기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화가 미래 용수공급에 미치는 영향 분석
Analysis of Impact on Future Water Supply Considering the Cropping System Change of Rice Paddy under Climate Change
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Abstract
기후변화로 인해 물 수요와 공급에 많은 변화가 예상되고 있다. 국내에서도 관련 연구가 많이 수행되었으며 특히 농업용수 부분에 많은 변화를 가져올 것으로 제시하고 있다. 기후변화에 따른 온도상승으로 논벼의 재배가능시간이 길어질 것이며 논용수 이용패턴도 변할 것으로 판단된다. 이로 인해 농업용수 수요량, 이용방법 및 관리 방법이 변해야 하나 관련 정보를 제공하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화가 미래 용수공급에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 대상유역을 낙동강권역으로 선정하였으며 기후변화 시나리오에 따른 장래 수요량과 공급량을 산정하고 물 수급 전망을 수행함으로써 장래 발생할 수 있는 물 부족량 및 이수안전도를 평가하였다. 평가결과를 통해 논벼 작부체계 변화에 의한 용수공급의 안정성 변화를 제시하였다.
Trans Abstract
Many changes are expected in water supply and demand under climate change. Research related to climate change is actively underway, and it is suggested that it brings many changes especially in the area of agricultural water. The temperature rise due to climate change will lead to longer cropping seasion and the use pattern of rice paddy will change. Demand, usage and management methods of agricultural water must be changed but one related information is not actually provided. In this study, we analyzed the impact of change of rice paddy cropping system under climate change on future water supply. The test bed was selected as Nakdong River basin, and future demand and supply based on the climate change scenario were estimated. Future water shortage and water supply reliability was estimated through water supply and demand forecast. Evaluation results presented changes in the stability of water supply due to changes in rice cropping system.
1. 서론
최근 들어 기후변화로 인해 미래 물 관리 여건의 불확실성이 증가하고 홍수나 가뭄 등 물 관련 재해로 인한 피해 가능성 또한 증가할 것으로 전망되고 있다(MLTM, 2010). 기후변화에 의한 온도 상승은 국내 용도별 물 수요량에 많은 변화를 가져올 수 있으며 이로 인해 현재 건설되어 운영 중인 수자원시설물의 운영에 있어서도 변화를 꾀해야 한다는 의견들이 제시되고 있다. 특히 국내 용수수요량 중 50% 이상을 차지하는 농업용수 부분에 있어서는 기후변화로 인해 기온이 상승됨으로써 작물의 생육기간을 단축시키거나 재배가능 기간이 길어지고 증발산량의 변화는 생산량의 변화로 이어질 수 있다.
기후변화가 농업 분야에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. Shim et al.(2008)은 기후변화에 따라 기후생산력지수, 벼 이앙기의 한발지수, 무상기간 및 기후학적 정적 벼 출수기에 미치는 영향을 농업기후지수를 이용하여 과거와 비교하여 분석하였다. Lee et al.(2008)은 통계자료와 기후자료를 통해 기후변화가 농업생태에 미치는 영향을 분석하여 제시한 바 있다. Seo et al.(2010)은 강원 지역의 과거 기상자료를 바탕으로 벼 재배에 대한 기상변화 추이를 분석하고, 고품질 쌀 생산에 대한 대책을 수립할 수 있도록 관련 기초자료를 제공하고자 하였다. RRI(2010)는 기후변화에 따른 작물의 생육가능기간의 변화를 분석하였으며 향후 이앙시기와 수확시기가 변할 수도 있다고 제시하였다.
또한 Nam et al.(2014)은 농업용저수지의 공급량 및 수요량의 기후변화에 따른 변화를 분석하였으며, 농업용저수지에 대한 용수공급을 확률통계학적 방법을 활용하여 분석함으로써 기후변화에 대한 불확실성을 평가하여 제시하였다. Jee et al.(2012)은 GCMs 중 CSIRO-MK3.0을 이용한 기후변화 시나리오를 적용하여 미래 기온변화와 강우를 분석하고, 기후변화에 따른 낙동강유역의 농업용수 필요수량 변화를 분석하여 제시하였다. 일본의 MLIT(2014)은 농업용수 등 수자원을 융설에 의존하는 지역에 대한 기후변화에 따른 갈수특성을 재현함으로써 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 평가한 바 있다.
국내외 많은 연구자들의 연구결과에서도 제시된 바와 같이 기후변화는 농업용수 수요 및 공급에 많은 영향을 미칠 것이라 예상하고 있다. 하지만 기후변화로 인해 어느 정도 피해가 증가할 것인지 등에 관한 정량적인 평가를 수행하지는 못하고 있는 실정이다.
본 연구에서는 기존 연구에서 제시한 국내 기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화 연구결과를 토대로 이를 반영한 미래 농업용수 수요패턴의 변화가 장래 물 공급의 안정성에 어떤 영향을 미치는지 평가하였다. 이를 위해 기후변화 시나리오를 선정하고 낙동강권역에 대한 미래 물 수급 전망을 수행하였다.
2. 기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화
RRI(2010)의 연구에서는 지역기후모델(MM5)과 PRISM (Parameter-elevation Regressions on Independent Slopes Model)을 기반으로 하여 국립기상연구소에서 제공하는 한반도 기후변화 시나리오를 바탕으로 벼의 생육기간을 평가하였다. 기후변화로 인한 지역별 논벼 생육기간 동안의 적산온도를 이용해 이앙기, 출수기, 수확기를 추정하였으며 2025s(2010~2039), 2055s(2040~2069), 2085s(2070~2099)로 기간을 구분하여 분석하였다.
논벼의 생육은 이앙기, 출수기, 수확기라는 생장과정을 거치게 되며 이는 일 최저기온, 평균기온 등에 영향을 받기 때문에 기후변화로 의해 기온이 상승할 경우 논벼의 작부체계는 달라질 수 있다.
본 연구에서는 기후변화에 따른 작부체계 변화를 직접 분석하지 않고 기존 연구결과인 RRI(2010)의 결과를 이용하고자 하였다. 제시된 분석결과에서 기후변화에 따라 일평균기온이 상승할 것으로 전망됨에 따라 이앙기 조한일이 앞당겨질 수 있으며, 수확기 만한일이 늦춰질 수 있어 이앙기 조한일로부터 수확기 만한일까지의 기간을 의미하는 재배가능기간은 시간이 지날수록 늘어날 수 있다고 하였다.
본 연구에서 대상유역으로 하고 있는 낙동강권역에 대해 RRI(2010)에서 제시한 논벼의 작부시기의 변화 분석 결과는 Fig. 1과 Table 1에 제시하였다. RRI(2010)에서는 각 도를 대표할 수 있는 8개의 기상관측소를 대상으로 분석을 수행하였으며 본 연구에서는 8개의 관측소 중 포항과 진주를 선정하였다. 포항과 진주가 경북과 경남 지역의 작부시기에 대한 대표성을 가지고 있다고 말할 수는 없지만 작부시기 변화에 대해 연구된 지역이 낙동강권역에 위치한 두 지역뿐이기 때문에 포항과 진주 분석 자료를 활용하였다.
경북 포항의 경우 이앙기 조한일은 4월 22일에서 4월 2일까지 앞당겨지고 재배가능기간은 182일에서 231일로 늘어나는 것으로 제시하고 있다. 경남 진주의 경우 수확기 만한일은 10월 16일에서 12월 4일까지 늦춰지고 재배가능기간은 170일에서 240일로 늘어나는 것으로 분석되었다.
따라서 기후변화로 인해 농업구조의 전반적인 변화가 일어날 수 있으며 이러한 변화로 재배기간 및 작부체계의 변동 등이 나타날 수 있다. 기후변화로 인한 온도조건 변화에 따른 논벼의 작부시기를 살펴본 결과 전체적으로 논벼의 작부시기 변화와 개선의 여지가 많은 것으로 판단할 수 있으며 이는 농업용수 이용방법과 물 관리 방법의 변화 그리고 농업용수 수요량 변화로 이어질 것으로 예상된다.
본 연구에서는 RRI(2010)의 연구결과를 활용하여 기후변화에 따른 논벼의 작부체계 변화를 물 수급 네트워크에 반영함으로써 장래 용수공급의 안정성을 평가하고자 하였다.
3. 논벼 작부체계 변화를 고려한 물 수급 전망
국내 물 수급 전망에 대한 대표적인 사례는 MLTM(2011)의 수자원장기종합계획을 들 수 있다. 수자원장기종합계획의 물이용계획에서는 장래 물 수급 전망을 위해 목표연도별 용도별 유역별 수요량을 추정하고 과거(1967-2007)의 기상상황이 미래에도 그대로 재현된다는 가정 하에 수요량과 공급량 비교를 통해 물 수급 전망을 수행하고 있다. 이 때 물 수급 전망을 위해서는 유역에 포함되어 있는 수자원시설물을 고려한 물수지 분석을 수행하고 있으며 이러한 물수지 분석을 위해서 다양한 형태의 시뮬레이션 모형이나 최적화 모형을 활용한다(Dandy et al., 1997; Labadie, 2004).
3.1 분석 대상상유역 선정
기후변화에 따른 논벼의 작부체계변화가 물 공급에 미치는 영향을 분석하기 위해 수자원장기종합계획에서 분석한 5개 대권역 중 낙동강권역을 분석대상유역으로 선정하였다. 낙동강권역의 경우 다양한 다목적댐, 용수전용댐, 농업용저수지, 낙동강하구언 및 보가 건설되어 운영 중에 있어 용수공급 네트워크가 복잡할 뿐만 아니라 용수수요량도 비교적 큰 유역이기 때문에 작부체계 변화가 용수공급에 미치는 영향을 파악하기에 적합하다고 판단하였다. 분석대상유역은 Fig. 2와 같다.
Test Bed (Nakdong River Basin)
3.2 기후변화 시나리오 선정
미래 용수공급 변화를 분석하기 위해서는 적절한 기후변화 시나리오를 선정하여야 한다. 현재까지 다양한 기후모형이 개발되어 왔으나 기후모형에 따라 기후변화 시나리오의 변동성이 매우 커 시나리오에 따른 불확실성이 내포되어 있다.
본 연구에서는 다양한 기후변화 시나리오를 고려하기 보다는 논벼 작부체계 변화에 따른 용수공급 변화를 파악하기 위해 하나의 기후변화 시나리오를 고려하였다. 현재 수행 중인 국토교통과학기술진흥원의 물관리연구사업 일환으로 기후변화 대비 수자원 적응기술 개발 연구단에서는 다양한 기후변화 시나리오를 생산하여 제공하고 있으며 제공되는 CMIP5 GCM 기후변화 시나리오 중 CESM1-BGC 기후모형 결과(RCP 4.5 기후변화 시나리오)를 활용하였다. 이 기후변화 시나리오의 경우 기후변화 대비 수자원 적응기술 개발 연구단에서 한반도 영역과 통계적 상세화를 통해 산정된 상세화자료를 바탕으로 다양한 지표 분석을 통해 모형 간의 우선순위를 분석한 결과 좋은 성능을 보인 시나리오이다.
3.3 기후변화 시나리오에 따른 수요량 및 공급량
장래 물 수급 전망을 위해서는 미래에 대한 수요량과 공급량을 비교 및 평가해야 한다. 따라서 기후변화에 따른 장래 수요량을 용도별로 추정하고 미래 공급량(하천유출량)을 산정하였다.
본 연구에서는 장래 용도별 수요량 중 생활 및 공업용수의 경우 기후변화에 따른 온도 상승에 의해 수요량이 크게 변화하지 않을 것이라는 가정 하에 MLTM(2011)에서 제시한 낙동강권역의 생활 및 공업용수 수요량 자료를 활용하였다. 반면에 농업용수의 경우 기상상황에 따라 유효강수량, 증발산량 등이 변하게 되며 이는 필요수량의 변동을 야기하기 때문에 기후변화 시나리오(CESM1-BGC)의 일별 기상자료와 함께 MLTM(2011)에서 제시한 장래 경지면적 전망 자료를 고려하여 농업용수 수요량 추정 방법 중 하나인 증발산량 공식을 통해 간접적으로 낙동강권역에 대한 농업용수 수요량을 추정하였다(Fig. 3).
Future Agricultural Demand
농업용수 수요량 추정 결과 수자원장기종합계획에서 추정된 수요량보다는 2.5억m3/년 적게 추정되었으며 이는 Fig. 4에 제시된 기후변화 시나리오에 의한 유출량 분석 결과에서 확인할 수 있다. 장래 기후변화에 의해 연 유출량은 증가하는 것으로 분석되었으며 이는 연강수량의 증가 즉 농업용수 공급의 주요 인자인 유효강수량이 증가하였다고 볼 수 있어 연도별 농업용수 필요수량은 감소하는 것으로 분석되었다.
Future Discharge Change
기후변화 시나리오에 의한 장래 공급량을 산정하기 위해 강우-유출 모형 PRMS(Precipitiation- Runoff Modeling System)를 활용하여 유출량을 산정하였다. PRMS 모형은 현재 유역조사사업의 자연유출량 산정을 위해 활용되는 모형으로 유역조사사업을 통해 추정된 모형의 매개변수를 그대로 적용하여 기후변화 시나리오에 따른 미래 낙동강권역의 일별 유출량을 분석하여 연도별 유출량 변화를 Fig. 4에 제시하였다.
Fig. 4에 나타낸 과거(1967~2015) 낙동강권역 유출량과 기후변화 시나리오에 의한 장래 유출량 변화에 대한 통계치를 살펴보면 과거 연유출량의 최대치는 398.3억m3이며 최소치는 87.4억m3인데 반해 기후변화 시나리오에 의한 미래 연유출량의 최대치는 705.6억m3으로 1.8배 증가하는 것으로 예상되었다. 최소치의 경우 73.9억m3으로 과거보다 84.6% 감소하는 것으로 분석되었다. 과거의 연평균 유출량은 211.0억m3이며, 기후변화 시나리오에 의한 연평균 유출량은 265.8억m3으로 54.8억m3이 증가하여 장래에 보다 많은 양의 용수 공급이 가능할 것이라고 판단할 수 있으나 전술한 바와 같이 연유출량 최저치가 감소할 것으로 예측되고 변동계수의 값이 과거 0.33인데 반해 기후변화 시나리오의 경우 0.41로 유출량의 연별 변화가 큰 것을 확인할 수 있어 기후변화가 도래할 경우 물 공급의 어려움이 더 증가할 것으로 예상된다.
3.4 논벼 작부체계 변화에 따른 수요패턴 변화
연중 일정한 양의 물을 사용한다고 가정할 수 있는 생활 및 공업용수에 비해 농업용수 중 논용수와 밭용수는 사용패턴이 일정하지 않다. 농업용수 중 논용수는 주로 4~9월에 이용되며 이에 대해 조사된 유역별 과거 용수이용 실적자료를 바탕으로 논용수 이용패턴을 모의단위별로 산정할 수 있다. 밭 용수는 관개기와 비관개기의 물 이용패턴이 구분되지는 않으나 월별 또는 계절별 이용패턴이 나타나므로 과거 밭 용수 이용실적을 토대로 이용패턴을 고려할 수 있다(MLTM, 2011).
본 연구에서는 물 수급 전망에 있어 논벼 작부체계 변화에 따른 영향을 반영하기 위해 4가지 경우에 대한 분석을 수행하였다. 이 때 밭용수의 이용패턴은 과거 조사된 유역별 패턴을 그대로 적용하였으며 논용수에 대해서만 작부체계 변화를 고려하여 분석을 수행하였다. 첫 번째로 과거 논용수 이용량 자료를 활용한 수요패턴을 적용하였을 경우(Case 1), 두 번째 이앙기 조한일이 빨라질 경우 즉 Table 1에서 제시된 경북지역과 경남지역의 미래 이앙기 조한일이 빨라짐으로 인해 과거 논용수 수요패턴이 빨라진 이앙기조한일로 이동되는 경우(Case 2), 세 번째 수확기 만한일이 늦어질 경우 즉 Table 1에서 제시된 미래 수확기 만한일까지 과거 수요패턴이 늦춰질 경우(Case 3), 마지막으로 재배가능기간이 길어짐에 따라 Table 1에서 제시된 재배가능기간을 고려할 경우 즉 이앙기 조한일과 수확기 만한일 변화를 모두 반영한 것으로 Case 2와 Case 3의 평균 수요패턴을 반영한 경우(Case 4)로 구분하였다. 각 경우에 대한 논용수 수요패턴을 Fig. 5에 나타내었다.
Water Demand Use Pattern Change in Rice Paddy
3.5 물 수급 네트워크 구축
기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화에 의한 미래 용수공급 변화를 평가하기 위해 대상유역인 낙동강권역에 대한 물 수급 네트워크를 K-WEAP 모형을 통해 구축하였다. K-WEAP 모형은 실제 물 수급 네트워크를 유사하게 반영할 수 있는 물수지 분석 및 수자원계획 수립 지원 모형으로 수자원장기종합계획의 물이용종합계획 중 물 수급 전망 모형으로 활용되고 있다. 또한 여러 연구자들에 의해 장래 물수지 분석을 K-WEAP 모형을 활용하여 수행한 바가 있다(Lee et al., 2014; Choi et al., 2014; Jun et al., 2016).
물 수급 전망을 위한 수요량 및 공급량 자료는 본 연구를 통해 추정된 장래 농업용수 수요량과 선정된 기후변화 시나리오를 이용한 하천유출량을 활용하였다. 이 외에 물수지 분석을 위해 필요한 생활 및 공업용수 수요량, 수자원시설물(다목적댐, 용수전용댐, 농업용저수지, 낙동강하구언, 보 및 광역상수도 등) 관련 자료는 수자원장기종합계획에서 이용한 자료를 적용하였다.
물 수급 전망을 위한 시간단위는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)의 물수지 모의시간단위인 반순단위를 고려하였으며 시간범위는 기후변화 시나리오 자료 제공기간과 동일하게 2017~2099년까지 총 83개년을 대상으로 하였다. 공간단위는 수자원단위지도의 중권역을 최소단위로 고려하였으며 낙동강권역의 중권역별로 생활 및 공업용수 수요처와 농업용수 수요처를 설정하고 최근 고시된 하천유지유량 지점을 모두 반영하여 물수지 분석을 수행하였다. 물 수급 네트워크 구축에 있어 실제 용수공급라인을 반영하기 위해 하천취수 뿐만 아니라 광역상수도를 통한 공급라인, 댐으로부터 수요처로의 공급라인, 하구언으로부터 공급계통 및 4대강 사업을 통해 건설된 신규 댐과 안동-임하댐 연결, 보를 포함하여 물 수급 네트워크를 구축하였다.
3.6 용수공급 변화 분석 방법
유역에서 물 공급의 안전도를 평가하는 방법은 다양하지만 물 수요에 대한 공급 부족으로 발생되는 물 부족은 가장 대표적인 방법으로 이는 물수지 분석을 통해 물 부족의 평가가 가능하다(Yoo, 2005). 따라서 본 연구에서는 각 Case별 물수지 분석을 통한 물 수급 전망 결과 중 용도별(생활/공업용수와 농업용수) 물 부족량을 통해 용수공급 변화를 분석하고자 하였다.
모의기간(반순)t에서의 물 부족
물 부족량 이외에도 용수공급의 안정성을 평가하기 위해 주로 이용되는 지표로 이수안전도가 있다. 이수안전도는 신뢰도와 같은 개념으로 모의기간 동안 수요처에서 요구되는 물 수요를 물 공급이 충족시키는지에 대한 확률(Hashimoto et al., 1982)로 수자원시스템의i번째 수요처에 대한 이수안전도(신뢰도)Reli은 전체 모의기간 수(n)에 대한 물 부족이 발생하지 않는Defi = 0기간 수의 비로 평가할 수 있다(McMahon et al., 2006).
이수안전도를 산정하는데 있어 물 부족량과 동일한 기준을 적용하기 위해 물 부족이 발생하지 않는 기간을 연단위로 산정하였다.
4. 논벼 작부체계 변화가 용수공급에 미치는 영향 평가
4.1 물 부족량을 통한 용수공급 평가
낙동강권역에 대한 물수지 분석을 통해 산정된 연도별 물 부족량과 함께 이수안전도를 평가하여 각 Case별 용수공급의 안정성 변화를 분석하였다.
Fig. 6은 물 수급 전망을 통해 분석된 장래 물 부족량을 Case별로 도시한 것이다. 도시된 연간 물 부족량은 각 중권역별 수요처(생활/공업용수 및 농업용수)의 연간 부족량을 합산한 낙동강권역 물 부족량을 의미한다. 물 부족량의 크기는 연도별로 큰 차이를 보이고 있으나 대부분의 연도에서 Case 2가 가장 큰 물 부족이 예상되었다. 또한 어느 연도에 있어서는 Case 3에 대한 물 부족이 가장 큰 것으로 나타났다. 각 연도별 강우의 시공간적인 분포가 상이하기 때문에 이와 같은 결과가 도출되었다. 예를 들어 이앙기 조한일이 앞당겨진 4월 초에 강우가 적은 연도의 경우 Case 2에 대한 물 부족량이 크게 나타나며, 수확기 만한일이 늦춰진 11월 중순 또는 말에 강우가 적은 연도의 경우는 Case 3의 물 부족량이 증가한 것으로 분석되었다. 하지만 Case 4의 경우 즉 재배가능기간이 늘어남에 따라 농업용수를 집중적으로 사용하는 기간이 줄어들게 되면 이에 대해 기존의 수자원시설물로부터 원활한 용수공급이 가능해져 물 부족이 감소하는 것으로 분석되었다.
Future Water Shortage by Case and Period
수자원장기종합계획에서 제시된 가뭄빈도별 물 부족량을 본 연구의 물 수급 전망 결과를 활용하여 제시하였다. Fig. 7은 각 Case별 가뭄빈도별 물 부족량을 산정하여 도시한 결과이다. 각 가뭄빈도별 물 부족량은 Case 2가 가장 큰 것으로 분석되었다. 기후변화로 인해 가능해질 수 있는 논벼의 이앙기 조한일로 과거 논용수 이용패턴이 이동한다면 즉 4월 초부터 농업용수를 이용하게 된다면 보다 큰 물 부족이 발생할 수도 있다는 것이다. 하지만 수확기 만한일이 늦춰져 논용수 이용패턴이 뒤로 이동된다면 물 부족은 줄어들 수도 있다는 결과를 얻었다. 또한 가뭄빈도가 낮을수록 Case 1과 3의 물 부족량의 차이가 현저히 줄어들어 논용수 이용패턴의 변화가 물 부족에 미치는 영향이 적은 것으로 분석되었다. 연도별 물 부족량 분석과 마찬가지로 Case 4에 대한 물 부족이 가장 적은 것으로 나타났다.
Comparison of Water Shortage by Case and Drought Frequency
논벼의 작부체계 변화 분석에 적용하였던 기간구분과 동일하게 분석기간을 나누어 각 기간별 평균 물 부족량, 총 물 부족량, 최대 물 부족량을 용도별로 분석하였으며 결과를 Table 2에 나타내었다.
Statistics of Water Shortage by Case and Peroid
논벼의 작부체계 변화는 생활 및 공업용수 공급에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있으며 기간별로 차이를 보이고 있으나 논용수 이용패턴의 변화에 따라 생활 및 공업용수 물 부족량이 증가하는 것으로 예상되었다. 특히 재배가능기간이 늘어나 4월 초부터 11월 말까지 논용수를 사용하게 되는 Case 4의 경우 과거 논용수 이용패턴(Case 1)에 대한 생활 및 공업용수 물 부족량보다 크게 증가하는 것으로 분석되었다. 2017~2039년에 대해서는 Case 1의 연평균 물 부족량이 2.10백만m3/년, Case 4의 경우 2.57백만m3/년으로 나타났으며, 2070~2099년에 대해서는 각각 2.08백만m3/년, 3.33백만m3/년으로 분석되었다. Case 1보다 Case 4의 생활 및 공업용수 물 부족량이 증가하는 것은 수자원시설물(다목적댐, 용수전용댐, 농업용저수지 등)이 현재 물 이용패턴을 고려하여 운영되기 때문에 향후 물 이용 패턴의 변화 즉 현재보다 더 오랜 기간동안 논용수를 공급하기 어렵다는 것이다. 뿐만 아니라 장기간의 논용수를 공급해야 하기 때문에 늘어난 기간동안의 생활 및 공업용수 공급에도 한계가 있다는 것을 나타낸다. 따라서 논용수를 포함한 물 이용패턴이 변하게 되면 충분한 물을 안정적으로 공급하기 위해서 현재의 시설물 운영 룰의 개선이 필요하다는 것을 보여준다.
농업용수의 경우 생활 및 공업용수와는 다른 경향을 나타내고 있으며 Case 2에 대한 농업용수 부족량이 Case 1보다 크게 증가하는 것으로 나타났고 다른 경우에는 과거 논용수 이용패턴에 대한 물 부족량보다 감소하는 것으로 분석되었다. 하지만 2070~2099년에 대해서는 Case 3의 농업용수 부족이 Case 1보다 증가하는 것으로 나타났으나 최대 물 부족량은 오히려 감소하는 것으로 분석되었다. 논벼의 작부체계 변화에 따라 장래 논용수 이용패턴이 앞당겨진다면 더 많은 농업용수 부족이 예상된다는 것이며 이용패턴이 뒤로 늦춰지거나 논용수 이용기간이 늘어난다면 농업용수의 물 부족이 감소하는 것으로 나타나지만 생활 및 공업용수의 물 부족이 증가하는 것으로 분석되어 논벼 작부체계의 변화에 맞춰 안정적인 용수공급을 위해서는 논용수 이용패턴 변화를 모니터링하고 지역에 맞는 용수공급 체계를 구축할 필요가 있으며 그에 맞는 수자원시설물 운영 룰을 설정해야 할 것이다.
4.2 이수안전도를 통한 용수공급 평가
물수지 분석 결과를 통해 Eq. (2)를 이용하여 낙동강권역 수요처에 대한 미래 용수공급 이수안전도를 평가하였다. 이수안전도가 높다는 것은 물 공급 실패가 적다는 것으로 수요처에 안정적으로 물을 공급할 수 있다는 것이다.
본 연구에서는 이수안전도 95%(20년 가뭄빈도)를 기준으로 그 이하의 경우 안정적인 용수공급이 어렵다고 판단하였다. 국내 다목적댐의 이수안전도는 20~30년 1회 가뭄 대응으로 건설되어 운영 중이며, 용수전용댐과 농업용저수지의 경우 10년 1회 가뭄 대응으로 설계되었다. 이수안전도 평가를 위해 기존 다목적댐의 이수안전도보다 하향된 이수안전도를 적용할 때에는 기존 수자원에 대한 과대 평가의 우려가 있으며 이수안전도 95%는 20년 1회 물 부족을 허용한다는 것으로 다목적댐과 하천의 용수공급능력을 상호 보완하여 하천의 적정 공급능력을 유지할 수 있도록 하는 방안을 고려한 것이라 할 수 있다. 또한 이는 미국 캘리포니아의 수자원계획에 적용된 사례도 있다.
Fig. 8은 낙동강권역의 33개 중권역에 대한 66개 수요처(33개의 생활 및 공업용수 수요처, 33개의 농업용수 수요처)의 이수안전도를 기간별로 분석하여 이수안전도가 95%보다 낮은 수요처의 수를 도시한 결과이다.
Comparison of Water Supply Reliability by Case
과거 논용수 이용패턴을 미래 용수이용에 적용할 경우 전체 66개 수요처 중 10개(2017~2039), 16개(2040~2069), 11개(2070~2099)의 수요처에 대한 물 공급이 원활하지 않다는 것을 나타내며 이는 향후 기후변화가 발생할 경우 현재 수자원시스템으로는 안정적인 용수공급이 어렵다는 것을 예상할 수 있다. Case 2의 경우 Case 1보다 더 많은 수요처에서 물 부족이 발생할 것으로 분석되었으며 Case 3과 4의 경우는 더 안정적인 용수공급이 가능할 것으로 분석되었다. 하지만 2040~2069년에 대한 Case 3(논용수 이용패턴 뒤로 이동)의 이수안전도는 낮은 것으로 나타났으며 이 기간에 이수안전도가 95% 이하인 수요처가 24개나 되어 용수공급의 어려움을 겪을 것으로 예상되었다. 이와 같은 결과는 Table 2와는 상이한 것으로 그 기간동안 물 부족량은 감소할 수 있으나 안정적인 용수공급은 어렵다는 것이다. 즉 물 부족이 여러 지역에서 자주 발생할 것으로 예상되나 수요처에서 발생될 수 있는 물 부족의 크기는 줄어든다는 것을 의미한다.
따라서 미래 용수공급을 평가함에 있어 단지 물 부족량만을 평가하기 보다는 여러 평가지표를 활용하는 것이 바람직하다.
5. 결론
물 관련 재해 가능성을 증가시킬 것으로 예상되는 기후변화로 인해 논벼의 작부체계가 변할 것으로 예상되며 이는 농업용수 수요량 변화, 농업용수 이용방법 및 물 관린 방법 변화로 이어질 것이라는 기존 연구결과를 활용하여 기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화가 미래 용수공급에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다.
RRI(2010)은 기후변화에 따라 기온이 상승할 경우 논벼 이앙기, 출수기, 수확기 및 생육기간이 변할 것이라 제시하고 있으며 이에 따라 논용수 이용패턴도 변할 것이라 예상하였다.
본 연구에서는 기후변화에 따른 논벼 작부체계 변화를 고려하기 위해 4가지 경우를 선정하였으며 과거 낙동강권역의 논용수 이용패턴을 그대로 적용하는 경우(Case 1), 기후변화로 인해 이앙기 조한일이 앞당긴 경우(Case 2), 수확기 만한일이 늦춰질 경우(Case 3), 재배가능기간이 늘어날 경우(Case 4)에 대해 분석하였다.
다양한 기후변화 시나리오를 고려하기 보다는 논벼 작부체계가 용수공급에 미치는 영향을 평가하기 위해 하나의 기후변화 시나리오를 선정하였으며 선정된 기후변화 시나리오에 대한 미래 농업용수 수요량과 공급량을 산정하였다. K-WEAP 모형을 통해 구축된 자료를 활용하여 낙동강권역에 대한 물 수급 전망을 수행하였으며 용수공급 변화를 평가하기 위해 물 부족량과 이수안전도를 분석하였다.
물 부족량을 통한 용수공급 변화 분석에 있어서는 Case 1보다 Case 2에 대한 물 부족량이 크게 증가하는 것으로 나타났으며 특히 농업용수 부족이 커질 것으로 예상되었다. 반면에 Case 3과 4는 오히려 농업용수 부족량이 감소하는 것으로 나타났으나 생활 및 공업용수 부족이 Case 1보다 증가할 것으로 분석되었다. Case 1 분석 결과에서도 향후 많은 양의 물 부족이 예상되기 때문에 기후변화가 도래한다면 안정적인 용수공급을 기대하기는 어렵다는 결과를 얻었다.
이수안전도를 통한 용수공급 변화 결과는 Case 2가 발생한다면 기존의 논용수 이용패턴을 고려할 경우보다 물 공급의 어려움이 커질 것으로 예상되었으며 Case 3과 4는 Case 1보다 안정적으로 용수를 공급할 수 있을 것이라 분석되었다. 하지만 2040~2069년에 대한 Case 3의 이수안전도가 상당히 낮아지는 것을 확인할 수 있으며 이 기간 동안 낙동강권역의 여러 지역에서 물 부족이 자주 발생할 수 있으나 물 부족의 크기는 Case 1보다 적을 것이라 예상할 수 있다.
따라서 기후변화에 의해 발생가능한 물 부족 해소 및 논벼 작부체계의 변화에 맞춰 안정적인 용수공급을 위해서는 다각적인 노력이 필요하다고 할 수 있다. 향후 논용수 이용패턴 변화를 지속적으로 모니터링하고 지역에 맞는 용수공급 체계 구축 및 적절한 수자원시설물 운영 룰을 설정해야 할 것이다. 또한 보다 많은 기후변화 시나리오에 대한 분석이 필요하며 기후변화뿐만 아니라 다양한 사회/경제 조건 변화 등을 고려한 통합적인 평가를 통해 미래 수자원계획 수립에 필요한 다양한 정보를 제공해야 한다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리사업의 연구비지원(14AWMP-B082564-01)에 의해 수행되었습니다.