본 연구에서는 도시화로 인해 왜곡된 물순환을 치수, 이수, 수질관리 등의 측면에서 건전화시키기 위해 지속가능한 유역통합관리 계획을 수립하기 위한 10단계의 절차와 적용방법을 개발하여 제시하였으며 이 중 Step 2에 해당하는 문제점 도출 및 우선순위 결정 단계를 수행하였다. 유역의 잠재적인 위험도를 나타내는 홍수피해잠재능(PFD), 건천잠재능(PSD), 수질오염잠재능(PWQD), 유역평가지수(WEI)를 산정하기 위해 다기준 의사결정기법과 지속가능성평가지수 개념을 사용하였다. 사용된 다기준 의사결정 기법들은 복합계획법, 타협계획법, Regime, ELECTRE II, EVAMIX 방법이며 자료의 가용성과 목적(예비타당성, 타당성)에 따라 다르게 사용될 수 있다.
본 연구에서는 도시화로 인해 왜곡된 물순환을 치수, 이수, 수질관리 등의 측면에서 건전화시키기 위해 지속가능한 유역통합관리 계획을 수립하기 위한 10단계의 절차와 적용방법을 개발하여 제시하였으며 이 중 Step 2에 해당하는 문제점 도출 및 우선순위 결정 단계를 수행하였다. 유역의 잠재적인 위험도를 나타내는 홍수피해잠재능(PFD), 건천잠재능(PSD), 수질오염잠재능(PWQD), 유역평가지수(WEI)를 산정하기 위해 다기준 의사결정기법과 지속가능성평가지수 개념을 사용하였다. 사용된 다기준 의사결정 기법들은 복합계획법, 타협계획법, Regime, ELECTRE II, EVAMIX 방법이며 자료의 가용성과 목적(예비타당성, 타당성)에 따라 다르게 사용될 수 있다.
This study developed a ten-step procedure of integrated watershed management (IWM) for sustainability to rehabilitate the distorted hydrologic cycle and identified spatial hazard ranking(step 2). Spatial hazard indices, Potential flood damage (PFD), potential streamflow depletion (PSD), potential wa...
This study developed a ten-step procedure of integrated watershed management (IWM) for sustainability to rehabilitate the distorted hydrologic cycle and identified spatial hazard ranking(step 2). Spatial hazard indices, Potential flood damage (PFD), potential streamflow depletion (PSD), potential water quality deterioration (PWQD), and watershed evaluation index (WEI) were developed using multi-criteria decision making (MCDM) techniques and sustainability evaluation concept(pressure-state-response model). The used MCDM techniques are composite programming, compromise programing, Regime method, and EVAMIX approach which are classified by data availability and objectives (prefeasibility and feasibility).
This study developed a ten-step procedure of integrated watershed management (IWM) for sustainability to rehabilitate the distorted hydrologic cycle and identified spatial hazard ranking(step 2). Spatial hazard indices, Potential flood damage (PFD), potential streamflow depletion (PSD), potential water quality deterioration (PWQD), and watershed evaluation index (WEI) were developed using multi-criteria decision making (MCDM) techniques and sustainability evaluation concept(pressure-state-response model). The used MCDM techniques are composite programming, compromise programing, Regime method, and EVAMIX approach which are classified by data availability and objectives (prefeasibility and feasibility).
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문제 정의
3) 유역의 종합적인 위험도를 정량적으로 산정하기 위해 홍수능피해잠재능(PFD), 건천잠재능(PSD), 수질오염잠재능(PWQD,) 유역평가지수(WEI)를 제안하였다. 기존의 유역종합치수계획에서 치수와 관련된 PFD에 대해서는 개발되어 사용되었으나 본 연구에서는 이수, 수질관리 측면뿐만 아니라 종합적인 유역의 위험도를 정량적으로 제시함으로서 전체 유역의 분야별 공간적 위험수준 및 등급 등을 구체적으로 확인할 수 있도록 하였다.
하지만 아직까지 이수, 수질 관리 등을 모두 포함하는 지속가능한 유역통합관리(Integrated Watershed Management; IWM) 계획 수립을 위한 구체적인 이론 및 적용방법에 대해서 연구된 바는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 다기준 의사결정(multicriteria decision making, MCDM) 기법과 지속가능성 평가지수 (sustainability index, SI)를 이용하여 유역통합관리 이론을 토대로 도시하천의 지속가능한 수자원 관리계획을 수립하기 위한 절차를 제시하였다. 또한 Step 2에 해당되는 문제점 도출 및 우선순위의 결정을 물 관리에 초점을 두고 유역의 치수, 이수, 수질관리 측면의 잠재적인 위험도를 다기준 의사결정기법과 지속가능성 평가지수 개념을 사용하여 정량적으로 제시하였다.
제안 방법
1) 유역의 치수, 이수, 수질관리 측면에서 위험도를 정량화하기 위해 다기준 의사결정 기법을 이용하여 다양한 요소들을 고려하였다. 이때 각각의 요소들에 대한 가중치도 다기준 의사결정 기법의 하나인 계층화분석과정을 사용하였으며 자료의 가용성과 적용목적에 따라 여러 가지의 기법들(가중 합산법, 복합계획법, 타협계획법, ELECTRE II, Regime 방법, EVAMIX 접근법)을 사용하였다.
3) 유역의 종합적인 위험도를 정량적으로 산정하기 위해 홍수능피해잠재능(PFD), 건천잠재능(PSD), 수질오염잠재능(PWQD,) 유역평가지수(WEI)를 제안하였다. 기존의 유역종합치수계획에서 치수와 관련된 PFD에 대해서는 개발되어 사용되었으나 본 연구에서는 이수, 수질관리 측면뿐만 아니라 종합적인 유역의 위험도를 정량적으로 제시함으로서 전체 유역의 분야별 공간적 위험수준 및 등급 등을 구체적으로 확인할 수 있도록 하였다.
타협계획법의 경우 균형값은 임의로 1, 2, 10에 대해 수행하였다. ELECTRE II는 대안을 등급별로 분류하여 순위를 제시하였는데 PFD의 경우 4개, PSD의 경우 12개, PWQD의 경우 16개, WEI의 경우 11개로 구분하여 제시하였다. Regime 방법은 각각의 인자에 대한 가중치를 입력하는 것이 아니라 우선순위만 입력하여 우선순위 조건을 만족하는 2,000개의 가중치 경우의 수를 무작위로 발생시켜 각 경우에 대해 수행하였다.
EVAMIX 접근법은 정량적인 값과 정성적인 자료를 분리하여 PFD, PSD, PWQD, WEI의 각각의 값을 산정하였다. WEI를 산정하기 위해 사용된 p, q, r에 대한 시나리오는 다음과 같은데 이는 일반적으로 사용될 수 있는 특징적인 가중치 조합이다.
Regime 방법은 각각의 인자에 대한 가중치를 입력하는 것이 아니라 우선순위만 입력하여 우선순위 조건을 만족하는 2,000개의 가중치 경우의 수를 무작위로 발생시켜 각 경우에 대해 수행하였다. 따라서 PFD, PSD, PWQD를 산정하기 위해 Table 1의 결과를 토대로 가중치가 0.01 이하의 차이를 보이면 같은 값으로 인정하고 각 인자들과 지속가능성 요소들에 대한 가중순위를 결정하였다. 사용된 시나리오는 다음과 같다.
이를 달성하기 위해서 Kirshen(2005)은 목표를 정량화할 수 있는 지표의 개발과 시나리오를 포함하는 대안의 개발, 지수를 이용한 대안의 평가 등을 포함해야한다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한 지속가능성, 다기준 의사결정기법, 목표를 정량화하는 지표의 개발, 대안의 평가를 위한 지수의 개발, 편익 산정을 통한 경제성 분석 등을 모두 포함하여 하나의 유역통합관리 계획 절차를 Fig. 1과 같이 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 다기준 의사결정(multicriteria decision making, MCDM) 기법과 지속가능성 평가지수 (sustainability index, SI)를 이용하여 유역통합관리 이론을 토대로 도시하천의 지속가능한 수자원 관리계획을 수립하기 위한 절차를 제시하였다. 또한 Step 2에 해당되는 문제점 도출 및 우선순위의 결정을 물 관리에 초점을 두고 유역의 치수, 이수, 수질관리 측면의 잠재적인 위험도를 다기준 의사결정기법과 지속가능성 평가지수 개념을 사용하여 정량적으로 제시하였다. Step 1에 대한 일반적인 설명은 이길성 등(2006a)에 수록되어 있으며 Step 3~10의 구체적인 적용 방법과 결과는 향후에 제시될 예정이다.
본 연구는 도시화로 인해 왜곡된 물순환을 건전화시키기 위해 지속가능성을 반영하여 유역통합관리 계획을 수립하기 위한 10단계 절차를 제시하였으며 이 중 Step 2의 과정을 다기준 의사결정기법을 이용하여 치수, 이수, 수질관리, 종합 측면에서 유역의 문제점을 정량적으로 제시하였다. 본 연구는 다음과 같은 측면에서 의의가 있다.
본 연구에서는 주요 지천을 포함하는 유역단위로 대상유역을 구분한다. 치수의 경우 현재 유역종합치수계획을 수립하기 위해 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD)을 산정하여 대상유역의 지역별 홍수에 대한 위험도를 정량적으로 산정하고 있다.
하지만 Heathcote(1998)는 오염총량관리를 위해 기본적인 이론과 일반적인 예제를 제시하였을 뿐 특정한 대상유역에 대해 일관적으로 적용하지 않았을 뿐만 아니라 소유역 분할을 통한 지역별 분석을 수행하지 않았다. 유역내 물순환을 파악하는 연속유출 모의모형을 사용하여 지역별 물 및 오염물질 순환 현황을 정량적으로 분석하지 않았고 문제점 파악과 대안 선정에서는 정량적인 값을 제시하지 않았다. 따라서 의사결정 자들을 위해 유역내 문제점을 지역별 분야별로 제시하기 어려울 뿐만 아니라 대안의 효과에 대한 절대적인 수치를 제공할 수 없다.
이길성 등(2006b)에서 지수를 산정하기위해 다기준 의사결정기법 이론 중 복합계획법(composite programming)만 사용하였으나 본 연구에서는 타협계획법(compromise programming), ELECTRE II(Elimination and Choice Translating Reality), Regime 방법, Evamix(EVAluation with MIXed qualitative and quantitative data) 접근법을 추가하여 사용하였다. 각각의 방법은 자료의 가용성과 사용 목적에 따라 달라질 수 있는데 가중치를 정확하게 산정하고 대부분 정량적인 인자만 사용한 경우에는 복합계획법, 타협계획법을 사용할 수 있고 정성적인 자료가 함께 있는 경우에는 Evamix 접근법을 사용할 수 있으며 가중치를 정확하게 산정하기 어려운 경우는 Regime 방법을 사용할 수 있고 대안들의 정량적인 순위를 산정하는 것이 아니라 좋지 않은 대안을 그룹별로 제시하는 것이 필요한 경우는 ELECTRE II를 사용하는 것이 바람직하다.
대상 데이터
본 연구에서는 AHP를 방법을 이용하여 Table 1과 같이 산정하였다. 산정을 위해 사용된 자료는 수문/수자원 관련 전문가 및 관련지자체 공무원 30명의 설문결과이며 이중 일관성 지수(consistency ratio) 0.15이하를 만족하는 자료의 수는 각각 개별인자의 경우 치수의 압력(pressure)은 19명, 상태(state)는 22명, 반응(response)은 23명, 이수의 상태는 24명, 반응은 20명, 수질관리의 상태는 24명이었으며 지속가능성 구성요소인 압력-상태-반응에 대한 경우 21명(치수의 경우), 22명(이수의 경우), 24명(수질관리의 경우)에 대한 것을 분석하여 사용하였다.
데이터처리
이상의 5가지 방법으로 산정된 7개의 지수 및 순위에 대한 일관성에 대한 결과를 비교하기 위하여 Spearman의 상관계수를 계산하였으며 이중 WEI에 대한 결과는 Table 7과 같다. ELECTRE II를 제외한 대부분의 방법은 0.
이론/모형
PFD, PSD, PWQD를 산정하기 위한 인자들은 OECD(1993)가 개발한 지속가능성 평가모형인 PSR(Pressure-State-Response)을 사용하여 선정하였으며 이에 대한 이론적 설명은 이길성 등(2006a)에 제시되어 있고 선정된 인자들은 Table 1에 제시되어 있다. 또한 본 이론은 안양천 유역에 적용되었으며 중유역 분할도는 Fig.
이외에도 생태학적 안정성 등과 같이 물순환의 건전성을 정량적으로 확인할 수 있는 다른 지수가 존재한다면 도입하여 함께 사용될 수 있다. PFD에서 사용한 지속가능한 개발 모형인 압력-상태-반응 (Pressure-State-Response, PSR; OECD, 1993) 모형을 이용하여 PSD와 PWQD를 산정하기 위한 인자를 이길성 등(2006a)과 같이 사용하였다.
기존연구인 이길성 등(2006b)에서는 각각의 인자와 그룹에 대한 가중치를 몇 명의 전문가의 의견을 평균하여 산정하였으나 본 연구에서는 여러 전문가의 의견을 종합하여 값을 결정하는 계층화 분석과정(Analytic Hierarchy Process, AHP; Satty, 1977) 방법을 이용한다. 치수, 이수, 수질관리 측면에서 각각 사용되는 압력, 상태, 반응에 대한 가중치 및 인자들에 대한 가중치를 전문가(대학원, 설계회사, 연구소), 지방자치단체 관련 공무원 및 시민단체의 의견을 조사하여 AHP 기법을 통해 산정한다.
하지만 건천화 방지와 하천수질 개선을 위한 하천관리에는 제도적으로 정해진 지역별 위험도를 산정하는 방법이 없다. 따라서 본 연구에서는 선행연구인 이길성 등(2006a)에서 제안한 건천잠재능(Potential Streamflow Depletion, PSD)과 수질오염잠재능(Potential Water Quality Deterioration, PWQD)을 사용하기로 한다. 이외에도 생태학적 안정성 등과 같이 물순환의 건전성을 정량적으로 확인할 수 있는 다른 지수가 존재한다면 도입하여 함께 사용될 수 있다.
PFD, PSD, PWQD를 산정하기 위해서는 각각의 인자에 대한 가중치 및 지속가능성 모형의 구성요소인 압력-상태-반응에 대한 가중치를 산정해야 한다. 본 연구에서는 AHP를 방법을 이용하여 Table 1과 같이 산정하였다. 산정을 위해 사용된 자료는 수문/수자원 관련 전문가 및 관련지자체 공무원 30명의 설문결과이며 이중 일관성 지수(consistency ratio) 0.
2) 최근 모든 분야에서 중요시되고 있는 지속가능한 개발 개념을 유역통합관리 계획수립 과정에 도입 하였다. 본 연구에서는 환경에 대한 정량적인 평가를 위해 다양한 관련요소를 선정하는데 PSR(압력-상태-반응) 모형을 사용하였다.
1) 유역의 치수, 이수, 수질관리 측면에서 위험도를 정량화하기 위해 다기준 의사결정 기법을 이용하여 다양한 요소들을 고려하였다. 이때 각각의 요소들에 대한 가중치도 다기준 의사결정 기법의 하나인 계층화분석과정을 사용하였으며 자료의 가용성과 적용목적에 따라 여러 가지의 기법들(가중 합산법, 복합계획법, 타협계획법, ELECTRE II, Regime 방법, EVAMIX 접근법)을 사용하였다. Spearman 상관계수를 이용하여 비교한 결과 비교적 다기준 의사결정 기법에 상관없이 비슷한 결과를 보이므로 실무에서는 다양한 다기준 의사결정 기법을 모두 사용하여 분석하기보다는 사용하기 편리한 방법을 여건에 맞게 선택하는 것이 좋다.
기존연구인 이길성 등(2006b)에서는 각각의 인자와 그룹에 대한 가중치를 몇 명의 전문가의 의견을 평균하여 산정하였으나 본 연구에서는 여러 전문가의 의견을 종합하여 값을 결정하는 계층화 분석과정(Analytic Hierarchy Process, AHP; Satty, 1977) 방법을 이용한다. 치수, 이수, 수질관리 측면에서 각각 사용되는 압력, 상태, 반응에 대한 가중치 및 인자들에 대한 가중치를 전문가(대학원, 설계회사, 연구소), 지방자치단체 관련 공무원 및 시민단체의 의견을 조사하여 AHP 기법을 통해 산정한다.
성능/효과
2) 최근 모든 분야에서 중요시되고 있는 지속가능한 개발 개념을 유역통합관리 계획수립 과정에 도입 하였다. 본 연구에서는 환경에 대한 정량적인 평가를 위해 다양한 관련요소를 선정하는데 PSR(압력-상태-반응) 모형을 사용하였다.
치수 이수, 수질관리 측면에서 모두 위험한 유역은 DJ, SB, SH, DR, BC, DB, SB 7개 유역으로 모두 복개구간 비율이 높아서 하천의 상태가 매우 좋지 않은 지역이다. 또 두가지 이상 좋지 않은 지역은 MG, OR가 이수와 수질관리 측면에서, OJ, YG, SA은 치수와 이수 측면에서 좋지 않음을 보였다. 또 한 가지 측면에서만 5등급을 보이는 지역은 SB1, GH1은 치수 측면에서만 매우 좋지 않음을 나타냈고 HU, GH, SS, SM, GS는 치수, 이수, 수질관리 측면에서 모두 우수한 결과를 보였다.
또 두가지 이상 좋지 않은 지역은 MG, OR가 이수와 수질관리 측면에서, OJ, YG, SA은 치수와 이수 측면에서 좋지 않음을 보였다. 또 한 가지 측면에서만 5등급을 보이는 지역은 SB1, GH1은 치수 측면에서만 매우 좋지 않음을 나타냈고 HU, GH, SS, SM, GS는 치수, 이수, 수질관리 측면에서 모두 우수한 결과를 보였다.
안양천 유역의 평균값을 살펴보면 PFD(0.52), PSD(0.56), PWQD(0.55) 모두 D등급에 해당되므로 전체적으로 좋지 않은 상태임을 알 수 있으며 건천화 문제와 수질오염 문제가 안양천 유역에서 잠재적으로 가장 심각함을 알 수 있다.
후속연구
또한 Step 2에 해당되는 문제점 도출 및 우선순위의 결정을 물 관리에 초점을 두고 유역의 치수, 이수, 수질관리 측면의 잠재적인 위험도를 다기준 의사결정기법과 지속가능성 평가지수 개념을 사용하여 정량적으로 제시하였다. Step 1에 대한 일반적인 설명은 이길성 등(2006a)에 수록되어 있으며 Step 3~10의 구체적인 적용 방법과 결과는 향후에 제시될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하천의 생태환경은 무엇에 영향을 받는가?
하천은 물의 흐름에 의해 주변 환경에 절대적으로 영향을 받는 유수생태계이다. 따라서 하천의 유량, 유속, 수심, 수질, 수온 등 물이 지닌 물리, 화학적 특성에 따라 하천의 생태환경이 영향을 받게 된다. 이러한 하천 구성요소 간에는 다양한 인과관계가 형성되어 서로가 서로의 원인이 되고 또 결과가 되는 복합적 환경을 띄고 있다.
통합수자원관리는 수자원 이용의 사회적 호용을 극대화하기 위해 어떤것을 하는 과정인가?
‘통합수자원관리’는 지속가능한 발전(sustainable development)을 위해 생태계의 지속가능성을 저해하지 않으면서 사회·경제적 복지를 극대화할 수 있도록 물과 토지 및 관련 자원들의 조화로운 개발과 관리를 촉진하는 과정으로 정의된다(Global Water Partnership, 2005). 즉 수자원 이용의 사회적 효용을 극대화하기 위해 수자원뿐만 아니라 수자원과 직·간접적으로 관련된 모든 사항에 대한 관리까지 함께 증진해 가는 과정이다.
수질 관리제도로 종래의 농도규제에 더하여 목표수질기준 한도에서 유역배출량을 관리하는 것은 무엇인가?
수질의 경우 하천환경에 대한 관심과 건전한 수환경에 대한 수요가 증대되면서 종래의 농도규제에 더하여 목표수질기준 한도에서 유역배출량을 관리하는 오염총량관리제를 새롭게 도입하게 되었다. 1즉 수질오염총량관리제는 단위유역에 설정된 목표수질을 만족하기 위한 배출부하량을 산정하여 궁극적으로 오염물질 배출자에게 허용부하량을 할당하고 이를 준수하도록 하는 제도이다.
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