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1. 서 론
최근 기후변화로 인한 지구온난화, 엘니뇨 및 라 니냐 등의 현상은 과거에 경험하지 못했던 이상 수 문·기상현상 및 기상재해를 발생시키며 매년 피해 규모도 전 지구적으로 증가하고 있는 추세이다. 우리 나라의 경우 협소한 국토면적과 과다한 인구로 인하 여 토지나 수자원 등 국토자원 이용도가 다른 나라에 비하여 현저하게 높아 지구온난화에 따른 약간의 기
후변동으로도 심각한 수자원 문제 및 기상재해가 발 생할 수 있다. 또한, 연평균 강수량이 1,283mm로 세계평균 강수량 973mm보다 많지만 인구밀도가 높아 일인당 물 사용량으로 보면 심각한 물 부족 국 가이며, 계절풍의 영향을 받는 몬순지대에 위치하고 있기 때문에 대부분의 강수량은 6∼9월에 집중되어 있어 겨울과 봄 가뭄이 자주 발생하는 실정이다. 즉 연평균 강수량의 2/3가 여름철에 집중되어 홍수피 해가 발생함과 동시에 나머지 기간에는 강수량이 상 대적으로 적어 이상기후로 인한 온도 상승 및 강수 부족시 국지적 또는 국가적으로 가뭄이 발생하고 심 각해질 수 있는 취약성을 갖고 있다.
또한 가뭄은 그 특성상 점진적이며 홍수에 비해 피해규모가 광범위하여 효율적인 대처방안을 마련 하기가 쉽지 않아 홍수에 비해 체계적인 종합대책 마련이 부족한 실정이다. 가뭄을 불가피성과 반복 성을 가진 자연현상이로 인지하고 피해발생 시기와 피해 자체를 정량화하기 어렵다는 부분을 해소할 수 있다면 가뭄 발생 전 사전대비계획과 가뭄발생 시 가뭄관리체계 구축을 통해 그 피해를 최소화할 수 있다.
우리나라의 가뭄 상황관리는 소방방재청이 전반 적인 가뭄재해 대책을 조정·지휘하는 역할을 수행 하며 관계중앙부처는 업무영역에 맞는 가뭄대책집 행계획을 수립한다. 그리고 여러 중앙부처에서는 가
장 대 원｜노아솔루션(주) 기술연구소 소장 [email protected]
국가가뭄 재해상황관리를 위한 시스템 개발
장 권 희｜
노아솔루션(주) 기술연구소 연구원 [email protected]
양 동 민｜
노아솔루션(주) 대표이사 [email protected]
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뭄관리 정보제공을 위한 가뭄관리 시스템을 운영 및 구축 중에 있다. 과거 국토해양부(한국수자원공사) 의 경우‘통합수자원평가계획시스템’ 과‘가뭄정보 시스템’ 을 운영하였고, 한국농어촌공사의 경우‘농 업가뭄정보시스템’ 을 통하여 농업용 댐 저수량, 지 하수량, 토양수분량, 가뭄지수 등의 정보를 제공하 였으나 현재는 웹사이트 상에서 확인 할 수 없다. 기 상청에서는 가뭄지수 및 가뭄판단지수를 활용하여 가뭄정보를 제공하고 있으나 이러한 지수가 실제 가 뭄과는 일치하는 부분도 있지만 지역적으로는 가뭄 상황과 상이한 결과를 제시한다는 한계점이 있다.
소방방재청에서는 2008년~2009년에서 발생한 가뭄과 2012년 발생한 가뭄 등 가뭄에 대한 주기가 빨라지는 현상과 가뭄피해에 대해 주지하고, “국가 가뭄재해상황관리 정보시스템 구축(´11~´13년)”
연구사업을 자연재해저감기술사업단을 통해 추진 하고 있다.
본 기사는“국가가뭄 재해상황관리 정보시스템 구축” 과제의 위탁과제에서 수행되는 시스템 부분을 소개하는 것으로 시스템의 기능 및 구성에 대해 소 개되어 있다. 현재 2차년 중 마지막 차년도 연구를 수행중이며, 1단계에서는 낙동강 유역, 2단계 1차 년도는 섬진강·영산강 유역을 적용하였으며 2차 년도에는 한강·금강 유역으로 확대하며 전국 가뭄 상황관리 시스템을 구축하였으며 현재 각 기능의 산정 결과를 검토중에 있다.
2. 국가가뭄 재해상황관리 정보시스템 2.1 국가가뭄 재해상황관리 정보시스템의 구성
본 연구에서 구축되는 국가가뭄 재해상황관리 정 보시스템은 크게 모니터링, 가뭄 분석 및 전망, 상
그림 1. 국가가뭄 재해상황관리 정보시스템 구성도
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황관리로 나눌 수 있으며 모니터링에는 수문기상정 보 조회, 가뭄지수 모니터링(SPI, PDSI)으로 되어 있다. 그리고 가뭄분석 및 전망에는 RDI 분석, 강 우기반 가뭄전망, 저수지기반 가뭄전망, 강우통계 분석으로 구성되어있고 상황관리에는 지자체 입력 을 통한 상황관리 기능으로 구성되어있다.
가뭄 시스템에 적용하는 가뭄지수는 수문학적 가뭄 지수인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와 팔머가뭄심도지수(Palmer Drought Severity Index, PDSI), 그리고 본 연구를 통해 개발된 실시간 가뭄지수(Real-time Drought Index, RDI)이다. 기존 가뭄 지수는 월단위 분석으 로 인한 상황관리에 한계를 보인 반면 개발된 RDI 의 경우 일단위 분석이 가능해 가뭄에대한 일단위 상황관리가 가능할 것으로 기대된다.
2.2 시스템 주요 기능
2.2.1 강우분석을 통한 가뭄상황판단 기능 본 시스템에 구성된 상황관리 기능 중 강우분석 기능에는 시스템 사용자가 설정한 기간과 30년 평 년강우(1971년~2000년, 1981년~2010년)와 과거 가뭄시기(1994년, 2001년, 2008년, 2009년, 2012년)의 강우와 비교하여 현재 상황을 비교·분 석할 수 있다. 그림 3은 강우통계 분석 기능 화면으 로 전국 및 시도별 누적강우와 평년 누적강우, 그리 고 평년대비 누적강우량을 테이블로 나타내고 그래 프를 통해 30년 평년강우와 과거가뭄 시기의 강우, 현재 누적강우의 차이를 시각화하여 나타내고 있 다. 본 기능을 통하여 강우량 부족으로 인한 가뭄 전조를 경험적 판단을 통해 확인하여 선제 대응이 가능할 것으로 기대된다.
그림 2. 국가가뭄 재해상황관리 정보시스템 메인화면
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2.2.2 저수지기반 가뭄전망 기능
본 시스템에는 표준유역에 포함되는 모니터링이 되지 않는 시군구 관리 저수지의 저수율을 선정된 대표 저수지를 통해 판단하는 시스템을 구축하였다.
그림 3. 강우통계 분석 기능
그림 4. 농어촌공사관리 실시간 저수지 그림 5. 시군구 저수지 저수량 산정 과정
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이를 위하여 그림 2와 같이 시군구 관리 저수지 는 전국 13,909개의 저수지 자료를 이용하여 각 저 수지별 유효저수량 및 위치자료를 시스템 DB화하 였다. 모니터링 되지 않는 시군구관리 저수지의 저 수량은 표준유역내 경사 및 위치를 고려하여 선정 한 대표저수지와 시군구 관리 저수지 DB를 활용하 여 산정되며 산정식은 다음과 같다.
Q
sg,rev= Q
sg,av× R
rev×γ
여기서 Q
sg,rev: 시군구 저수지 저수량
Q
sg,av: 시군구 저수지 유효저수량
R
rev: 대표저수지 저수율 γ : 매개변수
산정된 시군구 저수지 저수량은 RDI에 사용되는 농업용수 용수패턴을 적용한 시군구별 월단위 농업 용수 수요량을 10일, 20일, 30일로 나누어 각 기간 별 저수지 저수량을 전망하는 기능을 개발하였다.
향후 저수지 저수량을 전망하는 산정기법에 대한 연구가 필요하다.
2.2.3 강우기반 가뭄전망 기능
강우기반 가뭄전망 기능은 그림7과 같이 가뭄지 수 모니터링에 적용되는 SPI 가뭄지수를 이용하여 무강우시, 평년강우시, 사용자입력 강우시 기상학 적 가뭄 전망을 분석하는 기능이다. 강우기반 가뭄 전망 기능에 사용되는 SPI 가뭄지수는 3개월 SPI 로 분석기간(1개월, 2개월, 3개월)에 따라 분석이 가능하다.
그림 6. 저수지기반 가뭄 전망 기능
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2.2.4 지자체 입력 상황관리 기능
우리나라의 가뭄상황은 지역의 특성에 따 라 광역상수도 및 지방 상수도가 공급되지 않 는 지역에 가장 먼저 발생하며 특히 마을상수 도 및 소규모 급수시설을 사용하는 지역에서 가장 민감하다. 이와같은 이유로 인해 본 시 스템에는 효율적인 가뭄상황관리를 위하여 전국 지자체의 마을상수도 및 소규모 급수시 설의 수도현황을 수집하여 시스템 DB화하였 다. 현재 구축된 전국 마을상수도 DB는 22,321개의 수도현황을 취합하였으며 DB 목 록에는 수도시설 구분, 수도사업자, 수도명, 수원, 급수현황(세대수, 인구, 급수지역), 급 수량(일평균 급수량(㎥/일), 1일 1인당 급수량 (㎥/일)), 관리자 연락처, 용수용도를 포함하 고 있다.
구축된 마을상수도 DB를 활용하여 지자체 에서 가뭄상황이 발생한 마을 상수도와 현재
그림 7. 강우기반 가뭄 전망 기능
그림 8. 지자체 상황관리 입력기능
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지자체의 가뭄상황을 체크하면 중앙부처에서 확인 할 수 있도록 시스템이 구축되어있다. 또한 가뭄 상 황에 사용되는 급수차, 소방차, 인력 등을 입력하여 DB로 저장하고, 상습가뭄재해지역을 입력하여 매 년 소방방재청에서 조사하던 것을 시스템 상에서 관리하도록 기능을 구축하였다.
2.2.5 실시간 가뭄지수(Real-time Drought Index, RDI)
본 시스템에는 타세부에서 개발한 실시간 가뭄지 수(RDI) 모듈을 탑재하였다. RDI는 시군구별 생활 용수·농업용수·공업용수의 수요량과 공급량과의 관계를 산정하여 용수부족량을 산정하는 방법으로 월별 분석만 가능했던 기상학적 가뭄지수의 한계를 극복하고 실시간(일단위) 분석이 가능하도록 구축 하였다. 1차년도에는 낙동강, 섬진강, 영산강 권역 이 구축되었으며 금차년도에 한강, 금강 권역으로
확대하여 전국 분석이 가능하도록 구축하 였다.
RDI는 용수별 수요량과 공급량과의 관 계를 통하여 용수부족량을 산정하는 가뭄 지수로서 지수의 개발 및 가뭄재해 정보시 스템에 적용하였다. RDI의 개발을 위한 대 상지역은 전국 시/군/구 행정구역별 생활 용수, 농업용수, 공원용수의 수요량 및 공 급량 DB를 구축하였다. RDI는 행정구역 별, 용수별 수요량 및 공급량의 과부족을 통하여 산정되며, 광역상수도, 지방상수도, 농업용 저수지 등을 통하여 용수가 공급되 는 부분을 시스템 공급지역, 그 외의 지역 을 비시스템 공급지역으로 구분하여 각각 에 대한 RDI가 산출된다.
RDI에 사용되는 공급량은 시스템 공급 량과 비시스템 공급량으로 나눌 수 있는데 시스템 공급량에는 댐 취수를 통한 공급량, 하천수 취수를 통한 공급량, 저수지를 통한 공급량으로 구성되어있고, 비시스템에 대 한 공급량은 기상관측소별 1980년~2011년 강우량 을 이용하여 90일 지속시간을 갖는 일별 SPI를 이 용하여 산정한다. RDI에 사용되는 시스템 수요량 과 비시스템 수요량 자료는 표 1과 같다. RDI 산정 방법에대한 내용은 한국수자원학회지(vol.45 No.5, 2012.5)에 자세히 수록되어있다.
그림 10은 RDI 가뭄지수 분석 기능 화면으로 생 활용수 부족량, 농업용수 부족량, 공업용수 부족량
그림 9. 방재물자 및 상습가뭄재해지역 입력 기능표 1. 용수별 수요량 자료 구축
생활용수 system 수요 : 광역상수도 수요량/지방상수도 수요량 non-system 수요 : 미급수지역 수요량
system 수요 : 수리답 수요량/관개전 수요량/축산용수 농업용수 수요량
non-system 수요 : 수리불안전답 수요량/비관개전 수요량
공업용수 system 수요 : 계획입지공단수요량/자유입지업체 수 요량
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을 각각 분석이 가능하며 생활용수 분석에는 취수 장 및 댐의 위치, 농업용수는 농업용 저수지 위치, 공업용수는 산업단지 위치 등이 표시되어 가뭄 상 황관리에 효율적으로 활용하도록 구성되어있다.
4. 결 론
본 연구는 2차년 중 마지막 차년도의 연구내용에 해당되며, 시스템 측면에서 요구사항 반영 및 기능의 고도화를 통해 가뭄시스템을 구축하였으나 결과 값 에 대한 신뢰성 향상을 위해 지속적인 검토가 필요하 다. 본 시스템은 우리나라 가뭄 상황관리를 위해서 수문자료 조회, 가뭄지수 모니터링, 강우기반 및 저
수지 기반 가뭄 전망, 지자체 입력 상황관리 등 기능 을 구축하였으며 기존 월단위로 산정되는 가뭄지수 의 한계를 극복한 일단위 분석이 가능한 RDI를 개발 하여 시스템에 탑재하였다. 향후 본 시스템은 국립방 재연구원에 설치되어 시범운영을 진행할 것이며 시 스템에 사용되는 DB 검토 및 산정 결과 검토를 통해 시스템의 활용성을 높일 계획이다.
재해예방은 일부 지역만을 대상으로, 일부 국민을 대상으로 하는 선별적 시스템이 아닌 모든 국민을 대 상으로 하는 공공서비스이므로 그동안 홍수에 비해 소외되었던 가뭄에 대한 재해예방 시스템을 구축하 므로 우리나라 가뭄 상황관리 및 정보제공에 중심적 역할을 하도록 연구진에서는 많은 노력과 열정을 지 속적으로 기울일 것이다.
그림 10. RDI 가뭄지수 분석 기능
감사의 글
본 연구는 소방방재청 자연재해저감기술사업단의
「국가가뭄재해 상황관리 정보시스템 구축(NEMA- 자연-2011-40)」연구과제를 수행하며 얻은 성과입 니다.
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