Water for Future
1. 서론
2000년 이후 9번(2000, 2001, 2006, 2008, 2009, 2012, 2013, 2014, 2015)이나 전국적으로
가뭄이 발생하는 상황에서, 가뭄관련 각 부처(국 토교통부, 농림축산식품부, 환경부, 기상청, 국민 안전처 등)의 체계적이고도 선제적인 가뭄대응이 미흡한 실정이다.
이는 최근 기후변화로 가뭄의 빈도와 강도가 계 속 증가하고 있음을 보여주고 있으며, 앞으로도 더욱 심한 가뭄을 겪을 가능성이 높을 것으로 전 망된다. 그림 1은 한강권역의 1985년부터 2014 년까지의 수문요소들을 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모델로 분석한 결과인데, 1985-1999년 기간과 2000-2014년 기간을 구분 하여 보더라도 연평균 강수량은 비슷한데 연 최 저/최고기온의 증가경향이 뚜렷한 상황에서, 여름 철을 제외한 나머지 계절의 강수량은 감소, 겨울 철에 이은 봄철의 유출량과 지하수 충전량이 감소 하는 추세를 보였다. 이는 우리나라의 농작물 재 배특성상 봄가뭄에 더욱 취약해지는 상황을 유발 하고 있다고 볼 수 있다.
지난 60여년간 겪은 가뭄기록을 살펴보면, 약 6년 주기의 가뭄을 겪어 왔으나, 역사적인 가뭄 기록에 의하면 38년 주기의 대가뭄, 124년 주 기의 극대가뭄이 찾아오는 것으로 분석되고 있 다. 그림 2는 1770~1906년의 조선왕조실록 측 우기자료, 1907~2015년의 기상청 서울자료, 2016~2100년까지의 기상청 미래 기후변화 시나 리오(HadGEM3-RA; Hadley Centre Global
국가가뭄 위험관리 대응체계 구축방안
- 국가가뭄지식시스템 구축을 위한 WINS 고도화 -
김 성 준 ●●●
건국대학교 사회환경플랜트공학과 교수 kimsj@konkuk.ac.kr
정 희 규 ●●●
국토교통부 수자원정책과 수자원정책국 수자원정책과장 jkjk2000@korea.kr
조 효 섭 ●●●
국토교통부 한강홍수통제소 수자원정보센터 센터장 chohs9882@korea.kr
이 지 완 ●●●
건국대학교 사회환경플랜트공학과 박사과정 closer01@konkuk..ac.kr
Water for Future
Environment Model version 3-Regional Atmosphere model) RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 emission scenario)에 의한 서울지역 강수량 전망자료를 이
어서 정리한 것이다. 그림에서 보면, 1884년부 터 1910년까지 27년간 지속된 가뭄(연평균 강수 량 874mm)이 38년과 124년 주기의 가뭄에 해당 하는데, 이 주기에 의하면, 2012년부터 2025년까
그림 1. SWAT모델에 의한 한강권역 수문순환요소 모의결과
그림 2. 측우기 강우기록(1770~1906), 기상청 서울 강수량 자료 (1907~2015) 및 기상청 서울지역 미래 기후변화 시나 리오 자료 (2016~2100)
Water for Future
지가 38년 주기의 가뭄, 124년 주기로는 2038년 까지 자연주기의 가뭄이 지속될 것으로 예측된다.
한편, 기상청의 미래 강수량도 적게 전망되어, 가 뭄의 역사적 주기와 기후변화 시나리오에 의한 미 래 전망이 특이하게 일치하고 있다.
한편, 2012년부터 2015년까지 4년간 계속 지 속되는 가뭄상황 하에서, 특히 2014년의 가뭄이 2015년으로 Carry over되면서 소양강댐과 충주 댐 저수량은 댐 운영 이후 최저치까지 떨어져 다 목적댐과 발전댐 통합운영, 심지어는 팔당댐 방 류 최고제한 상황까지 갔었으며, 2015년은 농업 가뭄과 더불어 서산, 당진 등 충남서부지역이 자 율 급수조정을 실시하는 등 중부지역에 매우 심 한 가뭄이 진행되었음에도 불구하고, 해당 부처들 은 가뭄단계별 다양한 정보생산의 미흡, 국가적 가뭄의 정보 공유활용 체제의 부재로 선제적 가뭄 위험관리(risk management)가 아닌 금강-보령 댐 21㎞ 도수로 설치 등 임시방편적인 현장 가뭄 위기대응(crisis management) 수준에 급급하였 다. 이에 2015년 중부권 가뭄을 계기로 2016년부 터 각 부처간 물관련 정보의 실시간 공유 강화, 가 뭄관련 생산정보의 연계활용에 대한 국가적 표준
및 대국민 정보서비스 체계를 정비하여, 가뭄단계 별로 국가적으로 자신있게 공표 및 활용할 수 있 는 분야별 가뭄대응시스템 구축을 열심히 추진하 고 있으며, (국무조정실 물관리협의회, 기상청 방 재기상팀, 국토교통부 수자원정보센터, 한국수자 원공사 국가가뭄정보분석센터, 한국농어촌공사 농 업가뭄지원단, 환경부 국립환경과학원), 각 기관 별 가뭄정보들은 ‘물관리정보유통시스템(WINS;
Water management Information Networking System)’을 통해서 유통되고 있다(표 1).
이에 본 고에서는 앞으로 가뭄에 선제적, 효율 적으로 대응(risk management)하기 위한 기술 적, 제도적 방안으로, 현재 WINS에 실시간으로 모아지는 5개 부처 12개 물관련 기관의 가뭄관련 정보들을 대상으로 ① 현재의 단순 자료공유 수준 에서 실질적인 정보공유 방안, ② 선제적 가뭄대 응을 위한 가뭄컨텐츠 개발 및 공동활용 방안, ③ WINS기반의 가뭄정보 지식화 (Knowledge DB) 를 통한 가뭄의 전주기 (기상학적->농업적->수문 학적->사회경제적 가뭄) 위험관리 방안을 제시해 보고자 한다.
표 1. 가뭄 통합운영 흐름도 (2016년 2월, 제 3차 물관리협의회에서 확정) (백창현 등, 2016)
관련부서 국토부, 환경부, 농식품부, 기상청
WINS
(물관리정보유통시스템) 국민안전처
검토기관 한강홍수통제소, 수자원공사,
농어촌공사 한강홍수통제소 국립재난안전연구원
주요내용
•분야별 가뭄정보
•생산·가공·분석
•분야별 가뭄지도 제작
•WINS 입력·제출
• 부처에서 제공한 가뭄 정보 취합
•가뭄정보 분석자료 검토
•지자체 가뭄상황 비교 검증
•가뭄 예·경보 발표
Water for Future
2. WINS, 현재 유통정보 및 가뭄관련 정 보들
WINS는 다음과 같은 이유로 태동되어 현재 운 영 중에 있으며, 가뭄관련 항목들을 정리하면 표 2 와 같다. WINS 유통 총 66개의 항목 중에서, 가뭄 에 활용할 수 있는 자료들은 25개 수준(수문기상
6개, 댐운영 4개, 환경생태 6개, 지하수 2개, 이수 4개, 수도 1개, 하천 2개)이다.
• 1996년 8월, 관계부처 합동 물관리종합대책 수 립시, ‘물관리 정보화 사업’ 선정 추진
• 1999년 12월, 물관리 정보 표준화를 위한 ‘물관 리정보협의회’ 구성
그림 3. 물관리정보화 추진체계 (물관리정보화 기본계획, 1999)
그림 4. 물관리정보 공통유역도 (백창현 등, 2016)
• 2001년 9월, ‘물관리 정보 표준화 기본구상(안)’
및 ‘물관리 공통유역도 표준’ 수립 수자원단위
지도 태동 (대권역 21개, 중권역 117개의 공통유 역도 작성)
Water for Future
• 2004년 4월, ‘물관리정보 표준’ 심의확정(공통 유역도 유역분할 표준, 물관리정보 코드체계 표 준, 물관리 업무·자료 및 정보제공 표준, 물관 리정보 운영체계 표준 등 4개 분야)
• 2004년 4월, 물관련기관 On-line 유통체계인
‘물관리정보유 통시스템(WINS)’ 구축
• 2016년 2월, 가뭄관련 항목 16종 공동활용 신규 자료 확정 (제21차 물관리정보 실무소위원회)
표 2. WINS 유통 가뭄관련 항목 (25개)
대분류 항목명 정보생산기관 주기 데이터 가공형태
수문 기상
3 강우량 홍통,수공,안전처, 한수원 수시 일자료 생산 필요
4 수위 홍통,수공,안전처, 한수원 수시 일자료 생산 필요
5 유량 홍통,수공 수시 일자료 생산 필요
6 유사량 건기연,수공 수시 일자료 생산 필요
9 AWS 관측자료 기상청 수시 일자료 생산 필요
10 지상기상 관측자료 기상청 수시 일자료 생산 필요
댐운영
12 실시간댐 운영정보 수공,한수원 수시 일자료 생산 필요
13 기왕댐 운영정보 수공,한수원 수시 일자료 생산 필요
14 댐운영 발전정보 수공 수시 일자료 생산 필요
16 저수지 운영정보 농어촌공사 수시(수동) 일자료 생산 필요
환경 생태
18 하천수질 정보 환경과학원 월간 월이하 자료 필요
19 호소수질 정보 환경과학원 월간 월이하 자료 필요
20 농촌용수수질 정보 농어촌공사 분기(수동) 월이하 자료 필요
21 공단배수수질 정보 환경과학원 월간 월이하 자료 필요
22 도시관류수질 정보 환경과학원 월간 월이하 자료 필요
24 수질 TMS 적산유량 환경부 수시 일자료 생산 필요
지하수 25 지하수이용 현황 수자원공사 연간 월이하 자료 필요
26 지하수개발 현황 수자원공사 연간 월이하 자료 필요
이수
27 상수도 생활용수 홍통,환경부 연간 일자료 생산 필요
28 지하수 생활용수 수자원공사 연간 일자료 생산 필요
29 공업용수 이용자료 수자원공사 연간 일자료 생산 필요
30 농업용수자료 농어촌공사 연간 일자료 생산 필요
수도 33 정수장 수질 수자원공사 수시 일자료 생산 필요
하천 36 조석정보 해양조사원 수시 일자료 생산 필요
37 보운영 정보 수자원공사 수시 일자료 생산 필요
Water for Future
3. 선제적 가뭄 전주기(full-cycle) 대응을 위한 기관별, 단계별 필요 컨텐츠 제안
가뭄의 선제적 대응을 위한 전주기는 그림 5와 같이 ① 당해년도 전에 전년도의 가뭄상태(Carry over의 유무)와 장기(3개월, 6개월) 기상전망을 토대로, ② 당해연도에 기상학적 가뭄이 발생할 것인지를 기상예보(1개월)와 더불어 가뭄지수(기 상, 농업, 수문)로 판단하고, ③ 기상학적 가뭄 하 에서 농업 및 수문학적 가뭄의 진행에 따른 현장 체감 가뭄정보의 신속한 수집과 더불어, ④ 농작 물 피해, 식수제한, 녹조발생 등의 피해상황을 기 반으로, ⑤ 기상, 농업, 수문, 사회경제적 가뭄을 평가함과 더불어, 차년도 가뭄에 대비하는 순으로 정리할 수 있다.
이러한 가뭄의 진행 과정에 선제적으로 대응하 기 위해서는 각 부처 및 기관들이 해당 정보를 신 속하게 생산하고 상호 유기적으로 공유하여야 하
는데, 총 10개의 기관에 대한 이들의 내용을 정 리하면 그림 6과 같다. 상기 ①단계의 준비를 위 해서는 전년도 수자원공사의 댐저수율, 농어촌 공사의 저수지 저수율, 국토교통부의 하천갈수 상태에 따른 가뭄의 Carry over 정도, 기상청 및 APCC(APEC 기후센터)의 장기 기상전망정보를 해당년도 1월부터 분석하는 것이 필요하며, ②단 계의 사전준비를 위해서는 봄철이 시작되는 3월 에 대비한 기상청의 기상학적 가뭄지수(SPI 등)에 따른 전망, 이에 기반한 농업가뭄지수(SMI, RDI 등), 수문학적 가뭄지수(WADI 등), 하천갈수 전 망이 요구되며, ③단계에서는 이들 지수들의 진행 을 면밀히 살펴봄과 동시에 빅데이터 기반의 현장 체감 가뭄정보들을 수집하여, 국가가 모니터링하 고 분석한 가뭄지역과 실제 현장에서 물부족을 체 감하는 가뭄지역의 편차를 줄여가는 기관별 조정 대응(지하수 개발, 용수공급량 제한수준, 댐-보- 저수지 연계운영 최적화 등)이 필요하며, ④단계
그림 5. 가뭄의 위험관리를 위한 전주기 및 필요 컨텐츠 요약
Water for Future
에서는 국민안전처의 사회경제적 피해, 환경부의 생태환경적 피해, 국토부,수공,지자체의 생공용수 공급제한 피해, 인터넷 빅데이터 기반의 피해 등을 집계하여 해당 가뭄으로 인한 분야별 정량적, 정성 적 피해를 준실시간으로 정리할 필요가 있으며, ⑤ 단계 마지막으로는 ①~④까지의 모든 과정에 대한
전망, 판단, 대응에 따른 피해저감 등의 가뭄 전주 기 평가가 요구된다. 이는 차기 가뭄에 대한 사전 준비, 완화전략 수립, 미흡대응에 대한 대비 등에 대한 내용으로, 가뭄의 위험관리에 있어 매우 중요 한 과정으로 생각된다. 그림 5의 하단에는 각 단계 별 필요조건 정보들을 나열한 것이다.
그림 6. 가뭄관련 부처 및 기관별 가뭄정보 생산 및 공유 항목 관계도
4. WINS 기반의 기관간 실질적 정보공유 및 공동활용 방안
‘3절’의 가뭄 전주기에 대한 정보들을 해당기관 모두가 통일된 그리고 실질적으로 공유하면서 적 시에 활용하기 위해서는 ‘물관리정보협의회’에서 의 가뭄정보 표준화 및 실시간 정보공유체계의 개 발이 요구된다(그림 7). 또한 그림에서 보는 바와 같이, WINS의 기본정보들을 활용하여 다양한 시 공간 컨텐츠(기존 WINS 유통항목들을 이용한 컨
텐츠, 지하수위 분포도, 모내기 현황분포도, 증발 산량, 토양수분 분포도 등 신규 컨텐츠)들을 개발 하고, 이들을 신속히 활용할 수 있는 정보공유 및 오류 피드백 체계 개발이 필요하다. 그림 8은 각 기관별 가뭄단계에 해당하는 실용성있는 5가지의 가뭄지수들을 개발하여 WINS 기반하에서 공동으 로 활용함에 있어, 각 가뭄지수들의 올바른 이해, 가뭄지수들간의 융합활용을 위한 해결사항들을 정 리한 예이다.
Water for Future
5. 선제적 가뭄대응을 위한 WINS 고도화 단계별 전략
그림 9 및 10은 WINS를 활용한 선제적 가뭄대
응을 위한 다양한 컨텐츠들을 단기(단계1), 중기 (단계2), 장기(단계3)계획을 수립하여 개발하여야 할 내용들을 정리한 것이다. 단계1에서는 현재의 WINS 유통정보들을 활용한 다양한 컨텐츠들의 그림 7. 가뭄 전주기 정보 표준화 및 가뭄 컨텐츠 실시간 정보공유체계
그림 8. 기관별 가뭄단계별 컨텐츠 개발 및 생산을 위한 해결해야 할 내용
Water for Future
생산 및 공유, 단계2에서는 빅데이터 현장체감가 뭄, 가뭄전망 정보의 생산 및 공동활용, 단계3에 서는 댐-보-저수지 수량-수질 최적 연계운영을 위한 실시간 의사결정지원체계 구축, 미래 가뭄대
응 지역별 용수공급능력 산정 및 전국 수자원인프 라 리모델링 계획수립 등으로 가뭄대응 고도화 전 략을 수립할 수 있다.
그림 9. 선제적 가뭄대응을 위한 단계별 WINS 고도화 개발내용
A(단계1 예) B(단계2 예)
Water for Future
6. 결론 및 제언
그동안 부처별로 가뭄 모니터링 시스템을 개발 하여 왔고, 현재에도 개발 중에 있으나, 이들의 표 준적 활용, 현장에서 국민들이 체감하는 가뭄과의 연계, 이를 기반으로 한 부처별 가뭄단계별 사전 적 대비, 신속한 현장대응, 복구 및 사후평가를 위 한 체제가 요구된다.
본 고에서는 기존 ‘물정보유통시스템 (WINS)’의 부처별 정보들을 활용하여 가뭄 전주기(기상학적,
농업적, 수문학적, 사회경제적)를 대상으로 다양 한 가뭄 컨텐츠 개발을 통하여 국가 가뭄대응 지 식시스템으로 발전시키기 위한 WINS 고도화 방 안을 제시하고자 하였다.
부경대 방재기상연구실에서는 그림 11과 같이, 과거 가뭄기록의 자연적 주기를 보면, 2015년부 터 2025년까지 124년 주기의 극한가뭄이 지속 될 수도 있다고 발표한 바 있다. 실제로 중부지방 은 2014~2015년의 2년 연속가뭄을 겪으면서, 한 강유역의 견고한 다목적 댐들이 한계수준을 보여, 그림 10. 단계별 WINS 고도화 개발내용 예(A: WINS 유통항목 활용 가뭄컨텐츠 개발, B: 용수공급 전망, C: 용수공급 능
력전망, D: 댐-보-저수지 수량-수질 연계운영)
C(단계3 예) D(단계3 예)
그림 11. 한반도 대가뭄 주기 예고 (부경대학교 방재기상연구실)
Water for Future
만약 3년 연속가뭄이 닥칠 경우 우리나라의 현 수 자원시스템의 기능은 올 스톱이 될 가능성이 매우 높다. 이에 대한 대비책으로는 현재의 물그릇들을 키우든지, 신규로 개발하든지, 또는 고도의 결정 에 의한 사전적 대비가 요구된다.
이에 이제는 부처별 가뭄지수 발표 수준의 그리 고 다급한 현장대응 수준의 가뭄대처에서 벗어나, 국민과 함께 느끼는 가뭄지식 제공수준으로 국가 가 역할을 해야 할 것으로 판단된다. 지금부터라 도, 하나의 채널(WINS)을 통하여 활용성 있는 실
시간 가뭄정보 유통 및 공유 관리 체계를 구축하 여, 앞으로 다가올 극한 가뭄에 대비하고 대응해 야 할 것으로 생각된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 수자원정책과의 연구비지 원 [가뭄 대응체계 구축방안연구]에 의해 수행되 었습니다.
참고문헌
국토교통부, (2016) 가뭄 대응체계 구축방안 연구, 용역보고서.
김성준, 안소라, 신영호, 나상진, 권형중 (2009). 수문학적 가뭄평가기법의 개발 및 적용, GRI연구논총, Vol. 11, No. 1, pp.163-182.
권형중, 김성준 (2006). Evaluation of Semi-Distributed Hydrological Drought using SWSI, 한국농공학회논문집, Vol. 48, No. 2, pp. 37-43.
권형중, 박현진, 홍대의, 김성준 (2006). SWSI 가뭄지수를 보완한 준분포형 수문학적 가 뭄평가 연구, 한국수자원학회논문집, Vol. 39, No. 8, pp. 645-658.
이주헌, 정상만, 이명호, 김성준 (2006). 가뭄모니터링 시스템구축: I. 정량적 가뭄모니 터링을 위한 가뭄지수의 적용성 분석, 한국수자원학회논문집, Vol. 39, No. 9, pp. 787- 800.
권형중, 임혁진, 김성준 (2007). SWSI 가뭄지수를 보완한 농촌용수구역 단위의 가뭄 평 가, 한국지리정보학회지, Vol. 10, No. 1, pp. 22-34.
권형중, 김성준 (2007). 국가 지하수 관측망 자료를 이용한 가뭄평가 방법 연구, 대한토 목학회논문집, Vol. 27, No. 2B, 193-199.
박민지, 신형진, 최영돈, 박재영, 김성준 (2011). 수자원 가용능력을 고려한 수문학적 가 뭄지수의 개발, 한국농공학회논문집, Vol. 53, No. 6, pp. 165-170.
백창현, 조효섭, 정현교 (2016). 물관리정보 표준화 추진현황과 향후계획, 물과미래, Vol.
49, No. 9, pp. 70-76.
안소라, 박근애, 김성준 (2013). SWAT과 MODSIM-DSS 모형을 연계한 금강유역의 농 업용수 공급능력 평가, 대한토목학회논문집, Vol. 33, No. 2, pp. 507-519.
안소라, 이지완, 장선숙, 김성준 (2016). 다목적 댐 및 다기능 보 운영을 고려한 대유역 SWAT 모형 구축기법 연구 -남한강 유역을 대상으로-, 한국농공학회논문집, Vol. 58, No. 4, pp. 21-32.
Water for Future
이지완, 장선숙, 안소라, 박기욱, 김성준 (2016). 기상학적 가뭄-농업 가뭄 및 빅데이터 현장가뭄간의 상 관성 평가, 한국지리정보학회지, Vol. 19, No. 1, pp. 1-13.
Hyung-Joong Kwon, Seong-Joon Kim (2010). Assessment of Distributed Hydrological Drought Based on Hydrological Unit Map Using SWSI Drought Index in South Korea, KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 14, No. 6, pp. 923-929.
So-Ra Ahn, Jae-Hak Jeong and Seong-Joon Kim (2015). Assessing drought threats to agricultural water supplies under climate change by combining the SWAT and MODSIM models for the Geum River basin, South Korea, Hydrological Sciences Journal, Vol. 61 No. 15, pp.
2740-2753.
