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문제 정의
- 본 연구는 수문학적 가뭄을 표현하기 위한 하나의 방법으로 제시하였으며, 다양한 현장 모니터링자료를 대상으로, 실시간 (1일 간격)으로 평가할 수 있도록 구성한 데 그 의미가 있다고 생각된다. 그러나 지수 산정에 각 수리시설물의 가뭄 심도가 동일하게 적용되어 중첩하였으므로 향후 각 시설물에 따라 차별화된 가뭄 심도 파악에 대한 연구가 시행되어야 한다.
- 본 연구에서는 전국을 대상으로 취수원, 농업용 저수지, 댐 등의 공급 또는 가용능력을 고려한 새로운 가뭄지수 WADI (Water Availability Drought Index)를 제시하고, 과거 가뭄피해지역과의 비교를 통한 적용가능성을 살펴보고자 한다.
제안 방법
- 2001년과 2008년 WADI 결과와 실제 가뭄피해지역과의 일치도를 분석하기 위하여, 다음 α, β, γ지수를 이용하였다.
- 2001년의 봄가뭄과 2008년의 가을가뭄을 대상으로, 각 요소들의 표준화를 실시한 후, 이 들 요소가 지배하는 지역 (급수지역, 댐유역, 농업용수 수혜지역, 해안지역, 하천수위 및 지하수위는 전국)에 대하여 WADI값을 산정하고, 하천수위, 댐유입량, SPI, 농업용 저수지 저수율, 지하수위, 취수원 수위 순으로 중첩하였다. 2008년의 경우, 하천수위와 SPI는 남부 중앙지역, 농업용 저수지 저수율과 취수원 수위에 따른 농경지와 급수지역이 남부지역의 가뭄 현상을 공간적으로 표현하는 것으로 나타났다.
- 3. 농업용 저수지 저수율은 한국농어촌공사에서 관할하는 3,255개 저수지에 대한 자료 (http://rims.ekr.or.kr/)를 수집하여 표준화를 실시하였다. 1,495개 저수지에 대해서는 수혜지역을, 나머지 저수지에 대해서는 환경부 토지피복자료의 논지역을 추출하여 이용하였다.
- 5. 취수원 수위는 댐의 경우 댐수위를, 취수장의 경우는 하천수위를 사용하여 표준화를 실시하였다. 급수지역은 수도연보 (2008)를 기준으로 27개 광역, 공업 사업에 대한 36개 취수원별 급수지역, 대전과 부산으로 구분하였으며, 중복 공급되는 지역에 대해서는 표준화 결과에 시설 용량에 따른 가중 평균을 실시하였다.
- 취수원 수위는 댐의 경우 댐수위를, 취수장의 경우는 하천수위를 사용하여 표준화를 실시하였다. 급수지역은 수도연보 (2008)를 기준으로 27개 광역, 공업 사업에 대한 36개 취수원별 급수지역, 대전과 부산으로 구분하였으며, 중복 공급되는 지역에 대해서는 표준화 결과에 시설 용량에 따른 가중 평균을 실시하였다. 최종적으로는 급수지역내의 시가지 부분만을 대상으로 하였다.
- 기존의 가뭄지수로는 가뭄발생시 각종 수리시설물들에 의한 수자원 가용능력을 고려할 수 있는 한계가 있어, 본 연구에서는 한국수자원공사가 실시간 모니터링하는 취수원 수위, 지하수 수위, 댐유입량, 하천수위 및 유량, 그리고 한국농어촌공사가 모니터링하는 농업용 저수지 저수율, 해안지역은 기상청의 강수자료를 이용한 SPI의 6개 요소를 복합하여 전국을 대상으로 가뭄분포도를 작성할 수 있는 가뭄지수 WADI를 제시하였다.
- 월을 기준으로 하여 시간단위별에 해당하는 누가강수 시계열을 산정하고, 이를 누가된 월수로 나누어 이동 평균 강수계열을 산정하여, 지속시간별 시계열이 구성되면 이 시계열을 월별로 분석하여 적정 확률분포형을 산정하고, 이를 이용하여 개개 변량의 누가확률을 산정한 후, 표준정규분포에 적용시켜 SPI를 산정하게 된다. 본 연구에서는 6개월 지속 SPI를 산정하였다.
- 본 연구에서는 상기의 결과를 고려하여 6개 요소의 중첩순서를 하천수위, 댐유입량, SPI, 농업용 저수지 저수율, 지하수위, 취수원 수위 순으로 결정하여 전국을 대상으로 한 WADI를 산정하였으며, 2001년과 2008년 가뭄에 대한 결과는 Fig. 3에서 보는 바와 같다. (a),(b)는 6개 요소를 모두 중첩하여 도시한 것이고, (c),(d)는 하천수위를 제외한 5개 요소에 대한 중첩결과이며, (e), (f)는 2001 가뭄기록조사보고서와 신문기사, 2008년 비상급수 현황에 의한 가뭄피해지역을 도시한 것이다.
- SPI는 기상청 전국 강수자료를 이용하여 산정하였다. 월을 기준으로 하여 시간단위별에 해당하는 누가강수 시계열을 산정하고, 이를 누가된 월수로 나누어 이동 평균 강수계열을 산정하여, 지속시간별 시계열이 구성되면 이 시계열을 월별로 분석하여 적정 확률분포형을 산정하고, 이를 이용하여 개개 변량의 누가확률을 산정한 후, 표준정규분포에 적용시켜 SPI를 산정하게 된다. 본 연구에서는 6개월 지속 SPI를 산정하였다.
- 전국을 대상으로 한 지수 산정을 위하여 요소별 시설물과 관측소에 코드번호를 부여하고, 취수원은 해당 급수지역, 농업용저수지는 수혜지역, 댐유입량은 댐유역의 면적개념으로, 지하수와 하천은 점개념으로 하여 각 요소의 상대비교를 위하여 과거자료를 이용하여 요소별 평균과 표준편차를 이용한 표준화를 실시하였다. 일별로 산정된 각 요소값을 정해진 기간으로 평균하여 정리하면 해당기간의 가뭄의 정도를 파악할 수 있게 된다.
대상 데이터
- kr/)를 수집하여 표준화를 실시하였다. 1,495개 저수지에 대해서는 수혜지역을, 나머지 저수지에 대해서는 환경부 토지피복자료의 논지역을 추출하여 이용하였다.
- 1. 하천수위 및 유량은 국토해양부와 한국수자원공사에서 관할하고 있는 유량측정 자료인 수문조사연보 유량편 (MOCT, 1995～2006; MLTM, 2007～2008)을 이용하여 전국 수위관측소의 유량정보를 수집하였다. 전국 496개 하천수위 관측소 자료 중 271개 관측소는 유량자료를, 나머지 관측소는 수위를 이용하여 표준화를 실시하고, 공간내삽하여 결과를 표현한다.
- 4. 지하수위는 국가지하수정보센터 (http://www.gims.go.kr)에서 제공하는 320개 관측소 중 충적층을 조사하고 있는 158개 관측소의 정보를 이용하여 표준화를 실시하였다.
- 6. SPI는 기상청 전국 강수자료를 이용하여 산정하였다. 월을 기준으로 하여 시간단위별에 해당하는 누가강수 시계열을 산정하고, 이를 누가된 월수로 나누어 이동 평균 강수계열을 산정하여, 지속시간별 시계열이 구성되면 이 시계열을 월별로 분석하여 적정 확률분포형을 산정하고, 이를 이용하여 개개 변량의 누가확률을 산정한 후, 표준정규분포에 적용시켜 SPI를 산정하게 된다.
- 급수지역은 수도연보 (2008)를 기준으로 27개 광역, 공업 사업에 대한 36개 취수원별 급수지역, 대전과 부산으로 구분하였으며, 중복 공급되는 지역에 대해서는 표준화 결과에 시설 용량에 따른 가중 평균을 실시하였다. 최종적으로는 급수지역내의 시가지 부분만을 대상으로 하였다.
성능/효과
- 2. 댐유입량은 한국수자원공사의 15개 다목적댐과 나머지 용수공급댐 등 전국 39개 댐 유입량 자료에 대한 표준화를 실시하고, 댐상류유역에 표현하였다.
- Table 2에 의한 결과 및 Fig. 2의 WADI 공간분포도를 고려하여, 본 연구에서는 Table 4와 같이 WADI 가뭄범위를 설정하였으며, SPI와의 동일한 가뭄심도를 표현할 수 있는 WADI = 0.2 × SPI-0.1를 유도할 수 있었다.
- 실생활에서 느끼는 가뭄은 대부분 급수지역과 농경지에서 일어나는 것이므로 WADI의 적용성이 있다고 판단된다. 가뭄 심도의 분류를 위해 과거 가뭄 피해지역과 비교를 실시한 결과 2001년 및 2008년 WADI는 각각 50 %, 24 %의 공간적 일치율을 보였으며, 공간적으로 가뭄이 발생한 규모도 WADI값으로 각각 -0.5, -0.3에서 가장 높게 산정되어 -0.3을 보통 가뭄으로 선정하였다.
- 결과값을 보면, α지수는 모두 -0.1의 값에서 최대값을 보여 지수로서의 변별력이 없었고, γ지수는 2001년에는 -0.5, 2008년에는 -0.3의 값에서 최대값을 보여 가뭄이 발생한 규모를 어느 정도 예측하는 것으로 평가되었고, 예측의 공간적인 일치도를 나타내는 β지수는 2001년에는 -0.3의 값까지 50 %의 일치율 (하천수위를 제외하면 49 %)를 보였으나, 2008년에는 -0.2의 값까지 24 %의 일치율 (하천수위를 제외하면 25 %)을 보였다.
- 특히 2008년 9월 거창, 함양 등 남부에서 시작된 가뭄은 전국적으로 확산되며 80년 만에 최악의 가뭄으로 기록되었다 (Hwang, 2009). 전국 15개 다목적댐 중 11개 댐이 건설 이후 최저 강수량을 기록하였으며 한강수계를 제외한 대부분의 댐이 평년의 30～50 %의 유입량을 보인 것으로 나타났다. 이러한 가뭄은 그 시기와 강도가 예측하기 더욱 힘들어지고 있으며, 향후 기후변화에 따른 기온 상승과 이로 인한 증발산량, 수자원의 수요량과 극한 기상 상황 증가의 영향으로 더욱 심화될 가능성을 가지고 있어 그 대책 마련이 시급한 실정이다.
후속연구
- 본 연구는 수문학적 가뭄을 표현하기 위한 하나의 방법으로 제시하였으며, 다양한 현장 모니터링자료를 대상으로, 실시간 (1일 간격)으로 평가할 수 있도록 구성한 데 그 의미가 있다고 생각된다. 그러나 지수 산정에 각 수리시설물의 가뭄 심도가 동일하게 적용되어 중첩하였으므로 향후 각 시설물에 따라 차별화된 가뭄 심도 파악에 대한 연구가 시행되어야 한다. 또한 본 지수의 활용성을 제고하기 위해서는 현장 관측값의 정확도 향상, 관측값의 표준화를 위한 충분한 자료의 확보, 모니터링 지점의 지속적 증설, 그리고 무엇보다 중요한 것은 가뭄시 현장자료의 수집 및 기록을 위한 체제정비가 필요하다.
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