가뭄은 불가피성과 반복성을 가진 자연 현상이므로 가뭄 발생 전 사전대비계획과 가뭄발생시 가뭄관리체계 구축을 통해 그 피해를 최소화해야 한다. 본 연구에서는 대상지역의 가뭄심도를 평가하여 가뭄상황에 대처하고자 우리나라에 적합한 가뭄 분류기준을 제시하였다. 관측년수 30년 이상의 강우자료를 확보한 61개 지점에 대해 1973년부터 37년 기간의 월강우량 자료를 사용하였고, 현재 국가에서 사용하고 있는 가뭄상황단계를 그대로 적용하여 가뭄 구간을 총 4등급으로 구분하였다. 기존의 주요 가뭄발생현황을 참고하여 우리나라에 맞는 가뭄심도의 분류기준을 가뭄 발생의 누가확률 98~100%는 예외적인 가뭄, 94-98%는 극심 가뭄, 90~94%는 심한 가뭄, 86~90%는 보통 가뭄으로 구분하였다. 각 지점의 가뭄지수(SPI, PDSI)를 내림차순으로 작성하여 가뭄심도 분류기준에 맞는 가뭄지수의 정량적 값을 산정하였다. SPI와 PDSI의 가뭄심도 분류 결과와 실제 가뭄을 비교하기 위해 년 단위 비교와 월 단위 비교를 분석한 결과, 년 단위 비교와 SPI의 월 단위 비교는 각 지역의 가뭄지수 평가가 대부분 일치하게 나타났으나 같은 기간의 PDSI의 월 단위 비교는 일치하지 않는 기간도 나타났다. 이는 이들 지수의 상호보완에 대한 추후 연구의 필요성을 보여주는 것으로 판단되었다.
가뭄은 불가피성과 반복성을 가진 자연 현상이므로 가뭄 발생 전 사전대비계획과 가뭄발생시 가뭄관리체계 구축을 통해 그 피해를 최소화해야 한다. 본 연구에서는 대상지역의 가뭄심도를 평가하여 가뭄상황에 대처하고자 우리나라에 적합한 가뭄 분류기준을 제시하였다. 관측년수 30년 이상의 강우자료를 확보한 61개 지점에 대해 1973년부터 37년 기간의 월강우량 자료를 사용하였고, 현재 국가에서 사용하고 있는 가뭄상황단계를 그대로 적용하여 가뭄 구간을 총 4등급으로 구분하였다. 기존의 주요 가뭄발생현황을 참고하여 우리나라에 맞는 가뭄심도의 분류기준을 가뭄 발생의 누가확률 98~100%는 예외적인 가뭄, 94-98%는 극심 가뭄, 90~94%는 심한 가뭄, 86~90%는 보통 가뭄으로 구분하였다. 각 지점의 가뭄지수(SPI, PDSI)를 내림차순으로 작성하여 가뭄심도 분류기준에 맞는 가뭄지수의 정량적 값을 산정하였다. SPI와 PDSI의 가뭄심도 분류 결과와 실제 가뭄을 비교하기 위해 년 단위 비교와 월 단위 비교를 분석한 결과, 년 단위 비교와 SPI의 월 단위 비교는 각 지역의 가뭄지수 평가가 대부분 일치하게 나타났으나 같은 기간의 PDSI의 월 단위 비교는 일치하지 않는 기간도 나타났다. 이는 이들 지수의 상호보완에 대한 추후 연구의 필요성을 보여주는 것으로 판단되었다.
As drought is phenomenon of nature with unavoidability and repeated characteristic, it is necessary to plan to respond to it in advance and construct drought management system to minimize its damage. This study suggested standard for classification of drought, which is appropriate for our nation to ...
As drought is phenomenon of nature with unavoidability and repeated characteristic, it is necessary to plan to respond to it in advance and construct drought management system to minimize its damage. This study suggested standard for classification of drought, which is appropriate for our nation to respond to drought by assessing drought severity in the regions for this study. For data collection, 61 locations were selected - the locations keep precipitation data over 30 years of observation. And data for monthly precipitation for 37 years from 1973 were used. Based on this, this study classified unified drought interval into four levels using drought situation phases which are used in government. For standard for classification of drought severity fit to our nation, status of main drought was referred and these are classified based on accumulated probability of drought - 98~100% Exceptional Drought, 94~98% Extreme Drought, 90~94% Severe Drought, 86~90% Moderate Drought. Drought index (SPI, PDSI) was made in descending order and quantitative value of drought index fit to standard of classification for drought severity was calculated. To compare classification results of drought severity of SPI and PDSI with actual drought, comparison by year and month unit were analyzed. As a result, in comparison by year and comparison by month unit of SPI, drought index of each location was mostly identical each other between actual records and analyzed value. But in comparison by month unit of PDSI for same period, actual records did not correspond to analyzed values. This means that further study about mutual supplement for these indexes is necessary.
As drought is phenomenon of nature with unavoidability and repeated characteristic, it is necessary to plan to respond to it in advance and construct drought management system to minimize its damage. This study suggested standard for classification of drought, which is appropriate for our nation to respond to drought by assessing drought severity in the regions for this study. For data collection, 61 locations were selected - the locations keep precipitation data over 30 years of observation. And data for monthly precipitation for 37 years from 1973 were used. Based on this, this study classified unified drought interval into four levels using drought situation phases which are used in government. For standard for classification of drought severity fit to our nation, status of main drought was referred and these are classified based on accumulated probability of drought - 98~100% Exceptional Drought, 94~98% Extreme Drought, 90~94% Severe Drought, 86~90% Moderate Drought. Drought index (SPI, PDSI) was made in descending order and quantitative value of drought index fit to standard of classification for drought severity was calculated. To compare classification results of drought severity of SPI and PDSI with actual drought, comparison by year and month unit were analyzed. As a result, in comparison by year and comparison by month unit of SPI, drought index of each location was mostly identical each other between actual records and analyzed value. But in comparison by month unit of PDSI for same period, actual records did not correspond to analyzed values. This means that further study about mutual supplement for these indexes is necessary.
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문제 정의
(2001)은 낙동강 유역의 가뭄을 평가하고자 강우지표와 PDSI를 적용한 결과, 6개월 미만의 강우지표와 유출지표로 짧은 기간의 가뭄상태를 재현할 수 있고, 장기간의 가뭄상태에는 9개월 이상의 강우지표 및 PDSI가 적당하다고 제시하였다. 또한, 여러 가지 가뭄을 표현하고 정량화 할 수 있는 보다 정확한 가뭄지수의 산정이 필요하다고 평가하였다. Lee et al.
본 연구에서는 순수 국내자료를 이용하여 가뭄지수에 따른 가뭄심도분류표를 작성하기 위해, 강우 관측자료를 30년 이상 확보한 국내 61개 지점에 대해 현재 국가에서 사용하고 있는 가뭄상황단계를 그대로 적용하고자 가뭄 구간을 총 4등급으로 구분하였다. 주요 가뭄발생현황을 참고하여 우리나라에 맞는 가뭄심도 분류기준을 가뭄발생의 누가확률에 맞게 작성하였으며(Table 6), 각 지점의 가뭄지수(SPI, PDSI)를 내림차순으로 작성하여 기준에 맞게 가뭄지수의 정량적 값을 산정하였다.
본 연구는 우리나라 주요 가뭄발생현황을 참고하여 가뭄심도의 분류기준을 작성하고 대표적인 가뭄지수(SPI, PDSI)의 등급을 기준에 맞게 분류하였다. 이는 가뭄 모니터링 시스템의 사용자들이 등급의 다양함으로 인한 혼란을 겪지 않도록 하기 위함이며, 낙동강유역을 대상으로 분류 결과와 실제 가뭄의 비교를 통해 각 가뭄지수별 등급 통일화의 적용성을 판단하고자 한다.
제안 방법
가뭄을 정량적으로 평가할 수 있는 가뭄지수를 이용한 국내형 가뭄심도분류표를 작성하고 이를 실제 가뭄과 비교한 결과, 아래와 같은 결론을 얻었다.
가뭄지수(SPI, PDSI)를 가뭄심도 분류 기준표에 맞게 분류하기 위해 유황곡선(flow duration curve)의 개념을 적용 하여 내림차순으로 가뭄지수를 분포시켜 가뭄지수 곡선을 작성하였다. 유황곡선은 물 관리를 위한 유출량 정보를 보여주는 중요한 곡선으로, 수문사상의 값을 내림차순의 크기로 정렬하면 각 유출량의 크기와 같거나 보다 큰 것에 대한 시간 백분율을 계산할 수 있다.
Palmer (1965)는 가뭄을 장기간의 이상습윤부족 상태라고 정의하였으며, 이상습윤부족을 정상적인 기후에서 현저하게 벗어난 비정상적인 습윤부족 기간으로 정의하였다. 그리고 물수지방정식의 수요-공급 개념을 바탕으로 한 습윤 공급의 편차를 측정하기 위한 Palmer 가뭄지수를 개발하였다. 이러한 가뭄을 지수화하기 위해서는 정상적인 기후조건 하에서 주어진 지역의 일정기간 동안 필요한 강수량을 산정하여 실제 발생한 강수량과 비교하여 기후적으로 필요한 강수량으로부터 벗어나는 습윤 공급량의 크기를 산정하였다.
내림차순으로 작성된 가뭄지수곡선을 분석하여 가뭄심도 분류기준(Table 6)에 맞는 가뭄지수의 정량적 값을 산정하였다. 이는 Table 7에 나타내었으며 SPI와 PDSI 모두 총 6가지 상태로 표현함으로 가뭄지수별 여러 등급으로 인한 불편함을 최소화하였다.
2000년 이후의 주요 가뭄은 2001년 봄철부터 6월 중반까지 연속되었던 2001년 가뭄과 2008년 9월부터 2009년 초겨울까지 발생했던 태백지역의 2009년 가뭄 등 총 2회를 선정하였다. 따라서 1960년부터 50년 동안 주요 가뭄은 7회 발생하였으며, 이를 이용해서 가뭄의 정도에 따라 발생 빈도를 산정하였다.
따라서 본 연구에서는 안동시, 의성군, 영덕군, 문경시의 가뭄지수와 과거 가뭄기록을 비교하였으며, 2009년 가뭄은 태백지역에서 심각하게 발생했으므로, 주변지역인 낙동강유역의 영주시, 울진군, 봉화군을 산정하여 비교했다.
본 연구는 우리나라 주요 가뭄발생현황을 참고하여 가뭄심도의 분류기준을 작성하고 대표적인 가뭄지수(SPI, PDSI)의 등급을 기준에 맞게 분류하였다. 이는 가뭄 모니터링 시스템의 사용자들이 등급의 다양함으로 인한 혼란을 겪지 않도록 하기 위함이며, 낙동강유역을 대상으로 분류 결과와 실제 가뭄의 비교를 통해 각 가뭄지수별 등급 통일화의 적용성을 판단하고자 한다.
3, PDSI지수 값은 -3으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 Table 7에 나타낸 SPI와 PDSI의 기준을 이용해서 가뭄의 심도를 분류하는 것을 제시하였다.
본 연구에서는 통일화된 가뭄 구간을 보통 가뭄(Moderate Drought), 심한 가뭄(Severe Drought), 극심 가뭄(Extreme Drought), 예외적인 가뭄(Exceptional Drought) 총 4등급으로 구분하였다. 과거 자료를 분석하여, 가장 심각했던 가뭄은 우리나라 수자원계획의 지표로 이용될 정도로 심각했던 1994～1995년의 가뭄으로 이는 예외적인 가뭄(Exceptional Drought)으로 평가하였고, 1967～1968년과 2009년 가뭄을 극심 가뭄(Extreme Drought), 1981～1982년, 2001년 가뭄을 심한 가뭄(Severe Drought), 1973년, 1976～1978년 가뭄을 보통 가뭄(Moderate Drought)으로 분류하였다.
월 단위 비교는 2000년 이후 낙동강 유역에 가뭄이 발생한 두 연도인 2001년과 2009년을 기준으로 비교를 실시하였다. 2001년 가뭄의 경우, 가뭄기록조사보고서(Ministry of Construction and Transportation, 2002)와 가뭄관리 종합 대책 수립연구(Korea Water Resources Corporation, 2002)를 참고할 때 낙동강유역의 안동시를 중심으로 의성군, 영덕군, 문경시 등의 지역으로 발생함을 볼 수 있다(Fig.
그리고 물수지방정식의 수요-공급 개념을 바탕으로 한 습윤 공급의 편차를 측정하기 위한 Palmer 가뭄지수를 개발하였다. 이러한 가뭄을 지수화하기 위해서는 정상적인 기후조건 하에서 주어진 지역의 일정기간 동안 필요한 강수량을 산정하여 실제 발생한 강수량과 비교하여 기후적으로 필요한 강수량으로부터 벗어나는 습윤 공급량의 크기를 산정하였다. PDSI의 가뭄심도 분류는 Table 4와 같다.
이때 제시한 주요 가뭄은 총 7회이나, 1960년 이전의 자료는 자료의 신뢰성이 많이 떨어지기 때문에 1960년 이후부터의 자료를 활용하였다. 이를 통해 1960～2000년까지의 주요가뭄은 1967～1968년, 1973년, 1976～1978년, 1981～1982년, 1994～1995년으로 총 5회로 설정하였다. 2000년 이후의 주요 가뭄은 2001년 봄철부터 6월 중반까지 연속되었던 2001년 가뭄과 2008년 9월부터 2009년 초겨울까지 발생했던 태백지역의 2009년 가뭄 등 총 2회를 선정하였다.
작성된 가뭄심도 분류 기준 표를 낙동강 전 유역에 적용하였다. Figs.
본 연구에서는 순수 국내자료를 이용하여 가뭄지수에 따른 가뭄심도분류표를 작성하기 위해, 강우 관측자료를 30년 이상 확보한 국내 61개 지점에 대해 현재 국가에서 사용하고 있는 가뭄상황단계를 그대로 적용하고자 가뭄 구간을 총 4등급으로 구분하였다. 주요 가뭄발생현황을 참고하여 우리나라에 맞는 가뭄심도 분류기준을 가뭄발생의 누가확률에 맞게 작성하였으며(Table 6), 각 지점의 가뭄지수(SPI, PDSI)를 내림차순으로 작성하여 기준에 맞게 가뭄지수의 정량적 값을 산정하였다.
대상 데이터
이를 통해 1960～2000년까지의 주요가뭄은 1967～1968년, 1973년, 1976～1978년, 1981～1982년, 1994～1995년으로 총 5회로 설정하였다. 2000년 이후의 주요 가뭄은 2001년 봄철부터 6월 중반까지 연속되었던 2001년 가뭄과 2008년 9월부터 2009년 초겨울까지 발생했던 태백지역의 2009년 가뭄 등 총 2회를 선정하였다. 따라서 1960년부터 50년 동안 주요 가뭄은 7회 발생하였으며, 이를 이용해서 가뭄의 정도에 따라 발생 빈도를 산정하였다.
본 연구에서는 강우자료의 확보가 용이하고 과거로부터 관측 자료의 신뢰성을 확보할 수 있는 기상청의 관측 자료를 활용하였다. 따라서 기상청의 총 76개의 강우관측소 중 관측연수 30년 이상의 관측 자료를 확보한 61개 지점에 대한 월강우 자료를 수집하였다.
가뭄평가를 위해 실제 이용되고 있는 지수들은 이용자들의 목적에 맞게 다양하게 연구되어 왔다. 본 연구에서는 Lee et al. (2006)의 연구내용을 토대로 국내외에서 가장 일반적으로 이용되는 가뭄지수 중 기상학적 가뭄지수인 표준강수지수(SPI)와 파머가뭄지수(PDSI) 를 선정하였으며, 각 가뭄지수에 대해 2.2.1과 2.2.2에 간단히 설명하였다.
본 연구에서는 강우자료의 확보가 용이하고 과거로부터 관측 자료의 신뢰성을 확보할 수 있는 기상청의 관측 자료를 활용하였다. 따라서 기상청의 총 76개의 강우관측소 중 관측연수 30년 이상의 관측 자료를 확보한 61개 지점에 대한 월강우 자료를 수집하였다.
또한, 기상학적 가뭄지수인 PDSI, SPI의 가뭄심도를 분류하기 위해 National Disaster Management Institute (1998)와 Korea Water Resources Corporation (2005)에서 정리하여 제시한 가뭄발생현황(Tables 1 and 2)을 참고하였다. 이때 제시한 주요 가뭄은 총 7회이나, 1960년 이전의 자료는 자료의 신뢰성이 많이 떨어지기 때문에 1960년 이후부터의 자료를 활용하였다. 이를 통해 1960～2000년까지의 주요가뭄은 1967～1968년, 1973년, 1976～1978년, 1981～1982년, 1994～1995년으로 총 5회로 설정하였다.
이론/모형
또한, 기상학적 가뭄지수인 PDSI, SPI의 가뭄심도를 분류하기 위해 National Disaster Management Institute (1998)와 Korea Water Resources Corporation (2005)에서 정리하여 제시한 가뭄발생현황(Tables 1 and 2)을 참고하였다. 이때 제시한 주요 가뭄은 총 7회이나, 1960년 이전의 자료는 자료의 신뢰성이 많이 떨어지기 때문에 1960년 이후부터의 자료를 활용하였다.
성능/효과
1) 작성된 가뭄심도의 분류표를 대상지역인 낙동강 유역에 적용하여 과거 가뭄 발생 해와 비교 분석한 결과, 이는 대상지역에서 가뭄상황을 잘 나타내고 있었다. 그러나 본 연구에서 제시한 기준은 전체 자료를 평균화한 것으로 일부 지점의 국부적인 특성을 완전히 반영하기에는 한계가 있으며 전체적인 가뭄 상황의 판단기준으로 활용한다면 그 적용성이 매우 높을 것으로 판단된다.
2) SPI와 PDSI의 가뭄심도 분류 결과와 실제 가뭄을 비교하기 위해 년 단위 비교를 시행한 결과, 가뭄이 발생한 1994-1995년, 2001년, 2009년에 대한 각 지역의 가뭄지수 평가가 대부분 일치하게 나타남을 알 수 있었다. 그러나 SPI의 경우 2005-2006년에 대부분의 지역에서 가뭄이 발생되었다고 표현되었고, PDSI는 일부 지역에서 2006년에 심한 가뭄이 발생한 것으로 나타났다.
3) 2001년의 월 단위 비교 결과, SPI의 경우 가뭄이 심해진 11～12월 세 지역의 실제 가뭄기록과 분석 결과(WET～N)가 일치하지 않았고, PDSI의 경우 가뭄해소시기인 같은 해 7～8월에 심한가뭄(D3～D4)을 나타내어 부분적으로 일치하지 않음을 볼 수 있 었다. 이러한 결과는 SPI와 PDSI라는 가뭄지수의 고유 특성을 반영한 결과로 판단되며, 이들 지수의 상호 보완에 대한 추후 연구 필요성을 보여주는 것으로 생각된다.
(2009)은 기상학적 가뭄지수인 SPI, PDSI, EDI (Effective Drought Index)를 산정하여 비교분석을 수행하였다. 세 가뭄지수의 가뭄 심도는 각기 달랐으나 변화경향은 대부분 일치하는 것으로 분석하였으며, 각각의 가뭄지수를 조합함으로 명확하게 기상가뭄을 판단하고 가뭄전망의 기초자료로 활용할 수 있음을 기대하였다. 농업 가뭄 평가와 관련하여 Kwon et al.
월 단위 비교를 살펴본 결과, Table 9에 나타난 2001년 SPI의 경우 가뭄이 심해진 11～12월 세 지역의 실제 가뭄 기록(Worsen Drought)과 분석 결과(WET～N)가 일치하지 않았고, PDSI의 분석결과는 가뭄해소시기인 같은 해 7～8월에 심한가뭄(D3～D4)을 나타내어 실제기록과 일치하지 않음을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 SPI와 PDSI 라는 가뭄지수의 고유 특성을 반영한 결과로 판단되며, 이들 지수의 상호 보완에 대한 추후 연구 필요성을 보여주는 것으로 생각된다.
(2007)은 보완된 SWSI 가뭄지수를 과거 농업가뭄에 적용하였다. 이를 PDSI, SWSI와 비교한 결과, 하나의 가뭄지수로 전국 혹은 지역적인 가뭄평가는 불가능하며 논 관개지역의 가뭄평가에는 저수지 유입량 및 방류량 자료가 필수적으로 사용되어야 한다고 분석하였다. Ahn et al.
4 and 5는 울진의 SPI와 PDSI를 도시하고 가뭄심도 분류 기준을 적용한 모습이다. 적용결과 SPI에 가뭄심도를 분류했을 경우가 PDSI에 분류한 경우보다 조금 더 일치하는 모습을 보였다. Figs.
후속연구
1) 작성된 가뭄심도의 분류표를 대상지역인 낙동강 유역에 적용하여 과거 가뭄 발생 해와 비교 분석한 결과, 이는 대상지역에서 가뭄상황을 잘 나타내고 있었다. 그러나 본 연구에서 제시한 기준은 전체 자료를 평균화한 것으로 일부 지점의 국부적인 특성을 완전히 반영하기에는 한계가 있으며 전체적인 가뭄 상황의 판단기준으로 활용한다면 그 적용성이 매우 높을 것으로 판단된다.
이를 통해 도출된 Table 8의 가뭄지수 분류기준이 대상지역의 가뭄상황을 잘 나타내고 있음을 파악할 수 있었다. 다만 본 연구에서 제시한 기준은 전체 자료를 평균한 것으로서 일부 지점의 국부적인 특성을 완전히 반영하기에는 한계가 있으며 전체적인 가뭄상황의 판단기준으로 활용한다면 그 적용성이 매우 높을 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시한 가뭄심도 분류표는 낙동강유역에 대해서만 적용되었으나 향후 우리나라 전 지역에 대한 확대 적용 및 활용을 요구하며, 이에 대한 후속연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 자료기간의 연장에 따라 가뭄 심도 기준도 달라질 수 있으므로 추후 지속적인 업데이트가 요구된다.
본 연구에서 제시한 가뭄심도 분류표는 낙동강유역에 대해서만 적용되었으나 향후 우리나라 전 지역에 대한 확대 적용 및 활용을 요구하며, 이에 대한 후속연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 자료기간의 연장에 따라 가뭄 심도 기준도 달라질 수 있으므로 추후 지속적인 업데이트가 요구된다.
을 나타내어 실제기록과 일치하지 않음을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 SPI와 PDSI 라는 가뭄지수의 고유 특성을 반영한 결과로 판단되며, 이들 지수의 상호 보완에 대한 추후 연구 필요성을 보여주는 것으로 생각된다.
을 나타내어 실제기록과 일치하지 않음을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 SPI와 PDSI 라는 가뭄지수의 고유 특성을 반영한 결과로 판단되며, 이들 지수의 상호 보완에 대한 추후 연구 필요성을 보여주는 것으로 생각된다.
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