• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.504-504
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• 2022

국내 금강유역의 경우 충남 서부와 북부지역을 중심으로 강수량 부족과 가뭄이 빈번히 발생하는 것으로 보고되며, '14년에도 강수량이 부족하였고, '15년에는 제한급수에 돌입하는 등 가뭄 피해가 최대 3년에 걸쳐 다년 발생하였다. 가뭄 발생 시 댐은 가뭄 대응단계별 용수공급조정기준에 따라 생공용수 여유량, 하천유지용수, 농업용수, 생공용수 순으로 감량 후 운영된다. 이중 하천유지용수는 수 생태계 및 하천과 관련이 있는 다양한 자연 자원의 보호와 보전을 위해 하천에 남아 흘러야 하는 물로 정의되며, 환경 및 생태계에 관한 중요성이 커짐에 따라 가뭄 시에도 하천이 유수의 정상적인 기능과 상태 유지를 위해 필요한 용수이다. 용수공급조정 기준은 지금까지 총 5차례 개정되었으며, 가장 최근인 '19년에는 가뭄 주의단계시 하천유지 용수 감량기준을 기존 하천유지용수 "100% 감량"에서 "최대 100% 감량"으로 개정되었다. 이를 통해 다양한 의사결정이 가능해졌지만, 한편으로는 구체적인 기준이 제시되지 않아 이해당사자 간 상호 협의를 통해 감량(주로 50%)하는 실정이다. 이러한 상호 협의의 과정은 다양한 이해당사자들의 의사를 반영할 수 있는 과정이긴 하지만 수자원의 부족은 직접적으로 주민들에게 심각한 피해로 이어지기에 보다 정교하고 합리적인 기준의 설정이 필요하다. 본 연구에서는 의사결정 과정에 활용할 수 있는 하천유지용수 최적 감량 방안을 제시한다. 본 연구에서 제시하는 방안은 각 이해당사자의 향후 체계적인 의사결정을 위해 근거를 제공하는 것이 목표이다. 이를 위해, 하천유지용수의 공급에 따른 편익과 가뭄 위험도 간의 관계를 규명하고, 관계에 따른 하천유지용수 감량 정도에 따른 피해를 추정한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.153-153
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• 2020

우리나라에선 크고 작은 가뭄 피해가 자주 일어나고 있으며 최근엔 유래 없는 다년가뭄이 발생하면서 가뭄에 대한 경각심이 커지고 있다. 가뭄에 적절하게 대응하여 피해를 경감시키기 위해서는 신뢰도 높은 가뭄 예측이 선행되어야 한다. 이에 본 연구는 앙상블 예측과 베이즈이론(Bayes' theorem)을 수문학적 가뭄지수 중 하나인 SRI(Standardized Runoff Index)에 적용해 가뭄 확률 전망을 실시했으며 이를 EDP(Ensemble Drought Prediction)라고 칭하였다. 국내 8개 댐유역에서 EDP를 생성하고 개선하는 과정은 다음과 같이 진행된다. 우선 TANK모형을 활용한 1개월 선행 유량 예측(Ensemble Streamflow Prediction, ESP)의 결과를 SRI로 변환하여 EDP 확률분포를 생성한다. 그런 다음, EDP를 개선하기 위해 그 기초인 ESP에서 미흡한 토양수분 초기조건을 보완하고자 베이즈이론을 활용했다. APCC(APEC Climate Center)의 위성 관측 SMI(Soil Moisture Index) 자료로 SRI와의 회귀식을 구축, 이를 우도함수로 정의해 사전 EDP 분포를 업데이트한 EDP+ 확률분포를 생성했다. 그 결과, EDP와 EDP+ 모두 심도가 깊은 가뭄을 전망할수록 예측력이 기후학적 예측보다 좋지 않았다. 그럼에도 우도함수로 사용한 회귀식의 정확도가 높을수록 EDP+의 정확도도 향상되는 경향이 나타났으며, 이는 베이즈이론을 사용한다면 가뭄 확률 전망을 개선할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 하지만, 확정 전망 정확도는 확률 전망 정확도와는 관계가 없었는데 이는 확정 전망과 확률 전망이 본질적으로 다르기 때문인 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.397-397
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• 2020

가뭄을 전망하는 방법으로는 통계적 방법과 물리적 방법으로 구분할 수 있다. 통계적 방법은 과거의 기상 및 수문현상이 미래에도 재현될 수 있다는 전제하에 미래 가뭄상황을 전망하는 방법이다. 그러나 이 방법은 예측된 결과들이 모두 과거의 경향에 국한됨에 따라 최근에 급변하는 수문기상의 특성을 고려하는데 한계가 있다(Trenberth, 1994). 물리적 방법은 주어진 초기 수문기상조건으로부터 역학적 알고리즘이 탑재된 기상 및 수문모형의 연계모의를 통하여 미래 가뭄을 전망하는 방법으로 모형에 따른 불확실성이 발생할 수 있으나 최근 수문순환의 변화를 예측가능하다는 장점이 있어 활용도가 높다. 본 연구에서는 기상예보자료와 지표수문모형을 연계한 물리적 기반의 수문학적 가뭄전망정보를 산정하고, 활용성을 평가하였다. 기상예보자료는 기상청 현업예보 모델인 GloSea5로부터 생산된 자료를 이용하였으며, 수문학적 가뭄전망을 위해 MSWSI (Modified Surface Water Supply Index)를 활용하였다. 수문학적 가뭄전망정보는 현재의 수문조건이 지속된다는 가정하에 예보선행시간 3개월까지 산정하였다. 2015~16년 기간에 중권역별 가뭄전망정보를 산정하였으며, 전망정보의 예측성은 통계분석을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 금회 제시한 연구방법은 현재의 수문조건이 지속될 시 기상예보에 따른 중권역별 수문학적 가뭄을 예측할 수 있다는 점에서 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2022

가뭄은 시간적 지속성이 타 재난에 비해 길고 공간적 피해의 범위와 편차가 크다는 점에서 지역적 특성과 가뭄대응역량에 맞는 적절한 대응과 대책 마련이 필수적이다. 본 연구에서는 선행연구에서 제시된 바 있는 지역적 가뭄복원력평가 방법론을 기준으로, 가뭄복원력 평가 인자의 민감도 분석을 실시하였다. 가뭄복원력평가 인자는 4Rs (Robustness, Redundancy, Resourcefulness, Rapidity)을 기준으로 총 18개의 지표로 구성되어 있으며, 18개 지표를 산출하는 과정에서 활용되는 세부자료는 정량자료 19개와 담당자 설문조사를 통해 산정되는 정성자료 8개를 포함하여 총 28개가 존재한다. 본 연구에서는 국내 지자체의 복원력 평가 결과 기준, 등급별 1-2개 지자체를 민감도 분석의 대상으로 설정하고, 19개 정량자료 각각의 비율적 변화에 따른 복원력 결과의 변동성을 정량화하여 도출하였다. 또한 19개 정량자료 중, 연관성 및 계층적 관계성이 존재하는 주요 자료 그룹을 구분하고, 대상 자료의 동시적, 연쇄적 변화에 따른 복원력 평가 결과의 영향도를 정성, 정량적으로 평가하였다. 분석 결과 가뭄 복원력에 기여하는 인자의 변화에 따라 가뭄 복원력의 증감 정도가 지자체 별도 상이하게 나타남을 확인할 수 있었다. 도출된 민감도 분석 결과는 지자체의 현재 가뭄대응역량지표를 기준으로, 가뭄 복원력을 증가시키기 위한 효율적 대책 및 계획 수립을 위한 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.343-343
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• 2021

최근 국내외적으로 발생되는 대규모의 가뭄에 대하여 여러 과학자들은 자연적인 현상의 가뭄이 아니라 인간의 영향으로 변형된 유역 상황으로 증발산과 토양수분량 그리고 하천유량 등이 자연적인 상태와 다르게 변화되면서 지속된 가뭄으로 평가하고 있다. 우리나라는 대부분의 지역에서 댐과 저류지를 중심으로 수자원 관리가 이루어지고 있으며, 자연적인 수문과정에 의한 유출에 따른 수문학적 가뭄과는 차이가 존재한다. 사회경제적 인자(인구밀도, 농업 및 산업 경제규모 등)는 댐 및 저수지의 용수사용에 큰 영향을 미치며, 저류지의 저류량을 활용하여 판단한 인위적 용수사용이 고려된 수문학적 가뭄(인위적 수문학적 가뭄)과 자연 상태로의 수문학적 가뭄의 특성은 크게 다를 수 있다. 하지만, 사회경제적 인자들이 수문학적 가뭄에 미치는 영향에 대하여 비교한 연구는 상관성 분석을 토대로한 연구가 대부분이다. 본 연구에서는 인자들이 인위적 수문학적 가뭄에 미치는 정도를 정량적으로 비교하기 위하여 베이지안 네크워크 모형을 활용하여 사회경제적 인자와 인위적 수문학적 가뭄과의 관계를 분석하였다. 해당 관계를 바탕으로 코플라 함수를 활용함으로써 베이지안 네트워크 내의 결합확률을 산정하였다. 다양한 사회경제적 인자들에 중에서 인과지도를 바탕으로 활용 가능한 인자로 농업용수 사용량, 생공용수 사용량 자료를 구축하였으며, 기상학적 가뭄지수를 추가적으로 고려하여 한강유역 충주댐 유역에 적용하였다. 그 결과 기상학적 가뭄과 농업용수 사용량과 생공용수 사용량은 값이 증가함에 따라 인위적 수문학적 가뭄의 발생확률이 증가하였다. 사회경제적 인자 중에서는 생공용수 사용량(0.39~0.49)이 전반적으로 농업용수 사용량(0.36~0.48)보다 인위적 수문학적 가뭄에 보다 큰 영향을 미치고 있으며, 값이 적을수록 생공용수 사용량의 영향이 보다 더 크다는 것이 확인되었다. 이를 바탕으로 인위적 수문학적 가뭄의 대응을 위해서는 농업용수 사용량보다 생공용수 사용량의 감축이 우선적으로 이루어져야 그 효과가 클 것으로 판단된다. 본 연구에서 제시한 모형은 베이지안 네트워크를 기반으로 하므로, 둘 이상의 인자에 대하여 복합적으로 가뭄에 영향을 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.178-178
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• 2021

최근 들어 기후변화로 인한 극심한 가뭄 피해가 한반도에 발생하고 있다. 가뭄 상황에 대비하여 댐을 안정적으로 운영하기 위해서는 갈수빈도 유입량에 대한 분석이 필수적이다. 갈수빈도해석의 경우, 홍수빈도해석과 유사하게 확률밀도함수의 극값에 대한 확률값을 산정하며, 확률 분포형의 역함수에 비초과확률을 대입하여 산정한다. 그러나 홍수와 달리 가뭄은 지속기간이 긴 특성 탓에 자기상관을 고려해야하며, 댐 및 저수지 등 대규모 시설물의 경우 일반적인 하천과 달리 저류효과로 인해 누적 유량에 대한 고려가 필요하다. 이에 K-water는 자체 제작한 누가차분법 및 Disaggregation 두 가지 방법을 채택하여 실무에서 사용해왔다. 그러나 누가차분법을 사용할 경우, 빈도유입량이 지나치게 크게 산정되는 문제가 있으며, Disaggregation 방법을 사용하는 경우, 특정 빈도 이상의 극한가뭄에서 유입량의 차이가 유의미하지 않아 산정된 빈도유입량과 최근 발생한 극심한 가뭄의 실측유입량간 큰 차이가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 자기상관을 고려한 선형회귀모형에 근거하여 빈도유입량을 배분하는 방법을 제안한다. 또한, 앞서 서술한 네 가지 빈도유입량 방법(월빈도분석, 누가차분법, K-water Disaggregation, 자기상관 선형회귀모형)에 대한 수식적 비교를 수행하며, 국내 댐 유역에 적용 및 평가를 통해 자료 특성에 따른 적절한 빈도유입량 산정방식에 대한 기준을 제안한다. 본 연구를 통해 가뭄특성을 고려한 합리적인 댐 유입량을 산정함으로써 보다 유연한 수자원시설물의 가뭄대응이 이루어질 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.561-568
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• 2019

최근 우리나라는 기후변화 영향으로 극심한 가뭄으로 인한 피해가 발생하고 있다. 따라서 가뭄에 대한 완화대책을 마련하기 위해서는 가뭄 위험도의 변화를 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 관측 강수량 자료와 RCP 4.5 및 8.5 기후변화 시나리오에 따른 미래 강수량 자료를 활용하여 극한가뭄에 대한 수문학적 위험도를 평가하였다. 먼저, 임계수준방법으로 가뭄사상을 정의하고 풀링을 통하여 미소가뭄을 제거하여 도출한 가뭄 지속기간 및 심도를 대상으로 이변량 가뭄빈도분석을 실시하였다. 극한가뭄사상에 대한 수문학적 위험도를 산정한 결과, RCP 4.5 시나리오에서 위험도가 가장 높은 지역은 전라북도이며 과거보다 51 % 증가하였다. 또한, RCP 8.5 시나리오에서 위험도가 가장 높은 지역은 강원도이며 과거보다 47 % 증가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.9-9
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• 2019

기후변화로 인한 다년 가뭄은 매년 증가하여, 충청남도에 위치한 보령댐과 보령댐으로부터 용수를 공급받는 지자체의 시민들 또한 2015년부터 2017년까지 지속된 가뭄으로 인해 총 127일 동안의 생 공용수 급수조정으로 인한 불편함을 경험하였다. 지금까지 시행된 국내의 다양한 가뭄 피해 저감 정책 설립 과정은 대부분 일방적인 하향식(top-down) 의사결정 과정을 바탕으로 진행되었고, 이는 이해당사자와 정책결정자간의 갈등을 유발했다. 이로 인한 피해를 방지하기 위해 본 연구에서는 참여형(bottom-up) 의사결정 과정 중 하나인 비전공유계획을 충청남도 기후변화 적응 물관리정책 협의회를 통해 적용하였다. 또한, 비전공유계획의 핵심 요소인 비전공유모형을 시스템 다이내믹스 모형의 특성을 포함하여 개발하고자 STELLA Architect 소프트웨어로 보령댐 및 8개 지자체를 포함한 저수지 운영모형을 구축하였고, 총 3차례의 소위원회를 거쳐 수렴한 이해당사자의 요구사항에 따라 개발한 모형을 보완하였다. 구축한 모형으로는 미래에 발생 가능한 가뭄의 위험을 포함하고 있는 기후변화 시나리오에 대한 모의를 진행하였고, 보령댐과 보령댐으로부터 용수를 공급받는 충청남도 서해수역 지자체의 가뭄으로 인한 취약성을 평균부족횟수, 평균부족기간, 평균부족량으로 표현하였다. 모의 결과, 보령댐은 8개 지자체보다 가뭄에 상대적으로 더 취약하며, 8개 지자체에서는 가뭄 대응 대책이 주로 계획되어 있는 지역과 모의에서 가뭄이 발생하는 지역의 불일치로 인한 피해가 발생할 수 있음을 확인하였다. 또한, 다른 평가지표에 비해 예측하기 어려운 평균회복기간에 대해서는 댐과 지자체에서 이를 고려하는 것이 필요하다. 비전공유모형을 통한 가뭄 취약성 분석 결과를 미래 회의에서 이해당사자와 공유하고, 용수 공급처과 수요처의 입장에서 용수 부족을 해소할 방안을 모형에 적용함으로써 미래 가뭄 대응 정책 수립 과정에는 참여형으로 의사결정을 할 수 있음을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.155-163
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• 2019

가뭄 전이는 수문학적 가뭄 특성에 대한 정확한 평가 및 조기 경보 시스템 구축에서 매우 중요한 역할을 한다. 이에 따라, 본 연구에서는 베이지안 네트워크를 이용하여 한강 유역의 가뭄 전이의 확률론적 관계를 분석하였다. 이를 위하여 과거 관측자료와 기후변화 시나리오 RCP 8.5 자료를 활용하였다. 가뭄 전이 및 지체시간을 분석한 결과, 1967~2013년 기간에 비해 2014~2053년 기간에는 증가하는 경향을 나타냈으며, 2054~2100년 기간에는 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 베이지안 네트워크를 적용하여 지체시간의 발생확률을 분석하였다. 그 결과, 1967~2013년 동안에 기상학적 가뭄이 보통가뭄에서 심한가뭄 또는 극한가뭄으로 변화함에 따라, 지체시간의 발생빈도가 공간적으로 변화하거나 감소하였다. 이러한 확률은 2014~2053년에 몇몇 유역에서 약간 증가하는 경향이 나타났으나, 2054~2100년에 다시 감소하였다. 본 연구에서 제안된 확률론적 가뭄 전이 결과는 향후 미래 가뭄 상태에 대한 정책에서 의사결정시에 유용할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.5-5
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• 2020

가뭄은 일반적으로 기상학적, 수문학적, 농업적 및 사회·경제적 가뭄으로 분류된다. 그 중 강수량 부족으로 인해 야기되는 기상학적 가뭄은 지역 사회에 직접적인 피해를 유발하는 도화선이 된다. 그러나 강우량 부족이 경제적, 사회적 피해로 전파되는 과정은 단순하지 않으며, 정량화가 어려운 실정이다. 가뭄 위험도는 수문기상학적 요인뿐만 아니라 자연재해에 대한 지역의 취약성의 맥락에서 파악되어야하므로, 가뭄 위험도 평가 방안은 위험도와 지역사회 사이의 관계를 규명하는 과정을 포함해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄 취약성(vulnerability)과 노출성(hazard)을 정량화하여 나타내는 지표를 적용한 가뭄 위험도 분석 방법이 주로 사용된다. 일반적으로 수용되는 취약성 개념은 개인 또는 그룹이 자연재해의 영향에 대처하고 이에 저항할 수 있는 능력을 의미하며, 노출성은 자연적 또는 인간이 유발할 수 있는 물리적 사건의 가능성을 나타낸다. 따라서 취약성은 지역의 문화적, 사회적 및 경제적 인자를 이용하여 정의된다. 반면 노출성은 주어진 시간 또는 영역 내에서의 특정 현상의 발생 확률에 따라 결정된다. 본 연구에서는 가뭄 취약성 지수 (Drought Vulnerability Index, DVI)와 가뭄 노출성 지수(Drought Hazard Index, DHI)를 이용하여 지역 가뭄 위험도를 평가하였다. 취약성 및 노출성 지수를 활용한 선행연구에서의 주요 쟁점은 연구자의 주관성을 배제하고 지역의 상황을 반영할 수 있도록 (1) 객관적이고 합리적인 변수의 선택과 (2) 각 인자들의 관계를 규정하는 가중치 정의 방법이다. 본 연구에서는 확률론적 접근방법을 적용한 위험도 평가 방안을 제시하고자 하였다. DVI를 산정 시 지역에서 지배적인 사회경제적 인자를 선택하기 위해 주성분분석(PCA) 기법을 활용하였으며, DHI는 이변량 가뭄 빈도 분석에 의해 산정된 특정 가뭄사상의 발생 확률로 정의되었다. 본 연구에서는 국내에서 가뭄 위험도가 가장 높은 것으로 평가되는 충청북도 및 충청남도를 대상지역으로 선정하고 지역 위험도를 평가하였다. 그 결과 가장 가뭄 위험도가 높은 지역은 충청북도에서는 청주시, 충청남도에서는 공주시로 분석되었다. 특히 청주시는 DVI가 매우 높지만 DHI는 상대적으로 작게 나타났으며, 반면 공주시는 DHI와 DVI가 지역 내에서 가장 높게 산정되었다.