[논문]농업용 저수지 이수관리를 위한 저수율 가뭄단계기준 개선

문영식; 남원호; 우승범; 이희진; 양미혜; 이종서; 하태현

doi:10.5389/ksae.2022.64.4.011

농업용 저수지 이수관리를 위한 저수율 가뭄단계기준 개선
Improvement of Drought Operation Criteria in Agricultural Reservoirs 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.64 no.4, 2022년, pp.11 - 20

문영식 (National Agricultural Water Research Center, Hankyong National University) , 남원호 (School of Social Safety and Systems Engineering, Institute of Agricultural Environmental Science, National Agricultural Water Research Center, Hankyong National University) , 우승범 (Samin Spatial Data Corporation Research Institute) , 이희진 (Department of Convergence of Information and Communication Engineering, Hankyong National University) , 양미혜 (Korea Rural Community Corporation, Chungnam Regional Headquarter) , 이종서 (Korea Rural Community Corporation, Chungnam Regional Headquarter) , 하태현 (Agricultural Drought Mitigation Center, Integrated Water Resources Management Department, Korea Rural Community Corporation)

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, the operation rule of agricultural reservoirs in case of drought events follows the drought forecast warning standard of agricultural water supply. However, it is difficult to preemptively manage drought in individual reservoirs because drought forecasting standards are set according to average reservoir storage ratio such as 70%, 60%, 50%, and 40%. The equal standards based on average water level across the country could not reflect the actual drought situation in the region. In this study, we proposed the improvement of drought operation rule for agricultural reservoirs based on the percentile approach using past water level of each reservoir. The percentile approach is applied to monitor drought conditions and determine drought criteria in the U.S. Drought Monitoring (USDM). We applied the drought operation rule to reservoir storage rate in extreme 2017 spring drought year, the one of the most climatologically driest spring seasons over the 1961-2021 period of record. We counted frequency of each drought criteria which are existing and developed operation rules to compare drought operation rule determining the actual drought conditions during 2016-2017. As a result of comparing the current standard and the percentile standard with SPI6, the percentile standard showed severe-level when SPI6 showed severe drought condition, but the current standard fell short of the results. Results can be used to improve the drought operation criteria of drought events that better reflects the actual drought conditions in agricultural reservoirs.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1 Specification of target reservoirs
그림 Fig. 1 Location of reservoirs and weather stations
그림 Fig. 2 Flow chart of improving drought operation criteria in reservoirs
표 Table 2 Drought classification of USDM based on percentile method
표 Table 3 Categories of reservoir operation rules according to current method and percentile method
표 Table 4 Classification of drought index of SPI (Mckee et al., 1993)
표 Table 5 Comparison of number of day of drought criteria based on resevoir water level during 2017 years between current method and percentile method
그림 Fig. 3 Comparison of reservoir water level and drought criteria during 2017 drought year among current method, percentile method, and SPI
그림 Fig. 4 Comparison of reservoir water level and drought criteria during 2016-2017 years between current method and percentile method
표 Table 6 Frequencies of drought criteria for So-soo Reservoir during 2016-2017 drought years
표 Table 7 Frequencies of drought criteria for Gang-hye Reservoir during 2016-2017 drought years
표 Table 8 Frequencies of drought criteria for Maeng-dong Reservoir during 2016-2017 drought years

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 농업가뭄을 선제적으로 대응하고, 피해를 최소화하기 위해 농업용수 공급에 직접적인 영향을 주는 농업용 저수지의 저수율 운영기준을 개발하였다. 미국 가뭄모니터링에서 가뭄 판단 기준으로 활용하고 있는 Percentile 분석 방법을 국내에 적용하였으며, 현행 저수율 기반의 가뭄 예경보 운영기준과 비교하였다.

제안 방법

S. Drought Monitoring, USDM)에서 활용하고 있는 백분위 (Percentile) 분석 방법을 국내에 도입하여 적용하고자 한다. 국내의 경우 전국에 약 18,000여개의 공사관리 및 시군관리 농업용 저수지가 축조되어 있다.
Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 선제적 가뭄대응능력을 분석하기 위해 2016년 하반기 부터 2017년 최저 저수율이 발생한 시기의 가뭄 단계의 빈도 분석을 수행하였다. 최저 저수율이 발생한 시점을 기준으로 사전에 경계 혹은 심각 단계의 가뭄단계 빈도수가 발생한다면 가뭄을 선제적으로 대응할 수 있는 것으로 판단하였다.
전국 규모의 저수지 농업가뭄관리는 가뭄 예경보 기준을 통해 나타낼 수 있지만, 개별 저수지의 경우 각각의 저수지 특성을 고려하였을 때, 신뢰성 있는 기준을 도출하고자 한다. 개선된 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준을 최근 극심한 가뭄이 발생했던 2017년에 적용하고 현행운영기준과 비교를 통해 민감도를 확인하였으며, 현행운영기준과 가뭄단계기준 빈도를 비교하여 선제적 가뭄대응능력을 분석하고자 한다.
미국 가뭄모니터링에서 가뭄 판단 기준으로 활용하고 있는 Percentile 분석 방법을 국내에 적용하였으며, 현행 저수율 기반의 가뭄 예경보 운영기준과 비교하였다. 경기도 및 충청북도의 소수, 광혜, 맹동 저수지 3곳에 적용하여 2017년 발생한 극심한 가뭄사상을 대상으로 단계별 빈도를 분석하였으며, 농업가뭄을 판단할 수 있는 민감도 및 선제적 대응능력을 확인하였다.
농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준 개발을 통해 현행 가뭄예경보 저수율 운영기준과 등급별 빈도를 비교하여 민감도를 분석하였다. 또한, 충청도 지역에 가뭄 발생 사례를 조사하여 가뭄이 극심하게 발생했던 2017년을 시간적 범위로 설정하고 최저 저수율 시기의 SPI6를 산정하였다.
경기도 안성시 광혜저수지는 축조연도 1988년, 유효저수량 402만 톤, 관개 면적은 446 ha이며, 음성군의 맹동저수지는 축조연도 1983년, 유효저수량 1,390만 톤, 관개 면적 1,339 ha로 가장 규모가 큰 저수지로 선정하였다 (Table 1). 대상 저수지의 저수율 운영기준을 개발하고 적용하기 위해 1991년부터 2020년까지 일별 저수율을 구축하였으며, 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI) 산정을 위한 대상 저수지 인근 기상청 종관기상관측 장비 (Automated Synoptic Observing System, ASOS) 관측소의 일별 강수량을 수집하였다. 소수저수지의 경우 충주 관측소의 자료를 활용하며, 광혜, 맹동저수지의 경우 천안 관측소의 자료를 활용하여 강수량, 일조량, 풍속 등 자료를 구축하였다.
2로 도식화하여 나타냈다. 대상 저수지의 저수율 자료와 기상 자료를 구축하고, 현행 기준, Percentile 기준, SPI를 산정하여 민감도 분석과 검증을 수행하였다.
농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준 개발을 통해 현행 가뭄예경보 저수율 운영기준과 등급별 빈도를 비교하여 민감도를 분석하였다. 또한, 충청도 지역에 가뭄 발생 사례를 조사하여 가뭄이 극심하게 발생했던 2017년을 시간적 범위로 설정하고 최저 저수율 시기의 SPI6를 산정하였다.
맹동저수지의 경우 광혜저수지와 마찬가지로 천안 관측소의 강수량을 기반으로 SPI6를 산정하였다. 최저 저수율을 기록한 6월 20일 부근 주간 SPI6는 6월 3주차에 -2.
본 연구에서는 농업가뭄을 선제적으로 대응하고, 피해를 최소화하기 위해 농업용수 공급에 직접적인 영향을 주는 농업용 저수지의 저수율 운영기준을 개발하였다. 미국 가뭄모니터링에서 가뭄 판단 기준으로 활용하고 있는 Percentile 분석 방법을 국내에 적용하였으며, 현행 저수율 기반의 가뭄 예경보 운영기준과 비교하였다. 경기도 및 충청북도의 소수, 광혜, 맹동 저수지 3곳에 적용하여 2017년 발생한 극심한 가뭄사상을 대상으로 단계별 빈도를 분석하였으며, 농업가뭄을 판단할 수 있는 민감도 및 선제적 대응능력을 확인하였다.
민감도 평가를 위해 6개월 시간척도의 기상학적 가뭄지수인 SPI6를 산정하고, 국내 가뭄 시기를 파악하였다. SPI6와 Percentile 기반 가뭄단계기준, 현행 저수율 운영기준의 단계별 빈도를 비교한 결과, 2017년 농업용 저수지의 최저 저수율이 발생한 시기에 SPI6의 경우 모든 시범 저수지에서 매우 낮거나 연중 최저 SPI6를 나타내었으며, 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각단계의 분포를 나타내면서 실제 가뭄에 대한 높은 민감도를 나타내었다.
현행 가뭄 예경보 저수율 기준의 경우 일반적으로 저수지 저수율 빈도 추정 및 판단에서는 유용하게 활용할 수 있지만, 저수지의 평년 저수율의 고정된 비율을 통해 가뭄을 판단하기 때문에 개별 저수지의 특성 및 물관리 방법을 반영할 수 없는 한계가 있다. 본 연구에서 제시하는 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 현재 미국 가뭄모니터링 기준에서 이용되고 있는 Percentile 방법으로써 저수지의 일별 저수율을 활용한 시기별 분석을 통해 개별 저수지의 유동적인 저수율 관리 특성을 반영하였다. Percentile 기반의 농업용 저수지 가뭄단계기준을 통해 향후 국내 실정에 부합하도록 현행 기준을 개선한다면, 농업가뭄에 더욱 선제적이며, 민감하게 반응하고 실제 현장을 반영할 수 있는 가뭄단계기준으로 활용가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 한국농어촌공사에서 관리하는 3,400개 농업용 저수지를 대상으로 백분위 기반의 가뭄단계기준을 개발하고 적용하였다. 한국농어촌공사에서 관리하는 농업용 저수지 중 자료 구축이 용이하고, 가뭄 발생의 빈도가 높은 3곳을 시범지역으로 선정하였으며, 충청북도 괴산군의 소수저수지, 경기도 안성시의 광혜저수지, 충청북도 음성군의 맹동저수지를 대상 저수지로 선정하였다 (Fig.
따라서, 선제적으로 가뭄을 대비하기 위해서는 이전해 겨울부터 금년 최저 저수율 도달 이전까지 저수율을 효율적으로 관리하는 것이 중요하다. 선제적 가뭄 대응능력 분석을 위해 2016년 하반기 부터 2017년 최저 저수율 도달까지의 저수율에 대하여 현행 가뭄예경보 운영기준과 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준 빈도를 비교하였다.
대상 저수지의 저수율 운영기준을 개발하고 적용하기 위해 1991년부터 2020년까지 일별 저수율을 구축하였으며, 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI) 산정을 위한 대상 저수지 인근 기상청 종관기상관측 장비 (Automated Synoptic Observing System, ASOS) 관측소의 일별 강수량을 수집하였다. 소수저수지의 경우 충주 관측소의 자료를 활용하며, 광혜, 맹동저수지의 경우 천안 관측소의 자료를 활용하여 강수량, 일조량, 풍속 등 자료를 구축하였다.
SPI6는 4월부터 10월까지 논벼 작부체계를 갖춘 우리나라 특성을 반영하는 가뭄지수로 활용 가능하다. 저수지 저수율 운영기준의 가뭄의 빈도와 SPI6 가뭄 정도를 비교하여 검증 방안으로 분석하였다.
국내의 경우 전국에 약 18,000여개의 공사관리 및 시군관리 농업용 저수지가 축조되어 있다. 전국 규모의 저수지 농업가뭄관리는 가뭄 예경보 기준을 통해 나타낼 수 있지만, 개별 저수지의 경우 각각의 저수지 특성을 고려하였을 때, 신뢰성 있는 기준을 도출하고자 한다. 개선된 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준을 최근 극심한 가뭄이 발생했던 2017년에 적용하고 현행운영기준과 비교를 통해 민감도를 확인하였으며, 현행운영기준과 가뭄단계기준 빈도를 비교하여 선제적 가뭄대응능력을 분석하고자 한다.

대상 데이터

본 연구에서는 한국농어촌공사에서 관리하는 3,400개 농업용 저수지를 대상으로 백분위 기반의 가뭄단계기준을 개발하고 적용하였다. 한국농어촌공사에서 관리하는 농업용 저수지 중 자료 구축이 용이하고, 가뭄 발생의 빈도가 높은 3곳을 시범지역으로 선정하였으며, 충청북도 괴산군의 소수저수지, 경기도 안성시의 광혜저수지, 충청북도 음성군의 맹동저수지를 대상 저수지로 선정하였다 (Fig. 1).

데이터처리

Fig. 3은 소수, 광혜, 맹동저수지의 일별 저수율을 현행 가뭄예경보 운영기준과 Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준을 나타내었으며, 각 저수지와 인접한 해당 관측소의 강수량 자료를 활용하여 실제 가뭄의 정도를 판단하기 위한 SPI6를 비교하여 나타내었다. Table 5는 소수, 광혜, 맹동저수지의 2017년 동안 정상, 관심, 주의, 경계, 심각 등급의 일 수를 Percentile 기반 가뭄단계기준과 현행 가뭄예경보 기준을 비교하여 각각 나타내었다.

이론/모형

본 연구에서는 현재 기상청에서 국내 기상 가뭄 분석 시 활용되고 있는 6개월 시간척도의 SPI (이하 SPI6)를 산정하였다. SPI6는 4월부터 10월까지 논벼 작부체계를 갖춘 우리나라 특성을 반영하는 가뭄지수로 활용 가능하다.

성능/효과

1%의 연중 최저 저수율을 나타냈으며, 농업가뭄이 가장 심각하게 나타난 시기라고 판단하였다. 2016년 4분기부터 2017년 최저 저수율이 나타난 268일 중 Percentile 기반의 가뭄단계기준 정상 및 관심 단계는 0일, 주의 단계 44일, 경계 단계 188일, 심각 단계 36일로 다소 저수율 부족의 경향을 나타냈다. 현행 가뭄예경보 운영기준에서는 정상 226일, 관심 42일, 주의, 경계, 심각 단계가 0일로 선제적 가뭄을 판단하기에는 한계가 있다.
2017년 시범지역 대상 저수지의 저수율을 기반으로 Percentile 가뭄단계기준과 현행운영기준을 비교하였을 때, 경계, 심각 단계의 가뭄을 판단하는 부분에서 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준이 현행운영기준보다 SPI6 가뭄 심각도와 유사하게 나타났다. 이는 개발된 가뭄단계기준이 저수율의 감소, 가뭄 단계를 더 민감하게 감지하는 것으로 나타났으며, 시기별 Percentile을 적용하여 분석하기 때문에 유동적으로 변화하는 저수율을 사전에 감지할 수 있을 것으로 판단된다.
최저 저수율이 나타난 6월 24일 이후 일주일간 Percentile 기반 가뭄단계기준은 경계 및 심각단계를 나타내었으며, 현행운영기준은 관심 및 주의단계의 경향을 나타내었다. 365일을 기준으로 일별 등급을 비교한 결과 광혜저수지 농업용 저수지 가뭄단계기준의 경우 정상 단계 158일, 관심 단계 5일, 주의 단계 36일, 경계단계 101일, 심각 단계 65일 감지되어 연중 200일 이상의 가뭄단계 빈도를 나타내었고, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 343일, 관심 단계가 19일, 주의 단계가 3일, 경계 단계 및 심각 단계는 0일로 평년대비 낮은 백분위 수의 저수율에도 정상, 관심의 가뭄 단계가 감지되었다.
5%의 연중 최저 저수율을 기록하였으며, 2016년 4분기부터 2017년 6월 23일까지 총 266일 저수율을 분석하였다. Percentile 기반 가뭄단계기준은 정상 0일, 관심 2일, 주의 61일, 경계 122일, 심각 81일로 나타났으며, 현행 운영기준에서는 정상단계 266일로 이외의 가뭄 단계는 0일로 나타났다.
극심한 가뭄이 발생했던 2017년 이례적으로 낮은 저수율이 발생하였지만 현행운영기준의 경우 모든 시범 저수지에서 경계 및 심각단계 빈도가 나타나지 않아 높은 심도의 가뭄 단계에 선제적으로 반응하지 못하였다. Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 모든 시범 저수지에서 정상 단계의 빈도가 0일, 관심 단계 2일로 감지되었으며, 소수저수지의 경우 경계 및 심각 단계의 빈도가 266일 중 224일, 광혜저수지의 경우 경계 및 심각 단계의 빈도는 266일 중 203일, 맹동저수지의 경우 262일 중 259일로 2017년 이례적인 최저 저수율에 선제적으로 반응하였다.
민감도 평가를 위해 6개월 시간척도의 기상학적 가뭄지수인 SPI6를 산정하고, 국내 가뭄 시기를 파악하였다. SPI6와 Percentile 기반 가뭄단계기준, 현행 저수율 운영기준의 단계별 빈도를 비교한 결과, 2017년 농업용 저수지의 최저 저수율이 발생한 시기에 SPI6의 경우 모든 시범 저수지에서 매우 낮거나 연중 최저 SPI6를 나타내었으며, 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각단계의 분포를 나타내면서 실제 가뭄에 대한 높은 민감도를 나타내었다. 현행 운영기준의 경우 정상, 관심단계가 분포하여 가뭄에 대한 민감도가 낮게 나타나면서, Percentile 기반의 가뭄단계기준이 현행 농업용 저수지 저수율 운영기준보다 실제 가뭄에 대한 민감도가 높게 나타났다.
맹동저수지 Percentile 기반 가뭄단계기준의 경우 정상 단계가 169일, 관심단계가 4일, 주의 단계가 92일, 경계 단계가 37일, 심각 단계가 63일 감지되었고, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 175일, 관심 단계가 139일, 주의 단계가 34일, 경계 단계가 17일, 심각 단계는 0일 감지되었다. SPI6의 가뭄 경향이 매우 심각하게 나타났지만, 현행운영기준의 경우 심각단계가 0일로 나타나면서, Percentile 기반 가뭄단계기준의 63일보다 민감도가 낮게 나타나는 경향을 보였다. 현행운영기준의 경우 가뭄 판단 시 다소 기준이 완화되어 정상, 관심의 비중이 높게 나타났으며, 이러한 결과는 사전 대응 및 선제적 대응에 한계가 있을 것으로 판단된다.
광혜저수지는 천안 관측소의 강수량을 기반으로 SPI6를 산정하였으며, 최저 저수율을 기록한 6월 24일 부근의 주간 SPI6의 경우 6월 3주차에 -2.15, 4주차에 -2.34로 연중 최저 SPI6를 보이며 극심한 가뭄 상태를 나타냈다. 최저 저수율이 나타난 6월 24일 이후 일주일간 Percentile 기반 가뭄단계기준은 경계 및 심각단계를 나타내었으며, 현행운영기준은 관심 및 주의단계의 경향을 나타내었다.
광혜저수지의 경우 2017년 6월 24일부터 5일 동안 36.5%의 연중 최저 저수율을 기록하였으며, 2016년 4분기부터 2017년 6월 23일까지 총 266일 저수율을 분석하였다. Percentile 기반 가뭄단계기준은 정상 0일, 관심 2일, 주의 61일, 경계 122일, 심각 81일로 나타났으며, 현행 운영기준에서는 정상단계 266일로 이외의 가뭄 단계는 0일로 나타났다.
9%의 연중 최저 저수율을 기록하였으며, 2016년 4분기부터 2017년 연중 최저 저수율 이전까지 총 262일의 저수율을 분석하였다. 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준에서 정상 및 관심 0일, 주의 169일, 경계 48일, 심각 45일 감지되었으며, 현행 운영기준에서는 정상 3일, 관심 145일, 주의 114일, 경계 및 심각 0일이 감지되었다. 맹동저수지의 경우 다른 시범 저수지 대비 상대적으로 현행 운영기준에서 주의단계가 많이 감지되었으나, 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준 대비 깊은 심도의 가뭄 단계를 감지하였다.
농업용 저수지의 저수율은 5월 모내기를 위한 관개기 농업용수 공급으로 저수율이 감소한 후 10월 관개기 종료 이후 겨울부터 이듬해 봄까지 저수율이 증가하는 양상을 보인다. 따라서, 선제적으로 가뭄을 대비하기 위해서는 이전해 겨울부터 금년 최저 저수율 도달 이전까지 저수율을 효율적으로 관리하는 것이 중요하다.
34로 연중 최저 SPI6를 보이며 극심한 가뭄 상태를 나타냈으며, 최저 저수율을 기록한 6월 20일 이후 일주일간 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준은 심각단계의 경향을 나타내었고, 현행운영기준은 주의 단계를 나타내었다. 맹동저수지 Percentile 기반 가뭄단계기준의 경우 정상 단계가 169일, 관심단계가 4일, 주의 단계가 92일, 경계 단계가 37일, 심각 단계가 63일 감지되었고, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 175일, 관심 단계가 139일, 주의 단계가 34일, 경계 단계가 17일, 심각 단계는 0일 감지되었다. SPI6의 가뭄 경향이 매우 심각하게 나타났지만, 현행운영기준의 경우 심각단계가 0일로 나타나면서, Percentile 기반 가뭄단계기준의 63일보다 민감도가 낮게 나타나는 경향을 보였다.
맹동저수지의 경우 2017년 6월 20일부터 7일간 23.9%의 연중 최저 저수율을 기록하였으며, 2016년 4분기부터 2017년 연중 최저 저수율 이전까지 총 262일의 저수율을 분석하였다. 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준에서 정상 및 관심 0일, 주의 169일, 경계 48일, 심각 45일 감지되었으며, 현행 운영기준에서는 정상 3일, 관심 145일, 주의 114일, 경계 및 심각 0일이 감지되었다.
농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준에서 정상 및 관심 0일, 주의 169일, 경계 48일, 심각 45일 감지되었으며, 현행 운영기준에서는 정상 3일, 관심 145일, 주의 114일, 경계 및 심각 0일이 감지되었다. 맹동저수지의 경우 다른 시범 저수지 대비 상대적으로 현행 운영기준에서 주의단계가 많이 감지되었으나, 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준 대비 깊은 심도의 가뭄 단계를 감지하였다.
소수, 광혜, 맹동저수지에 적용한 결과 전반적으로 현행 운영기준에서 정상 및 관심 수준의 운영기준으로 나타나는 경향을 보였으며, 극심한 가뭄이 나타난 2017년 선제적 대응이 어렵다고 판단된다. 반면, Percentile 기반 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각 단계의 비율이 높아 2017년의 극심한 가뭄 피해를 선제적으로 대응할 수 있을 것이라 판단된다. 현재 운영되고 있는 저수율 기준의 문제점을 도출하고 Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 운영기준과 함께 운용한다면 저수지별 맞춤형 대응과 농업가뭄 선제적 대응을 효율적으로 할 수 있을 것이라 사료된다.
소수, 광혜, 맹동저수지에 적용한 결과 전반적으로 현행 운영기준에서 정상 및 관심 수준의 운영기준으로 나타나는 경향을 보였으며, 극심한 가뭄이 나타난 2017년 선제적 대응이 어렵다고 판단된다. 반면, Percentile 기반 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각 단계의 비율이 높아 2017년의 극심한 가뭄 피해를 선제적으로 대응할 수 있을 것이라 판단된다.
98로 매우 낮았으며 최저 저수율을 보인 6월 26일 이후 일주일 간 Percentile 기반 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준은 심각단계, 현행운영기준은 관심 및 주의단계를 보여 Percentile 기반의 가뭄단계기준이 실제 가뭄에 부합한 것으로 분석되었다. 소수저수지 Percentile 기반 가뭄단계기준의 2017년 빈도는 정상 단계가 169일, 관심 단계가 4일, 주의 단계가 27일, 경계 단계가 125일, 심각 단계가 40일 감지되어 가뭄단계기준 중 경계 단계가 가장 많이 감지되었으며, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 336일, 관심 단계가 25일, 주의 단계가 4일, 경계 및 심각단계는 0일 감지되었다. SPI의 심각한 가뭄 상황에서 현행운영기준 빈도에서는 깊은 심도의 가뭄 단계를 감지하지 못하였다.
소수저수지는 충주 관측소의 강수량을 활용하여 SPI6를 산정하였으며, 최저 저수율을 보인 6월 26일 부근 주간 SPI6는 3주차에 -1.91, 4주차에 -0.98로 매우 낮았으며 최저 저수율을 보인 6월 26일 이후 일주일 간 Percentile 기반 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준은 심각단계, 현행운영기준은 관심 및 주의단계를 보여 Percentile 기반의 가뭄단계기준이 실제 가뭄에 부합한 것으로 분석되었다. 소수저수지 Percentile 기반 가뭄단계기준의 2017년 빈도는 정상 단계가 169일, 관심 단계가 4일, 주의 단계가 27일, 경계 단계가 125일, 심각 단계가 40일 감지되어 가뭄단계기준 중 경계 단계가 가장 많이 감지되었으며, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 336일, 관심 단계가 25일, 주의 단계가 4일, 경계 및 심각단계는 0일 감지되었다.
소수저수지의 경우 2017년 6월 26일부터 4일간 42.1%의 연중 최저 저수율을 나타냈으며, 농업가뭄이 가장 심각하게 나타난 시기라고 판단하였다. 2016년 4분기부터 2017년 최저 저수율이 나타난 268일 중 Percentile 기반의 가뭄단계기준 정상 및 관심 단계는 0일, 주의 단계 44일, 경계 단계 188일, 심각 단계 36일로 다소 저수율 부족의 경향을 나타냈다.
2017년 시범지역 대상 저수지의 저수율을 기반으로 Percentile 가뭄단계기준과 현행운영기준을 비교하였을 때, 경계, 심각 단계의 가뭄을 판단하는 부분에서 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준이 현행운영기준보다 SPI6 가뭄 심각도와 유사하게 나타났다. 이는 개발된 가뭄단계기준이 저수율의 감소, 가뭄 단계를 더 민감하게 감지하는 것으로 나타났으며, 시기별 Percentile을 적용하여 분석하기 때문에 유동적으로 변화하는 저수율을 사전에 감지할 수 있을 것으로 판단된다.
맹동저수지의 경우 광혜저수지와 마찬가지로 천안 관측소의 강수량을 기반으로 SPI6를 산정하였다. 최저 저수율을 기록한 6월 20일 부근 주간 SPI6는 6월 3주차에 -2.15, 4주차에 -2.34로 연중 최저 SPI6를 보이며 극심한 가뭄 상태를 나타냈으며, 최저 저수율을 기록한 6월 20일 이후 일주일간 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준은 심각단계의 경향을 나타내었고, 현행운영기준은 주의 단계를 나타내었다. 맹동저수지 Percentile 기반 가뭄단계기준의 경우 정상 단계가 169일, 관심단계가 4일, 주의 단계가 92일, 경계 단계가 37일, 심각 단계가 63일 감지되었고, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 175일, 관심 단계가 139일, 주의 단계가 34일, 경계 단계가 17일, 심각 단계는 0일 감지되었다.
34로 연중 최저 SPI6를 보이며 극심한 가뭄 상태를 나타냈다. 최저 저수율이 나타난 6월 24일 이후 일주일간 Percentile 기반 가뭄단계기준은 경계 및 심각단계를 나타내었으며, 현행운영기준은 관심 및 주의단계의 경향을 나타내었다. 365일을 기준으로 일별 등급을 비교한 결과 광혜저수지 농업용 저수지 가뭄단계기준의 경우 정상 단계 158일, 관심 단계 5일, 주의 단계 36일, 경계단계 101일, 심각 단계 65일 감지되어 연중 200일 이상의 가뭄단계 빈도를 나타내었고, 현행운영기준의 경우 연중 정상 단계가 343일, 관심 단계가 19일, 주의 단계가 3일, 경계 단계 및 심각 단계는 0일로 평년대비 낮은 백분위 수의 저수율에도 정상, 관심의 가뭄 단계가 감지되었다.
Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 선제적 가뭄대응능력을 분석하기 위해 2016년 하반기 부터 2017년 최저 저수율이 발생한 시기의 가뭄 단계의 빈도 분석을 수행하였다. 최저 저수율이 발생한 시점을 기준으로 사전에 경계 혹은 심각 단계의 가뭄단계 빈도수가 발생한다면 가뭄을 선제적으로 대응할 수 있는 것으로 판단하였다. 극심한 가뭄이 발생했던 2017년 이례적으로 낮은 저수율이 발생하였지만 현행운영기준의 경우 모든 시범 저수지에서 경계 및 심각단계 빈도가 나타나지 않아 높은 심도의 가뭄 단계에 선제적으로 반응하지 못하였다.
SPI6와 Percentile 기반 가뭄단계기준, 현행 저수율 운영기준의 단계별 빈도를 비교한 결과, 2017년 농업용 저수지의 최저 저수율이 발생한 시기에 SPI6의 경우 모든 시범 저수지에서 매우 낮거나 연중 최저 SPI6를 나타내었으며, 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각단계의 분포를 나타내면서 실제 가뭄에 대한 높은 민감도를 나타내었다. 현행 운영기준의 경우 정상, 관심단계가 분포하여 가뭄에 대한 민감도가 낮게 나타나면서, Percentile 기반의 가뭄단계기준이 현행 농업용 저수지 저수율 운영기준보다 실제 가뭄에 대한 민감도가 높게 나타났다.

후속연구

본 연구에서 제시하는 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 현재 미국 가뭄모니터링 기준에서 이용되고 있는 Percentile 방법으로써 저수지의 일별 저수율을 활용한 시기별 분석을 통해 개별 저수지의 유동적인 저수율 관리 특성을 반영하였다. Percentile 기반의 농업용 저수지 가뭄단계기준을 통해 향후 국내 실정에 부합하도록 현행 기준을 개선한다면, 농업가뭄에 더욱 선제적이며, 민감하게 반응하고 실제 현장을 반영할 수 있는 가뭄단계기준으로 활용가능할 것으로 판단된다.
현행 운영기준의 경우 영농기 모내기 용수공급에 물 부족이 예상되는 경우 주의단계에 해당되지만, 용수공급에 물 부족을 예측 및 규정하는데 한계가 있다. 또한, 일률적으로 평년 저수율의 일정 비율을 운영기준으로 설정하기 때문에 쉽고 직관적으로 가뭄단계기준을 파악할 수 있지만, 모든 저수지에 대하여 일정 비율로 운영기준을 설정하기 때문에 개별 저수지의 특성을 반영하지 못한다는 한계가 있다.
반면, Percentile 기반 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 경계 및 심각 단계의 비율이 높아 2017년의 극심한 가뭄 피해를 선제적으로 대응할 수 있을 것이라 판단된다. 현재 운영되고 있는 저수율 기준의 문제점을 도출하고 Percentile 기반의 농업용 저수지 저수율 운영기준과 함께 운용한다면 저수지별 맞춤형 대응과 농업가뭄 선제적 대응을 효율적으로 할 수 있을 것이라 사료된다.
현행 가뭄 예경보 저수율 기준의 경우 일반적으로 저수지 저수율 빈도 추정 및 판단에서는 유용하게 활용할 수 있지만, 저수지의 평년 저수율의 고정된 비율을 통해 가뭄을 판단하기 때문에 개별 저수지의 특성 및 물관리 방법을 반영할 수 없는 한계가 있다. 본 연구에서 제시하는 농업용 저수지 저수율 가뭄단계기준의 경우 현재 미국 가뭄모니터링 기준에서 이용되고 있는 Percentile 방법으로써 저수지의 일별 저수율을 활용한 시기별 분석을 통해 개별 저수지의 유동적인 저수율 관리 특성을 반영하였다.

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저자의 다른 논문 :

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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