[논문]RCP 시나리오 분석을 통한 농업용 저수지 관리방안에 관한 연구

추연문; 원창희; 김성률; 권창헌

doi:10.5762/kais.2020.21.1.28

RCP 시나리오 분석을 통한 농업용 저수지 관리방안에 관한 연구
A Study on the Management Method of Agricultural reservoir Using RCP Scenario 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.28 - 34

추연문 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 원창희 (국립재난안전연구원 방재연구실) , 김성률 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 권창헌 (부산대학교 사회환경시스템공학과)

초록
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저수지의 정의는 물을 저장하여 홍수 시와 가뭄 시 물을 조절하는 인공적인 시설이며 우리나라는 예로부터 농경 사회로 농사를 짓기 위하여 전국에 저수지를 만들어 관리하여왔다. 도시화와 상수도의 보급으로 저수지의 중요성은 점차 떨어지게 되었으나 최근 물 부족 현상과 이에 따른 수자원 가격의 상승 등으로 물의 중요성이 점차 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 농업용 저수지에 대한 이용한계점의 분석을 통한 대책을 제시하고자 한다. 이를 위하여 먼저 강우자료 수집을 통한 홍수량 산정과 RCP 시나리오를 이용하여 2100년까지의 기후전망을 분석하였으며, 이를 통해 농업용 저수지의 일종인 오동댐의 이용 한계점과 여유고 부족현상을 판단해 여러 대책법을 제시하였다. 확률강우량의 증가가 가장 큰 RCP 8.5시나리오의 증가량을 현재의 확률강우량에 가산하여 계산한 결과 2028년 오동댐의 여유고가 한계시점에 이를 것으로 예측되었다. 따라서 이를 방지하기 위한 대책으로 여수로의 높이 하강, 가동보 설치 등의 대책을 통해 유효 저수량의 확보방안을 제시하였으며, 향후 본 연구를 활용하여 농업용으로 이용되고 있는 저수지에 대한 효과적 관리가 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A reservoir is defined as an artificial facility that stores and controls water during floods and droughts. Korea has constructed and managed reservoirs all over the country to benefit farming communities. The importance of reservoirs has decreased gradually due to urbanization and the spread of tap water, but the importance of water is increasing because of the recent shortage of water and the resulting rise in the price of water resources. Therefore, this study suggests countermeasures through an analysis of the used threshold for agricultural reservoirs. To this end, the forecast of rainfall up to 2100 was first analyzed using flood estimates and RCP scenarios through rainwater data collection. The increase in the RCP 8.5 scenario, the largest increase in the probability rainfall, was calculated by adding it to the current probability rainfall, and it was predicted that the marginal height of Odong Dam would reach its limit in 2028. Therefore, as a countermeasure against this, the measures to secure effective water storage were suggested through measures, such as lowering the height of Yeosu and installing movable beams. Overall, it is expected that effective management of the reservoirs used for agriculture will be possible in the future.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Flow chart
그림 Fig. 2. Research Area
표 Table 1. Result of selected travel time
표 Table 2. Flood discharge
그림 Fig. 3. Calculation result of flood discharge
그림 Fig. 4. Current reservoir flooding result
표 Table 3. Annual precipitation forecast by RCP scenario
표 Table 4. Flood discharge by period
그림 Fig. 5. Reservoir flooding result(2019 ~ 2040)
그림 Fig. 6. Reservoir flooding result(2041 ~ 2070)
그림 Fig. 7. Reservoir flooding result(2071 ~ 2100)
그림 Fig. 8. Limit freeboard analysis

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같이 기후전망 분석은 다양한 분야에서 많은 연 구가 이루어졌으나 이를 적용한 수자원의 확보에 대한 연 구는 비교적 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 제5차 평가보고서[8]에 제시된 RCP 시나리오를 이용하여 현재부터 2100년까지의 홍수량을 산정 후 저수지 추적을 통하여 저수지의 한계시점을 사전에 파악하고 사전대비 차원의 저수지 관리방법에 대하여 제안하고자 한다.
다른 방법으로는 여수로의 높이는 조정하고 폭을 확장하는 방법이 있으나 이는 기존 여수로의 철거와 함께 인근 산자락에 대한 부지확보에 대한 비용 증대 등의 문제점이 우려된다. 따라서 오동댐 유역의 저수지 관리를 위한 방안으로 여수로의 높이를 낮추어 여유고를 확보하고 유효 저수량을 확 보하기 위하여 가동보를 설치하는 방법을 제시하고자 한다. 이는 강우에 따라 탄력적인 운영으로 저수지의 관리가 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 수자원 확보를 위한 방안으로 저수지에 수자원에 대한 분석을 실시하고자 하였다. 이를 위하여 RCP 시나리오를 적용하여 기후변화에 대한 전망과 함께 이를 연구 대상 지역인 오동댐 저수지에 적용하여 대상 저수지의 수자원 이용 한계시점을 분석하였다.

제안 방법

4) 여유고 부족현상을 대비하기 위하여 한계시점 이전에 제방승고, 여수로 확장 등의 대책이 필요하므로 여수로 하강을 통해 여유고를 확보하고 가동보를 이용하여 유효저수량을 확보하는 방법을 제안하였다.
IPCC 5차 평가보고서에서 미래 온실가스의 농도 변화를 대표농도 경로로 RCP 시나리오를 산정하여 발표하였으며 이는 2100년도의 CO2농도를 기준으로 지구 스스로가 회복 가능한 경우, 저감 정책이 상당히 실현되는 경우, 저감 정책이 어느 정도 실현되는 경우, 및 저감 없이 온실가스가 배출되는 경우의 시나리오를 구성하여 각각 RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6.0 및 RCP 8.5의 4가지 시나리오를 발표하였다. 4가지 RCP의 시나리오를 살펴보면 2000년도까지는 전체적인 기후변화의 양상이 비슷하나 2000년도 중반부터는 시나리오별 변화가 발생하다 2100년 후반에는 급격한 차이를 보이는 것으로 조사되었다.
1과 같이 우선적으로 대상유역의 강우관측소를 통하여 강우자료를 수집하였으며 이를 활용하여 홍수량을 산정하였다. 또한 RCP 시나리오 분석 을 통해 현재 강우량에 RCP 8.5 시나리오의 연평균강우량 증가율을 적용하여 미래의 홍수량을 산정하고 홍수량에 따른 저수지 홍수추적을 통하여 저수지의 한계 이용시점을 분석하여 최종적으로 저수지 관리의 대책을 제시하였다.
본 연구에서는 GUM 분포형의 확률가중 모 멘트법을 최적확률 분포형으로 선정했고, ‘확률강우량도 개선 및 보완 연구(국토해양부, 2011)’에서 제시한 전대 수 다항식 형태의 확률강우강도식을 유도하였다[10]. 또한, 유역의 전반적인 영향을 미치는 기상청 관할 남해관측 소의 시간별 강우량자료를 이용하여 Huff분포법을 적용, 설계강우에 대한 시간분포를 실시하였으며, 남해관측소의 최빈 분위인 3분위를 사용하여 시간분포를 실시하였다.
본 연구에서는 GUM 분포형의 확률가중 모 멘트법을 최적확률 분포형으로 선정했고, ‘확률강우량도 개선 및 보완 연구(국토해양부, 2011)’에서 제시한 전대 수 다항식 형태의 확률강우강도식을 유도하였다[10].
이때 본 연구대상지 유역 내에는 기상학적 특성을 분석할 수 있는 기상관측소가 없기 때문에 Thiessen분석 을 통하여 남해관측소로 강우관측소를 선정하고 1973년 부터 2018년까지 46개년의 시우량 강우자료를 종합하여 12개의 강우지속시간에 대하여 분석, 정리하였다. 그리고 ‘설계홍수량 산정요령’에서 제시한 환산계수를 회귀분석하여 전 지속시간에 대한 회귀분석을 다음 Eq.
본 연구에서는 수자원 확보를 위한 방안으로 저수지에 수자원에 대한 분석을 실시하고자 하였다. 이를 위하여 RCP 시나리오를 적용하여 기후변화에 대한 전망과 함께 이를 연구 대상 지역인 오동댐 저수지에 적용하여 대상 저수지의 수자원 이용 한계시점을 분석하였다. 그리고 이를 통해 오동댐의 여유고에 대한 부족현상을 판단해 여유고 증가 대책방안을 마련하였다.
이때 추출한 자료로부터 재현기간별 확률강우량을 산정하는 작업을 빈도해석이라 하며, 이러한 빈도해석을 위해서는 강우의 지속기간에 따른 적정 확률분포형을 선정하는 작업이 선행되어야 한다. 확률강우량 산정을 위한 재현기간 설정은 30, 50, 80, 100, 200년 빈도의 총 5개 빈도를 설정하였다. 본 연구에서는 GUM 분포형의 확률가중 모 멘트법을 최적확률 분포형으로 선정했고, ‘확률강우량도 개선 및 보완 연구(국토해양부, 2011)’에서 제시한 전대 수 다항식 형태의 확률강우강도식을 유도하였다[10].

대상 데이터

본 연구에서는 2010년 7월 15일 재해위험개선지구로 지정된바 있는 경상남도 남해군 남해읍 아산리의 오동댐 유역을 대상으로 선정하였으며 연구대상 유역은 Fig. 2와 같다.
2. 연구방법

연구대상 유역에 대한 수리안정성 및 여유고 등의 분석을 위하여 아래의 Fig. 1과 같이 우선적으로 대상유역의 강우관측소를 통하여 강우자료를 수집하였으며 이를 활용하여 홍수량을 산정하였다. 또한 RCP 시나리오 분석 을 통해 현재 강우량에 RCP 8.

이론/모형

본 연구에서는 유역의 토양상황, 토지이용상태 등을 고려하여 다음 Eq. (2)와 같이 미국 토양보존국 (U.S. Soil Conservation Service)에서 제안한 SCS법을 사용하였다.[11] 
연구대상지의 강우 및 유역특성 등을 고려하여 Clark 유출모형으로 산정한 200년 빈도 홍수량에 20% 가산한 홍수량을 적용하였다. 홍수량에 20%를 가산하여 저수지 추적을 실시한 검토 결과는 Fig.
홍수유출량 산정지점별로 홍수도달시간을 산정하기 위하여 산지유역임을 감안하여 유입 시간은 Kerby 공식 과 유하시간은 California 공식을 채택하여 다음의 Table 1과같이 도달시간을 적용하였다. 지표면에 떨어진 강우량 중 침투나 차단과 같은 손실을 제외한 값을 유 효우량이라 하며, 유효우량은 강우량 및 유출량의 실제 관측에 의한 방법과 경험식을 사용한 방법 등으로 산정할 수 있다.

성능/효과

2) RCP 시나리오에서는 지속적인 강우량의 증가로 인한 홍수량은 증가하는 경향을 보이는 것으로 검토되었다.
3) RCP 8.5 시나리오로 오동댐의 이용 한계시점을 분석한 결과 2028년부터 여유고 부족현상이 나타나는 것으로 검토되었다.
5의 4가지 시나리오를 발표하였다. 4가지 RCP의 시나리오를 살펴보면 2000년도까지는 전체적인 기후변화의 양상이 비슷하나 2000년도 중반부터는 시나리오별 변화가 발생하다 2100년 후반에는 급격한 차이를 보이는 것으로 조사되었다. 이로 인해 기후의 변화 등은 2100년 후반에 급격 하게 변화를 보일 것으로 예상된다.
이로 인해 기후의 변화 등은 2100년 후반에 급격 하게 변화를 보일 것으로 예상된다. RCP 시나리오에 따 라 미래의 연평균기온을 예측한 결과 온실가스의 증가에 따라 RCP 시나리오별 미래의 평균기온은 점차 상승하는 것으로 조사되었으며 RCP 8.5의 경우 3.7℃의 가장 큰 변화를 나타냈다. 강수량은 RCP 시나리오별 점차 증가 하는 것으로 조사되었으나 변동성이 커 경향성 분석에는 어려움이 있었으며, 고온과 관련된 극한지수, 예를 들면 열대야일수나 여름일수, 그리고 폭염일수와 같은 지수들 은 증가하고, 한파일수, 결빙일수, 서리일수와 같은 저온 관련 극한지수는 감소할 것으로 전망되었다.
7℃의 가장 큰 변화를 나타냈다. 강수량은 RCP 시나리오별 점차 증가 하는 것으로 조사되었으나 변동성이 커 경향성 분석에는 어려움이 있었으며, 고온과 관련된 극한지수, 예를 들면 열대야일수나 여름일수, 그리고 폭염일수와 같은 지수들 은 증가하고, 한파일수, 결빙일수, 서리일수와 같은 저온 관련 극한지수는 감소할 것으로 전망되었다. 다음의 Table 3은 본 연구 대상지인 오동댐이 위치한 경남지역 의 RCP 시나리오에 따른 연 강수량 전망 분석표이다.

후속연구

5) 향후 본 연구를 활용하여 저수지 등의 한계시점 분석과 함께 관리방안 및 유지, 보수 설계에 활용이 가능할 것으로 판단되며, 대책방안 적용후의 유출량 추정 등을 통해 지속적인 관리가 가능할 것으로 기대된다.
산정된 홍수량을 기준으로 그래프를 그려 여유고 한계 시점을 추정하였으며, 그 결과 Fig. 8과 같이 2028년에 여유고의 한계시점이 도래하므로 이전에 저수지에 대한 보강대책을 마련하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저수지 홍수추적이란 무엇인가?	저수지 홍수추적은 저수지에 홍수로 넘치는 유량을 추 적하는 것을 의미하며 저수지에 대하여 홍수조절 용량 결정, 댐 높이, 댐 부속물 및 수공구조물의 수리설계를 위 한 기준유량 등을 제공한다.
	본 연구에서 RCP 시나리오를 적용하여 저수지의 수자원 이용 한계시점을 분석한 결과 어떤 결론을 얻었는가?	1) ‘한반도 기후변화 보고서’에서 한반도의 극한기후가 증가됨에 따라 물의 조절기능을 하는 저수지의 중용성이 증대되는 것으로 조사되었다. 2) RCP 시나리오에서는 지속적인 강우량의 증가로 인한 홍수량은 증가하는 경향을 보이는 것으로 검토되었다. 3) RCP 8.5 시나리오로 오동댐의 이용 한계시점을 분석한 결과 2028년부터 여유고 부족현상이 나타나는 것으로 검토되었다. 4) 여유고 부족현상을 대비하기 위하여 한계시점 이전에 제방승고, 여수로 확장 등의 대책이 필요하므로 여수로 하강을 통해 여유고를 확보하고 가동보를 이용하여 유효저수량을 확보하는 방법을 제안하였다. 5) 향후 본 연구를 활용하여 저수지 등의 한계시점 분석과 함께 관리방안 및 유지, 보수 설계에 활용이 가능할 것으로 판단되며, 대책방안 적용후의 유출량 추정 등을 통해 지속적인 관리가 가능할 것으로 기대된다.
	자연재해는 어떤 문제를 야기할 수 있는가?	전 세계의 지구온난화 가속과 더불어 호우발생 빈도의 증가, 태풍, 허리케인 강도의 강화 등으로 인하여 거대 자연재해의 발생횟수와 그 피해액은 지속적으로 증가하는 추세이다. 이러한 자연재해의 경우 사회의 다양한 재산에 피해를 입힐 뿐만 아니라, 심각한 경우에는 인명피해에 직·간접적인 영향을 끼치며, 특히 사회방재시설이나 재해에 대한 예비 시스템이 부족한 국가의 경우 대규모 재산 피해 및 인명피해가 지속적으로 증가할 수 있다.

참고문헌 (12)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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