1. 서 론
물은 인류에게 없어서는 안될 가장 소중한 자원이 자 과거 중남미의 찬란했던 마야문명이 극심한 가뭄 에 의해 자취를 감춘 것처럼 가장 위협적인 존재가
될 수 있다. 인류사회의 동력원임과 동시에 위협적 존재인 물을 제어하기 위해 인류는 태양력 및 기하 학, 건축술, 천문학 등 관련 기술이 발달해 왔으며, 홍수의 범람을 막기 위해 제방을 쌓고 가뭄을 해결 하기 위한 관개 기술 또한 인류사회의 발전과 더불 어 꾸준히 발달해 왔다.
반면, 급속한 경제성장에 따른 산업화 및 도시화, 인구증가는 인간의 활동과 맞물려 수질 및 생태계에 심각한 영향을 끼쳐왔으며, 물 부족 또한 심각한 실 정이다. 이러한 물부족에 대한 취약요인을 해소하기 위해 다목적댐을 건설하고 광역상수도를 개발하는 등 용수공급의 안정성 확보를 위해 국가 차원에서 지속적으로 노력하고 있으나, 기후변화에 따른 강수 량의 계절적, 지역적 변동성은 우리나라의 물 관리 여건을 더욱 힘들게 하고 있다. 특히, 홍수조절과 용 수공급 기능을 복합적으로 포함하고 있는 다목적 댐 등은 극한 홍수빈도의 증가로 홍수조절 능력이 상향 조정됨에 따라 상대적으로 용수공급은 감소되어 물 공급 여건이 악화될 것으로 전망되고 있다.
따라서 기후변화에 따른 용수공급의 불확실성을 절감하기 위해서는 현재의 다목적댐 및 용수공급 시 스템의 공급능력을 평가하고, 기후변화에 대비한 물 공급 예비율 도입 및 용수공급시설 최적 연계운영 체계 개발을 통해 물 부족 상황에 사전 대응할 수 있 는 적응능력 강화가 절실하다. 이에 제2세부 연구 과제에서는 국가수자원장기종합계획 수립 시 기후
Issue
(2세부과제) 기후변화 적응 안정적 용수수급 기술 개발
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황 만 하 ●●●
(협동연구책임자) K-water 연구원 수석연구원 hwangmh@kwater.or.kr
김 태 웅 ●●●
(공동연구책임자) 한양대학교 교수 twkim72@hanyang.ac.kr 정 일 원 ●●●
(공동연구책임자) APEC 기후센터 기후변화연구팀장 bobilwon@apcc21.org
이 동 률 ●●●
(공동연구책임자)
한국건설기술연구원 선임연구위원 dryi@kict.re.kr
변화에 따른 수자원 영향 반영과 기후변화 대응 물 관리 및 극한가뭄극복 운영체제를 실현하여 기후변 화에 대비한 안정적인 수자원 확보 및 용수공급기 술 개발을 목표로 다음과 같은 4개 분야의 세세부과 제를 구성하여 연구를 수행하고자 한다. 4개 분야 의 세세부과제는 1)기후변화 대비 안정적 용수수급 을 위해 최신 AR5 RCP 기반의 고해상도 기후·수 문 시나리오를 생성 및 평가 2)기후변화 영향이 고 려된 국가 수자원 장기종합계획수립 방안, 3)안정적 용수공급을 위한 댐 예비율 확보 및 저수지 운영 기 술, 그리고 4)극한 물 부족 대응 국가 비상대응체계 구축기술을 개발 등이며, 이를 통해 궁극적으로 국 가의 중장기 수자원 계획수립, 다목적댐 효율적 운 영 및 극한가뭄 극복체계 구축에 실질적으로 활용될
수 있도록 기여하고자 한다.
2. 주요 연구내용
“기후변화 대비 수자원 적응기술 개발 사업단”의 2세부과제인 “기후변화 적응 안정적 용수수급 기술 개발”은 협동기관인 K-water를 중심으로 공동연구 기관인 APEC 기후센터, 한국건설기술연구원, 한양 대학교와 위탁연구기관인 아주대학교와 부경대학교 로 구성되어 있으며, 4년 9개월(2014.09~2019.06) 동안 기후변화 적응 안정적 용수수급이라는 목표달 성을 위해 그림 1과 같이 각 연구기관이 지속적으로 협업하고 연계하여 기술개발을 수행하고자 한다.
그림 1. 2세부과제 총괄 연구개발 모식도
2.1 AR5 기반 MME 기후/고해상도 중장기 수문 시나리오 생산 및 평가기술 개발(제2-1세세 부과제)
유럽 및 북미 선진국들은 IPCC 4차보고서를 근간 으로 기후변화의 부정적인 영향을 최소화하기 위한
수자원관련 중장기 적응정책을 수립하였으며, 최근 발간된 IPCC 5차보고서 결과에 대해 기존 전략을 수정 및 보완함으로써 발생 가능한 기후변화의 악영 향에 대비하고 있으나, 국내 기후변화 연구는 대부 분 IPCC 4차보고서 결과를 기반으로 하고 있다. 또 한, 기후변화에 대비한 수자원의 적응전략 수립에서
가장 기본이 되는 정보는 신뢰성이 평가된 상세 기 후 및 수문 시나리오이나 아직까지 국내에서는 표준 화된 방법이 부재하고, 연구자에 따라 상이한 방법 을 적용함으로써 실효성 있는 적응전략 수립에 걸림 돌로 작용하고 있다. 따라서 본 세세부 과제에서는 기후변화 대비 안정적 용수공급을 위해 AR5 RCP
기반 기후전망 D/B를 구축한 후 각 기후모델의 기 후모사력, 불확실성 및 국내외 이용되고 있는 통계 적 상세화 기법 평가를 기반으로 한반도 맞춤형 유 역규모의 상세 기후 및 수문 시나리오를 생산할 수 있는 표준화된 시스템을 구축하고자 한다(그림 2).
그림 2. 2-1세세부과제 연구추진 개념도
2.2 기후변화에 따른 권역별 수자원시설 용수공 급능력 평가기술 개발(제2-2세세부과제)
기후변화는 수문환경뿐 아니라 인간생활 패턴에 도 영향을 미쳐 용수의 공급과 수요의 예측 오차를 증대시킬 것으로 예상되며, 이는 용수의 안정적 공 급에 불확실성을 야기해 사회·경제적 피해를 증가 시킬 것으로 전망되고 있다. 이에 정부는 “국가 기후 변화 적응 종합계획”을 통해 기후변화에 대비한 수 자원계획 수립 및 안정적 용수공급을 세부 역점 추 진과제로 제시하고 있으며, 기후변화에 대비한 안정 적 용수공급 시스템 구축을 위해 이상 가뭄 및 비상 시 안정적 용수공급 시스템 마련, 대체수자원의 지 속적 개발 및 확보를 목표로 하고 있다. 2011년 수
자원장기종합계획에서도 기후변화로 인해 나타날 수 있는 이수안전도 저하에 대응하고 지역별 물 부 족 특성을 고려한 지역에 적합한 물 확보 대책 수립 의 필요성을 제시하고 있다. 그러나 기존 국가 수자 원장기종합계획에서는 기후변화에 따른 수자원 영 향을 정량적으로 평가할 수 있는 방법론조차 제시 되어 있지 못한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기 후변화에 따른 용수공급 취약시설 및 지역을 도출하 고 이에 따른 용수공급시설물 최적 연계 운영 체계 개발 및 향후 예상되는 물 부족 대응을 위한 적응체 계를 도출할 수 있도록 국가 수자원계획 수립 시 기 후변화에 따른 수자원 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 기술을 개발하여 제시하고자 한다(그림 3).
그림 3. 2-2세세부과제 연구추진 개념도
2.3 기후변화 대응 수자원시설물의 물공급 예비 율 기술 개발(제2-3세세부과제)
최근 기후변화로 인한 기온상승, 강수량 패턴 변 화, 증발산량 증가 등 수자원의 변동성이 더욱 심 해질 것으로 전망되며 국민의 안정적인 삶의 질 향 상과 국가 경제의 필수적인 수자원 확보기술 개발 이 필요한 시점이다. 그러나 수자원시설물 건설은 상·하류간 물분쟁, 환경문제 및 수질악화 등의 이 유로 신규건설의 어려움이 있기 때문에 신규건설보 다는 기존 시설물을 최대한 효율적으로 활용할 수 있는 운영기술 개발이 필요하다. 국내의 경우 전력 은 10~15%, 석유비축량은 3~5개월 정도의 예비량 을 확보하고 있으나, 수자원의 경우 기후변화로 인 해 공급의 불확실성이 커지고 있음에도 불구하고 아
직 예비율 개념이 도입되지 못하고 있는 실정이다.
유사한 개념으로 비상용수에 관한 연구도 일부가 진 행되었지만 비상용수 산정 및 활용에 대한 기준 마 련이 미비하여 이와 관련된 연구진행이 필요하다.
또한, 다목적댐의 경우 댐별 운영기준이 일원화되어 있지 않고 가뭄 시 단계별 용수공급 제한계획은 문 장으로 기술한 규칙에 입각하여 단일 댐의 물 공급 을 제한하고 있는 수준으로 이를 실현할 기술개발을 통해 기후변화에 따른 안정적 용수공급을 지원하기 위한 표준화된 저수지 운영기술이 절실한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 기후변화 대비 물 공급 예비 율을 고려한 저수지 운영기준을 정립하여 안정적인 용수공급능력을 확보할 수 있는 수자원 관리기술을 개발하고 가이드라인을 제시하고자 한다(그림 4).
그림 4. 2-3세세부과제 연구추진 개념도
2.4 유역 및 권역별 극한 물부족 Emergency Plan 수립(제2-4세세부과제)
미래 기후변화로 인하여 전 세계 대부분의 국가에 서는 가뭄 발생빈도가 증가하고 가뭄심도가 더욱 커 지는 현실에서 극한 가뭄 등 물 부족으로 생기는 사 회적 피해는 생활에서 느끼는 불편뿐만 아니라 질병 의 증가, 사회불안 등이 있을 수 있다. 경제적으로는 수질오염 심화에 따른 처리비의 증가, 농작물의 수 확 감소, 생산중단에 의한 손실과 그에 따라 빚어지 는 물가상승 등의 피해가 예상되며, 산업에 끼치는 영향은 다른 관련 산업으로 파급되어 물 부족이 장 기적으로 계속될 경우 국가경쟁력의 전반적인 약화 로 그 범위가 퍼져나갈 수 있다. 물은 사회적, 경제 적, 환경적 개발을 위한 중요한 자원이다. 그렇기 때 문에 물부족과 가뭄에 대비하기 위한 정책에서 국가 및 지자체의 역할이 강조되고 있다. 국가적인 차원 에서 극한가뭄의 영향을 완화하기 위해서는 정치적, 제도적, 법적인 측면뿐만 아니라 경제적인 측면도 중요하다. 아직 우리나라는 단계별 가뭄의 정의 및 비상대응체계에 대한 명확한 기준이 확립되어 있지
않으며, 저수지 운영 또한 댐 건설시 산정된 저수지 유입량을 기준으로 운영하고 있어 기후변화로 인한 불확실성을 전혀 고려하지 못하고 있다. 또한 국내 극한가뭄 상황에 대해서는 기관별로 상이한 가뭄비 상대응 체계를 가지고 있는 한계점을 가지고 있다.
따라서 본 연구에서는 기후변화로 인하여 발생 가능 한 극한 가뭄시나리오 상황에서 가뭄재해 피해를 최 소화하기 위해 지역적 특성을 고려한 용수확보전략 을 비롯한 기후변화 적응전략 실행 프레임워크의 개 발 및 범 정부차원의 극한가뭄 대응전략 기술을 개 발하여 제시하고자 한다(그림 5).
3. 연구목표 및 예상성과
3.1 AR5 기반 MME 기후/고해상도 중장기 수문 시나리오 생산 및 평가기술 개발(제2-1세세 부과제)
제2-1세세부의 최종 연구목표는 AR5 시나리오 기반 한반도 상세 기후변화 시나리오 작성 기술 및
그림 5. 2-4세세부과제 연구추진 개념도
그림 6. 2-1세세부과제 최종목표 제공시스템 개발하는 것으로, AR5 기후전망 자료
수집 및 D/B 구축, AR5 상세 기후 및 수문 시나리 오 생산기술 개발, Decadal 기후전망의 수문학적 활 용기술 개발, AR5 상세 기후 및 수문 시나리오 생산 및 제공 시스템 개발, 시나리오 생산 및 제공 시스템 운영 및 안정화를 위한 기술개발이다(그림 6). 특히, 본 연구에서 개발된 AR5 RCP 기반 상세 기후 및 수 문 시나리오는 2세부과제 내 타 세세부과제 뿐 아니
라 연구단 내 타 세부과제에서 활용하게 된다. 또한, 본 연구에서 개발된 표준화된 기후 및 수문 시나리 오 생산 기술은 새로운 기후정보(예, AR6) 제공 시 신속한 업데이트가 가능하며, 국가차원의 기후변화 적응전략 수립 시 중복적인 예산 낭비를 방지하고, 기후변화 적응전략 수립의 신뢰성을 향상시킬 수 있 을 것으로 기대된다.
3.2 기후변화에 따른 권역별 수자원시설 용수공 급능력 평가기술 개발(제2-2세세부과제)
제2-2세세부 과제의 최종 연구목표는 국가 수자 원장기종합계획 수립 시 기후변화 영향을 반영할 수 있는 기술을 개발하는 것으로, 권역별 수자원시 설 용수공급 능력 평가 및 최적 용수공급체계 개발, 기후변화 적응을 위한 용수공급능력 취약성 평가기 술 개발, 기후변화 적응 신규수원개발 투자 우선순
위 결정지원 기술 개발이다(그림 7). 본 연구의 결과 가 국가 수자원장기종합계획 수립 시 반영 될 경우, 미래 용수공급 확보를 위한 국가의 기후변화 수자원 적응 정책 추진에 탄력을 받게 될 것으로 기대된다.
또한, 기후변화에 따른 수자원 영향 평가를 통해 현 용수공급시설의 최적 연계 운영방안을 제시하고 이 를 통해 물이용 효율을 극대화시키며, 유역의 취약 성 분석 결과의 국가사업 우선순위 결정 활용은 효 율적 국가 예산 활용에 기여할 것으로 기대된다.
3.3 기후변화 대응 수자원시설물의 물공급 예비 율 기술 개발(제2-3세세부과제)
제2-3세세부과제의 최종 연구목표는 댐 예비율 을 고려한 저수지 운영기술을 개발하는 것으로, 댐 예비율 적용 모형 정립 기술 개발, 저수지 운영 표 준화 기술 및 가뭄 단계별 다목적댐의 용수 제한공 급 규칙 개발이다(그림 8). 본 연구에서 개발된 기
술을 확보함으로써 현행 국가안전관리세부집행계획 (K-water, 2013)에서 문구로 지정되어 있는 가뭄 대비 비상대응체제를 정량화 하여 비상가뭄 단계별 대책을 사전에 객관적으로 추진이 가능할 것으로 기 대된다. 또한 이상갈수 시 가뭄에 취약한 지역을 사 전에 예방할 수 있는 다목적댐 예비율 추정 및 운영 가이드라인 제공함으로써 저수지 운영효율을 극대 화가 가능할 것으로 기대된다.
그림 7. 2-2세세부과제 최종목표
그림 8. 2-3세세부과제 최종목표
3.4 유역 및 권역별 극한 물부족 Emergency Plan 수립(제2-4세세부과제)
제2-4세세부과제의 최종 연구목표는 기후변화 에 따른 가뭄지수의 비정상성 빈도해석을 통한 극 한 가뭄시나리오를 개발하고 범 정부차원의 가뭄대 책을 위한 대응기술을 개발하는 것이다. 극한가뭄 시나리오 개발, 극한가뭄 취약지역 평가 및 극한가 뭄 시 물 공급 우선순위 산정기법 개발을 토대로 극
한가뭄 평가기법을 개발하고 수자원확보 취약지역 의 기후변화 적응전략 실행 프레임워크를 개발하 여 극한가뭄에 대비한 가뭄상황 대응체계를 구축함 으로써 가뭄 단계별 국가 Emergency Plan 수립이 다(그림 9). 본 연구에서 개발된 극한가뭄 시나리오 및 극한가뭄대응 가이드라인을 가뭄관련 국가 기관 및 지방자치단체에서 활용함으로써 극한가뭄에 따 른 피해 최소화로 국가 물안보 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다.
그림 9. 2-4세세부과제 최종목표
4. 연구 성과의 실용화 계획
본 과제 연구팀의 예상성과 및 실용화 성과로는 (2-1)상세 기후 및 수문 시나리오 생산 및 제공 시 스템, (2-2)국가 수자원장기종합계획에 기후변화 영향 반영 기술, (2-3)댐 예비율을 고려한 저수지 운영기술, (2-4)극한가뭄 대응 가이드라인 등이며, 이를 바탕으로 국가 수자원장기종합계획 수립 시 기 후변화에 따른 수자원 영향 반영과 K-water 다목
적댐 기후변화 대응 물관리 및 극한가뭄극복 사전운 영체계를 실현하는 것이다.
이를 위해 본 연구에서는 가장 중요한 AR5 시나 리오 기반 한반도 상세 기후변화 시나리오를 작성하 여 관련 기관 및 정부정책에 용이하게 이용 가능하 도록 시스템을 개발하여 제공하고, 이에 따른 상세 수문 시나리오에 대해서도 제공할 수 있도록 할 계 획이다. 아울러 기후변화 영향이 고려된 국가 수자 원 장기종합계획수립, 댐 예비율 확보 및 저수지 운
영 가이드라인, 그리고 극한 물 부족 대응 국가 비상 대응체계를 제시하여 관련부서 및 기관에서 활용 가 능하도록 할 계획이다.
5. 결 론
본 과제의 연구목표는 궁극적으로 국가수자원장 기종합계획에 필요한 기후변화에 따른 수자원 영향 여부와 이에 대응한 물 관리 및 극한가뭄극복 운영 체제를 실현하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 4개의 세세부과제로 구성하여 (2-1)상세 기후 및 수 문 시나리오 생산 및 제공 시스템, (2-2)국가 수자 원장기종합계획에 기후변화 영향 반영 기술, (2-3) 댐 예비율을 고려한 저수지 운영기술, (2-4)극한가 뭄 대응 가이드라인 제시 등으로 구성하였으며, 연 구가 성공적으로 수행되었을 경우, 향후 한반도의 상세 기후변화 시나리오가 제시될 것이며, 이에 대 한 이용 가능한 시스템도 확보하게 될 것이다. 이와 함께 기후변화 영향이 고려된 국가 수자원 장기종합 계획 및 댐 예비율 확보 방안, 안정적인 용수공급을 위한 저수지 운영 가이드라인, 그리고 극한 물 부족
대응을 위한 비상대응체계 구축방안이 제시될 것이 다. 연구과정에서 생산된 상세기술로는 AR5 기후전 망 및 D/B, AR5 상세 기후 및 수문 시나리오 생산 기술, Decadal 기후전망의 수문학적 활용기술, 권 역별 수자원시설 용수공급 능력 평가 및 최적 용수 공급체계, 기후변화 적응을 위한 용수공급능력 취약 성평가 및 신규수원개발 투자 우선순위 결정지원 기 술, 댐 예비율 적용 모형 정립 기술, 저수지 운영 표 준화 기술, 극한가뭄 평가기법 및 가뭄 단계별 다목 적댐의 극한가뭄 시나리오 구성을 통한 극한가뭄 취 약지역 평가, 극한가뭄시 물 공급 우선순위 산정기 법, 수자원확보 취약지역의 기후변화 적응전략 실행 프레임워크 등이며, 이들의 연구성과는 국토교통부 나 각 지자체 및 물관련 전문기관 등에서 활용이 가 능할 것으로 기대된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리사업의 연구비지 원(14AWMP-B082564-01)에 의해 수행되었습 니다.
