자연재해는 대부분 기상재해에 기인하며, 그중에서도 풍수해로 인해 피해가 가장 크다.
풍수해는 강풍에 의한 풍해와 집중호우, 홍수, 대설과 같은 물에 의한 피해를 지칭하는 수 해를 말한다. 우리나라에 내습하는 열대저기압인 태풍은 강한 바람과 많은 강우량을 동반 하여 풍해와 수해를 복합적으로 발생시키기에 이를 구분하지 않고 풍수해라 한다. 우리나 라에서 발생하는 자연재해의 대부분은 풍수해이며, 이로 인한 피해액도 가장 크다.
우리나라는 대륙과 해양성 기후의 교차점인 습윤지대에 위치하여 강우량의 계절적, 지 역적 편차가 크고 대부분 여름철에 장마와 태풍이 발생한다. 이렇게 편중된 강우의 발생 과 강도는 홍수 및 가뭄과 같은 자연재해의 원인으로 작용한다. 또한, 산악지형 특성과 도시화, 산업화로 인한 불투수면적 증가, 이상기후로 인한 국지성 집중호우는 자연재해 피해를 가중시키고 있다. 전 세계적으로도 기후변화로 인한 기상변동성 증가로 과거 대 비 큰 규모의 가뭄 · 홍수가 발생하고 있다. 규모뿐 아니라 발생빈도 및 위치가 과거 패턴 과 다르게 발생하는 자연재해로 인해 예상치 못한 인명피해, 재산손실 등의 막대한 피해 가 발생하고 있다.
행정안전부는 최근 기후변화로 급변하는 재해 환경에 맞게 제도를 개선하기 위해 ‘풍수 해저감 종합계획’을 ‘자연재해저감 종합계획’으로 변경하여 풍수해 중심에서 가뭄과 대설 까지 대비할 수 있는 종합계획을 수립한다고 발표하였다. 이 글에서는 대표적 풍수해인 홍수와 급증하는 가뭄을 중점적으로 기술하고자 하였으며, 국내에 발생한 홍수 및 가뭄 의 피해사례와 동향을 수록하고 미래 기후변화 시나리오를 활용한 홍수 및 가뭄 전망에 대해 기술하였다.
머리말
최근 풍수해피해 동향과 향후 변화 전망 1)
김호준 세종대학교 건설환경공학과 석사과정 ([email protected])
김용탁 세종대학교 건설환경공학과 박사후연구원 ([email protected]) 김진국 세종대학교 건설환경공학과 박사과정 ([email protected])
유재웅 세종대학교 건설환경공학과 석사과정 ([email protected]) 권현한 세종대학교 건설환경공학과 교수 ([email protected])
1) 본 연구는 환경부 기후변화특성화대학원사업의 지원으로 수행되었음.
제466호 2020 August
홍수 및 가뭄피해 동향
1. 홍수피해 동향
홍수(flood)는 크게 기상학 · 지형학 · 사회경제적 요인에 의해 발생하며, 특히 기상학적 요인이 가장 큰 원인으로 작용한다. 우리나라는 지리적 특성상 여름철 장마전선의 영 향과 태풍으로 집중호우가 발생하고, 지형적 특성과 도시화로 인한 불투수면적 증가 에 따른 재해취약 요인이 홍수피해를 가중시킨다. 홍수피해는 직접적인 피해뿐 아니 라 전력, 가스, 교량, 철도와 같은 주요 기반시설물의 손상을 야기하여 간접적 피해 가 타지역으로 확대되는 2차피해 및 복합재난의 형태를 보이고 있다. 2018년 행정 안전부에서 발간한 재해연보에 따르면, 최근 10년간(2009~2018) 재난원인별 피해 액 현황 중 호우가 가장 큰 피해액을 기록하였고 태풍으로 인한 피해가 그 뒤를 이었 다(<표 1> 참조).
2016년 10월 4일 북상하던 태풍 차바의 영향으로 5일 새벽 0시부터 오후 2시까지 총 266mm의 강우량이 울산 기상관측소에 기록되었는데, 이는 10월 기준으로 1945년 이래 71 년 만의 최대강우량을 경신한 수치이다. 단시간 발생한 폭우와 도심 내 부족한 배수구는 피해를 가속화했다. 울산에서는 현대자동차 공장, 태화시장 등에서 침수가 발생하고 일부지역에서 대규모 정전이 일어났으며, 부산의 경우 마린시티 방파제 월파로 침수 등의 피해가 발생해 사망 7명, 실종 3명 등의 인명피해와 1400억 원의 재산피해가 발 생하였다. 향후 이와 같은 과거의 기록을 경신하는 강우량이 집중호우 및 태풍에 의해 발생한다면, 상대적으로 재해취약 요인이 많은 도심에서의 위험성은 지속적으로 늘어
<표 1> 우리나라의 최근 10년간(2009~2018) 재난원인별 피해액 현황
구분 호우 대설 풍랑 강풍 태풍 계
2009년 276,735 13,873 26,152 7,638 - 324,398
2010년 189,041 69,339 7,359 182 - 265,921
2011년 517,080 47,018 293 - 213,956 778,347
2012년 37,404 19,808 - 25,999 976,906 1,060,117
2013년 156,409 11,219 44 922 1,671 170,265
2014년 141,414 32,239 - 94 5,262 179,009
2015년 1,256 13,489 345 4,031 13,886 33,007
2016년 37,867 19,720 8,761 - 226,301 292,649
2017년 103,613 85 617 - - 104,315
2018년 53,800 14,032 2,823 7 64,200 134,862
평균 151,462 24,082 4,639 3,887 150,218 334,288
자료: 행정안전부 2018.
(단위: 백만 원)
날 것으로 판단된다. <그림 1>은 태풍 차바의 레이더 영상과 울산 기상관측소의 시간별 강 우량을 나타낸 것이다.
2. 가뭄피해 동향
가뭄(drought)은 장기간에 걸쳐 부족한 강우량으로 물 공급이 어려운 현상을 의미한다.
다른 자연재해에 비해 상대적으로 진행속도가 느려 인지하기 어렵지만, 가뭄 발생 시 사 회 전반에 큰 영향을 미치고 그 파급효과도 크다. 홍수와 마찬가지로 가뭄 역시 이상기후 및 기후변화로 연간 강우량 변동 폭이 커져 가뭄의 발생빈도와 심도가 점점 커지고 있다.
2013년부터 2018년까지 발생한 장기 가뭄은 전국적으로 피해를 주었으며 특히, 2015년 에는 서울 · 경기 및 강원도를 중심으로 평년강우 대비 39~55%를 기록하여 극심한 가뭄 상태를 보였다. 2015년 6월 19일 기준으로 소양강댐의 수위가 152.24El.m를 기록하여, 1978년 6월 24일 기록된 151.93El.m 이후 최저 수위에 도달하였고, 소양호의 바닥이 상 당 부분 드러나 용수공급에도 차질을 빚었다. <그림 2>는 서울, 강원도에 위치한 기상관 측소 네 개 지점(속초, 대관령, 춘천, 서울)의 월 강우량을 표준화하여 강우량의 양적 변 화를 나타낸 것이며, 이를 통해 2014~2015년까지 누적된 가뭄으로 2015년 극한가뭄이 발생한 것을 확인할 수 있다.
기후변화에 따른 수문기상변량의 변동성이 증가함에 따라 강우량의 지역적, 계절적 편차가 증가하고 있다. 이와 더불어 엘니뇨와 같이 주기를 가지고 변동하는 기후변동 과 맞물려 장기 가뭄이 발생한다면 막대한 피해가 예상된다. 또한, 장기간에 걸쳐 진 행되는 가뭄은 기상학 · 수문학 · 농업적 가뭄으로 변화하는 가뭄 전이현상이 발생하여
기상레이더 영상 시간별 강우량
<그림 1> 2016년 10월 5일 태풍 차바로 인한 울산시 홍수피해
자료: 기상청 기상레이더센터.
120 100 80 60 40 20 0
Rainfall(mm)
10월 5일 15시 10월
5일 5시 10월
4일 0시 10월
4일 9시 10월
4일 19시
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그 피해의 영향반경이 점차 확대되므로 가뭄에 대한 모니터링 및 연구는 지속적으로 수행 되어야 한다.
홍수 및 가뭄의 원인인 강우량의 발생빈도와 강우 강도는 홍수 및 가뭄의 규모에 영향을 미친다. IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후변동에 관한 정부 간 패널)의 「지구온난화 1.5℃」 특별보고서에 따르면, 지구 평균기온이 1.5℃ 상승할 경우 잠 재증발산량 증가에 따라 호우 및 가뭄 등 자연재해의 발생빈도와 규모가 커질 것으로 전 망하였다(Masson-Delmotte 2018). 본 장에서는 기후변화 시나리오를 활용한 홍수 및 가뭄 전망을 간략하게 정리하여 소개하고자 한다.
1. 홍수 전망
IPCC 보고서에 따르면 지구의 평균기온은 점차 상승할 것으로 전망되므로, 이에 따른 극 치강우량에 대한 정량적 평가가 필요하다. C-C(Clausius-Clapeyron) 관계에 의하면 평균기온이 1℃ 상승할 때 대기수분은 6∼7% 증가하며, 극치강우량 발생확률이 증가한 다(Allen and Ingram 2002). WCRP(World Climate Research Programme)에 의하여 2009년도에 설립된 미래 기후시나리오 개발프로그램인 CORDEX를 기반으로 평가하는 연구가 다수 진행되고 있다. 우리나라는 동아시아 전체 도메인인 Region 7(East Asia)에
<그림 2> 서울, 강원도지역 지점에 대한 강우 표준화(속초, 대관령, 춘천, 서울)
자료: 김용탁, 김진영, 이정주 외 2015.
홍수 및 가뭄 전망
속초 지점(1968.7∼2015.6) 대관령 지점(1972.7∼2015.6)
춘천 지점(1966.7∼2015.6) 서울 지점(1961.7∼2015.6)
<그림 3> CORDEX-RCMs 기반 100년 빈도 확률강우량 결과(2050년)
RCP 4.5
RCP 8.5
자료: Sumiya Uranchimeg 2019.
RCP 4.5 RCP
4.5
RCP 8.5
RegCM4 SNU_WRF
HadGEM3-RA GRIMs
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대한 시나리오를 채택하고 있으며, 국립기상과학원에서 역학적 상세화(downscaling)를 통해 지역기후 모델 기반의 기후변화 시나리오를 제공하고 있다.
이 글에서는 CORDEX 시나리오를 활용하여 설계강우량과 설계홍수량의 미래 전망 을 수행하였다. 네 가지 CORDEX-RCMs 모형의 RCP4.5 및 RCP8.5 시나리오에서 전망된 미래 온도자료를 C-C 관계에 적용했을 때 2050년까지 확률강우량 전망은 <그 림 3>과 같다. 미래 확률강우량 산정 결과, 2002년 태풍 루사(RUSA)의 영향으로 강 릉관측소 부근의 값이 다른 지점보다 상대적으로 높게 산정되었으며, 100년 빈도 기 준으로 RCP4.5에서 증가 폭이 크지 않았지만, RCP8.5의 경우 현재 대비 약 10% 증 가할 것으로 전망되었다. 재현기간 20년 이상 극치강우량의 경우 온도 상승에 따른 변화율이 전반적으로 크게 증가하는 특성이 있어 온도 상승에 따른 확률강우량이 지 속적으로 커질 것으로 전망된다.
설계홍수량 산정은 앞서 산정된 미래강우량의 빈도분석 결과를 기반으로 수행되었 다. HEC-1 모형을 대표 강우-유출 모델로 선정하였으며, 우리나라를 한강, 금강, 낙 동강, 섬진강, 영산강 등 다섯 개의 대권역으로 구분하여 분석을 수행하였다. 국외에서 는 설계홍수량 산정 시 일반적으로 100년 빈도의 설계강우량을 기준으로 수공구조물 설 계 및 대응체계 구축에 적용한다. 홍수량 분석 시 강우지속시간은 24시간을 기준으로 평가하였다. <그림 4>에 도시된 바와 같이, 기후변화 시나리오 기반 미래 설계홍수량은 RCP4.5에서는 영산강 및 섬진강 주변의 증가 경향이 큰 것으로 나타났으며, RCP8.5에 따른 산정 결과에서는 영산강, 섬진강 및 낙동강 유역도 상대적으로 큰 증가율을 보이는 것으로 분석되었다.
<그림 4> 기후변화 시나리오에 따른 100년 빈도 기준 설계홍수량 변화
자료: 김용탁 2020, AR5 기반 극한강우 시나리오 생산기술 개발 사업의 일원으로 연구된 내용 수록.
RCP4.5 RCP8.5
1시간
6시간
12시간
18시간
1시간
6시간
12시간
18시간
2. 가뭄 전망
가뭄은 장기간에 걸쳐 발생하는 특징이 있으며, 발생, 진행, 종료 등을 정확하게 관측 및 정의가 어려운 특징이 있다. 현재에도 가뭄에 대한 정의는 국가마다 차이가 있지만, 오랫 동안 계속해서 비가 내리지 않아 메마른 상태를 의미하는 것은 공통적이다. 무강우가 연 속되면 가장 먼저 토양 및 지표면에 함유된 수분과 지표수가 메마르게 되어 밭작물이 피 해를 입고, 지하수위와 농업용 저수지 수위가 저하되어 논 작물에도 피해를 야기한다. 이 후에는 하천수 부족에 따른 다목적 저수지(댐)의 생공용수 제한 급수로 생활용수 취수의 어려움이 발생하게 된다.
이러한 가뭄 문제는 단순히 물 부족으로 그치지 않고 사회경제 전반에 영향을 미치 는 자연재해이므로 전 세계적으로 미래 가뭄을 전망하여 대응하려는 노력이 이루어지 고 있다. 미국에서는 국립가뭄경감센터(National Drought Mitigation Center: NDMC) 를 두어 미국 전역의 가뭄 정보를 수집/분석하고 예 · 경보 감시체제를 운행하고 있으
<그림 5> 이변량 빈도분석 기반 가뭄심도 및 지속기간 군집화
주: 파란색은 Historical, 빨간색은 근미래임.
State 1 State 2
State 3 State 4
제466호 2020 August
며, 가뭄대책 수립 및 선제적 가뭄대응체제를 시행하고 있다. 우리나라 기상청(Korea Meteorological Administration: KMA)에서는 가뭄의 예 · 경보를 ‘약한가뭄’, ‘보통가뭄’,
‘심한가뭄’, ‘극심한가뭄’의 4단계로 구분하여 시/지역별 용수사용 목적별(기상, 농업, 생 활 및 공업용수)로 발령하고 있다.
이 글에서는 AR5의 RCP 시나리오 이후 IPCC 6차 평가보고서 발간에 따라 제시된 기 후변화 시나리오(SSP6, 12개 시나리오)를 활용하여 산업화기간(1881~1910년)을 기준으 로 1℃ 상승한 미래(근미래)의 가뭄 발생을 전망하였다. <그림 5>는 1℃ 상승기간에서의 시나리오 Historical(파란색) 및 근미래(SSP6-빨간색)에 대한 가뭄 심도 및 지속기간을 기준으로 군집화 수행 예시를 나타낸다. 이를 기준으로 <그림 6>에 근미래 가뭄의 변화 를 SSP 126, SSP 245, SSP 370 및 SSP 585 기준으로 제시하였다. 산정결과 SSP 245
<그림 6> CMIP6 기준에 따른 우리나라 근미래 가뭄 변화
SSP 126 SSP 245
SSP 370 SSP 585
김용탁. 2020. AR5 기반 극한강우 시나리오 생산기술 개발 사업. 보고서 발간예정.
김용탁, 김진영, 이정주, 권현한. 2015. 2015년 가뭄의 특성 및 재현기간 평가. 대한토목학회지 제63권 제9호: 14-24.
행정안전부. 2018. 2018 재해연보.
Sumiya Uranchimeg. 2019. 베이지안 다중분위회귀분석모형 개발 및 기온상승에 따른 미래 확률강우량 전망. 전북대학교 일반대학원.
Allen, M. R., and Ingram, W. J. 2002. Constraints on future changes in climate and the hydrologic cycle. Nature 419, no. 6903: 228-232.
Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pörtner, H. O., Roberts, D., Skea, J., Shukla, P. R., ... and Connors, S. 2018. Global warming of 1.5℃. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of, 1. https://www.ipcc.ch/site/
assets/uploads/sites/2/2019/06/SR15_Full_Report_High_Res.pdf (2020년 7월 27일 검색).
참고문헌
는 대부분 가뭄 발생이 없으며(State 4), 상대적으로 SSP 370에서는 서쪽 일부 육지를 제외하고 가뭄 심도 또는 지속기간의 증가(State 2, 3)를 보였다. SSP 126 및 SSP 585는 낙동강 남부 지역에서 가뭄의 심도 및 지속시간의 증가(State 1, 2, 3)를 나타났다.
자연재해의 발생빈도 및 규모는 과거 대비 점진적으로 급증하고 있으며, 이를 예측, 방지 및 대응하는 연구가 다수 진행되고 있다. 전문가들은 주된 원인을 기후변화로 인식하고 있으며, 이에 대한 심각성을 제고하여 국제협력하에 지구온난화의 원인인 온실가스 배출 을 최소화하려는 움직임을 보이고 있다. 우리나라의 기후 특성상 편중된 강우량과 기후 변화로 인한 기상변동성 증가는 극한홍수 및 가뭄을 유발하여 인적 · 사회적 · 경제적 피 해를 입히고 있기 때문이다.
이 글에서는 기후변화 영향에 따른 우리나라의 미래 홍수 및 가뭄 분석을 수행하여 미 래에 대한 전망을 제시하였다. 우리나라는 과거에 비해 극한홍수 · 가뭄이 발생할 것으로 판단되며, 집중호우 및 태풍으로 인한 피해와 더불어 가뭄 및 대설로 인한 피해도 커지고 있는 상황이다. 따라서 과거 기후특성에 기반한 풍수해 관리는 재해에 따른 위험성을 가 중시킬 수 있으며, 미래 기상 정보를 적극적으로 활용한 재해관리체계의 구축이 필요하 다 하겠다.
