 59,648 147 2,460 98% 7% 6% 1% 0% 6%
27 Germany 82,526 154 1,870 69% 30% 29% 31% 59% 31%
28 Belgium 10,340 18 1,770 66% 5% 5% 34% 60% -
29 Poland 38,551 62 1,600 86% 20% 19% 13% 3% 26%
30 Korea, Rep. 47,951 70 1,447 89% 19% 15% 7% - 27%
31 Czech, Rep. 10,226 13 1,290 100% 11% 11% 0% 100% 20%
32 Denmark 5,375 6 1,120 62% 72% 33% 0% 0% 21%
높은 편으로 나타났으며, 이는 우리나라가 외국과 공 유한 하천이 상대적으로 적기 때문이라 판단된다.
우리나라의 연평균강수량은 상대적으로 많은 편이 지만 외국에 비해서 국토면적이 적고 강수량의 계절 적 편중 현상이 심하기 때문에 실제적으로 이용가능 한 수자원 총량은 부족한 것이 사실이다. 따라서 양적
인 절대적 기준을 통한 비교에서는 우리나라가 물 부 족국가로 분류될 수 밖에 없다. 그러나 앞서 언급됐듯 이 물이용 측면에서는 상대적으로 적은 수자원을 효 과적으로 이용되고 있으며 이는 댐 건설 등과 같은 사 회간접자본과 수자원의 지속적 개발로 인한 결과물이 라 할 수 있다.
표 2. 국가별 연간 1인당, 담수 이용 현황(OECD 국가 기준) Total
2005 Per Capita Domestic Industrial Agricultural Ranking OECD Country Estimate Freshwater
Population Withdrawal Use Use Use (in 2010) Year Withdrawal
(millions) (m³/p/yr) (%) (%) (%) (km³/year)
주) 참고 : The World’s Water 2008-2009, Data Table2_Freshwater Withdrawal, by Country Sector
1 Hungary 2001 21.03 10.10 2,082 9% 59% 32%
2 United States of America 2000 477.00 298.21 1,600 13% 46% 41%
3 Canada 1996 44.72 32.27 1,386 20% 69% 12%
4 Australia 2000 24.06 20.16 1,193 15% 10% 75%
5 Portugal 1998 11.09 10.50 1,056 10% 12% 78%
6 Spain 2002 37.22 43.06 864 13% 19% 68%
7 Greece 1997 8.70 11.12 782 16% 3% 81%
8 Chile 2000 12.55 16.30 770 11% 25% 64%
9 Mexico 2000 78.22 107.03 731 17% 5% 77%
10 Italy 1998 41.98 58.09 723 18% 37% 45%
11 Belgium 1998 7.44 10.42 714 13% 85% 1%
12 Japan 2000 88.43 128.09 690 20% 18% 62%
13 lceland 2003 0.17 0.30 567 34% 66% 0%
14 France 2000 33.16 60.50 548 16% 74% 10%
15 Netherlands 2001 8.86 16.30 544 6% 60% 34%
16 Turkey 2001 39.78 73.19 544 15% 11% 74%
17 New Zealand 2000 2.11 4.03 524 48% 9% 42%
18 Norway 1996 2.40 4.62 519 23% 67% 10%
19 Germany 2001 38.01 82.69 460 12% 68% 20%
20 Slovenia 2002 0.90 1.97 457 - - -
21 Austria 1999 3.67 8.19 448 35% 64% 1%
22 Finland 1999 2.33 5.25 444 14% 84% 3%
23 Korea, Rep. 2000 18.59 47.82 389 36% 16% 48%
24 Switzerland 2002 2.52 7.25 348 24% 74% 2%
25 Poland 2002 11.73 38.53 304 13% 79% 8%
26 Sweden 2002 2.68 9.04 296 37% 54% 9%
27 lreland 1994 1.18 4.15 284 23% 77% 0%
28 United Kingdom 1994 11.75 59.67 197 22% 75% 3%
29 Slovakia 2003 1.04 5.40 193 - - -
30 Czech, Rep. 2002 1.91 10.22 187 41% 57% 2%
31 Luxemburg 1999 0.06 0.47 128 42% 45% 13%
32 Denmark 2002 0.67 5.43 123 32% 26% 42%
2.2 세계의 물 관련 지표
2.2.1 물스트레스 지수(WSI: Water Stress Index) 1993년 UN의 국제 인구행동연구소(Population Action International : PAI)는 스웨덴의 수문학자인 포켄마르크의 연구결과를 인용, 물 부족의 분류 기준 으로‘국민 1인당 확보된 연간 담수량’을 이용하여 물 기근국가, 물 부족국가, 물 풍요국가로 구분하였다.
이 지수에 따라 UN의 국제인구행동연구소(PAI)에 서 발표한 국가별 1인당 연간 재생 가능 수자원량에서 는 그린란드가 1위로서 1,076만 7,857m3이며, 쿠웨 이트가 180위로써 10m3을 기록하고 있다. 우리나라 는 1,512m3으로 폴란드, 덴마크 등과 함께 물 부족국
가에 속하는 것으로 나타나고 있다. 그러나 이 지수는 수자원의 부족량과 인구의 관계에 주목한 지표로서, 인구증가로 인한 물 부족을 경고하기 위한 성격이 강 한 지표라고 할 수 있으며, 수자원의 개발과 이용에 관 한 일반적인 지표라고 보기는 곤란하다고 판단된다.
2.2.2 물 빈곤지수(WPI: Water Poverty Index) UN산하 23개 담수관련 기관이 참여해 구성한
‘UN 세계 물 평가계획(WWAP: World Water Assessment Programme)’이 2003년 3월 세계 물 포럼에서‘민중을 위한 물, 생명을 위한 물(Water for people, Water for life)’라는 보고서에서 제시 한 지수이다. 물 빈곤지수(WPI)는 영국의 키일 대학
그림 1. 물 빈곤지수 비교 : 43위 /147개국 (참고: 수자원장기종합계획 2006, 국토해양부) 표 3. PAI의 물 스트레스 분류 기준에 따른 국가별 분류
주) 참고 : Population Action International Sustaining Water Population and the Future of Renewablw Water Supplies, 1993
구 분 물 기근 국가 물 부족 국가 물 풍요 국가
기 준 국민 1인당 활용 가능량 국민 1인당 활용 가능량 국민 1인당 활용 가능량
매년 1,000㎥미만 매년 1,700㎥미만 매년 1,700㎥이상
설 명 만성적인 물부족을 경험하며, 그 결과 주기적인 물 스트레스를 지역적 또는 특수한
국민복지, 보건이 저해 당하는 국가 경험하는 국가 물 문제를 경험하는 국가
해당국가 지부티, 쿠웨이트, 이스라엘, 케냐 등
리비아, 폴란드, 한국 등 전 세계 약 120개국 중동과 아프리카 지역
교 연구자들이 주도해 작성한 것으로
① 수자원의 양(Resource)
② 수자원 배분의 공평성(Access)
③ 수자원 이용 능력(Capacity)
④ 수자원 이용의 효율성(Use)
⑤ 물 환경의 건전성(Environment)에 각각 점수 를 매기는 방식으로 구성되어 있다.
우리나라는 수자원 양의 부족과 물 환경의 지속가 능성에서는 낮은 점수를 받았으나, 나머지 항목에서 는 비교적 높은 점수를 받아 147개국에서 43번째의 순위를 기록하고 있지만 29개 OECD 국가 중에서는 20위로 상대적으로 낮은 수자원환경 평가 결과를 나 타내고 있다.
2.4 국내 수자원 평가를 위한 지표
아래 표4는 우리나라 환경부의‘국가 지속가능발 전지표 개발 및 활용방안 연구’에서 수자원 관련 지표 들을 발췌하여 현황을 정리한 것으로 이 지표들의 최
근 경향을 검토해 보면 몇 가지 지표를 제외하고는 대 부분 긍정적으로 변화하고 있음을 알 수 있다. 따라 서, 국내에 적용가능한 평가지표는 절대적인 가용수 자원량만을 이용한 지표보다는 사회 경제적 현황 및 사회간접자본 상황을 종합적으로 고려할 수 있는 지 표의 개발이 필요할 것으로 판단된다.
3. 국내외 수자원 정책 변천 및 평가 3.1 외국의 수자원 관리 주요 특성
미국의 경우 건국이념에 따라 물관리 체계를 분산 하여 관리하고 있으며 수량은 주정부가, 수질은 환경 청(EPA)이 주도적으로 관리하고 있다. 일본의 경우 우리나라와 같이 물 관리는 개발부서인 국토교통성이 주도하고 있다. 반면 환경성의 역할은 상대적으로 미 약하며 수질규제기준을 제정하는 정도에 그치고 있 다. 과거 우리나라의 수자원관리체계와 유사하다고 할 수 있다. 프랑스의 경우 유역관리의 대표적인 모범
표 4. 우리나라의 지속가능발전 지표 중 수자원 관련 지표의 경향
지 표 경향 지속가능발전 연계
긍정적 부정적 불명확 추세 분석
하수처리향유 인구 ↗ ○ 하수도보급율은 하천의 오염에 의한 부하를 줄이려는 노력을 의미하며 이용할 수 있는 수자원의 양과 보건의 측면에서 지속가능한 발전을 위해 중요함
안전한 식수접근 인구 ↗ ○ 계속 증가하는 추세임. 이 지표는 안전한 식수 보급의 척도임
연안의 수질현황 ？ ○ 연안의 수질은 점진적으로 개선되고 있는 것으로 나타나고 있으나 뚜렷한 경향을 파악하기는 힘듬. 그리고 현재 해양 및 연안지역의 자원에 대한 관리대책이 미흡함 지하수 및 지표수
？ ○ 이 지표는 수자원과 물 수요를 관리하기 위한 경제적·제도적 능력은 물론, 기후,
연간 취수량 인구, 경제발전 등의 영향을 받음
공급량을 늘리는 것보다 수요량을 조절하는 것이 효과적인 수자원 관리를 위해서는 1인당 물 소비량 ↗ ○ 바람직함. 공급된 물의 수질, 공급체계의 유형, 취수지까지 이동한 거리, 가구당
가족수 등에 관한 보충자료가 필요함
ENV-15.BOD 90년대 후반에 들어 조금씩 개선되고 있으나 팔당 상수원은 증가하는 등 일반적인 (생화학적 ？ ○ 경향이라고 하기에는 미흡함. BOD는 표본들을 잘 비교할 수 있지만,
산소요구량) 특정 오염물질의 밀도를 정확하게 측정하지는 못함
담수 내 ？ ○ 담수내 대장균 밀도는 인간과 동물의 배설물로 인한 오염의 간접적인 척도임. 대장균
대장균 밀도 은 그 자체로 병원균은 아니며, 물리적·화학적 상태에 관한 보충적 자료가 필요함
자연재해로 인한 인명
↗ ○ 이 지표는 인간의 활동으로 자연 시스템이 영향을 받아 예상하지 못하는 재해에
피해 및 경제적 손실 대한 지속적인 관찰이 필요함
사례로서 6개 유역기관이 수자원관리와 수질관리를 전담하고 있다. 특히 공공기관과 민간기업의 협력관 계를 토대로 수자원 관리의 유연성을 더해주고 있으 며 과거로부터 이어진 수자원관리 경험을 통해 관리 체계의 상당한 제도개선을 이루고 있다.
각 국가별로 특징을 살펴보면 영국은 제도적 접근 을 통해 홍수 및 가뭄을 관리하고 있으며 영국국가안 보전략 수립을 계기로 적극적인 대응에 나서고 있다.
일본은 홍수 및 가뭄에 대처하기 위해서 기술적인 접
근을 택하고 있으며 우수 저 류시설, 통합 수문조사시스템 등을 통하여 기후변화에 대응 하고 있다. 중국은 대규모 기 반시설 개발을 통하여 홍수 및 가뭄에 대응하고 있으며 대표적으로 남수북조 사업이 있다. 그러나 기반시설의 혜 택이 대부분 도시지역에 국한 되는 문제점을 가지고 있다.
3.2 우리나라 수자원 정책의 변천 및 평가
우리나라의 수자원정책은 1970년 시행된 수자원개 발계획을 시초로 정책수립이 이루어지기 시작하였다.
1970년부터 1980년까지 시행된 수자원개발 10개년 계획에서는 농업용수의 안정적 공급, 전력수급, 수자 원개발을 위한 수문조사 사업 등을 목적으로 다양한 정책적 접근이 이루어졌다. 1차 수자원개발 계획을 토 그림 3. 외국의 기후변화 정책 적용 사례
표 5. 외국의 수자원관리 특성비교
국 가 특 징
o 건국이념 (check and balance)에 따라 관리체계 분산 미 국 o 수량관리는 주정부가, 수질관리는 EPA가 주도적으로 관리
o 관리체계의 유연성 → 기관의 설립이나 폐쇄가 간단함 o 유역(river basin)관리 실패 → 소유역(weatershed)관리 지향 일 본 o 물관리는 전통적으로 개발부서인 국토교통성이 강력
o 환경성의 역할 미약: 수질규제기준의 제정
o 6개 유역기관 (Water Agency) → 유역관리의 모범 프 랑 스 - 경제적 유인책 관리 → 물관리/오염방지의 효율성 증대
- 오염자 비용부담원칙의 적용
o 계약체결의 유연성 → 공공기관과 민간기업의 협력관계 o 강력한 중앙집중관리 → 지역내 동일한 정책/규제/관리 가능 영 국 o 1989년 민영화 → 신기술 적용
o 집행과 규제의 분리 → 경제적이고 수준높은 서비스 제공 o 연방정부 → 포괄적 구상, 지방정부 → 실제적 운영 독 일 o 환경정책의 시행 → 직접적 규제
o 물관리 자치기구 → 홍수관리, 관개배수에 효과적 o 1989년 Water Management Act → IWRM를 지향 네덜란드 o 정책기능 → 중앙정부, 집행기능 → 지방정부
o 합리적인 헌법체계 → 각 단계별 기관의 자율성을 보장
대로 수자원장기종합계획을 수립하였으며 다목적 댐 및 하구둑 건설을 통해 홍수방지 및 수자원 확보에 주 력하였다. 1990년대부터는 수자원정책의 중심을 용 수의 안정적 공급에 맞추어 다양한 개발 사업을 시행 하였다. 2000년대에 들어서 수자원 개발로 인한 환경 적인 악영향을 최소화하고자 하는 정책수립이 활발하 게 이루어지고 있다. 다음 그림 3에서는 1970년대부 터 현재까지 수립된 수자원정책 사례를 중심으로 우 리나라의 수자원 정책의 변천과정을 요약하였다.
수자원이 자원으로 인식되면서 지속적으로 개발되 어온 결과 현재 가용수자원 취수율은 27%로 매우 높 은 이용률을 보이고 있으며, 최근에는 개발로 인한 환 경문제로 이수적인 측면뿐만 아니라 자연과 조화된 하천 환경을 고려하고 있으나 정작 치수정책은 급변 하는 기후변화 및 기상변동성, 이상기후 등에 능동적 으로 대응하지 못하고 있는 실정이다. 1970년대부터 하천개수, 홍수조절을 위한 댐 개발, 내수침수대책, 토지이용 규제 및 홍수예·경보시스템 개발 등이 이 루어지고 있음에도 불구하고 기후변화로 인해 홍수의 위험도가 계속 존재한다는 의미이다. 따라서 기후변 화 불확실성 정량화 기술을 통해 위험도를 저감할 수 있는 치수정책의 구조적, 비구조적 대책을 마련하는 것이 절실하다. 댐 건설, 홍수보험 등을 포함하는 정 책적 접근과 더불어 동적 위험도 해석 기법을 통해 홍 수위험도를 미리 인지하고 대처할 수 있는 적응능력 을 배가시키는 것이 매우 중요하다.
4. 기후변화를 고려한 한강유역 물수지분석
본 절에서는 한강유역을 기준으로 RCP 8.5 시나리 오를 이용하여 유출분석을 수행한 후 그 결과를 바탕 으로 물 수급 전망을 수행하여 미래 한강유역의 물 부 족 발생 패턴이 어떻게 나타나게 될 것인가를 검토하 였다. 이와 함께 RCP 8.5 시나리오에 의한 물 수급 분석결과와 SERS 시나리오(A2시나리오)의한 결과를 비교하여 시나리오에 따른 결과가 어떻게 나타나고 있는가도 함께 검토하여 결과를 제시하였다. 이때, 기 후변화 시나리오에 따른 강우-유출의 분석에 이용한 모형은 준분포 모형인 SLURP(Semi-distributed Land Use-based Runoff Process) 모형을 이용하여 분석을 수행하였으며, 한강유역의 물수급 안정성 평가 에 있어서는 K-WEAP(Korea Water Evaluation And Planning model)을 이용하여, 물수지 분석을 통 해 도출된 연도별 물 부족량을 이용하여 미래 한강유 역의 물 수급안정성 평가를 수행하였다.
4.1 한반도 기후변화 전망
4.1.1 연평균강수량 변동성
현재 연강수량의 범위는 대략 600mm∼2200mm 를 보이며 남한이 북한에 비해 많은 강수량을 보이고 있다. 2055년대는 서해안을 중심으로 200mm∼
350mm정도 증가할 것으로 전망 되었다. 2085년도 그림 3. 우리나라 수자원 정책의 변천과정
에는 300mm∼400mm정도로 한반도 대부분 지역의 연평균강수량이 증가할 것으로 전망되었다.
4.1.2 연평균온도 변동성
현재 연평균온도의 범위는 대략 -1℃∼15℃이며 북부지방에서 남부지방으로 갈수록 온도가 증가하는
것으로 나타내었다. 2025년대는 1.5℃∼2℃로 한반 도 전역에 증가할 것으로 전망이 되었고, 2055년대에 는 3.5℃∼4℃, 2085년대에는 5℃∼6.5℃ 정도 증가 할 것으로 전망되었다.
4.1.3 연평균최고온도 변동성
현재 연평균최고온도의 범위는 대략 3℃∼16℃이 며 북부지방에서 남부지방으로 갈수록 온도가 증가하 는 것으로 나타났다. RCP 8.5 시나리오의 분석결과 2025년대에는 한반도 전역으로 1.6℃∼2℃ 정도 증 가하는 것으로 나타났으며. 2055년대는 3.5℃∼4℃, 2085년대는 5℃∼7℃ 정도 증가할 것으로 전망되었 다.
(a) Base scenario 1976∼2005
(b) RCP 8.5 2011∼2040
(c) RCP 8.5 2041∼2070
(d) RCP 8.5 2071∼2100 그림 4. RCP 8.5 시나리오 기준 연평균강수량 변동성
(a) Base scenario 1976∼2005
(b) RCP 8.5 2011∼2040
(c) RCP 8.5 2041∼2070
(d) RCP 8.5 2071∼2100 그림 5. RCP 8.5 시나리오 기준 연평균온도 변동성
(a) Base scenario 1976∼
2005
(b) RCP 8.5 2011∼2040 그림 6. RCP 8.5 시나리오 기준 연평균최고온도 변동성
4.1.4 연평균최저온도 변동성
현재 연평균최저온도의 범위는 대략 -10℃∼14℃
이며 북부지방에서 남부지방으로 갈수록 온도가 증가 하는 것으로 나타났다. RCP 8.5 시나리오의 경우 2025년대에는 한반도 전역으로 1.6℃∼2℃정도 증가
할 것으로 전망되었고, 2055년대는 3.5℃∼4.1℃, 2085년대는 5.5℃∼7℃ 정도 증가할 것으로 전망되 었다.
4.2 한강유역의 물수지 분석
4.2.1 대상유역 및 이용자료
본 절에서는 기후변화 시나리오에 따라 미래 물 수 급 상황이 어떻게 변동될 수 있는가를 검토하기 위한 대상유역으로 한강유역을 선정하여 분석을 수행하였 다. 한강유역은 남한지역에서 가장 큰 규모의 유역으 로 유역면적은 26,120km2이며, 남한 면적의 26.2%
를 차지하고 있는 유역이다. 한강은 한반도 중부지역 의 동쪽에서 발원하여 서쪽으로 흐른 후 서해로 유입 되는 하천이며, 한강유역은 서해로 유입되기 직전에 임진강이 합류하고 있으나 본 연구에서는 임진강 합 류전의 한강유역을 대상으로 연구를 수행하였다.
한강은 남한의 대표적인 하천 중 하나이며, 본류가 되는 남한강과 가장 큰 지류인 북한강으로 구성되어 있다. 한강유역은 지형적인 특성상 동쪽이 높고 서쪽 이 낮은 구조로 되어있으며, 하류부에는 수도 서울 등 이 수도권에 위치하고 있어 대규모 물 수요지역이 존 재하는 유역이다.
본 연구에서 이용한 기후변화 시나리오는 기후변화 정보센터(Climate Change Information Center, CCIC)의 웹 제공시스템(http://www.climate.
(c) RCP 8.5 2041∼2070
(d) RCP 8.5 2071∼2100 그림 6. RCP 8.5 시나리오 기준 연평균최고온도 변동성
(계속)
(a) Base scenario 1976∼2005
(b) RCP 8.5 2011∼2040
(c) RCP 8.5 2041∼2070
(d) RCP 8.5 2071∼2100
그림 7. RCP 8.5 시나리오 기준 연평균최저온도 변동성 그림 8. 한강유역도(국토해양부, 2008)
go.kr)을 통해 수집된 자료를 이용하였으며, RCP 8.5시나리오 기반 일 단위 강수량과 3가지 기온자료 (평균, 최고, 최저기온)을 수집하여 분석에 활용하였 다. 그림 9은 기상청 속초 지점에 대해 과거 관측된 일 단위 강수량과 기후변화 시나리오(RCP 8.5)에서 제시된 강수량 자료를 함께 도시하여 나타낸 것이며, 기후변화 정보 제공 웹 시스템을 통해 수집된 지점 자 료를 이용하였다.
4.2.2 유출량 분석
기후변화 시나리오에 따른 미래 한강유역 유출량을 산정하기 위해 강우-유출모형을 이용하였다. 분석에 이용한 모형은 준분포형 모형인(Semi-distributed Land Use-based Runoff Process)모형으로 SLURP 모형은 1975년 Kite에 의해 개발된 모형이 다. 초기에는 집중형 모형(Lumped model)으로 개발 되었으나 이후 준분포 모형으로 전환되었으며, 입력 자료 구축에 있어 GIS와 Remote Sensing 자료를 활용 할 수 있도록 되어 있다. SLURP 모형을 적용하 기 위한 소유역 구분은 TOPAZ(TOpographic PArameteriZation)를 통한 지형분석 및 전체유역을 지형·토지피복 상태에 따라 ASA(Aggregated Simulation Area)개념을 고려하여 수행하게 된다.
이에 따라 SLURP 모형을 이용하여 소유역 분할을 수행하게 되면 우리나라에서 수문분석등에 적용하고
있는 수자원단위지도의 유역 분할과 일 치하지 않은 문제점이 있어 본 연구에서 기준 유역으로 설정한 수자원단위지도의 중권역과 최대한 일치할 수 있도록 유역 을 조 정 하 여 결 과 를 산 출 하 였 다 . SLURP 모형의 입력자료는 지형자료(고 도, 유로연장, 토지이용 및 토양도), 기 상자료(강수, 기온) 및 기타 물리적 매개 변수(조도계수, 잎면적 지수 등)로 구성 되어 있다. 강우와 강설로 구분하여 강 수사상에 대한 고려가 가능하며, 유출 계산을 위한 기준 유역별로 연직방향 물 수지 분석 후 하도 추적을 통해 유출량을 산정하는 방 법을 채택하고 있다.
4.2.3 물 수급 안정성 평가
한강유역에 대해 기후변화 시나리오에 따른 미래 물 수급 영향을 평가하기 위해 기후변화 시나리오를 바탕으로 모의된 미래 유출량을 이용하여 물수지 분 석을 수행하였다. 물수지 분석은 2011년 수립된 수자 원장기종합계획(국토해양부, 2011)에서 이용된 물수 지 분석 모형인 K-WEAP(Korea Water Evaluation And Planning model을 이용하였으며, 물수지 분석 을 통해 도출된 연도별 물 부족량을 이용하여 미래 한 강유역의 물 수급 안정성 평가를 수행하였다.
물 수급 안정성 평가를 위한 물수지 분석은 수자원 장기종합계획(국토해양부, 2011)을 통해 제시된 목표 연도 2020년에 대한 기준수요 시나리오의 용도별 수 요량을 이용하였으며, 현재 주요 하천별로 고시되어 있는 하천유지유량을 고려하여 분석을 수행하였다.
물 수급 전말을 위한 물수지 분석은 앞서 언급한 바와 같아 K-WEAP 모형을 이용하였으며, 5일 간격(반순 단위)으로 2099년 9월까지의 기간을 대상으로 분석 을 수행하였다. 그림 10은 본 연구에서 고려한 물 수 급 전망 절차를 도식화하여 나타낸 것이다.
물 수급 전망 절차에 대해 좀 더 세부적으로 살펴보 면, 먼저 K-WEAP 모형을 이용하여 2020년을 기준 그림 9. 기상청 속초 지점 관측 강수량 및 미래 예측 강수량 시계열
으로 한강유역에서 운영될 것으로 예상되는 모든 물 공급 시설물과 중권역별 수요처(생활, 공업, 농업용 수) 및 하천유지유량 고시 지점을 반영한 물 수급 네 트워크를 구축하였다. 물 수급 네트워크 구축 시 고려 한 물 공급 시설물은 한강유역에서 운영 중에 있는 다 목적댐, 용수전용댐, 광역상수도 공급 네트워크 등이 며, 4대강 사업을 통해 건설된 3개 다기능보(강천보, 여주보, 이포보) 또한 2020년에는 정상 운영될 것으 로 보고 시설별 운영기준을 고려하여 네트워크 구축 에 반영하였다. 물수급 네트워크를 K-WEAP 모형 상에 구축한 후 중권역별로 용도별 수요량(생활, 공 업, 농업용수) 및 하천유지유량을 입력하였으며, 기후 변화 시나리오를 이용하여 모의된 중권역별 자연유출 량 및 물 공급 시설물별 운영 제원을 입력하였다. 자 료 입력이 완료된 후 K-WEAP을 통해 2099년까지 물수지 분석을 수행하였으며, 이 과정에서 댐 연계 운 영, 댐-보 연계 운영 등을 고려하여 공급 상황을 반영 하였다. K-WEAR 분석을 통해 산정된 중권역별 부 족량에 대해 각 유역별 암반지하수 이용량(2007년 기 준)과 저수지(생활, 공업, 농업용)의 공급 능력을 추가 로 반영함으로써 연도별 최종 물 부족량을 산정하였
다. 산정된 연도별 물 부족량에 대해 2011년 수자원장 기종합계획(국토해양부, 2011)에서 제시된 한강유역 최대 물 부족량과 비교 검토함으로써 기후변화에 따 른 한강유역 미래 물 수급 안정성 검토 결과를 제시하 였다.
4.3 분석결과
4.3.1 기후변화를 고려한 미래 한강유역 유출량 변동 분석
RCP 8.5 기후변화 시나리오와 SLURP 모형을 이 용하여 모의된 한강유역 중권역별 유출량을 바탕으로 미래 한강 유역의 연평균 유출량 및 월평균 유출량을 비교 검토하였다. 일반적으로 기후변화 시나리오에 따라 미래에는 강수량이 점차 증가하는 것으로 알려 져 있으며, 이는 수문순환 과정에 영향을 미치게 되어 유출에 있어서도 변동이 나타나게 된다. 본 연구에서 는 유출량 변동 분석을 위해 5개 기간으로 구분하고 해당 기간의 평균 유출량을 산정하여 검토하였다. 5 개 기간은 각각 현재, 2030s(2021∼2040), 2050s(2041∼2060년), 2070s(2061∼2080년), 2090s(2081∼2099년)이며, 각 기간별 연평균 및 월 평균 유출량을 산정한 후 어떠한 변동 양상이 나타나 는 가를 상호 비교하였다. 그림 11과 12는 5개 기간별 로 연평균 및 월평균 유출량을 산정하고 비교한 결과 를 도시한 것이다.
분석 결과를 살펴보면, 연평균 유출량과 연평균 유 출량 모두 현재에 비해 증가하는 결과를 나타내고 있 그림 10. 물 수급 전망 절차
그림 11. 기간별 연평균 유출량
으며, 특히 2050s(2041∼2060년) 기간의 유출량 증 가가 가장 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. 월별 유 출 분포 패턴의 경우에는 현재와 큰 차이를 보이고 있 지 않으나 상대적으로 6∼9월 기간의 유출량 증가가 뚜렷하게 나타나고 있음을 할 수 있다. 세부적으로 살 펴보면 연평균 유출량의 경우 현재 대비 미래에는 최 대 1.7배까지 증가하는 결과를 확인할 수 있으며, 분 석 기간별로는 2050s(2041∼2060년)에서 가장 많은 연평균 유출량을 보이고 있고 이후에는 점차 감소하 는 것으로 나타나고 있다. 월평균 유출량의 경우에는 다른 월에 비해 7월의 유출량 증가가 상대적으로 뚜 렷하게 나타나고 있으며, 2090s(2081∼2099년)에서
는 8월과 9월의 유출량이 현재와 유사하거나 약간 감 소하는 것으로 나타나고 있다. 또한 현재에 비해 미래 에는 월별 유출량의 편차가 크게 증가하는 것으로 나 타나고 있으며, 이는 여름철 유출량의 집중이 현재보 다 증가하게 되는 등 시간적인 수자원 편중이 심화될 것임을 예상할 수 있다. 이러한 결과로부터 미래 한강 유역의 수자원관리 여건은 현재보다 더욱 어려운 상 황이 될 수 있음을 알 수 있으며, 이용 가능한 수자원 의 시간적 편중을 완화하고 여름철 홍수로 인한 피해 에 효과적으로 대응할 수 있는 대책의 중요성이 증가 하고 있음을 알 수 있다.
4.3.2 기후변화를 고려한 한강유역의 물 수급 안 정성 분석
RCP 8.5 기후변화 시나리오를 바탕으로 모의된 한 강유역 중권역별 유출량과 물 수요 및 공급체계를 고 려하여 물 수지 분석을 수행하고 연도별 물 부족량을 산정하였다. 그림 13은 한강유역에 대해 연보별로 산 정된 물 부족량을 나타내고 있으며, 1967∼2007년까 지의 결과는 수자원장기종합계획(국토해양부, 2011) 의 결과를 반영한 것이고 이후는 본 연구에서 분석한 결과를 반영한 것이다.
그림 12. 기간별 월별 평균 유출량
그림 13. 한강유역의 연도별 물 부족량
그림 13의 결과를 통해 한강유역의 미래 물 부족 발생을 분석해보면, 한강유역의 물 부족량은 2030년 대 중반에서 2008년까지의 기간동안에는 거의 물 부 족이 발생하지 않는 것으로 나타나고 있다. 이는 앞서 유출량 분석에서도 확인한 바와 같이 해당기간 유출 량이 크게 증가함에 따라 이용가능한 수자원이 증가 하였기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 2080년 이후 로는 물 부족량이 상대적으로 크게 증가할 것으로 나 타나고 있으며, 거의 매년 물 부족이 발생하는 것으로 분석되었다.
4.3.3 SRES 시나리오와 RCP 시나리오를 이용한 분석결과 비교
본 절에서는 기존 연구 결과와 본 연구에서 수행한 RCP 8.5 시나리오에 따른 결과를 비교 검토하였다.
비교를 위한 기간 설정은 A2 시나리오에 의한 결과에 맞춰 조정하였으며, 이에 따라 2031∼2060년, 2061
∼2090년의 2개 기간에 대해 결과를 비교하였다. 그 림 14는 두 기간에 대한 월평균 유출량 산정 결과를 도시하여 나타낸 것이다.
기간을 구분한 후 유출량을 비교한 결과, RCP 8.5 시나리오를 이용하여 모의된 월별 평균 유출량은 A2 시나리오를 통해 제시된 최대값에 해당하는 결과와
유사한 패턴으로 나타나고 있으나 6월 및 8,9월의 결 과는 상대적으로 큰 차이를 나타내고 있다. 기존 A2 시나리오에 의한 결과에서는 6월 유출량이 상대적으 로 작게 나타나고 있으며, 8월 및 9월 유출량은 크게 산정되고 있다. 그러나 RCP 8.5에 의한 결과에서는 현재 우리나라의 월별 유출량 분포 패턴과 거의 유사 한 결과를 보여주고 있다. 그러나 RCP 8.5에 의한 결 과에서는 현재 우리나라의 월별 유출량 분포 패턴과 거의 유사한 결과를 보여주고 있다. 하지만 이러한 유 출량 산정 결과에 대한 정확한 검토는 RCP 기반 앙상 블 자료 생산 후 이에 대한 추가 분석이 이루어져야 가능할 것으로 판단된다.
두 번째로 물 부족량에 대한 비교를 수행하였다.
그림 15는 기간별로 산정된 현재 대비 물 부족량 비율 을 도시하여 나타낸 것이다. 기존 A2 시나리오에 의 한 결과에서는 미래에 지속적으로 물 부족량이 증가 할 것으로 예측하고 있으며, 2061∼2090년 기간 중 최대 가뭄년 물 부족량은 현재 대비 3.5배까지 증가 할 것으로 예측하고 있다. RCP 8.5 시나리오에 의한 결과에서도 2061∼2090년 기간 중 최대 가뭄년의 물 부족량은 현재 대비 3.3배까지 증가할 것으로 예상되 어 A2 시나리오에 의한 결과와 유사하게 나타나고 있 으나 2031∼2060년의 기간에 대한 결과에서는 상대
(a) 2031∼2060년
그림 14. 기후변화 시나리오에 따른 한강유역 월별 평균 유출량 비교 (b) 2061∼2090년
적으로 큰 차이를 보이고 있다. 이러한 결과는 기존 A2 시나리오에 의한 결과가 50개 앙상블 시나리오를 작성한 후 각각의 물수지 분석 결과를 종합적으로 검 토하여 평균을 산정한 결과이나 RCP 8.5에 의한 결 과는 단일 시나리오에 의한 결과라는 차이에 따른 것 으로 판단된다. 따라서 정확한 비교 결과는 RCP 기반 앙상블 시나리오 생산 후 관련 분석을 수행함으로써 가능할 것으로 판단된다.
기후변화는 미래 우리나라의 물관리 여건에 많은 영향을 주게 될 것임이 분명하며, 향후 나타날 변화를 효과적으로 예측하고 효율적으로 적응 및 대응할 수 있는 대책의 마련이 필요한 상황이다.
5. 결론 및 토의
세계의 물 관련 지표를 조사한 결과, 물스트레스지 수(WSI)의 경우 인구증가의 문제점을 지적하는데 목 적을 두고 있어 상대적으로 우리나라와 같은 인구밀 도가 높은 국가의 경우 물스트레스가 상대적으로 크 게 산정되며, 이러한 점을 개선하기 위해 국가발전지 표 등이 고려된 물빈곤지수(WPI) 또는 사회적 물부족 지수(SWSI)등이 우리나라의 물 사정을 효과적으로
나타낼 수 있는 지표로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
우리나라의 경우 지금까지 지속적 인 수자원개발을 통하여 안정적인 수 자원공급을 위한 토대가 마련되어 왔 으며 국지적인 물 부족은 발생하고 있 지만 국가 전체로 볼 때 물 부족은 상 당부분 개선되어 오고 있다. 그러나 치수문제는 지속적인 투자에도 불구 하고 상대적으로 증가된 기상변동으 로 인해 사회경제적으로 상당한 피해 가 매년 발생하고 있기 때문에 본 연 구에서는 두 가지 정책적 추진 방안을 제시하고자 한다.
5.1 기후변화에 따른 가용 수자원 재평가 및 관련 대책 수립
최근 이상기후로 인해 가뭄 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 국민생활의 피해가 빈발하고 있다.
1900년대 이후 5∼10년마다 가뭄을 반복적으로 경험 하고 있으며, 1990년 이후에는 지역에 따라 2∼3년마 다 크고 작은 가뭄과 7년 주기의 극한 가뭄이 발생하 고 있다. 여름철 연강수량의 70% 가량이 발생하는 우 리나라의 기후특성과 유역경사가 급한 지형학적 특성 에 따라 매년 홍수와 가뭄에 의한 피해를 반복적으로 경험하고 있으며, 최근 들어 피해 규모가 급격히 증가 하고 있는 상황이다.
이와 같이 어려운 물관리 여건에서 기후변화로 인 해 미래 우리나라의 물관리 여건이 현재보다 더욱 악 화될 것으로 예측하고 있으며, 물 공급 시설의 지역적 편중에 따라 시설에 의한 물 공급 체계가 부족한 도 서·해안 및 산간지역의 물 부족 피해가 빈발할 것으 로 예측하고 있다. 본 연구의 분석 결과에 따르면, 한 강유역에 한정된 결과라 할지라도 기후변하에 의한 영향으로 2090년대에는 현재보다 물 부족이 약 3배 이상 증가할 것으로 전망되었으며, 수자원의 시·공 그림 15. 기후변화 시나리오에 따른 한강유역 물 부족량 변동 비교
간적 편중이 보다 심화되어 이용 가능한 수자원이 근 본적으로 부족한 도서·해안 및 산간지역과 같이 강 수에 대한 의존도가 높은 지역은 가뭄으로 인한 물 부 족 피해 가능성이 증가하게 될 것으로 예상된다.
따라서 기후변화에 따라 시·공간적인 수자원 편중 이 현재보다 심화될 것으로 예상되므로 이에 효과적 으로 대처하기 위해서는 시·공간적인 가용 수자원 분포에 대한 정량적인 평가가 필요한 상황이라 할 수 있다. 정량적인 평가를 통해 효과적인 대책 수립을 위 한 기반 정보 생산이 필수적이며, 수자원의 시·공간 적인 편중에 대한 정량적 평가와 물 수요와의 종합적 인 검토를 통해 이수 분야 국가 물관리 정책의 방향을 수립하여 제시할 필요가 있을 것으로 판단된다.
5.2 기후변화에 따른 물 수급 영향 평가 및 이수 안전도 확보 방안 수립
기후변화에 따른 미래 물 수급 영향을 보다 정확하 게 평가하기 위해서는 유출량 등 공급 차원에 대한 영 향 평가와 함께 수요에 대한 영향을 정확하게 반영하 고 미래 수요의 변동을 예측할 수 있어야 한다. 그러 나 지금까지 우리나라에서 수행된 연구에서는 미래 하천유량의 변동을 예측하고 현재의 물 수요를 바탕
으로 물 수급 평가를 수행한 결과라는 한계가 존재하 고 있는 것이 사실이다. 기후변화는 생활, 공업, 농업 용수 등 용수 수요 예측 과정에서 중요한 고려 조건이 될 수 있으며, 기후변화 영향에 따른 수요 변동을 물 수급 영향 평가에 반영할 수 있도록 함으로써 물관리 분야에서 보다 효과적인 기후변화 적응 및 대응 정책 수립이 가능할 것이다.
이와 함께 하천유량에 대한 기후변화 영향을 평가 하고 이를 고려함과 동시에 물 수급 체계를 구성하는 다양한 요소에 대한 영향을 평가하여 반영할 필요가 있으며, 이를 바탕으로 미래 물 부족 및 시공간적인 이수안전도 평가를 수행할 필요가 있다. 이수안전도 에 대한 시공간적인 평가를 통해 현재 수준 이상의 안 전도 확보가 가능하도록 부처별 대책을 수립하여 추 진할 수 있는 체계가 마련되어야 할 것이다.
기후변화를 고려한 종합적인 물관리 대응 대책 수 립은 부처별로 이루어질 경우 비효율적인 결과를 초 래할 수 있으며, 물관리 체계 특성상 부처 간 협력이 필수적인 사항이다. 따라서 부처별로 업무를 분담하 고 협력과제를 선정하여 수행할 필요가 있으며, 이를 통해 효과적인 적응 및 대응 대책 수립이 가능할 것으 로 판단된다.
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