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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 최근 발생된 2001년의 가뭄위험을 평가하기 위하여, 2000년부터 2007년까지 EDI의 심도별 발생 확률을 평년값으로 정의하여, 2001년의 가뭄을 비교분석하였다. 표 3은 2000년부터 2007년까지 EDI의 심도별 발생확률을 근거로 산정한 가중치와 등급을 산정한 결과이다.
- 본 연구는 경상도 지역의 가뭄발생특성을 고려한 가뭄노출성과 가뭄취약성을 복합적으로 고려하여 가뭄위험지도를 작성하였다. 또한 경상도 지역 내 19개의 강우관측소 일강우량을 이용하여 EDI를 산정하고, 이에 대한 가뭄발생특성을 행정구역별로 도시하였다.
- 본 연구에서는 사회적 특성의 정도에 따라, 가뭄으로 인한 피해는 경제적, 환경 및 사회적으로 큰 영향 및 파급효과가 나타날 수 있는 점을 가뭄위험분석에 반영하기 위해 가뭄발생으로 인한 피해에 영향을 미치는 인자를 선정하였다. 과거 가뭄피해현황을 살펴보면, 도시지역의 인구밀집지역에서는 생활용수의 부족으로 극심한 피해가 발생하였으며, 농업지역에서는 농업용수의 부족으로 인한 농작물 피해가 크게 발생하였다.
제안 방법
- 가뭄위험지수(DRI)는 가뭄노출성 지수(DHI)와 가뭄취약성 지수(DVI)의 곱(식 (2))으로 정의되어(Wisner et al., 1994; Downing and Bakker 2000; Wilhite, 2000), 경상도 지역 71개 시군구에 대한 가뭄위험지수(DRI)를 산정하여, 행정구역별 가뭄위험지도를 작성하였다. DHI와 DVI 중 하나라도“0”값을 가지게 되면 DRI는 “0”이 되며, 이는 그 지역은 가뭄으로 인한 위험이 없음을 의미한다.
- 가뭄취약성 지도(Drought Vulnerability Map)는 농작물경지면적, 농가인구, 작물생산량, 인구밀도, 용수공급능력의 5가지 인자로 산정된 가뭄취약성 지수(DVI)를 바탕으로 도시하였다. 그림 4(a)와 그림 4(b)는 각각 2001년 가뭄취약성 지도와 2000년부터 2007년 기간의 가뭄취약성 지도를 나타낸다.
- 가뭄노출성 지수는 EDI의 심도별 발생확률에 따른 등급을 부여하여 계산된다. 경상도 지역 19개 강우관측소(울진, 춘양, 영주, 점촌, 영덕, 의성, 구미, 포항, 영천, 대구, 거창, 합천, 울산, 밀양, 산청, 진주, 부산, 거제, 남해)에 대해서 1978년부터 2007년까지의 일강우량을 이용하여 EDI를 산정하고, 표 1에서 제시된 EDI 범주에 따라 발생확률을 구분하여, 표 2와 같이 2000년부터 2007년까지 가뭄심도별 발생확률을 결정하였다. 발생확률은 각 강우관측소의 일별 EDI의 관측빈도에 대하여 표 1에 의해 구분된 EDI 심도의 발생빈도를 백분위로 나타낸 값이다.
- 경상도 지역의 가뭄위험지도를 작성하기 위해 가뭄 심도별 발생확률을 산정하고, 가중치와 등급을 결정하였다. 본 연구에서는 가뭄심도를 산정하기 위해 다양한 가뭄지수 중 Byun and Wilhite(1999)가 개발한 EDI를 이용하였다.
- 또한, 가뭄취약성을 나타낼 수 있는 5가지 인자를 선정하고 이를 지수화하여, 가뭄취약성 지수를 산정하였다. 그 후, 가뭄노출성 지수와 가뭄취약성 지수를 이용하여 가뭄위험지수를 계산하여 경상도 내 71개 행정구역별 가뭄위험지도로 도시하였다. 그 결과, 경상남도에 비해서 경상북도 가뭄위험의 정도가 보다 높게 나타나는 경향이 있음을 확인할 수 있었다.
- 따라서, 본 연구에서는 경상도 지역 내 강우관측소 별 가뭄지수를 티센다각형의 면적비에 가중치를 부여하는 티센다각형법을 활용하여 행정구역별 가뭄지수로 재산정 하였다. 다시 말해, 부산광역시와 울산광역시, 대구광역시의 시군구를 포함한 경상도 지역 내 71개 시군구에 대해 19개의 강우관측소를 통해 티센망을 작도한 후, 각 강우관측소가 경상도 지역의 시군구에 영향을 미치는 면적비율을 고려한 가뭄심도의 발생 확률을 재산정 하였다. 그 결과 가뭄노출성 지수(DHI)는 식 (5)에 의해 산정되며, 표 3에서 제시한 가뭄심도별 가중치와 등급을 고려하여 최종적으로 계산된다.
- 두 번째로 가뭄취약성 인자(DVI)를 산정하기 위해서, 사회학적 특성에 의해 가뭄이 가중될 수도 있다는 점을 나타내어 줄 수 있는 5가지 인자를 구축하였다. 과거 가뭄발생에 따른 대표적 피해현황을 살펴보면 대부분 식수난 등의 생활용수의 부족과 농업용수의 부족으로 인한 농작물 피해 등이 주를 이룬다(한국수자원공사, 2002).
- 가뭄의 특성상 단기간의 강수로 인해 가뭄이 해갈되어질 수 있음을 고려해 볼 때, 월별 모의 또는 주별 모의로 계산되어지는 기존의 가뭄지수보다는 일 가뭄의 상태 및 가뭄의 해갈 및 종료일을 계산할 수 있는 가뭄지수의 적용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 EDI(Effective Drought Index)를 이용하여 가뭄을 정량화하고, 가뭄 취약정도를 나타내어 주는 인자를 선정하여 경상도 지역의 가뭄 위험평가를 위한 가뭄 위험지도를 작성하였다.
- 지역별 용수공급능력의 상태를 수요량과 공급량 자료를 이용한 생활용수 및 농업용수의 과부족량으로 표현하였다. 따라서 본 연구에서는 가뭄취약성 지수 산정을 위해 가뭄취약 인자를 경상도 지역 71개 시군구에 대한 농작물 경지면적(Irrigated Land, IL), 농가인구(Agricultural Occupation, AO), 작물생산량(Food Production, FP), 인구밀도(Population Density, PD), 용수의 과부족량(Excess or Deficiency, ED)으로 선정하였다. 표 4는 경상도 지역별 생활용수 및 공업용수의 공급량 및 수요량 자료를 통해 산정된 과부족량을 정리한 것이다.
- 하지만, 강우관측소의 일강우량을 이용하여 EDI의 발생확률을 계산하였기 때문에, 경상도의 행정구역별로 도시하는 데에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 경상도 지역 내 강우관측소 별 가뭄지수를 티센다각형의 면적비에 가중치를 부여하는 티센다각형법을 활용하여 행정구역별 가뭄지수로 재산정 하였다. 다시 말해, 부산광역시와 울산광역시, 대구광역시의 시군구를 포함한 경상도 지역 내 71개 시군구에 대해 19개의 강우관측소를 통해 티센망을 작도한 후, 각 강우관측소가 경상도 지역의 시군구에 영향을 미치는 면적비율을 고려한 가뭄심도의 발생 확률을 재산정 하였다.
- 따라서, 사회·경제적 피해를 가중시킬 수 있는 인자를 농작물 경지면적, 농가인구, 작물생산량, 인구밀도와 용수공급능력으로 선정하였다.
- ST(DEP)는 평년기간 동안의 DEP의 표준편차이다. 또한 EDI의 심도별 발생확률을 분류하기 위해 표 1과 같은 EDI 범주에 따라 구분하였으며, 값이 작을수록 가뭄의 정도가 심해짐을 의미한다.
- 본 연구는 경상도 지역의 가뭄발생특성을 고려한 가뭄노출성과 가뭄취약성을 복합적으로 고려하여 가뭄위험지도를 작성하였다. 또한 경상도 지역 내 19개의 강우관측소 일강우량을 이용하여 EDI를 산정하고, 이에 대한 가뭄발생특성을 행정구역별로 도시하였다. 또한, 가뭄취약성을 나타낼 수 있는 5가지 인자를 선정하고 이를 지수화하여, 가뭄취약성 지수를 산정하였다.
- 또한 경상도 지역 내 19개의 강우관측소 일강우량을 이용하여 EDI를 산정하고, 이에 대한 가뭄발생특성을 행정구역별로 도시하였다. 또한, 가뭄취약성을 나타낼 수 있는 5가지 인자를 선정하고 이를 지수화하여, 가뭄취약성 지수를 산정하였다. 그 후, 가뭄노출성 지수와 가뭄취약성 지수를 이용하여 가뭄위험지수를 계산하여 경상도 내 71개 행정구역별 가뭄위험지도로 도시하였다.
- 본 연구에서 0 ≤ DRI < 0.25범위의 값은 가뭄에 의한 위험이 낮은 LOW 등급으로, 0.25 ≤ DRI < 0.5 범위의 값은 가뭄에 의한 위험이 보통 수준인 Moderate 등급으로, 0.5 ≤ DRI < 0.75 범위의 값은 가뭄에 의한 위험이 높은 High 등급을, 0.75 ≤ DRI ≤ 1범위의 값은 가뭄에 의한 위험이 가장 높은 Very High 등급을 적용하였다.
- 본 연구에서는 EDI를 바탕으로 경상도 지역의 71개 시군구의 심도별 발생확률을 계산한 후 가뭄노출성 지수(DHI)를 산정하여 도시하였다. 그 결과, 그림 3(a)는 2001년의 가뭄 노출성 지도(Drought Hazard Map)를 그림 3(b)는 2000년부터 2007년까지 가뭄노출성 지도(Drought Hazard Map) 나타낸다.
- (1998)은 국가가뭄계획수립 시 피해저감을 위한 6단계의 절차를 제시하였는데, 그 중 4단계는 가뭄위험 평가에 관한 취약성 평가에 대한 방법이다. 본 연구에서는 NDMC에서 제안한 위험도의 정의를 바탕으로 가뭄위험을 노출성(Hazard)과 취약성(Vulnerability)을 이용하여 식 (1)과 같이 표현하였다. 이를 정량적인 자료로 구축하기 위해, 그림 1과 같은 산정절차를 통해 가뭄 노출성과 가뭄 취약성을 각각 정량화 할 수 있는 지수를 산정하였다.
- 가뭄위험지도는 DRI 지수의 계산결과에 의해 결정되며, DRI의 값은 0~1 사이의 값을 갖는다. 산정된 DRI를 표준화하여 KS Test를 실시하였다. 귀무가설은 “DRI는 정규분포를 따른다”이고 대립가설은 “DRI는 정규분포를 따르지 않는다”로 설정하고, 유의수준 5%로 검정을 실시한 결과 귀무가설이 채택되었다.
- (2004)이 제시한 가뭄위험 분석 방법을 이용하여 방글라데시에 대한 가뭄위험 평가를 수행하였다. 이 연구에서 가뭄위험을 평가하기 위해 3-month SPI, 6-month SPI를 이용하여 가뭄 발생확률을 산정하고, 가뭄으로 인한 영향범위를 사회, 건강, 경제, 환경으로 구분하여, 가뭄 위험지도를 작성하였다. 방글라데시의 경우, 높은 인구밀도와 낮은 재정도, 잦은 자연재해로 인해 극심한 피해를 겪고 있다.
- 본 연구에서는 NDMC에서 제안한 위험도의 정의를 바탕으로 가뭄위험을 노출성(Hazard)과 취약성(Vulnerability)을 이용하여 식 (1)과 같이 표현하였다. 이를 정량적인 자료로 구축하기 위해, 그림 1과 같은 산정절차를 통해 가뭄 노출성과 가뭄 취약성을 각각 정량화 할 수 있는 지수를 산정하였다. 즉 가뭄노출성 지수(Drought Hazard Index, DHI)와 가뭄취약성 지수(Drought Vulnerability, DVI)를 통해 식 (2)와 같이 가뭄위험지수(Drought Risk Index, DRI)를 산정하였다.
- 또한, Re-scale 과정은 자료의 최소값을 0, 최대값을 1로 보정해 주기 때문에 분석자료에 이상치가 있을 경우 자료구조를 왜곡시킬 우려가 있다. 이상치 검정을 위해 우선 2001년과 2000-2007년의 표준화된 DRI 값을 바탕으로 상자그림을 그림 6과 같이 도시하였다. 이상치 검정을 위해 Grubbs & Beck 검정을 이용하였다.
- 가뭄이 발생함에 따라 용수공급능력은 지역별 가뭄을 수용할 수 있는 인자로 작용할 수 있다. 지역별 용수공급능력의 상태를 수요량과 공급량 자료를 이용한 생활용수 및 농업용수의 과부족량으로 표현하였다. 따라서 본 연구에서는 가뭄취약성 지수 산정을 위해 가뭄취약 인자를 경상도 지역 71개 시군구에 대한 농작물 경지면적(Irrigated Land, IL), 농가인구(Agricultural Occupation, AO), 작물생산량(Food Production, FP), 인구밀도(Population Density, PD), 용수의 과부족량(Excess or Deficiency, ED)으로 선정하였다.
- 첫 번째로 가뭄노출성 지수(DHI)를 산정하기 위해서, 기상청에서 제공하는 경상도 지역 내 강우관측소의 1978년부터 2007년까지의 일강우량을 이용하여 EDI(Effective Drought Index)를 산정하였다. 팔머가뭄지수(PDSI)와 표준강수지수(SPI)의 시간단위가 주 또는 월 단위인데 비하여 EDI는 일별모의가 가능하다.
대상 데이터
- 수요량 자료의 경우, 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006b)에서 제시한 2003년도와 2006년도의 수요량 자료를 이용하였다. 공급량 자료는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS: http://www.wamis.go.kr/)에서 제공하는 행정구역별 용수 이용량 자료를 이용하였다. 5가지 취약인자에 대한 연산을 위해 UNDP(2005)에서 제시한 식 (3)과 같은 축척 재조정(Re-scaling) 방법을 이용하여 단위를 무차원으로 변환하였다.
- 따라서, 사회·경제적 피해를 가중시킬 수 있는 인자를 농작물 경지면적, 농가인구, 작물생산량, 인구밀도와 용수공급능력으로 선정하였다. 농작물 경지면적, 농가인구, 작물생산량, 인구밀도 자료는 통계청에서 제공하는 2000년부터 2007년까지의 자료를 통해 구축되었다. 용수공급능력은 지방자치단체의 가뭄 수용능력을 나타내는 것으로 생활용수 및 농업용수의 지역별 과부족량으로 표현될 수 있다.
- 용수 과부족량의 산정을 위해서는 연도별 수요량 및 공급량 자료가 필요하다. 수요량 자료의 경우, 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006b)에서 제시한 2003년도와 2006년도의 수요량 자료를 이용하였다. 공급량 자료는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS: http://www.
데이터처리
- 이상치 검정을 위해 Grubbs & Beck 검정을 이용하였다.
이론/모형
- Shahid and Behrawan(2008)은 Hayes et al.(2004)이 제시한 가뭄위험 분석 방법을 이용하여 방글라데시에 대한 가뭄위험 평가를 수행하였다. 이 연구에서 가뭄위험을 평가하기 위해 3-month SPI, 6-month SPI를 이용하여 가뭄 발생확률을 산정하고, 가뭄으로 인한 영향범위를 사회, 건강, 경제, 환경으로 구분하여, 가뭄 위험지도를 작성하였다.
- kr/)에서 제공하는 행정구역별 용수 이용량 자료를 이용하였다. 5가지 취약인자에 대한 연산을 위해 UNDP(2005)에서 제시한 식 (3)과 같은 축척 재조정(Re-scaling) 방법을 이용하여 단위를 무차원으로 변환하였다. 이는 전체 자료범위 내에서 등수에 따른 순위를 일렬로 세우는 방법으로 자료의 상대적 크기의 비교가 가능하다.
- 표 4는 경상도 지역별 생활용수 및 공업용수의 공급량 및 수요량 자료를 통해 산정된 과부족량을 정리한 것이다. 각 인자별 축척 재조정(Re-scaling) 방법을 통해 단위를 무차원화 하였으며, 2000년부터 2007년까지 가뭄취약성 지수 DVI를 식 (6)에 의해 산정하였다.
- 경상도 지역의 가뭄위험지도를 작성하기 위해 가뭄 심도별 발생확률을 산정하고, 가중치와 등급을 결정하였다. 본 연구에서는 가뭄심도를 산정하기 위해 다양한 가뭄지수 중 Byun and Wilhite(1999)가 개발한 EDI를 이용하였다. 김기훈 등(2005)은 동아시아 지역을 대상으로 PDSI와 EDI의 비교검증을 통해 EDI에 대한 적용성을 검증한 바 있다.
성능/효과
- 그림 8은 2001년 발생한 가뭄으로 낙동강 권역의 생활용수 및 농업용수 부족현황을 나타낸 그림이다. 가뭄기간 중 제한급수, 격일제급수, 급수중단 등 생활용수의 공급피해를 받은 지역은 경상북도의 경주시, 안동시, 문경시, 영천시, 군위군, 의성군, 청송군, 영주군, 영양군, 영덕군, 칠곡군, 예천군, 봉화군, 울진군으로 나타났으며, 경상남도의 경우 마산시, 거제시, 통영시, 양산시, 의령군, 고성군, 남해군, 함안군, 하동군으로 나타나 경상북도의 생활용수부족이 경상남도에 비해 심각했음을 알 수 있다. 농업적 가뭄피해지역을 살펴보면 2001년 발생한 가뭄으로 경상도 지역의 안동시, 문경시, 의성군, 청송군, 영주군, 영덕군, 예천군, 봉화군, 의성군, 창녕군, 함안군, 의령군, 영양군으로 대부분 경상북도 지역이 농업적 가뭄피해도 컸음을 알 수 있다.
- 또한 그림 7(b)의 2000년에서 2007년 기간의 가뭄위험지도 결과를 살펴보면, 경상북도의 상주시, 안동시, 의성군이 가뭄위험지역으로 나타났다. 경상남도에서는 경상북도 보다 위험지역이나 위험등급이 낮게 나타났으며, 반대로 밀양시, 양산시, 창녕군에서는 타 지역보다 상대적으로 가뭄위험이 보다 높게 나타났음을 확인 할 수 있다.
- 귀무가설은 “DRI는 정규분포를 따른다”이고 대립가설은 “DRI는 정규분포를 따르지 않는다”로 설정하고, 유의수준 5%로 검정을 실시한 결과 귀무가설이 채택되었다.
- 그 후, 가뭄노출성 지수와 가뭄취약성 지수를 이용하여 가뭄위험지수를 계산하여 경상도 내 71개 행정구역별 가뭄위험지도로 도시하였다. 그 결과, 경상남도에 비해서 경상북도 가뭄위험의 정도가 보다 높게 나타나는 경향이 있음을 확인할 수 있었다. 실제 가뭄기록 조사보고서(건설교통부, 2002)에 따르면, 2001년도 가뭄으로 인한 제한급수지역은 생활용수의 부족과 미 부족으로 인한 경계가 뚜렷이 구분되었다.
후속연구
- 강우와 같은 기상학적인 자연적 요인은 쉽게 변화시킬 수 없지만, 가뭄관리나 행정 및 제도, 수자원 관리와 같은 인위적인 관리체계의 발전으로 가뭄피해를 저감시킬 수 있음은 자명한 사실이다. 그러므로 본 연구에서 제시한 가뭄취약인자로 이용한 5가지 인자(인구밀도, 농업종사자 인구, 경작지면적, 작물생산량, 용수공급능력)와 더불어 보다 다양한 가뭄 취약인자를 추가로 구축할 필요성이 있다. 이를 통해 기상학적 원인인 강우부족에 의한 실제 가뭄이 발생하더라도, 가뭄 취약지역에 대한 사전대응방안이 마련되어 있다면, 가뭄으로 인한 피해를 보다 저감시킬 수 있을 것이라고 기대된다.
- 이를 통해 기상학적 원인인 강우부족에 의한 실제 가뭄이 발생하더라도, 가뭄 취약지역에 대한 사전대응방안이 마련되어 있다면, 가뭄으로 인한 피해를 보다 저감시킬 수 있을 것이라고 기대된다. 또한 가뭄에 대해 보다 고효율적인 관리가 이루어지기 위해서는 지역별 가뭄특성 파악과 더불어 가뭄상습지역에 대한 중점적인 관리도 지속되어야 할 것이다.
- 그러므로 본 연구에서 제시한 가뭄취약인자로 이용한 5가지 인자(인구밀도, 농업종사자 인구, 경작지면적, 작물생산량, 용수공급능력)와 더불어 보다 다양한 가뭄 취약인자를 추가로 구축할 필요성이 있다. 이를 통해 기상학적 원인인 강우부족에 의한 실제 가뭄이 발생하더라도, 가뭄 취약지역에 대한 사전대응방안이 마련되어 있다면, 가뭄으로 인한 피해를 보다 저감시킬 수 있을 것이라고 기대된다. 또한 가뭄에 대해 보다 고효율적인 관리가 이루어지기 위해서는 지역별 가뭄특성 파악과 더불어 가뭄상습지역에 대한 중점적인 관리도 지속되어야 할 것이다.
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