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문제 정의
- 본 연구는 주로 기후변화 예측치를 연동한 지하수 함양량 산정 방법론 및 모델 개발에 중점을 두었으며, 모델을 적용한 시범지역 역시 유역 전체를 대표할 수 없기 때문에 국내 지하수 수자원 관리에 관한 구체적인 방안을 수립하기는 어려우나, 연구결과를 토대로 향후 국내 지하수 수자원의 양적 관리에 관한 다음과 같은 정책 방향을 제시할 수 있을 것으로 본다.
- 본 연구에서는 기존의 기후변화와 지하수 함양량의 불명확한 관계를 정량적으로 분석하였으며, 미래 기후변화 예측 결과를 반영한 연구지역 내 지하수 함양률 변화를 시․공간적으로 산정하고, 기존 산정 결과와의 비교를 통해 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립 방향을 제시하기 위한 연구라고 할 수 있다. 앞으로 연계모델의 고도화 방안 및 현장조사가 추가된다면 보다 정량적으로 기후변화와 지하수 함양량의 상관관계를 파악할 수 있으며, 향후 전반적인 물관리 및 물안보 체제 구축을 위한 한 축을 차지할 수 있다는 점에서 중요성이 있다고 하겠다.
- 본 연구에서는 실질적인 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정 모델 개발 및 관리방안을 마련하기 위하여 우선적으로 적정 기후변화 시나리오를 선정하였으며, 적정 지하수 유동 모델링을 선정하였다. 또한 지리정보시스템과의 연계방법을 제시하여 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 모델 개발하였다.
- 본 연구의 목적은 소유역 차원에서 기후변화에 의한 지하수 함양량 추정 및 산정 기법을 개발하고 이를 바탕으로 하는 실질적인 정책방향을 제시하는 것이다. 이를 위하여 첫째, IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 기후변화 시나리오 중 지하수 함양량 산정에 필요한 적정 시나리오를 선정하였다.
- 둘째, 목적에 부합하느냐는 것이다. 본 연구의 주요 목적이 기후변화 예측을 통한 지하수 함양량의 변화를 유추하는 것이다. 이 목적에 부합하는 모형은 개념적인 모형이 아닌 분포형 또는 준분포형 모형이다.
- 개발된 기법을 연구지역에 적용하여 실제 기후변화 영향에 대한 지하수 함양량을 미래 시기별로 추정하였다. 이를 바탕으로 향후 기후변화에 따른 지하수 수자원 통합관리방안에 대한 정책적 사항을 제안하였다.
- 여섯째, 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립을 위한 정책방향을 제시하였다. 이와 같이 본 연구에서는 지역규모에서 기후변화 연동 지하수 함양량의 시계열 분석의 기초연구를 수행하였다.
가설 설정
- 기준 배출 시나리오는 온실가스를 줄이기 위한 미래의 기후정책에 대하여 어떠한 가정도 하지 않은 상태를 말한다. SA90 시나리오에서는 에너지 공급은 석탄 집약적이고 에너지 수요는 효율성이 증대되는 것으로 가정하였다. 이산화탄소의 억제가 낮게 이루어진다면, 열대림이 소멸될 때까지 산림의 황폐화가 지속될 것으로 예상하였으며, 농업에서의 메탄가스와 아산화질소는 제어하지 않았다 (Convery et al.
- 3℃/10yr의 비율로 증가하여, 2025년에는 현재보다 약 1℃ 증가하고, 21세기 말에는 3℃ 증가할 것으로 예상하였다. Scenario B에서는 0.2℃/10yr, Scenario C에서는 0.1℃/yr 이상, Scenario D에서는 약 0.1℃/10yr의 비율로 가정하였다(IPCC, 1990).
- 대부분의 장기 지하수 유동모델들은 이 조건을 충족하는 것으로 판단된다. 둘째, 목적에 부합하느냐는 것이다. 본 연구의 주요 목적이 기후변화 예측을 통한 지하수 함양량의 변화를 유추하는 것이다.
- 이 목적에 부합하는 모형은 개념적인 모형이 아닌 분포형 또는 준분포형 모형이다. 셋째, 유역특성, 시 · 공간 규모 문제 등 모형의 제한점에 대한 것이다. 즉, 모형은 다양한 유역조건과 규모에 대해서 적용 가능해야 하고, 계산 시간간격도 사용자가 적절히 조정할 수 있어야 한다.
- 그러므로 특히 HELP3는 본 연구의 목적인 기후자료와 연동이 가능하며, 지하수 함양량 산정도 가능하다. 위 두 가지 기능을 연계하여 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정이 가능할 것이다.
제안 방법
- 그러므로 본 연구에서는 SRES(Special Report on Emission Scenario)의 A1B 시나리오에 따른 한반도 기후변화 시나리오를 선택하였다. A1B 시나리오는 고도 경제성장이 계속되며, 세계 인구가 21세기 중반에 정점에 달한 후 감소하고, 신규 에너지의 개발 및 에너지 관련 신기술 또는 고효율화 기술이 급속히 도입되는 미래 사회를 가장한 시나리오이며, 이에 따른 기후변화를 예측하였다.
- Combination Map 구성은 토양 특성자료 및 불투수층의 자료를 바탕으로 공간적인 교집합을 산정하며, 연구 지역 내 임상 및 엽면적지수 분포 등의 지리정보를 부가적으로 활용하여 제작하였다. 공간자료 중 속성자료는 토지이용현황에 분류, 불투수층 분류 및 각 토지 이용, 불투수층 공간분포에 따른 토양의 특성 등으로 구성되어 있다.
- HELP3 모델을 이용한 연구지역의 지하수 함양률 산정은 유출곡선지수값에 의한 공간적 분류를 바탕으로 유출곡선지수 값에 해당하는 토양의 종류를 추출하고, 해당 토양통의 물리적 특성을 입력하는 방식으로 진행되었다. 각 토양에 해당하는 물리적 및 수리지질학적 특성은 USGS(U.
- 또한 지리정보시스템과의 연계방법을 제시하여 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 모델 개발하였다. 개발된 기법을 연구지역에 적용하여 실제 기후변화 영향에 대한 지하수 함양량을 미래 시기별로 추정하였다. 이를 바탕으로 향후 기후변화에 따른 지하수 수자원 통합관리방안에 대한 정책적 사항을 제안하였다.
- 그러므로 본 연구에서는 SRES(Special Report on Emission Scenario)의 A1B 시나리오에 따른 한반도 기후변화 시나리오를 선택하였다. A1B 시나리오는 고도 경제성장이 계속되며, 세계 인구가 21세기 중반에 정점에 달한 후 감소하고, 신규 에너지의 개발 및 에너지 관련 신기술 또는 고효율화 기술이 급속히 도입되는 미래 사회를 가장한 시나리오이며, 이에 따른 기후변화를 예측하였다.
- 셋째, 기후변화 자료와 지하수 유동 모델의 연동 방법론을 제시하였다. 넷째, 연구지역을 선정하여 개발된 방법론을 적용하였다. 다섯째, 국가지하수 관측망의 함양량 값과 비교 검증을 수행하였다.
- 넷째, 연구지역을 선정하여 개발된 방법론을 적용하였다. 다섯째, 국가지하수 관측망의 함양량 값과 비교 검증을 수행하였다. 여섯째, 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립을 위한 정책방향을 제시하였다.
- 이를 위하여 첫째, IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 기후변화 시나리오 중 지하수 함양량 산정에 필요한 적정 시나리오를 선정하였다. 둘째, 기후변화를 효과적으로 반영할 수 있는 지하수 유동 모델을 선정하였다. 셋째, 기후변화 자료와 지하수 유동 모델의 연동 방법론을 제시하였다.
- 또한 기상자료는 면적 자료가 아니며 기상관측 위치에 해당되는 자료만을 가지고 있는 특성이 있다. 따라서 이를 연구지역 면적 전체에 해당되는 자료로 변화하여, 미리 선정된 공간해상도와 동일하게 만드는 전처리작업을 필수적으로 수행하였다.
- 산정된 지하수 함양량을 바탕으로 지리정보시스템을 활용해 도면화하여 직관력을 높이는 작업을 수행한다. 또한 강수량 및 지하수 함양량을 바탕으로 지하수 이용가능량을 산정하였다.
- 본 연구에서는 실질적인 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정 모델 개발 및 관리방안을 마련하기 위하여 우선적으로 적정 기후변화 시나리오를 선정하였으며, 적정 지하수 유동 모델링을 선정하였다. 또한 지리정보시스템과의 연계방법을 제시하여 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 모델 개발하였다. 개발된 기법을 연구지역에 적용하여 실제 기후변화 영향에 대한 지하수 함양량을 미래 시기별로 추정하였다.
- 본 연구에서 선정된 지하수 함양량 산정 모델은 기후자료 및 유출곡선지수를 기본 입력 자료로 수용하였으며, 최소 공간해상도별 유출곡선지수 및 기후변화자료를 연동하여 입력하는 방식으로 수행하였다. 선택된 지하수 함양량 모델은 HELP3이며, 이 모델의 구동 결과는 지하수 함양량을 최종적으로 나타낸다.
- 이에 농업과학기술원에서는 미국 자연자원보전국의 수문학적 토양유형 분류기준에 근거하여 국내 토양통을 대상으로 현장측정 및 입자특성을 활용한 추정식을 개발․적용함으로써 토양통별 침투 및 투수속도를 평가하여 유출곡선지수(유출곡선지수)법의 적용을 위한 합리적인 수문학적 토양유형을 분류하였다(<표 7> 참조). 본 연구에서는 1:25,000 축척의 토양도의 Soil Code를 바탕으로 농업과학기술원에서 발표한 수문학적 토양유형에 따라 해당 그룹을 할당하였다. 연구지역의 수문학적 토양유형 분류결과, 그룹 A와 D가 전체 면적의 55.
- 본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)(정일문, 2006), MODFLOW(Modular Three Dimensional Finite Difference Ground Water Flow)(이정호, 2005), MOHISE(Serge Brouyre, 2004), 및 HELP(Hydrological Evaluation of Landfill Performance)3(임은진, 2004)를 비교 분석하였다( 참조).
- 본 주제도들은 HELP3의 구동을 위한 물리적 입력자료 및 공간적 기본단위도로 활용되었다.
- 산정된 지하수 함양량을 바탕으로 지리정보시스템을 활용해 도면화하여 직관력을 높이는 작업을 수행한다. 또한 강수량 및 지하수 함양량을 바탕으로 지하수 이용가능량을 산정하였다.
- 둘째, 기후변화를 효과적으로 반영할 수 있는 지하수 유동 모델을 선정하였다. 셋째, 기후변화 자료와 지하수 유동 모델의 연동 방법론을 제시하였다. 넷째, 연구지역을 선정하여 개발된 방법론을 적용하였다.
- 다섯째, 국가지하수 관측망의 함양량 값과 비교 검증을 수행하였다. 여섯째, 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립을 위한 정책방향을 제시하였다. 이와 같이 본 연구에서는 지역규모에서 기후변화 연동 지하수 함양량의 시계열 분석의 기초연구를 수행하였다.
- 연구지역의 현황파악을 위하여 임상도1), 지질도1), 토양도1), LAI(Leaf Area Index)1), 토지피복도1), 불투수층도1)을 분석하였다. 활용자료는 6개이며, 분석자료는 총 9개 항목이다.
- 위에서 언급된 강우량을 기준으로 함양률을 적용하여 함양량을 산정하였다. 시기별 강수량 대비 지하수 함양률 및 함양량을 <표 8>에 정리하였다.
- 유출곡선지수(Curve Number)는 Combination Map을 바탕으로 토양의 수문학적 그룹을 재분류하는 방식을 적용하였으며, 공간적 분포를 나타내도록 수행하였다. 토양의 수문학적 그룹 분류는 농촌진흥청 농업과학기술원 및 한국건설기술연구원에서 제공하고 있는 수문학적 토양 분류법에 근거하여 실시하였으며, 정밀토양도의 Soil Code를 활용하여 분류하였다(농촌진흥청 농업과학기술원, 2007).
- 그러나 이 방법론은 특정 지하수 유동 모델링의 전 과정(수식 및 해법 포함)을 지리정보로 구현해야 한다. 이 과정에서 특정 지하수 유동 모델링의 특성을 정확히 구현하지 못할 수 있다는 것과 시간, 예산 등의 문제를 함께 고려하여 본 연구에서는 현실적인 방안을 고려하여 두 번째인 부분적 연계를 적용하였다.
- 본 연구의 목적은 소유역 차원에서 기후변화에 의한 지하수 함양량 추정 및 산정 기법을 개발하고 이를 바탕으로 하는 실질적인 정책방향을 제시하는 것이다. 이를 위하여 첫째, IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 기후변화 시나리오 중 지하수 함양량 산정에 필요한 적정 시나리오를 선정하였다. 둘째, 기후변화를 효과적으로 반영할 수 있는 지하수 유동 모델을 선정하였다.
- 활용자료는 6개이며, 분석자료는 총 9개 항목이다. 자료 중 LAI는 Landsat ETM을 이용하여 자체 제작하였으며, 불투수층은 토지피복지도를 활용하여 자체 제작하였다.
- 1970년부터 2000년까지는 기상청의 실제 관측자료를 활용하였으며, 2001년부터 2100까지는 SRES A1B 시나리오를 통하여 얻어진 기상자료를 활용하였다. 측정 및 예측된 기상자료는 30년간 자료의 방대한 양의 처리과정 및 처리시간 효율성을 위하여 30년 평균을 산정하여 활용하였다. 연구지역의 1970년부터 2000년까지의 평균온도 11.
대상 데이터
- 본 연구에서는 1970년에서 2100년까지의 기상자료(강우 및 기온)를 활용하였다. 1970년부터 2000년까지는 기상청의 실제 관측자료를 활용하였으며, 2001년부터 2100까지는 SRES A1B 시나리오를 통하여 얻어진 기상자료를 활용하였다. 측정 및 예측된 기상자료는 30년간 자료의 방대한 양의 처리과정 및 처리시간 효율성을 위하여 30년 평균을 산정하여 활용하였다.
- HELP3 모델을 이용한 연구지역의 지하수 함양률 산정은 유출곡선지수값에 의한 공간적 분류를 바탕으로 유출곡선지수 값에 해당하는 토양의 종류를 추출하고, 해당 토양통의 물리적 특성을 입력하는 방식으로 진행되었다. 각 토양에 해당하는 물리적 및 수리지질학적 특성은 USGS(U.S Geological Survey) 및 EPA(U.S Environmental Protection Agency)에서 제공되는 자료를 활용하였다. 유출곡선지수별 함양률 산정의 최소 공간적 범위는 10m×10m로 설정하였다.
- 기상자료는 전술하였듯이 과거부터 현재까지의 기상실측자료 수집과 A1B SRES를 기반으로 한 지역기후모델 다운스케일링을 통한 미래 기상자료 예측값으로부터 획득하였다. 또한 기상자료는 면적 자료가 아니며 기상관측 위치에 해당되는 자료만을 가지고 있는 특성이 있다.
- 본 연구의 결과는 기상자료가 1970년부터 2000년까지는 실측자료이며, 2001~2030년, 2031~2050년, 2051~2100년까지는 기후변화예측자료를 활용하였다. 따라서 연구결과의 실제 계측치와의 비교는 1970~2000년까지의 지하수 함양량 및 국가지하수 관측망의 측정기간이 포함되는 2001~2030년까지의 두 자료를 이용하여 실시하였다. 두 시기의 함양률은 각각 26.
- 본 연구에서는 1970년에서 2100년까지의 기상자료(강우 및 기온)를 활용하였다. 1970년부터 2000년까지는 기상청의 실제 관측자료를 활용하였으며, 2001년부터 2100까지는 SRES A1B 시나리오를 통하여 얻어진 기상자료를 활용하였다.
- 토양특성자료의 정밀도는 지하수 함양량 산정 정확도에 직접적인 영향이 있으며 대축척 및 공신력 있는 기관의 자료를 사용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 국립농업과학원에서 제공하고 있는 정밀 토양도(1:25,000 축척)를 활용하였다.
- 즉, 모형은 다양한 유역조건과 규모에 대해서 적용 가능해야 하고, 계산 시간간격도 사용자가 적절히 조정할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 기후변화를 주대상으로 하며 고려할 입력 자료에서도 기상 및 기온 자료가 포함된다. 이를 고려한 모형 선택이 필수적이다.
- 본 연구의 결과 검증은 국가지하수정보센터(http://www.gims.go.kr)에서 제공하고 있는 국가지하수관측망의 지하수위 및 함양률 변화를 활용하였다. 국가지하수관측망은 전국을 대상으로 지역 또는 유역별 대표지점에 지하수의 수위 및 수질의 변동 상황을 지속적으로 관측하기 위한 지하수 관측소를 설치 운영함으로써 국내 지하수자원의 보전 관리를 위한 기반을 구축한 것이다.
- 본 연구의 결과는 기상자료가 1970년부터 2000년까지는 실측자료이며, 2001~2030년, 2031~2050년, 2051~2100년까지는 기후변화예측자료를 활용하였다. 따라서 연구결과의 실제 계측치와의 비교는 1970~2000년까지의 지하수 함양량 및 국가지하수 관측망의 측정기간이 포함되는 2001~2030년까지의 두 자료를 이용하여 실시하였다.
- 본 연구지역인 경상북도 칠곡군 일원에는 총 2개소의 국가지하수 관측망이 운영 중에 있으며, 지하수위 및 함양률 자료 중 활용가능한 2002~2004년까지의 자료를 확보하였다( 참조).
- 연구대상지역은 경상북도 칠곡군, 구미시 일부 및 대구시 북구 일부를 포함하며, 달성군, 성주군, 김천시 및 군위군과 인접한 지역이다. 낙동강 본류가 연구지역의 일부를 관통하고 있으며 전체 면적은 500.
- 연구지역의 선정은 지역적 특성 및 가용 지리정보 자료의 정밀성 현황, 기후자료 획득을 위하여 현지 기상실측 자료의 확보 가능성과 검증을 위한 국가지하수 관측망이 존재하는 지역을 우선으로 선정하였다.
- 토양특성 자료는 현재 전 세계적으로 사용되고 있는 모든 지하수 유동 모델에 적용되는 기초 자료이다. 토양특성자료의 정밀도는 지하수 함양량 산정 정확도에 직접적인 영향이 있으며 대축척 및 공신력 있는 기관의 자료를 사용하는 것이 중요하다.
- 을 분석하였다. 활용자료는 6개이며, 분석자료는 총 9개 항목이다. 자료 중 LAI는 Landsat ETM을 이용하여 자체 제작하였으며, 불투수층은 토지피복지도를 활용하여 자체 제작하였다.
이론/모형
- Department of Agriculture; USDA)이 개발한 WGEN 모듈을 차용하고 있다(Richardson and Wright, 1984). 직접유출량 모델링도 미국농무성 토양보존국(Soil Conservation Service; SCS)의 유출지수(curve number; CN)방법을 활용한다(USDA, SCS, 1985).
- 유출곡선지수(Curve Number)는 Combination Map을 바탕으로 토양의 수문학적 그룹을 재분류하는 방식을 적용하였으며, 공간적 분포를 나타내도록 수행하였다. 토양의 수문학적 그룹 분류는 농촌진흥청 농업과학기술원 및 한국건설기술연구원에서 제공하고 있는 수문학적 토양 분류법에 근거하여 실시하였으며, 정밀토양도의 Soil Code를 활용하여 분류하였다(농촌진흥청 농업과학기술원, 2007). 분류별 토양특성은 침투율, 토양배서 투수율 및 토성으로 세분류된다.
성능/효과
- Combination Map 제작 결과, 본 연구지역은 산림지역 중 토양의 수문학적 그룹이 A에 해당하는 지역이 넓게 분포하고 있는 것으로 분석되었다( 참조).
- 둘째, IS92에서는 6개의 표준 배출 시나리오(IS92a‐f)를 제시하였고, 기준 시나리오인 IS92a에 따르면, 기준연도인 1990년도의 이산화탄소 농도는 약 350ppmv이고 100년 후인 2090년에는 약 670ppmv가 될 것으로 추정하였다. IS92a 시나리오에 따른 기후변화 예측 결과, 향후 100년 동안에 전 지구의 평균온도는 2.5℃ 상승할 가능성이 가장 높으며, 1.5~4.5℃ 범위에서 상승할 것으로 예상하였다(IPCC, 1992). 에어로졸 효과를 고려하면, 2.
- kr)에서 제공하고 있는 국가지하수관측망의 지하수위 및 함양률 변화를 활용하였다. 국가지하수 관측망의 최대 함양량과 본 연구 결과 함양량은 4~5% 정도 본 연구 결과가 높았다. 그러나 실제 지하수위 관측을 통한 방식과 C/N 값을 통한 간접적인 방식의 차이를 고려하고, 기존 타 연구의 결과를 고찰하면 본 연구에서 산정된 지하수 함양률 분포가 과다하게 수득된 것은 아닌 것으로 판단된다.
- 그러나 본 연구에서는 지하수 함양률 및 함양량을 지역의 토지이용 및 형태, 토양 수리 특성 등의 공간지리정보를 이용하여 공간적 세분화를 시도하였고, 중권역 유역보다 작은 면적에서의 지하수 함양량을 산정 및 예측할 수 있다는 점에서 큰 의의가 있다.
- 국가지하수 관측망의 최대 함양량과 본 연구 결과 함양량은 4~5% 정도 본 연구 결과가 높았다. 그러나 실제 지하수위 관측을 통한 방식과 C/N 값을 통한 간접적인 방식의 차이를 고려하고, 기존 타 연구의 결과를 고찰하면 본 연구에서 산정된 지하수 함양률 분포가 과다하게 수득된 것은 아닌 것으로 판단된다.
- 특히 날씨(기상) 모듈을 차용하고 있는 장점이 기후변화와 관련한 지하수 함양량 변화를 평가하는 데 유용한 도구가 되고 있는 것을 알 수 있다. 그러므로 특히 HELP3는 본 연구의 목적인 기후자료와 연동이 가능하며, 지하수 함양량 산정도 가능하다. 위 두 가지 기능을 연계하여 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정이 가능할 것이다.
- 따라서 연구결과의 실제 계측치와의 비교는 1970~2000년까지의 지하수 함양량 및 국가지하수 관측망의 측정기간이 포함되는 2001~2030년까지의 두 자료를 이용하여 실시하였다. 두 시기의 함양률은 각각 26.19% 및 25.87%로 국가지하수 관측망에서 추정된 연구지역의 최대 지하수 함양률인 21.6%보다 높게 산정되었음을 알 수 있다. 이는 연구지역 대부분이 비교적 투수성이 우수한 수문학적 토양군(A 및 B)에 속하며, 강우 함양이 발생하는 불포화대의 두께 역시 2m 미만으로 얕기 때문에, 강우의 지하침투가 예상보다 빨리 진행되고 있음을 시사하고 있다.
- 둘째, IS92에서는 6개의 표준 배출 시나리오(IS92a‐f)를 제시하였고, 기준 시나리오인 IS92a에 따르면, 기준연도인 1990년도의 이산화탄소 농도는 약 350ppmv이고 100년 후인 2090년에는 약 670ppmv가 될 것으로 추정하였다. IS92a 시나리오에 따른 기후변화 예측 결과, 향후 100년 동안에 전 지구의 평균온도는 2.
- 2009년 12월 덴마크 코펜하겐에서 개최된 제15차 유엔기후변화협약 당사국 총회에서는 세계 각 국가별로 구체적인 기후변화 대응 및 적응 방안이 논의되었다. 본 회의의 결과는 기후변화의 심각성 및 책임성을 이전보다 가일층 배가시키는 계기가 되었다. 또한 기후변화가 비단 지구환경의 변화에 국한되지 않은, 향후 세계의 정치, 경제, 사회, 산업 등 전 분야에 걸쳐 구조적인 변혁을 조속히 실시해야 한다는 우려를 전 세계가 모두 공감하게 되었다는 데 의의가 있다.
- 본 연구에서 선정된 지하수 함양량 산정 모델은 기후자료 및 유출곡선지수를 기본 입력 자료로 수용하였으며, 최소 공간해상도별 유출곡선지수 및 기후변화자료를 연동하여 입력하는 방식으로 수행하였다. 선택된 지하수 함양량 모델은 HELP3이며, 이 모델의 구동 결과는 지하수 함양량을 최종적으로 나타낸다. 최종 결과물은 시기별, 각 유출곡선지수, 최소 공간해상도별 및 기후변화별 결과를 산출해낸다(<그림 4> 참조).
- 81로 크지 않다. 이러한 결과를 전반적으로 고려하였을 때 함양률은 강수량 변화에 민감하게 반응하는 것으로 분석되었으며, 지역적 특성으로는 시가화 지역에 가까운 불투수 지역에서는 함양률이 급격히 감소하는 양상을 나타내었다.
- 이를 고려하였을 때 전반적으로 함양률 변화는 강수량의 변화에 민감하게 반응하는 것으로 분석되었으며, 유출곡선지수에 따른 함양량 변화는 크게 영향을 받지는 않으나, 지수값이 불투수층에 가까운 지역일수록 함양률이 급격히 감소됨을 알 수 있었다.
후속연구
- 첫째, 전 지구적인 예측이 일관적인 시나리오인지 살펴보아야 한다. 기후 시나리오는 온실가스의 증가에 의하여 2100년도에 기온이 1.4~5.8℃ 증가하거나 대기 중 이산화탄소의 농도가 2배가 되었을 때 1.5~4.5℃ 증가할 것으로 예상되는데, 전 지구적으로 일반적인 예상치를 벗어나는 모순된 값이 없는 시나리오를 선정해야 한다. 둘째, 과학적으로 타당한 시나리오인가 검토해야 한다.
- 따라서 기후변화에 따른 강우 사상이 변할 경우, 계절적 또는 지역적으로 지하수 수자원의 적절한 이용이 난이할 수 있으며, 이는 2009년 초 동절기 가뭄에서 그 폐해를 충분히 겪은 예가 있다. 기후변화 예측 결과를 정확히 반영한 지하수 수자원 함양의 계절적‐지역적 예측은 수자원의 부가적 확보 차원을 벗어나, 미래 기후변화 적응 측면에서도 시급히 수행하여야 할 과제이다.
- 예를 들어, 강수량, 태양복사, 온도, 습도, 풍속 등의 입력변수들의 공간적인 범위가 전 지구에서 관심 지역까지 제공되는지 검토하고, 시간적인 범위에서는 연평균에서 일별 또는 시간별 자료를 제공할 수 있는지 고려해야 한다. 넷째, 미래에 발생하는 지역기후의 잠재적 변화를 대표할 수 있는 시나리오인가 확인해야 한다. 마지막으로, 기후변화 영향평가를 위하여 시나리오를 획득하고, 해석하고 적용하기 손쉬운 시나리오인지 검토해야 한다.
- 기후변화에 따른 지하수 함양량의 시계열적 변화는 강우량 증감과 밀접한 연계가 있다. 또한 기후변화로 인한 부정기적 기상 이상으로 인하여 지표수 수자원의 오염은 점진적으로 빠르게 진행될 것이며, 그 활용성은 떨어지게 될 것이다. 이에 대한 대응방안으로 안정적 수자원을 제공할 수 있는 지하수의 활용이 극대화될 것으로 예상된다.
- 이는 향후, 군 단위 기초자치단체 이하에 해당되는 소규모 행정구역 단위에 있어서도 지하수 개발 · 사용량 목표 설정 및 제한, 가뭄 등 용수부족 발생시 적정 지하수 개발 위치 선정 등 지하수 수자원 이용과 관리에 대한 행정목표를 자체적으로 수립할 수 있는 기본적 도구를 제공할 수 있다. 또한 보다 다양한 시계열 기후자료를 바탕으로 대권역 크기의 유역을 분석한다면 시계열별 및 행정구역별 지하수 활용 계획을 수립하는 데 도움이 될 것이다.
- 넷째, 미래에 발생하는 지역기후의 잠재적 변화를 대표할 수 있는 시나리오인가 확인해야 한다. 마지막으로, 기후변화 영향평가를 위하여 시나리오를 획득하고, 해석하고 적용하기 손쉬운 시나리오인지 검토해야 한다.
- 첫째, 기후변화 시나리오 자체의 정확성 한계이다. 본 연구는 IPCC에서 제공하는 기후변화 시나리오를 선택하여 수행한 것으로 기후변화 시나리오 자체에 대한 검증을 실시하지 못하였다. 둘째, 다양한 지하수 유동 모델링의 적용이 필요하다.
- 이러한 지역에서 마을상수도 개발사업, 관광 등 위락‐레저시설 건설 및 체육시설 건설사업 등 대규모 용수 사용이 요구되는 사업이 계획될 경우, 해당지역의 기후변화에 따른 강수패턴 변화, 토지이용 및 토양의 수리적 특성 등에 따라 함양되는 지하수의 양 및 그에 따른 적정 개발량을 재산정하여야 하나, 지역에 따라 지하수 수문 관련 계측 자료가 존재하지 않는 경우가 많아 정확한 함양량 예측이 난이할 수 있다. 본 연구를 통해 산정된 지하수 함양률 및 함양량의 공간분포 자료는 자료 도엽 상의 세부 격자별 지하수 함양에 관한 속성정보를 모두 포함하고 있으며, 1971년부터 2100년까지의 지하수 함양량 정보를 지역에 상관없이 시 · 공간적으로 제공할 수 있기 때문에, 지하수 수문 미계측 유역에서 대규모 개발사업에 따른 지하수 이용 가능량 예측에 필수적인 정보를 제공할 수 있을 것으로 본다.
- 둘째, 다양한 지하수 유동 모델링의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 각 모델 간의 장단점을 분석하였지만, 실제 각 모델링의 함양량 결과를 분석하고 이에 대한 현장조사를 실시하지 못하였다. 향후 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 연구가 추가적으로 진행된다면 현 모델의 고도화 및 지하수 유동 모델링에 대한 정밀한 현장조사가 필요하다고 하겠다.
- 지하수 함양량 및 이용가능량은 국가적 차원에서 수립 또는 갱신되는 수자원이용관련계획(예: 수자원장기종합계획, 지하수관리기본계획 등)에서 장래 국내 가용 수자원량 예측시 필수적으로 산정되어야 하는 항목이다. 본 연구에서도 산정된 지하수 함양량 및 이용 가능량 결과를 충분히 활용할 경우 국내 전 유역의 지하수 이용 및 개발 가능량에 대한 근미래 및 장기적 목표설정이 용이할 것으로 판단된다.
- 자연법칙을 무시하지 않고 지역 또는 전 지구적으로 객관적 타당성을 유지해야 하며, 다른 변수들의 변화와 조화가 이루어저야 한다. 셋째, 기후변화 영향평가 연구에 적용하기 위하여 시공간적으로 다양한 자료의 제공이 가능한 시나리오인지 검토해야 한다. 예를 들어, 강수량, 태양복사, 온도, 습도, 풍속 등의 입력변수들의 공간적인 범위가 전 지구에서 관심 지역까지 제공되는지 검토하고, 시간적인 범위에서는 연평균에서 일별 또는 시간별 자료를 제공할 수 있는지 고려해야 한다.
- 본 연구에서는 기존의 기후변화와 지하수 함양량의 불명확한 관계를 정량적으로 분석하였으며, 미래 기후변화 예측 결과를 반영한 연구지역 내 지하수 함양률 변화를 시․공간적으로 산정하고, 기존 산정 결과와의 비교를 통해 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립 방향을 제시하기 위한 연구라고 할 수 있다. 앞으로 연계모델의 고도화 방안 및 현장조사가 추가된다면 보다 정량적으로 기후변화와 지하수 함양량의 상관관계를 파악할 수 있으며, 향후 전반적인 물관리 및 물안보 체제 구축을 위한 한 축을 차지할 수 있다는 점에서 중요성이 있다고 하겠다. 이와 같은 의의에도 불구하고 본 연구는 몇 가지 한계를 갖는다.
- 그러나 본 연구에서는 지하수 함양률 및 함양량을 지역의 토지이용 및 형태, 토양 수리 특성 등의 공간지리정보를 이용하여 공간적 세분화를 시도하였고, 중권역 유역보다 작은 면적에서의 지하수 함양량을 산정 및 예측할 수 있다는 점에서 큰 의의가 있다. 이는 향후, 군 단위 기초자치단체 이하에 해당되는 소규모 행정구역 단위에 있어서도 지하수 개발 · 사용량 목표 설정 및 제한, 가뭄 등 용수부족 발생시 적정 지하수 개발 위치 선정 등 지하수 수자원 이용과 관리에 대한 행정목표를 자체적으로 수립할 수 있는 기본적 도구를 제공할 수 있다. 또한 보다 다양한 시계열 기후자료를 바탕으로 대권역 크기의 유역을 분석한다면 시계열별 및 행정구역별 지하수 활용 계획을 수립하는 데 도움이 될 것이다.
- 검증에 활용된 국가지하수 관측망의 자료는 실제 지하수위를 측정하여 함양량을 유추하는 직접적인 방식이다. 즉 방법론 및 추정 방식의 차이 및 기존의 다른 연구 결과를 고찰하여 고려한다면 본 연구에서 산정된 지하수 함양률 분포가 과다하게 수득된 것은 아닌 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 각 모델 간의 장단점을 분석하였지만, 실제 각 모델링의 함양량 결과를 분석하고 이에 대한 현장조사를 실시하지 못하였다. 향후 기후변화 연동 지하수 함양량 산정 연구가 추가적으로 진행된다면 현 모델의 고도화 및 지하수 유동 모델링에 대한 정밀한 현장조사가 필요하다고 하겠다.
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