1. 서론
2010년 이후, 우리는 매년 가뭄피해에 관한 보도 를 각종 언론매체를 통해 접해왔다. 그 중, 2014년 과 2015년 가뭄은 여름철 강수 부족의 영향으로 일 부 지역의 제한급수, 농업용수 부족 등 물 관리에 많 은 어려움을 야기한바 있다. 국내 가뭄이 통상 2〜3 년 주기로 국지적인 가뭄이 발생하고, 5〜7년 주기 로 극심한 가뭄이 발생한다고 알려져 온 것을 감안 한다면 이는 매우 이례적이다(배덕효 등, 2013). 이 러한 현상이 그동안 이슈화된 기후변화와 관계가 있 다고 단정할 순 없다. 그러나 미래 가뭄피해가 더 증가할 것이라는 연구결과가 제시된바 있으며(Lee and Chang, 2012; 손경환 등 2014), 일부 제한급 수 지역을 제외하고는 가뭄의 심각성에 대한 국민들 인식이 홍수에 비해 낮은 수준이어서 지금까지 물 관리에 대한 전반적인 점검과 선제적 가뭄관리라는 패러다임 도입이 절실히 요구된다.
가뭄은 비가 안와서 발생하는 일시적인 물수지 불 균형 현상으로 적용범위가 광범위 하여 크게 기상학 적, 농업적, 수문학적 및 사회경제학적 가뭄으로 구 분된다. 즉, 지난 강수량이 평년에 크게 못 미쳐 토 양수가 부족하고 하천유량이 불충분하여 생·공·
농업용수 공급에 차질을 빚게 되면 물 부족 피해가 야기된다. 다만, 이들 용수 공급이 가능하도록 하천 유량(용수수원)이 충분하다면 피해는 발생하지 않게 된다. 따라서 하천유량 상황은 가뭄 체감에 밀접하 며, 가뭄관리의 성패를 좌우할 정도로 매우 중요하 다.
수문기상선진국은 하천유량 모니터링 자료를 주 기적으로 제공해 왔으며, 이를 갈수 예측, 판단 및 대책마련에 활용한다. 대표적으로 미국지질조사국 은 수위관측소별 과거 7일, 14일 및 28일 등 기간 별 평균유량 값을 백분위로 변환하여 공간적으로 도 시하였고, 이를 지수화한 갈수 모니터링정보도 같 이 제공한다. 또한, 각 관측소별로 유량 값을 그래 프로 도시하여 시계열 하천유량 상황을 제시하고, 모든 자료를 유관기관에 배포한다. River Forecast Center에서는 모니터링 자료를 하천유량예측모델 및 확률적물관리모델의 입력 자료와 예측결과 검증 에 활용한다. 미국 국립해양대기청과 캘리포니아 에 너지위원회에서는 북부캘리포니아 지역의 하천과 저수지시스템 관리를 위한 INFORM (INtegrated FOrecast and Reservoir Management) 이라는 통 합예측관리시스템을 개발 중에 있다. 이를 통해 물 공급, 환경보호 측면에서 각종 실시간 모니터링 자 료 및 예측정보의 활용성과 가치 평가를 기대하고 있다.
영산강 유역 갈수 모니터링 운영방안
최 규 현
낙동강홍수통제소 예보통제과 과장 choikyuhyun@korea.kr
손 경 환
영산강홍수통제소 예보통제과 시설연구사 hydroskh@korea.kr
국내의 경우 가뭄에 관한 연구를 다수 수행해 왔 으나, 대부분 가뭄지수 개발, 활용 및 분석에 초점 에 맞춰져 왔다. 하지만 갈수 관리에 관한 연구는 미 흡한 실정이며, 특히 갈수예보의 초석이 되는 모니 터링에 관한 연구 또는 체계가 구축되지 못한 실정 이다. 한편, 국토교통부 수자원정보센터와 4대강 홍 수통제소는 여러 협의를 통해 2015년부터 갈수예보 업무를 추진해왔고, 현재 내부적으로 시험운영 중에 있다. 갈수모니터링을 위해서는 예보지점 선정을 위 한 유역현황 정보, 장기간 수문관측자료 및 기준유 량을 활용한 다양한 유역수문 및 하천 갈수상황 정 보가 생산되어야 한다. 본 연구에서는 그동안 영산 강홍수통제소에서 영상강유역을 대상으로한 갈수 모니터링 체계 구축과 향후 운영방안에 대해 제시하 고자 한다.
2. 영산강 갈수 모니터링 시범운영 현황 2.1 유역현황자료 수집
유역현황자료로는 시군구에서 매년 발간하는 통
계연보와, 최신의 토지피복도 자료를 수집하였고, 관할구역 내 하천수사용량과 10년 이상 관측이 이뤄 진 수위관측지점의 일유량 자료를 검토하였다.
그림 1은 영산강의 수문관측소현황, 논 면적 및 하 천수사용량을 도시한 것이다. 그 중, 논 면적은 표준 유역별 값을 표준화한 것이며, 하천수사용량은 시설 물별 초당 사용량의 총합을 공간적으로 도시한 것이 다. 주요 하천시설물로는 4개의 대규모 농업용저수 지(장성호, 나주호, 담양호 및 광주호)와 9개 둑 높임 저수지가 위치해 농업 및 하천유지용수를 공급하고 있으며, 본류에 2개 다기능보(승촌보 및 죽산보)가 위치해있다. 또한, 하류 하구언에는 연락수로로 연결 된 3개 농업용 담수호(영암호, 영산호 및 금호호)가 위치해있다. 관측시설로는 수위관측소 113개소, 강 수관측소 69개소 그리고 1개의 증발산 관측소가 위 치해 있다. 논 면적은 영암군, 무안군, 나주시, 장성 군 및 담양군 순으로 영암군이 가장 넓은 것으로 나 타났다. 하천수사용량의 경우 본류는 담양댐 하류〜
마륵 지점까지 약 2.0〜3.5㎥/s, 죽산보〜하구언까 지 3.5〜25.5㎥/s, 황룡강은 1.5〜3.5㎥/s, 지석천은 1.0〜2.0㎥/s 정도의 사용량이 분포하였다. 주로 농 업용수 사용이 많았으며, 실제로 총 205건의 허가시
(a) 수문관측소 현황 (b) 논 면적(%) (c) 하천수사용(㎥/s)
그림 1. 영산강 유역 현황
설물 중 농업용수 178건, 공업용수 16건, 생활용수 2 건, 기타 발전 및 환경개선용수 9건으로 농업용수가 전체 건수 대비 86.8% 가장 많았다.
2.2 기준유량 산정
기준유량은 갈수상황 판단을 위해 국가재난 위 기경보수준(관심, 주의, 경계, 심각)에 따라 분류된 유량이다. 본 연구에서는 기준유량 산정을 위해 국 토교통부의 관리유량 계산에 활용된(국토교통부, 2013) 일본의 정상유량 산정 개념을 이용하였다. 관 리유량은 유수의 정상적인 기능을 기대하기 위해 필 요한 유량으로써, 표준유역별 유입량(기준갈수량) 및 취수량(하천수사용량)과 고시지점의 하천유지유 량을 이용하여 산정된다. 즉, 물수지 상에서 유입량 과 취수량의 차와 하천유지유량의 만족 여부를 고려 하고 이에 만족하는 값을 하류까지 계산하는 방법이 다. 그러나 관리유량은 단일 값으로 4단계로 구분되 어야 하는 기준유량 산정에 바로 적용하기는 다소 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 각 단계별 수문 상황을 고려하여 유입량, 취수량 및 유지유량에 대 한 조건을 재구성 하였다. 표 1은 각 단계별 유입량, 취수량 등의 조건을 나타낸 것이다. 유입량의 경우
수자원장기종합계획(2006)에서 계산된 일 단위 모 의유량 값으로부터 유황분석을 수행하여 각 연도별 갈수량을 추출하고 빈도해석을 통해 적정 분포형 선 정 및 빈도별 유량값을 계산하였다. 또한, 댐 유역 에 대해서는 유지유량만을 하천본류에 공급하는 것 으로 설정하였으며, 영산강 수계에 다소 큰 비중을 차지하는 하·폐수방류량을 고려하고자 최근 5년간 기록된 방류 실적을 이용하였다. 취수량은 관심 및 주의 단계에서 모두 허가량을 만족하나, 경계 및 심 각단계에서는 70%, 50%까지 조정 하였다.
표 1의 조건에 따라 영산강 수계를 대상으로 단계 별 관리유량을 산정하였다(그림 2). 그림에서 X축은 하류에서 상류로의 영산강 본류 거리, Y축은 관리유 량을 의미한다. 하류로부터 85km 구간에 유량이 크 게 증가하는 것은 영산강 본류로 유입되는 하·폐수 방류량(광주천 직상류)의 영향에 의한 것이며, 대체 로 하류로 갈수록 7〜8㎥/s 이상임을 알 수 있다.
2.3 갈수 모니터링 시범운영
영산강홍수통제소에서는 유역현황자료 및 기준유 량을 토대로 2016년 6월부터 영산강유역을 대상으 로 매주 주단위(1개월 전망), 월단위(3개월 전망) 갈
표 1. 단계별 기준유량 산정의 입력자료 현황
단계 유입량 취수량
관심
•평균 갈수량
•댐 유지유량 방류
•하·폐수 방류량(5년 평균)
허가량
주의
•기준 갈수량(10년 빈도)
•댐 유지유량 방류 고려
•하·폐수 방류량(5년 평균)
허가량
경계
•20년 빈도 갈수량
•댐 유지유량 방류 없음
•하·폐수 방류량(평균의 70%)
허가량의 70%
심각
•50년 빈도 갈수량
•댐 유지유량 방류 없음
•하·폐수 방류량(5년 최저)
허가량의 50%
그림 2. 영산강 본류 관리유량 산정결과
수예보업무를 시범운영 중에 있다. 주단위에서는 지 난 1, 2주 현황과 향후 4주간 전망정보, 월단위에서 는 지난 1, 2개월 현황과 향후 3개월 전망정보를 생 산한다. 따라서 갈수예보는 크게 모니터링 및 전망 정보로 구분되며, 그 중, 유역 내 강수현황, 하천 시 설물 및 유량현황 정보를 생산하는 갈수 모니터링에 대해 소개하고자 한다.
강수현황에서는 기상청의 82개 ASOS(종관기상관 측장비) 및 우리 소 관할 일 단위 강수량자료가 활용 되며, 기간별 누적강수량과 평년대비 강수량자료가 생산된다. 또한, 두 정보는 티센가중법에 의한 유역 평균강수량(표준유역 및 대권역)과 지점별 강수분포 자료로 구분된다. 그림 3은 2017년 4월 16일을 기준 으로 생산된 영산강권역의 1, 2주 및 총 누적강수량 의 분포도를 예로써 나타낸 것이다. 지난 일주일간 영산강 및 섬진강에 강수량이 많았으나 총 강수량의
경우 내륙지역이 평년보다 못 미치는 것을 볼 수 있 다. 이를 통해 업무 담당자는 강수 부족이 지속됨을 알게 되고 관련 지역에 하천유량 상황을 검토하게 된다.
하천유량현황은 10년 이상의 유량자료가 축적된 관측소가 활용되며, 기간별 평균 유량 값을 예년대 비 값으로 변환하여 자료를 생산한다. 또한, 영산강 에 광주, 선암, 마륵 및 나주, 섬진강에 곡성, 송정 및 구례 관측소를 주요 모니터링 지점으로 지정하여 갈수 상황을 집중 감시하고 있다. 그림 4(a)는 영산 강 유역에 관측소별 지난 1주일간 예년대비 유량현 황을 공간적으로 나타낸 것이며, 그림 4(b)는 시계 열로 나주지점의 예년 최대, 최저 및 중간 및 2017 년 일 유량을 도시한 것이다. 7일간 평년대비 많은 강수량으로 유역 전반에 관측유량이 예년대비 많았 으며, 총 강수량은 평년보다 적을 지라도 다기능보
그림 3. 영산강권역 강수현황(2017.04.16. 기준) (a) 1주 전 강수량
(d) 1주 전 강수량의 평년대비(%)
(b) 2주 전 강수량
e) 2주 전 강수량의 평년대비(%)
(c) 총강수량
(f) 총 강수량의 평년대비(%)
등 시설물 운영에 의해 하천유량상황이 예년 수준임 을 판단할 수 있다. 하천유량 자료에 대한 지역적 및 시계열 분석은 갈수모니터링 업무에 반드시 필요하 며, 현재 섬진강, 만경·동진강 및 탐진강 유역에 확 대 중에 있다.
3. 갈수 모니터링의 운영방안
본 연구에서는 영산강 유역에 유역현황 및 수문자 료를 수집하고 기준유량을 이용한 갈수 모니터링 체 계를 구축하였다. 이상의 결과는 갈수 및 홍수로 인 한 재해의 방지와 수자원의 효율적인 운용을 지향하 는 협의회(하천수조정협의회와 댐·보 등의 연계운 영협의회)의 의사결정 지원에 활용될 것이라 기대한 다. 다만, 객관적이고 합리적인 정보 생산과 업무 운 영을 위해서는 지속적인 보완 및 개선이 필요하며, 이를 위한 주요 방안은 다음과 같다.
(1) 댐 용수공급 상황을 고려한 갈수 모니터링 : 댐 의 용수공급량은 용도별(생·공·농) 물 사용 후, 상당수가 하류 하천에 회귀수로 공급된다.
따라서 댐의 가뭄상황은 하천의 갈수상황과 관 계가 밀접하며, 그 판단에 있어서도 매우 중요하
다. 최근 국토교통부 수자원개발과에서는 다양 한 가뭄정보 제공을 통한 선제적 가뭄 대응을 지 원하기 위해 생활 및 공업용수 분야 가뭄 포털시 스템을 구축하였다. 현재 시범운영 중에 있으며, 유관기관 및 전문가 검토를 거쳐 대국민에게 서 비스 할 예정이다. 향후, 이 시스템과 연계한 갈 수모니터링 체계가 구축되어야 할 것이며, 나아 가 농업용 저수지 운영정보도 함께 고려되어야 할 것이다.
(2) 유역현황자료의 지속적인 수집 : 유역현황은 하 천시설물 운영현황 및 계획, 인구수, 도시화율, 수혜지역 면적, 물 공급 및 이용 계통도 등, 유역 내 물 사용과 관련된 요소들을 말한다. 이는 갈 수예보지점 및 가뭄 취약지역 선정에 활용되는 등 가장 기본이면서도 중요한 자료이다. 갈수 관 리 목적의 가용자료 선정과 유역단위로의 제공 이 구체화되어야 할 것이다. 특히, 하천수사용 량의 경우 영산강권역에 총 8,518건 중 미등재 가 8,060건으로 조사되었고, 농업용수의 경우 물 사용 계통도 파악이 어려운 실정이다. 유관기 관과의 유기적 협력체계를 구축하여 현황파악을 위한 자료 구축이 요구되는 바이다.
(3) 기준유량에 대한 지속적인 평가 및 보완 : 기준
(a) 1주 전 예년대비 유량현황(%) (b) 나주지점 유량현황
그림 4. 영산강 유역 유량현황(2017.04.16. 기준)
유량은 Yevjevich (1967)의 성과 이래로 그동안 다수의 연구가 진행되어 왔다. 주로 기간별 유량 에 대한 빈도해석을 통해 하천별로 차별화된 유 량 제시가 주를 이루며, 특히, 확률론적 의사결 정 방법의 일환으로 기준유량별 다양한 물 부족 및 공급 시나리오를 분석하여 가뭄대책 마련에 활용하고 있다. 앞으로의 협의회 운영을 위해 빈 도해석 기반의 기준유량과의 비교분석 및 다양 한 시나리오 분석이 필요하며, 나아가 기상학적 가뭄지수 등 유관기관의 가뭄판단 정보들과의
연계 검토가 필요하다.
(4) 갈수취약지표 개발 및 운영 : 이를 위해 하천유 역현황자료와 기준유량 기반의 시나리오 분석 자료가 반드시 수반되어야 할 것이며, 물수지 해 석 등 다양한 방법을 거쳐 물 부족 위험지역이 제시되어야 할 것이다(Fundel et al., 2013). 또 한, 국민들이 알기 쉽고 가뭄위험 수준을 체감할 수 있도록 최종 정보를 지표화 하여 제시할 필요 가 있다.
국토교통부, (2013) 갈수기 유량관리 업무체계 구축방안.
국토교통부, (2006) 수자원장기종합계획(2006-2020).
배덕효, 손경환, 김헌애 (2013). 수문기상 정보에 따른 국내 가뭄판단기준 제시 및 평 가, 한국수자원학회논문집, Vol. 46, No. 3, pp. 287-299.
손경환, 배덕효, 안재현 (2014). 미래 기후·수문 정보에 따른 국내 가뭄의 전망 및 분 석, 한국수자원학회논문집, Vol. 47, No. 1, pp. 71-82.
Fundel, F., Jorg-Hess, S. and Zappa, M. (2013). Monthly hydrometeorological ensemble prediction of streamflow droughts and corresponding drought indices, Hydrology and Earth System Sciences, Vol. 17, pp. 365-407.
Lee, J.H. and Kim, C.J. (2013). A multimodel assessment of the climate change effect on the drought severity–duration–frequency relationship, Hydrological Process, Vol. 27, No. 19, pp. 2800-2813.
Yevjevich, V. (1967). An Objective Approach to Definition and Investigations of Continental Hydrologic Drought. Hydrology paper 23, Colorado State University, Fort Collins, USA.
참고문헌
