1. 서 론
최근 기상이변으로 초래된 집중호우로 발생한 홍 수피해가 대폭 증가하였으며, 가뭄도 이에 못지않
게 증가하였다. 이러한 재해뿐만 아니라 기후변화에 따른 생태환경의 변화도 발생하고 있다. 기후변화는 유역이 제공하는 수자원 함양능력, 청정지하수 제 공능력, 하천생태적 유지능력, 식생피복을 통한 토 사유출 방지능력 등에 악영향을 미쳐 유역 건전성과 회복능력을 약화시키고 결과적으로 유역관리 패러 다임을 변화시킬 것으로 전망되고 있다. 이에 따라 향후 기후변화에 적응하기 위한 유역관리 기술은 기 존의 이치수 위주의 유역관리에서 친환경 중심의 시 대적 요구에 부합하는 유역관리 기술의 개발이 고려 되어야 할 것이다.
따라서 제3세부과제에서는 기후변화 대비 유역관 리 적응기술을 개발하고 수자원 관리 현업에 활용 가능한 성과물을 도출하고자 다음과 같은 세세부과 제를 구성하여 연구를 수행하고자 한다. 기후변화에 따른 국내 유역의 건전성을 평가할 수 있는 유역건 전성 및 수자원 취약성 통합평가기술, 수자원 적응 을 위한 의사결정 및 불확실성 저감 기술, 유역 물순 환 개선 평가시스템 개발 및 기술사업화, 극한수문 사상에 대한 유역의 탄력적 대응 및 복원 기술 등을 개발하고, 최종적으로는 기후변화 상황에서 유역별 취약성의 종합적 평가 및 효율적 적응전략을 수립할 수 있는 통합 평가시스템을 개발하고자 한다.
Issue
(3세부과제) 기후변화 대비 유역관리 적응기술 개발
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김 성 준 ●●●
(협동연구책임자)
건국대학교 사회환경시스템공학과 교수 kimsj@konkuk.ac.kr
김 영 오 ●●●
(공동연구책임자)
서울대학교 건설환경공학부 교수 yokim05@snu.ac.kr
김 현 준 ●●●
(공동연구책임자)
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 선임연구위원
hjkim@kict.re.kr
강 부 식 ●●●
(공동연구책임자)
단국대학교 토목환경공학과 교수 bskang@dankook.ac.kr
2. 주요 연구내용
제3세부과제는 협동연구기관인 건국대학교를 중 심으로 공동연구기관인 서울대학교, 한국건설기술 연구원, 단국대학교와 위탁연구기관인 ㈜부린으 로 구성되어 연구를 수행하게 된다. 또한 각 협동 및 공동 연구기관마다 단위연구과제 및 전문가로
써 약 12개의 팀이 참여하게 된다. 총 4년 9개월간 (2014.09~2019.06)의 연구과제 수행기간 동안 서 로 긴밀하게 협업하여, 기후변화 대비 유역관리 적 응기술 개발 목표달성을 위해 본 연구는 그림 1과 같은 4개의 세세부과제들로 구성하여 기술개발을 수행하고자 한다.
그림 1. 3세부 총괄 연구개발 모식도
2.1 유역 건전성 평가기술 및 수자원 취약성 통 합평가 시스템 개발(제3-1세세부과제)
최근 하천유역은 기후변화로 인한 강수패턴의 시 공간적 변화로 인해 물순환 체계가 파괴되고 지하 수 고갈 및 가용수자원의 변화를 초래하고 있다. 또 한 하천 유지유량의 감소는 수질오염의 증가를 초래 한다. 따라서 지속가능하고 건전화된 물순환을 위해 서는 해당 유역의 물순환계를 정확히 파악하고 기후 변화에 의한 예측 및 대응이 가능한 해석기술 개발
이 요구된다. 따라서 본 세세부과제에서는 기후변화 적응을 위하여 전국 표준유역 단위로 유역의 수량 (증발산, 하천유출량, 토양수분, 지하수, 댐 및 저수 지 방류량 등), 수질 뿐 아니라 유역환경(식생 및 토 지이용 등)을 종합적으로 고려하여 유역의 건전성을 평가하는 기술을 개발하며, 유역의 수자원 취약성을 지수를 개발하여 기후변화에 대응을 위한 유역관리 의 표준 지표를 제시하고자 한다. 또한 도출된 결과 를 토대로 수자원 취약성 통합평가 시스템을 구축한 다(그림 2).
2.2 기후변화에 따른 수자원 적응을 위한 의사결 정 및 사회구현 기술 개발(제3-2세세부과제)
수자원 분야에서의 기후변화 관련 연구는 영향 및 취약성 평가 단계를 넘어 오랫동안 발전해왔음에도 불구하고 기후변화 적응을 위한 수자원 계획 수립 관련된 기술의 발전이 더딘 실정이다. 그 이유는 기 상 변수의 통계량이 시간에 따라 변하는 것을 의미 하는 비정상성, 그리고 미래 상황에 대한 확률을 추 정할 수 없는 상태를 의미하는 깊은 불확실성으로 인해 예측 및 추정이 힘들어짐에 따라 적합한 의사 결정이 불가능하여 시민사회에서의 기후변화 관련 정책에 대한 불신을 해결하고 사회구현을 수행하기 에 어려움이 있다. 본 연구에서는 기후변화 적응을 위한 의사결정 기술, 연구 과정에서 발생하는 불확 실성을 계량 및 저감하는 기술, 마지막으로 이와 같 이 도출된 기후변화 적응 전략을 효과적으로 사회구 현할 수 있는 기술을 개발함으로써 기존의 기후변화
관련 연구가 위치해있던 지점으로부터 실제 사회구 현 단계까지 방법론적인 프레임을 완성하는데 궁극 적인 목적이 있으며, 이를 통해 기후변화에 따른 미 래 예측 불가능한 상황에 대한 적응능력을 향상시키 고자 한다(그림 3).
2.3 기후변화 적응 유역 물순환 개선 기술 개발 (제3-3세세부과제)
물순환계는 치수, 각종 용수와 재생 가능한 에너 지원으로서의 이용 등 안전하고 쾌적하며 풍요로운 인간생활을 위하여 이용되고 있다. 그러나 기후변 화 및 토지이용변화에 따라 강우량 및 증발산량 등 과 같은 물순환계 구성요소가 변화하면 유역에서의 물순환계가 영향을 받게 된다. 이렇게 변화된 유역 의 물순환계를 종합적으로 관리하기 위해서는 물순 환 개선 기술을 통한 지속가능하고 건전한 물순환체 계의 구축이 필요하다. 유역 물순환 개선 기술은 기 그림 2. 3-1세세부과제 연구추진 개념도
그림 3. 3-2세세부과제 연구추진 개념도
그림 4. 3-3세세부과제 연구추진 개념도
후변화 및 토지이용변화가 진행 중에 있거나 예상 되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침 투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지·회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 기후변화 및 토지이용변 화에 따른 영향을 평가하고, 지속가능한 유역 물순 환체계를 구축하여 적응 전략을 체계적으로 수립하 기 위해서는 물순환 개선 기술의 정립 및 개발이 필 수적이다. 그러나 현재 유역 물순환 개선 기술은 일 부 시가화 지역에 국한되어 있어 전지구적, 유역 규 모의 개선 전략을 수립하는데 한계가 있다. 또한, 물 순환계의 변화량을 평가하기 위한 모형화 기법 역시 해외에서 개발된 기술을 여과 없이 도입하여 국내의 환경을 충분히 반영하기는 어렵다. 따라서 본 과제 에서는 기후변화 및 토지이용변화에 따른 국내 유역 의 특성 및 기후를 반영하기 수월한 물순환 개선 평 가시스템을 국내 기술로 개발하여 기후변화 적응능 력을 향상시키고, 국제 네트워크를 통하여 개발된 기술을 보급함으로써 유역 물순환 개선 기술 분야의 산업경쟁력을 제고하고자 한다(그림 4).
2.4 극한사상에 대한 유역의 탄력적 대응 및 복 원기술개발(제3-4세세부과제)
기후변화는 전세계적으로 수세기 이상 계속 진행 될 전망이며, 이러한 기후변화는 유역이 제공하는 수자원 함양능력, 청정지하수 제공능력, 하천생태적 유지능력, 식생피복을 통한 토사유출 방지능력 등 에 악영향을 미칠 수밖에 없다. 이에 따라 수자원 및 수환경 변화에 대한 분석은 수자원관리 측면에서 우 선적으로 대비해야 할 중요한 문제이며, 정확한 분 석과 취약성 평가를 위한 기술이 필요하다. 따라서 본 세세부과제에서는 유역단위 극한수문전망 및 수 문생태 취약성평가 모델 체인 구축을 통해 수문-생 태-수질모형의 통합영향평가를 수행하고, 토사유출 저감을 통한 단계별 유역관리 방안 및 이에 따른 하 천 유사 관리 방안을 제시하고자 한다. 또한 토양유 실 예측 소프트웨어 개발을 통한 토양유실 예측/저 감 최적 관리기술과 저수지나 하천으로 유입되는 탁 수의 거동예측을 통해 댐-하천-보를 연계한 탁수 저감 및 관리 기술을 개발하고자 한다(그림 5).
그림 5. 3-4세세부과제 연구추진 개념도
3. 연구목표 및 예상성과
3.1 유역 건전성 평가기술 및 수자원 취약성 통 합평가 시스템 개발(제3-1세세부과제)
제3-1세세부과제의 최종 연구목표는 유역의 건전 성평가를 위해 수량, 수질, 유역환경을 고려한 통합 지표를 개발하고, 기후변화 시나리오 기반의 유역건 전성 및 수자원 취약성을 통합하여 평가할 수 있는 시스템을 구축하는 것이다(그림 6). 본 과제에서 수
행될 유역 물순환 건전성 및 수자원 취약성 통합평 가 기술은 잠재 수자원의 이용 가능량 및 지속가능 한 수자원 개발을 위한 사업우선순위 결정, 취약지 역에 대한 유역관리 등 평가지표를 통한 의사결정지 원이 가능할 것으로 판단된다. 또한 물순환 해석을 통해 기후변화에 따른 수자원의 시공간적 변화 현상 을 규명하고 표준유역별 수자원 취약성을 정량적으 로 평가하여 국가 및 지자체에서 활용 가능한 적응 전략을 세울 수 있을 것으로 기대된다.
그림 6. 3-1세세부과제 최종목표
3.2 기후변화에 따른 수자원 적응을 위한 의사 결정 및 사회구현 기술 개발(제3-2세세부 과제)
제3-2세세부과제의 최종 연구목표는 기후변화 적응을 위하여 필요로 하는 적응 전략의 분석, 선정, 사회구현에 이르는 일련의 기술들을 개발하는 것으 로, 기후변화 적응을 위한 의사결정 기술, 비정상성
을 고려한 통합 불확실성 계량화 및 저감 기술, 기 후변화 적응 기술의 효과적 사회구현 기술 개발이다 (그림 7). 기후변화 적응을 위해 개발된 기술들에 대 한 실제 의사결정을 지원해줄 방법론과 불확실성 정 량화 및 저감 기술, 그리고 사회구현 기술의 개발을 통하여 기후변화 대비 유역관리 적응 효과를 재고 하고자 한다. 본 연구를 통하여 국내 기후변화 적응 에 대하여 구체적으로 접근하는 중요한 연구사례로
써 기준점이 될 것이라는데 큰 의의가 있고, 불확실 한 미래 상황에 대하여 신뢰도 및 안정성을 가진 의
사결정을 수행하여 이를 실무적으로 관철시키는 일 련의 과정에 대한 비전을 제시하게 될 것이다.
그림 7. 3-2세세부과제 최종목표
3.3 기후변화 적응 유역 물순환 개선 기술 개발 (제3-3세세부과제)
기후변화에 능동적으로 대처하기 위해서는 기후 변화에 따른 수자원의 변화를 정량적으로 평가할 수 있는 평가기법이 필요하고, 평가결과의 신뢰도 향 상을 위해 기후변화 시나리오는 지역기후 및 유역특 성에 적합한 결과를 포함하여야 하며 수문모형의 불 확실성을 정량화하고 저감시킬 수 있는 기법이 필수 적이다. 또한, 기후변화 및 토지이용변화가 유역 물 순환계에 미치는 영향이 있다면 물순환 개선 기술을 통해 지속가능한 유역 물환경을 구축하는 것이 필요 하다. 이를 위하여 본 연구에서는 기후변화 적응 유 역 물순환 개선 및 평가시스템을 개발하여 기술사업 화를 완료하고, 건전하고 지속가능한 물환경 구축을 위한 기후변화 적응 전략 가이드라인을 개발하여 전 지구적인 활용성을 평가하는 것을 목표로 한다(그림
8). 연구팀은 수년간 국가연구개발사업을 통해 유 역 물순환 개선 기술과 관련한 연구를 수행하여 기 술사업화에 성공한바 있으며 기존 성과를 적극 활용 한 단기간 기술개발이 가능할 것으로 판단된다. 최 종 성과물인 유역 물순환 개선 및 평가 소프트웨어 는 물순환 개선 기술 관련 외국 기술의 의존도를 낮 추고, 정부 및 지자체의 기후변화 적응 유역 물순환 개선 정책수립 및 의사결정에 활용 가능할 것으로 기대된다.
3.4 극한사상에 대한 유역의 탄력적 대응 및 복 원기술개발(제3-4세세부과제)
제3-4세세부과제의 최종 연구목표는 기후변화와 도시화에 따른 식생변화 및 수문성분변화 전망을 토 대로 극한수문사상에 대한 유역의 하천침식 및 퇴적 을 고려한 하상변동의 취약성을 평가하고, 고도화
된 토양유실방지 및 탁수관리 기술 개발을 통해 기 술적 가이드라인 및 제도적인 대응방안을 제시하는 것이다(그림 9). 이는 최근 대하천 사업으로 인해 건설된 보와 준설로 인한 하천환경변화를 고려한 선진화된 이수/치수 관리에 하천관리 적용이 가능 하며, 토양유실 저감 및 예측을 위한 DB는 막대한 양의 자료수집이 필요함과 더불어 수집된 자료의
해석 및 처리에 많은 인력과 예산이 필요하기 때문 에 본 연구의 개발이 기초자료로써 사용되어질 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 극한수문사상에 따 른 유역관리기술을 통해 유역의 사전방재기능을 향 상시켜 하천유출변화를 저감할 수 있는 대안을 마 련함으로써 유역의 탄력 대응과 복원능력이 향상될 것으로 기대된다.
그림 8. 3-3세세부과제 최종목표
그림 9. 3-4세세부과제 최종목표
4. 실용화를 위한 기후변화 적응 수자원 평 가 웹정보시스템 개발 계획
본 연구과제의 핵심연구 성과로 개발될 예정인 시 스템은 기후변화 적응 수자원 평가 웹정보시스템으 로 국가수자원정보시스템(WAMIS) 기후변화 정보 시스템으로써 개발될 예정이다. 기후변화에 안정적 으로 적응하기 위한 전국 수자원 평가정보를 생산하 고 일반인들에게 이해 가능한 지식수준의 대국민을
위한 정보제공을 목적으로 한다. 시스템의 주요 기 능으로는 국가수자원정보시스템(WAMIS)의 기후변 화를 고려한 중장기 전망정보 생산기능을 부여하고, 기후변화에 따른 이수, 치수, 유역관리 분야의 순차 적 적응을 위한 전국적 수자원 건전성 및 취약성의 정기적 평가를 통한 수자원 관리 및 개발의 사회적 공감대를 형성하는 것이다. 그림 10에는 기후변화 적응 수자원 평가 웹정보시스템 개발을 위한 모식도 를 나타내었다.
그림 10. 기후변화 적응 수자원 평가 웹정보시스템 개발 모식도
5. 결 론
본 과제 연구팀의 예상성과 및 실용화 성과는 (3-1)기후변화 적응 수자원 평가 웹정보시스템, (3-2)수자원 신규개발과정 시 기후변화를 고려한 사회적 의사결정 기술, (3-3)기후변화 적응 유역 물순환 개선 최적화 기술, (3-4)유역-하천-댐 연 계 기후변화 적응 수자원 복원기술로써, 최종 활용 분야는 기후변화 적응을 위한 수자원평가 웹 시스 템의 가동 및 정보의 지식화 수준 대국민 제공이다.
(3-1)세세부과제는 유역 건전성 평가기술 및 수자
원 취약성 통합평가 시스템 개발(시스템)을 위한 요 소기술은 확보된 상태로, 광역적으로 완전히 물리 적인 평가방법의 개발 및 평가기술의 자동갱신을 포 함한 웹시스템 정보화를 통해 한강홍수통제소, 국 토교통부(수자원정책, 수자원개발), 국토연구원 등 에서 활용이 가능할 것으로 기대된다. (3-2)세세부 과제의 기후변화 적응을 위한 의사결정 및 사회구 현 기술(공법·기법)은 기존 협의체(NGO, 지역주 민, 지자체, 정부기관)에 기후변화 고려한 의사결정 과정이 없으므로, 신규진입을 위한 기술정립을 통 해 K-water, 지자체, NGO 등에서 활용이 가능할
것이다. (3-3)세세부과제의 기후변화 적응 유역 물 순환 개선 기술 개발(시스템)은 한국건설기술연구원 의 물순환 개선 소프트웨어(CAT) 활용 및 기후변화 적응 최적화 프로세스 개발[BAT(Best Adaptation Tech.) through CAT(Catchment Assessment Tool)]을 통해 한국건설기술연구원, 설계회사, 지자 체 등에서 활용이 가능할 것으로 기대된다. (3-4) 세세부과제의 극한사상에 대한 유역의 탄력적 대응 및 복원기술개발(소프트웨어)은 유역/하천/댐별 요 소기술이 어느 정도 확보되어 있는 상태로, 생태수
문, 탁수저감 등 대응/적응기술의 통합연계를 통해 K-water, 지자체, 유역환경청, 한국농어촌공사, 산 림청 등에서 활용 가능할 것으로 기대된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리사업의 연구비지원 (14AWMP-B082564-01)에 의해 수행되었습니다.
