Water for Future
다양한 용수공급원의 갈수상황 판단을 위한 지표 개발연구
1. 서론
현재까지 개발되어 활용되고 있는 가뭄정보는 대부분 강수량 등 기상요소만을 기반으로 생산되 며, 실질적인 물 공급원(하천유출, 댐이나 저수지 등)의 상황을 대체로 고려하지 않고 있다. 그러나 우리나라에서 물 수요에 대한 공급은 댐이나 저수 지, 지하수 등 다양한 수원을 이용하고 있으며, 즉 실제 물을 공급받는 수요자 측면에서는 가뭄을 체 감하는 데 있어 기존의 기상요소만을 고려하여 계 산된 가뭄지수를 기반으로 제공하는 정보와는 괴 리감이 발생하게 된다. 예를 들어 어떤 지역에서 발생한 강수량이 매우 적을 경우 기상학적인 측면 에서는 가뭄이라 판단한다. 그러나 해당 지역 내
물 수요에 대한 대부분의 공급을 담당하는 다목적 댐이 충분한 저수량을 확보하고 있다면, 이러한 경 우 물 수요자는 현재 상황을 가뭄이라고 체감하지 않기 때문이다. 따라서 현재 가뭄 모니터링을 위해 이용되는 일반적인 가뭄지수(SPI, PDSI 등)는 실 제 물 수요자 측면에서 가뭄판단 기준으로 활용하 기 한계가 있으며, 이를 보완할 수 있도록 실제 물 공급 체계를 고려한 갈수지표 산정 방법의 개발이 필요한 상황이다. 본 고에서는 이러한 점을 고려하 여 실제 물 공급 체계를 반영하여 특정 지역 물 수 요에 대한 공급 가능성을 정량화하기 위한 지표 개 발 방안에 대하여 소개하고자 한다.
2. 연구방법
일반적으로 유역 내 설치된 댐 및 저수지 등의 다양한 수원은 홍수와 가뭄과 같은 극한 수문현상 에 탄력적으로 대응할 수 있는 중요한 수자원 관 리도구이며, 실제 가뭄을 판단하는 의사결정자는 물 수요량 대비 다양한 수원으로 들어오는 유입량 과 저류량 상태를 복합적으로 고려해야 할 필요 가 있다. Mehran et al.(2015)는 앞서 언급한 내 용을 반영할 수 있는 사회경제학적 측면에서의 새 로운 가뭄지표로서 Multivariate Standardized Reliability and Resilience Index(MSRRI) 산정 유 지 영 ●●●
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 박사후연구원
jiyoungyoo@kict.re.kr
문 장 원 ●●●
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 수석연구원
jwmoon@kict.re.kr
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기법을 개발하였으며, 최근까지 지속되고 있는 미 국 캘리포니아와 호주를 대상으로 하여 가뭄지 수의 유용성을 검토하였다. MSRRI의 기본 개념 은 가뭄의 원인을 기후변화 및 기상변동으로 인 해 수문학적 가뭄으로 전이되게 된다는 상향식 접 근과 가뭄에 적응하고 대응할 수 있는 회복능력 과 허용능력을 고려하는 하향식 접근을 결합하여 동역학적 체계(Hybrid framework)를 반영하는 데 초점을 두었다. 다음 <그림 1>은 MSRRI의 개 념 및 산정절차에 대한 모식도이며, MSRRI를 산 정하기 위해서는 총 3가지(유입량, 물 수요량, 저 수량)의 입력자료가 필요하다. 우선 첫 번째 단계
로는 상향식 접근으로 유도한 해당유역의 물 수 요량 대비 용수공급원의 유입량 수준을 비교하여 IDR(Inflow-Demand Reliability) 지표가 계산된 다. 두 번째 단계로는 하향식 접근으로 유도한 현 재 가뭄을 대응할 수 있는 허용능력을 평가하기 위해 해당유역의 물 수요량 대비 저수량 수준을 비교하여 WSR(Water Storage Resilience) 지표 가 계산된다. 세 번째 단계로는 앞서 상향식 접근 으로 유도한 IDR 지표와 하향식 접근으로 유도한 WSR 지표를 결합하여 최종적으로 동역학적 모형 을 기반으로 한 MSRRI가 계산된다.
그림 1. MSRRI 개념 및 산정 절차 (Mehran et al., 2015)
IDR 지표는 이수안전도 개념에서의 댐 유입량 조건에서 주어진 목표 용수공급량의 달성여부를 판단하기 위해 신뢰도를 평가하는 도구라고 해석 할 수 있으며, WSR 지표는 댐에 요구되는 월별 물 수요를 계획공급량으로 가정한 후 실제 해당
을 검토하여 가뭄 회복도를 평가하는 도구라고 해 석할 수 있다. 이처럼 계산된 IDR 지표와 WSR 지 표는 기개발된 가뭄지수(SPI)와 동일한 특정 확률 분포함수를 이용하여 표준화된 값으로서, MSRRI 는 IDR 지표와 WSR 지표 계산 시 추정된 각 확률
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계산된다.
3. MSRRI를 이용한 갈수상황 판단지표 산 정결과
한강유역의 대표적인 다목적댐인 소양강댐과 충 주댐 및 가뭄이 심각한 것으로 알려져 있는 보령
댐을 대상으로 하여 새롭게 제안한 갈수상황 판 단지표(MSRRI)를 산정한 후, 우리나라 대표적 인 과거 가뭄시점에 대한 비교분석을 시범적으 로 수행하였다. 다음 <그림 2>은 소양강댐에 대한 MSRRI를 산정함에 있어 사용된 1974〜2015년까 지의 유입량과 저수량을 나타낸 것이며, <그림 3>
는 월별 계산된 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산 정결과를 나타낸 것이다.
그림 2. 소양강댐의 월별 유입량 및 저수량 현황
그림 3. 소양강댐의 월별 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정 결과
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결과를 살펴보면, 소양강댐의 최대 극한 가뭄 발생시점(최대 음의 값)은 기존 우리나라의 극한 가뭄이 발생한 년도와 대체로 일치하는 것을 살펴 볼 수 있으며, 그 중에서도 지난 2015년 지속된 가 뭄은 2014년 여름부터 시작된 극한 가뭄이 역대 최고 수준임을 확인할 수 있다. 특히 IDR 지표를 살펴보았을 때에는 2014년 7월부터 댐 유입량 수 준이 상당히 낮아짐으로 인해 가뭄이 심해졌으며, WSR 지표를 살펴보면 소양강댐의 저수량 수준이 2014년 12월부터 낮아짐으로 인해 가뭄이 극심해 지는 것으로 확인된다. 또한, IDR 지표와 WSR 지 표가 동시에 극한 가뭄상황으로 변화하는 시점에 서의 MSRRI는 보다 극심한 가뭄상황을 나타내고
있는 것을 확인할 수 있다. 즉, MSRRI는 IDR 지 표와 WSR 지표를 동시에 고려하여 추정된 결합 확률밀도함수를 기반으로 추정된 값으로서, 실제 소양강 댐에 적용한 결과에서도 가뭄 신뢰성과 회 복력을 동시에 반영할 수 있다는 장점이 있는 것 으로 확인된다.
<그림 4>는 충주댐에 대한 MSRRI를 산정함 에 있어 사용된 1986〜2015년까지의 유입량과 저 수량을 나타낸 것이며, <그림 5>는 월별 계산된 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정결과를 나타 낸 것이다. 충주댐에 대한 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정 결과를 살펴보면, 지난 2015년 지속 된 가뭄은 소양강댐보다 충주댐이 상대적으로 더
그림 4. 충주댐의 월별 유입량 및 저수량 현황
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심각한 수준의 갈수상황이 발생한 것으로 나타난 다. 특히 2015년 6월은 저수량이 극한 수준으로 낮아져 WSR 지표가 최소값(-3.32)으로 나타났으 며, 더불어 MSRRI도 극한 갈수상태인 것으로 확 인되었다. 2015년 까지 지속된 극한 충주댐의 갈 수상황은 2014년 7월부터 댐 유입량 수준이 급감 한 것이 원인으로 2015년까지 지속된 것으로 확인 된다.
마지막으로 <그림 6>와 <그림 7>은 보령댐에 대
한 1998〜2015년지의 유입량과 저수량의 상황과 월별 계산된 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정 결과를 나타낸 것이다. 결과를 살펴보면, 보령댐 은 2014년 7월부터 저수량 감소가 시작되었으며, 2015년 10월이 최대 극한 가뭄(IDR 지표=-1.5, WSR 지표=-2.1, MSRRI=-2.27)이 발생한 시점 인 것으로 확인된다. 실제 2015년 10월의 보령댐 저수율은 21.5%로 역대 최저수준인 실정이었던 것으로 확인된다.
그림 6. 보령댐의 월별 유입량 및 저수량 현황
그림 7. 보령댐의 월별 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정 결과
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4. 결론 및 제언
본 고에서는 가뭄의 원인을 기후변화 및 기상 변동으로 인한 수문학적 가뭄(IDR 지표)과 더불 어 인간의 활동을 고려하여 자연적으로 발생한 가 뭄에 대한 회복능력(WSR 지표)을 추가 고려한 동 역학적 체계(Hybrid framework) 기반 가뭄지 수(MSRRI)의 활용성을 검토하였다. 그 결과, 지 난 2014〜2015년 실제 발생한 우리나라 극한 가 뭄 시기의 소양강댐, 충주댐, 보령댐의 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI 산정 결과에서도 모두 역대 최고 심한 가뭄인 것으로 감지하는 것으로 확인 되었다. 더불어, 하나의 수문학적 가뭄(IDR이 음 의 값)이 발생하더라도 댐의 저수현황 기반의 회 복능력을 나타내는 가뭄지표(WSR)는 양의 값을 나타내는 경우가 다수 확인되었으며, 이는 자연적 인 가뭄은 발생했을지라도 인간의 활동에 의한 가 뭄 회복능력이 고려되어 최종적으로 MSRRI은 가
뭄에 대응할 수 있는 수준인 것으로 해석된다. 따 라서 IDR 지표, WSR 지표, MSRRI은 가뭄의 기 상학적 및 수문학적 가뭄의 전이현상에 따른 용수 수급 수준에 대한 검토를 수행하는 데 활용성 있 는 지표로 활용이 가능하다고 판단된다. 더불어 자연적인 가뭄을 대응하는 인간의 활동에 대한 영 향을 정량적인 지표로 검토할 수 있을 것으로 기 대되며, 향후 이처럼 다양한 물 공급 수원(하천유 출, 댐이나 저수지)에 대한 전반적인 상황을 고려 하여, 보다 효율적인 체감형 갈수상황 판단지표를 개발하기 위한 노력은 지속되어야 할 것이다.
감사의 글
본 내용은 국토교통부 한강홍수통제소의 갈수관 리 체계 구축 과제의 연구비지원에 의해 수행되었 습니다.
Mehran, A., Mazdiyasni, O., and AghaKouchak, A. (2015), "A hybrid framework for assessing socioeconomic drought: Linking climate variability, local resilience, and demand.", J. Geophys. Res. Atmos., 120, doi:10.1002/2015JD023147.
참고문헌
