1. 서론
안전하고 깨끗한 물을 공급받는 것은 누구나가 원하는 일이다. 물은 인간의 생활을 영위하기 위해 반드시 필요하지만 최근 들어 가뭄의 빈번한 발생으로 말미암아 한정된 수자원을 일반 국민에게 안정적이고 원활히 공급하지 못한 경우가 자주 발생하고 있다.
2008년 광동댐이 고갈되었으며, 2012년에는 예당저수지가 고갈되어 안정적인 농업용수 공급의 어려움을 겪은 바가 있다. 특히 최근 2014년에는 보령댐의 물 감량 공급을 수행한 사례가 있다. 이와 같은 경우는 물 공급 안전도의 설계기준보다 더 심한 가뭄 발생으로 인해 안정적인 물 공급이 곤란한 상황이라 할 수 있다. 우리나라 수자원시설의 물 공급 안전도는 10~30년 1회 발생하는 가뭄에 대응하도록 설계되었으나 이보다 더 심한 가뭄으로 인한 것이며 외국의 경우 과거 최대가뭄, 50년 1회 가뭄 등을 물 공급 안전도를 설정하고 있어 우리나라보다는 안정적인 물 공급을 위해 노력하고 있다고 할 수 있다.
특히 최근 들어 기후변화, 물 부족 문제 심화 등으로 인한 안정적인 물 공급의 어려움이 예상됨에 따라 이에 대한 대책이 절실히 요구되는 실정이다. 따라서 향후 기후변화에 따른 수자원의 영향을 평가하여 물 공급의 대응력을 높일 필요가 있다.
수자원계획은 현재를 위한 것이 아니며 미래에 발생할 수 있는 수자원 관련 문제를 사전에 분석하고 이를 해소하기 위한 대책을 마련하는 것으로써 국내 실정에 맞는 기후변화에 대응토록 수자원계획을 수립하여야 하며, 이는 미래에 발생 가능한 다양한 상황을 고려할 수 있는 시나리오계획을 통해 가능하다고 할 수 있다. 현재까지의 국내 대표적인 수자원계획인 수자원장기종합계획에서는 장래 수요량 추정에 있어 미래 발생할 수 있는 여러 사회/경제 조건 등을 반영하여 시나리오 접근방법을 활용하고 있으나 미래 기상상황 즉 공급 관련에 있어서는 과거 기상상황이 미래에도 그대로 재현된다는 가정 하에 분석되기 때문에 향후 과거와 다른 기후변화가 발생한다면 이에 적절히 대처하기에는 무리가 따른다.
최근 이슈가 되고 있는 기후변화 관련 수자원 분야 연구는 국내·외 많은 연구자들에 의해 수행되었다. Medellin-Azuara et al.(2008)은 2050년의 용수수요와 토지이용 및 건조기후 온난화 시나리오(GFDL CM 2.1 A2)를 고려한 캘리포니아 용수공급 시스템의 경제적 최적운영 및 적용성을 평가하였으며, Pica and Palmer(2012)는 기후모형, 수문모형 및 수자원시스템을 결합하여 기후변화가 물 공급 시스템에 미치는 영향을 평가한 바 있다. Purkey et al.(2007)은 미국 캘리포니아의 기후변화에 따른 장래 수요량과 하천유지유량 사이에서의 트레이오프 분석을 수행하였으며, 이를 평가하기 위해 수문모형과 수자원시스템을 결합한 기후변화 영향 평가 모형을 개발하였다. 특히 DWR(2014)은 미국 캘리포니아 수자원계획 업데이트 2013을 수립하는데 있어 지역 수자원 계획을 위한 기후변화 핸드북(EPA and DWR, 2011)에 제시된 방법을 통해 기후변화에 따른 수자원을 평가하였다. 9가지 인구 및 개발 시나리오와 기후변화 시나리오를 바탕으로 장래 캘리포니아 용수수요량 변화를 추정하였으며, 22개의 기후변화 시나리오를 고려하여 총 198개의 미래 시나리오를 구축하고 강우-유출모형과 수자원시스템 모형을 결합한 WEAP(Water Evaluation And Planning System) 모형을 통해 미래 용수공급 신뢰도를 분석하였다. 또한 Kang and Lansey (2012)는 미국 애리조나 물 재생계획을 평가하기 위해 시나리오 계획방법을 이용하여 분석한 사례가 있다.
국내에서도 많은 연구자들에 의해 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석한 바 있다.
Hwang et al.(2007)은 지역기후모형인 SNURCM을 통해 생성한 유출량의 모의정확성을 평가하고, 4개의 월 물수지 모형과 2개의 일 유출모형을 이용하여 대청댐 상류유역의 유입량 모의능력을 비교한 결과 abcd 모형이 월 물수지 모형 중 가장 뛰어난 모의결과를 나타낸다고 하였다. Jun et al.(2013)은 도시하천의 건천화 문제에 기후변화가 미치는 영향을 분석하고 이에 적응할 수 있는 여러 전략을 제시한 후 다양한 평기기준에 대해 Fuzzy TOPSIS 방법을 통해 대안 평가를, 로버스트 의사결정기법을 통한 의사결정을 제안하였다. Park et al.(2011)은 금강유역의 다목적댐인 대청댐, 용담댐 유역의 미래 유출량 전망을 위해 RCM 모형과 SWAT 모형을 활용하여 분석하였다.
이 외에도 많은 연구자들이 기후변화에 따른 수자원 영향을 평가한 사례가 있다(No et al., 2013; Jee et al., 2012; Rowland et al., 2014; Yilmaz and Harmanciouglu, 2010).
기존 국내의 기후변화에 따른 수자원 영향 평가 연구는 주로 기후변화에 따른 미래 유출량의 변화 또는 수요량 변화에 초점을 맞춰 수행된데 반해 본 연구에서는 시나리오계획법을 이용하여 미래에 발생 가능한 여러 상황에 대해 시나리오 경로를 구성하고 대상유역인 낙동강유역의 수자원시설물의 용수공급능력과 용수공급 네트워크의 취약성에 각 시나리오 경로가 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다.
2. 미래 시나리오 구성
미래를 정확히 예측하기는 어렵기 때문에 미래에 대한 수자원계획을 수립하기에는 많은 불확실성을 포함할 수밖에 없는 실정이다. 지금까지의 수자원계획은 발생가능성이 높은 몇 개의 미래 시나리오를 결정하고 이에 대한 분석을 통해 수립되었으며 대표적인 계획으로 MLTM(2011)의 수자원장기종합계획을 들 수 있다.
최근 기후변화에 따른 가뭄 빈도 및 강도가 증대할 것으로 예상되고 있어 이에 대한 적응 전략을 수립하여 향후 발생할 수 있는 물 관련 문제를 사전에 대비해야 함에도 불구하고 미래에 대한 불확실성 때문에 이를 계획에 반영하기에 주저하고 있는 실정이다. 국외의 경우 시나리오계획법(Scenario planning)을 적용하여 다양한 미래 조건에 대한 탄력적 대응전략을 제시하고자 하는 노력을 기울이고 있다. 따라서 본 연구에서는 발생 가능한 미래 여러 가지 상황(기후변화, 사회/경제 조건 변화 등)을 종합적으로 고려하여 다양한 시나리오로 구성하고 각 시나리오별 장래 물 수급 전망을 통해 수자원시설물 및 용수공급 네트워크의 취약성을 평가하고자 하였다.
2.1 미래 용도별 수요 시나리오
기후변화는 향후 여러 분야에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있으며 특히 용수공급 관련 분야에서는 크게 수요량과 공급량의 변화를 가져올 것으로 판단된다.
본 연구에서는 기후변화가 수자원시설물 및 용수공급 네트워크에 미치는 영향을 분석하고자 대상유역을 낙동강유역으로 선정하였으며 이 유역의 경우 용수수요량이 클뿐만 아니라 다양한 수자원시설물(다목적댐, 용수전용댐, 보, 하구언, 농업용저수지 등)이 건설되어 운영 중에 있어 기후변화에 따른 수자원 영향을 평가하기에 적합하다고 판단되었다.
낙동강유역의 미래 용수수요량을 추정하기 위해서는 미래 기후변화 시나리오, 사회/경제 조건 변화 등을 반영하여야 하며 이를 위해 5개의 기후변화 시나리오와 미래 인구변화에 대한 3가지 시나리오, 토지이용변화 시나리오, 경제성장률 변화 시나리오를 고려하였다.
생활용수의 경우 미래 인구자료, 보급률, 1인1일사용량, 기타 지하수 이용량 자료 및 수요관리 계획 등이 필요하다. 미래 인구자료의 경우 통계청에서 제시하고 있는 고위/중위/저위 시나리오에 따른 장래 시도별 인구추정 결과를 활용하였으며, 보급률의 경우 MLTM(2011)에서 제시한 미래 상수도보급률 자료를, 1인1일 사용량에 대해서는 시군별 과거자료(1983~2013)를 이용하여 시계열 분석을 통해 미래 사용량을 추정하였다. 기타 지하수 이용량의 경우는 미래의 이용량을 정확히 예측하기에는 무리가 있다고 판단되어 미래에도 2013년 기타 지하수 이용량과 동일하다는 가정 하에 2013년 지하수조사연보에서 제공되는 기타 지하수 이용량 자료를 활용하였으며 산정된 생활용수 수요량에 장래 물 절약을 감안한 수요관리량을 적용함으로써 고수요(수요관리 절감량 계획의 50% 반영), 기준수요(수요관리 절감량 계획의 100% 반영) 및 저수요(수요관리 절감량 계획의 150% 반영) 시나리오에 대해 최종적인 생활용수 수요량을 추정하였다. 따라서 본 연구에서는 낙동강유역의 장래 생활용수 수요량 추정에 대해서는 인구 및 수요관리 시나리오를 고려하여 총 9가지 시나리오를 구축하였다.
두 가지 가정을 통해 장래 공업용수 수요량을 추정하였다. 첫 번째 최근 들어 GDP가 증가하더라도 공업용수 수요량이 안정화되기 때문에 수자원장기종합계획에서 추정한 2025년 공업용수 수요량은 그 이후에도 동일할 것이라는 가정 하에 공업용수 수요량을 추정하였으며 또 다른 추정으로는 세계 경제 지표 전문 사이트인 Trading Econnomics (http://www.tradingeconomics.com/south-korea/forecast)에서 제공하는 국내 경제성장률 1.76%를 적용하였다. 즉 수자원장기종합계획에서 제시하는 고수요/기준수요/저수요 공업용수 수요량 시나리오 3가지와 향후 연간 1.76%의 경제성장률을 고려한 1가지의 시나리오로 총 4가지 공업용수 수요량 시나리오에 대해 추정하였다.
농업용수의 경우는 수요량 추정을 위해 다양한 정보가 필요하다. 경지면적 변화, 사육두수의 변화뿐만 아니라 기후상황의 변화 등 많은 자료를 통해 미래 농업용수 수요량을 추정할 수 있다. 기후상황의 경우 RCP 4.5 기후변화 시나리오(5가지)에 대한 일별 기상관련 자료를 활용하였으며 경지면적과 사육두수에 대해서는 KREI(2016)에서 제시한 2025년까지의 경지면적, 경지이용률 전망과 사육두수 추이 및 전망을 이용하였다. 경지면적과 가축사육두수의 경우 전망 관련 기초자료 획득의 어려움 등으로 인해 2025년 이후로는 2025년과 동일하다는 가정 하에 분석을 수행하였다. 농업용수 수요량 추정은 증발산량 공식을 이용하여 간접적으로 추정하였다.
Fig. 1은 낙동강유역에 대해 추정된 미래 용도별 용수 수요량을 합한 결과를 제시한 것이다. 수요량의 변화를 살펴보기 위해 MLTM(2011)에서 제시된 낙동강유역의 수요량 추정결과를 함께 도시하였다. 기후변화 및 사회/경제 조건 변화 시나리오에 따라 용수수요량 추정 결과의 변화 폭이 크며, 이는 미래 수자원 계획 수립에 있어 불확실성이 매우 크다는 것을 나타낸다. 수자원장기종합계획에서 제시한 2020년 고수요 시나리오 대비 미래 시나리오별 용수수요량 추정치는 최대 1.7억m3/년이 증가할 것으로 전망되었고, 2016년 저수요 시나리오보다 미래 시나리오별 용수수요량 추정치는 최대 7.5억m3/년 감소할 것으로 분석되었다.
2.2 미래 기후변화 시나리오
IPCC(Intergovernmental Pannel on Climate Change)에서는 지구온난화 영향에 대한 평가를 실시하고 있으며 이를 위해 다양한 기후모형을 개발하였다. 기후모형에 따라 다양한 시나리오가 제시되고 있어 시나리오 내 존재하는 불확실성을 고려해야만 어느 하나의 시나리오에 편향되지 않은 분석이 가능하다.
최근 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project Phase)에서는 기후모형을 비교하기 위한 연구가 활발히 진행 중에 있으며 각 기후모형에 대해 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 제시하고 있다. 본 연구에서는 미래에 대한 다양한 시나리오 중 기후변화 시나리오를 선정하기 위해 국토교통과학기술진흥원의 물관리연구사업 일환으로 기후변화 대비 수자원 적응기술 개발 연구단에서 26개 CMIP5 GCM 기후변화 시나리오를 대상으로 상세화기법을 통해 상세화를 실시하여 제공하는 자료를 고려하였다. 연구단에서는 RCP 4.5 시나리오에 대한 26개의 기후모형 결과를 한반도 영역과 통계적 상세화를 통해 산정된 상세화 자료(기상관측점 대상)를 바탕으로 다양한 지표 분석을 통해 모형 간의 우선순위를 분석하였으며 분석 결과 CCSM4, CESM1-BGC, CESM1-CAM5, MRI-CGCM3 기후모형이 좋은 결과를 나타내었다고 제시하였다. 따라서 본 연구에서는 RCP 4.5 시나리오에 대한 다양한 기후모형 중 평가를 통해 우수한 성능을 보인 4개의 기후모형 결과와 함께 기상청 기후모형인 HadGEM2-AO 결과를 추가로 고려하여 총 5가지 기후모형 결과에 따른 낙동강유역의 장래 수요량(농업용수 수요량) 및 공급량을 산정하였다.
선정된 5가지 기후변화 시나리오에 대한 미래 기상상황을 고려하여 강우-유출 모형인 PRMS(Precipitiation- Runoff Modeling System)를 이용하여 유출량을 모의하였다. Table 1은 모형을 통해 모의된 과거(1967~2015) 및 기후변화 시나리오별(2016~2099) 연유출량의 통계치를 나타낸 것이다. 모든 기후변화 시나리오에 의한 연유출량의 최대치는 증가하나 최소치는 감소하는 것으로 분석되었으며 연평균 유출량은 증가하는 것으로 나타났다. 특히 모든 기후변화 시나리오에 의한 유출량의 변동계수가 증가하는 것으로 분석되어 향후 기후변화가 도래할 경우 안정적인 용수공급의 어려움이 예상되었다.
Table 1
Statistics of Discharge by Scenario
Fig. 2는 과거와 기후변화 시나리오에 대한 월평균 유출량을 도시한 결과이다. 과거에 비해 선정된 기후변화 시나리오에 따른 월평균 유출량은 다소 증가하는 경향을 나타내고 있다. 특히 홍수기(6~9월)에 대한 유출량이 크게 증가하는 것으로 나타나 미래 홍수에 의한 위험성이 증가하는 것으로 분석되었다. 용수공급의 주요 요인인 유출량은 시간적, 공간적으로 편차가 심하며, 다양한 수자원시설물에 의한 용수공급이 이루어지기 때문에 시공간적 물수지 분석을 통한 물 수급 전망을 수행함으로써 용수공급의 안정성 및 취약성을 평가하여야 한다.
2.3 시나리오 계획법을 통한 미래 시나리오 구성
본 연구에서는 시나리오 계획법에서 사용된 시나리오 구축법을 사용하였으며 실제 계획까지 수행한 연구는 아니다. 시나리오 구축은 불확실성이 큰 몇 가지 요소의 양 극단 케이스를 조합하는 것으로 본 연구에서는 수요변화와 공급변화를 조합하여 다양한 시나리오를 구축하였다.
시나리오 계획(Scenario planning)은 미래 발생 가능한 여러 가지 상황을 다양한 시나리오로 구성하여 분석하고 이에 대한 대책을 수립하는 과정을 말한다. Fig. 3과 같이 미래는 정확히 예측하기 어려우며 우리가 생각할 수 있는 범위 내에서 다양한 미래 발생(시나리오) 경로를 구축하고 각 경로에 대한 분석을 수행하여 적절한 대책을 수립하여야 하며 주기적으로 모니터링을 수행하여 미래 시나리오를 재구성 및 분석함으로써 계획을 수정 및 보완한다는 것이다.
시나리오 계획방법은 크게 5단계로 나누어 적용할 수 있다. 핵심이슈 파악, 변화동인 파악, 시나리오 매트릭스 구성, 각 시나리오별 경로구성, 공통요소 파악이 이에 속한다(Choi, 2015). 본 연구에서는 전술한 바와 같이 미래 물 부족 해소를 위한 대안을 제시하고자 하는 것이 아니라 각 시나리오 경로별로 미래 물 공급에 어떠한 영향을 미치는지를 파악하고자 하여 시나리오 계획방법 중 4단계까지 수행하였다.
미래 발생가능한 모든 경우에 대해 시나리오를 구성하기에는 무리가 있다고 판단되어 일부 기후변화 시나리오와 사회/경제 조건 변화를 반영한 수요 변화 시나리오를 결합한 시나리오를 구성하였다. 본 연구에서 선정한 기후변화 시나리오 5가지와 이에 대해 추정한 농업용수 수요량 시나리오를 하나의 시나리오 집합으로 결합하고, 생활용수 시나리오(9가지)와 공업용수 시나리오(4가지) 중 가장 수요량이 큰 고수요 시나리오, 가장 적은 저수요 시나리오 및 평균적인 수요량을 나타내는 기준수요 시나리오로 분류하여 생활 및 공업용수 관련 3가지 시나리오 집합을 고려하였다. 따라서 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석하기 위해 기후변화 시나리오 및 농업용수 수요 시나리오 5가지와 생활 및 공업용수 수요 3가지 시나리오를 종합한 총 15가지 시나리오를 구축하였다. Fig. 4는 구축된 시나리오 경로를 도시한 것이다.
3. 기후변화 영향 평가 방법
수자원시설물 및 용수공급 네트워크에 대한 기후변화 영향을 평가하기 위해서는 미래 물 수급 전망을 수행하여야 하며 분석결과를 토대로 여러 가지 평가지표를 이용함으로써 정량적인 평가가 가능하다. 가장 대표적인 지표는 미래 물 부족량이 있으며 이 외에도 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability) 등을 통해 평가가 가능하다. 본 연구에서는 Choi(2015)가 제안한 수자원시설물 공급차원에서의 평가와 용수공급 네트워크 즉 수요처 차원에서의 평가를 구분하여 수행하였다. 용수공급 네트워크가 취약하다는 것은 그만큼 수요처로 안정적인 용수공급이 이루어지지 않았다는 것을 의미하기 때문에 복잡한 용수공급 네트워크를 평가하기 보다는 수요처 차원에서의 평가가 합리적이라 판단된다. 평가에 있어서는 각 시나리오 경로별로 2025s(2017~2039), 2055s(2040~2069), 2085s(2070~2099)로 기간을 구분하여 분석하였다.
3.1 용수공급 네트워크 평가
모의기간에 대한 수요처의 수요량보다 공급량이 적은 경우 용수공급 실패사상이라 간주할 수 있으며 이때의 수요량(Demt)과 공급량의 차이를 부족량(Dt)으로 계산하여 합산함으로써 연간 물 부족량을 계산할 수 있다.
신뢰도의 경우 전체 모의기간 수에 대한 용수공급 실패사상이 발생하지 않은 기간 수의 비로 산정할 수 있으며, 회복도는 물 부족이 발생하였을 경우 얼마나 빨리 정상상태로 회복되는지를 평가하는 것으로 Eq. (1)과 같이 용수공급 실패사상 이후 원활한 용수공급이 발생한 횟수를 용수공급 실패사상 수로 나누어 산정할 수 있다. 즉 용수공급 실패 이후 곧바로 회복되었다면 회복도는 1이 된다. 하지만 용수공급 실패사상이 지속되었다면 회복도는 1보다 작은 값을 가지게 된다는 것이다.
취약도의 경우 물 부족의 크기를 나타내며 전체 수요량에 대한 평균 물 부족량으로 Eq. (2)와 같은 식을 제안하였다(Sandoval-Solis et al., 2011).
3.2 수자원시설물 공급능력 평가
수자원시설물 공급능력에 대한 평가지표를 분석하기 위해서는 각 공급시설물의 계획공급량을 알아야 한다. 다목적댐의 경우 댐별로 설정되어 있는 용수공급계획량이 있어 별 문제가 없으나 용수전용댐, 하구언, 보 등의 경우 계획공급량 자료가 없어 이를 활용한 평가는 사실상 어렵다. 따라서 본 연구에서는 기 제안한 저수량을 이용한 평가지표를 활용하였다.
Lee et al.(2014)은 공급시설의 저수량이 저수위에 해당하는 저수용량 이하로 하강한 경우를 공급 실패사상으로 간주하였으며 전체 분석기간 수에 대한 공급 실패를 하지 않는 기간 수로 신뢰도를 정의하였다. 회복도의 경우는 공급시설이 공급실패에서 얼마나 빨리 회복되는지를 평가하는 것으로 공급시설의 저수량이 저수위에 해당하는 저수용량 이하로 떨어졌다가 다음 모의기간에 저수위 이상으로 저수량이 상승한다면 이를 회복되었다고 판단하여 Eq. (1)와 동일한 방법으로 분석할 것을 제안하였다. 공급시설에 대한 취약도에 대해서는 Eq. (3)을 제안하였으며 여기서, SLWL은 저수위 저수용량, SDWL은 사수위 저수용량, Si는 모의기간에 대한 저수량, di는 각 공급실패사상의 지속기간, M은 공급실패사상 수를 뜻한다.
하지만 Eq. (3)의 경우도 다목적댐과 같이 저수위와 사수위가 결정되어 있는 시설물에는 평가가 가능하나 용수전용댐, 하구언, 보 등과 같은 경우는 저수위가 설정되어 있지 않아 본 연구에서는 취약도에 대해서는 다목적댐 위주의 분석을 수행하였다.
3.3 시나리오별 물 수급 전망
수자원시설물 및 용수공급 네트워크에 대한 기후변화 영향을 평가하기 위해 장래 물 수급 전망을 수행하였다. 물 수급 전망을 위한 기초자료로 수요량과 공급량의 경우 본 연구에서 추정한 수요량과 모형을 통해 산정된 자연유출량을 활용하였으며 이 외에 다른 기초자료들은 MLTM(2011)의 수자원장기종합계획에서 사용하였던 자료를 그대로 활용하였다. 이를 통해 기존 수자원계획과의 차이를 파악함으로써 기후변화에 의한 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 다만 물 수급 네트워크에 있어 차이점은 현재 건설되어 운영 중인 보가 중권역 중간에 위치하였을 경우 보에 의한 영향을 정확히 반영하기 위해 중권역을 소유역으로 구분하여 분석하였다. 예를 들어 달성보와 합천창녕보의 경우 2014 중권역에 위치하고 있어 기존과는 달리 2014 중권역을 하나의 분석 공간단위로 설정하지 않고 달성보 상류 소유역과 합천창녕보 상류 소유역으로 2014 중권역을 구분하여 분석하였다. 또한 2015년 10월에 고시된 지류지점별 하천유지유량을 반영하였다는 점에서 차이를 보인다. 분석모형은 수자원장기종합계획과 동일하게 K-WEAP(Korea-Water Evaluation And Planning System) 모형을 적용하였으며 Fig. 5는 모형을 통해 구축한 낙동강유역의 물 수급 네트워크를 도시한 것이다.
4. 기후변화 영향 평가 결과
Fig. 4에 제시된 시나리오 경로별 물 수급 전망을 통해 분석된 수요처의 물 부족량 결과와 각 수자원시설물의 저수량 결과를 활용하여 평가지표를 산정하였으며 이를 통해 기후변화가 미치는 영향을 제시하였다. 여기서 농업용저수지의 경우 그 수가 너무 많고 이를 반영한 물수지 분석의 어려움 등으로 인해 수자원장기종합계획과 마찬가지로 지역공급원으로만 고려하였다.
4.1 수자원시설물 공급능력 평가
시나리오 경로별 물 수급 전망을 통해 분석된 수자원시설물의 저수량 결과를 통해 각 시설물의 신뢰도, 회복도, 취약도를 평가하였다.
Table 2는 신뢰도 평가 결과를 제시한 것이며, Table 3은 회복도 지표 결과를 나타낸 것이다. 표에서 제시된 결과는 각 시나리오 경로별 각 기간별 지표 분석을 통해 산정된 결과 중 최소치와 최고치를 제시한 것이다. 신뢰도의 경우 기후변화 시나리오에 따라 상이한 결과를 보이고 있으며 특히 몇몇 시설물의 경우 공급신뢰도가 기후변화 시나리오와 상관없이 낮게 분석되었다. 김천부항댐의 경우 0.5보다 낮은 공급신뢰도를 나타내고 있으며 이는 김천부항댐 하류에 고시된 선산지점의 하천유지유량 고시 값이 크기 때문에 이를 공급하기 위해서는 김천부항댐의 저수용량만으로는 부족하다는 것을 보여주고 있다. 이 외에도 용수전용댐(감포댐, 선암댐, 안계댐, 운문댐)의 공급신뢰도가 낮은 것으로 분석되었으며 이는 용수전용댐의 경우 상류유역이 작아 기후변화로 인해 유입량이 줄어듦에 따라 안정적인 용수공급이 어려워지기 때문이다. 다목적댐 중 남강댐, 밀양댐, 군위댐 등의 신뢰도가 낮게 평가되었으며 이도 김천부항댐과 마찬가지로 댐 직하류에 고시된 하천유지유량 값이 크기 때문에 이를 지속적으로 공급하기에는 무리가 있다는 것이다. 또한 기후변화로 인해 댐으로의 유입량의 감소로 인해 신뢰도가 낮게 나타난 것으로 판단된다. 회복도의 경우도 신뢰도와 비슷한 결과를 나타내고 있으며 신뢰도가 낮은 수자원시설물 즉 용수공급 실패를 겪을 것으로 예상되는 시설물의 경우 회복도가 낮게 분석되었으며 회복도 분석결과를 통해 향후 기후변화가 도래할 경우 수자원시설물로부터 원활한 용수공급이 어려울 것으로 예상될 뿐만 아니라 용수공급 실패의 지속기간도 상당히 길 것으로 예상되었다. 남강댐의 CCSM4 기후변화 시나리오에 대한 회복도 최저치는 0.06으로 분석되어 약 16개의 반순 동안 남강댐으로부터 용수공급 실패가 지속될 것으로 전망되었다. 따라서 향후 기후변화에 따라 안정적인 용수공급이 어려울 수 있으며 용수공급 실패의 지속기간도 길 것으로 예상되는 낙동강유역의 수자원시설물에 대해서는 기후변화에 대한 적응 전략 즉 적절한 수자원시설물 관련 대책 수립이 필요하다.
Table 2
Reliability Resutls for Water Supply Facilities by Scenarios
Table 3
Resiliency Resutls for Water Supply Facilities by Scenarios
취약도의 경우 전술한 바와 같이 다목적댐에 대해서만 분석이 가능하며 분석 결과 김천부항댐, 남강댐, 밀양댐이 취약도가 큰 것으로 나타났다. 이 시설물의 경우 신뢰도, 회복도 및 취약도 분석결과 기후변화에 의해 향후 용수공급의 문제점이 커질 것으로 예상되는 시설물로 향후 안정적인 용수공급 방안을 마련할 필요가 있다고 판단된다.
4.2 용수공급 네트워크 취약성 평가
시나리오 경로별 물 수급 전망을 통해 분석된 각 수요처별 물 부족 결과를 바탕으로 평가지표를 분석하였다. 모의기간인 반순별 물 부족량을 계산하였으며 물 부족이 발생한 경우를 용수공급 실패사상으로 고려하여 지표를 평가하였다.
Fig. 6은 각 시나리오 경로별 수요처별 신뢰도를 기간별로 구분하여 제시한 결과이다. 분석결과 신뢰도 95%를 기준으로 생활 및 공업용수보다는 농업용수의 공급신뢰도가 낮은 것으로 분석되었다. 이는 농업용수의 수요 및 공급이 기후변화에 더 민감하며 취약하다는 것을 보여준다. 기간별로 살펴보면 시간이 지나면 지날수록 공급 신뢰도가 낮아지는 것으로 분석되었으며 특히 공급신뢰도가 50% 정도밖에 되지 않는 수요처(2101 중권역(형산강유역))가 존재하여 향후 기후변화가 도래할 경우 전체 기간 중 반 정도 밖에 안정적인 용수공급을 받지 못하는 것으로 나타났다. 대부분의 수요처가 공급신뢰도 95%(20년 1회 가뭄발생 빈도) 이하로 분석되어 현재의 수자원시설물 및 용수공급 네트워크로는 향후 원활한 용수공급이 어렵다는 것을 보여주고 있으며 낙동강유역에 대한 기후변화 적응 전략 수립이 시급하다고 할 수 있다. 신뢰도가 낮은 유역에서 회복도도 낮게 분석되어 기후변화에 따라 물 부족이 예상되는 지역에서는 물 부족 횟수도 많지만 용수공급 실패기간도 길어질 수 있다는 것을 보여주며 다만 취약도가 비교적 낮을 것으로 예상되어 평균 물 부족량은 크지 않은 것으로 분석되었다. 물 부족량이 큰 것도 문제라 할 수 있겠으나 적은 물 부족이 오랫동안 지속된다면 낙동강유역 지역주민들의 생활에 많은 어려움을 초래할 것으로 예상됨에 따라 이에 대비한 수자원계획 수립이 필요하며 관련 정보 제공을 위해 보다 다양한 분석이 요구된다.
Fig. 7은 시나리오 경로별 중권역별 용도별 물 수급 전망 중 물 부족 결과를 활용하여 기후변화에 따라 수자원시설 및 용수공급 네트워크로부터 안정적인 용수공급이 어려운 지역을 도시한 결과이다. 생활 및 공업용수의 경우 2006 중권역과 2010 중권역은 모든 시나리오 경로에 대해 물 부족이 예상된다는 것으로 향후 어떠한 미래 상황이 발생하더라도 안정적인 용수공급이 어렵다는 것이다. 농업용수의 경우 낙동강유역 북서부지역과 낙동강 동해지역에 대해, 하천유지유량의 경우 고시된 대부분의 지점에서 안정적인 용수공급이 어려울 것으로 전망되었다. 다시 말해 유역의 용도별 시나리오 값이 크다는 것은 미래의 어떤 조건변화(기후변화, 사회/경제 변화 등)가 발생하더라도 물 부족이 예상된다는 것을 의미하기 때문에 사전에 이를 해소하기 위한 수단 강구가 필요할 것으로 판단된다.
시나리오 경로별 물 수급 전망을 통해 취수수요량(생활, 공업 및 농업용수)에 대한 물 부족량을 연도별로 합산한 결과를 MLTM(2011)에서 제시한 낙동강유역 물 부족량 결과와 비교하였다(Fig. 8). 수자원장기종합계획에서 제시한 물 부족량보다 일부 연도에서는 더 큰 물 부족이 예상되고 있다. 특히 2055s에서는 많은 시나리오 경로에서 더 많은 물 부족이 발생할 수 있다고 분석되었으며 본 연구에서 제시한 시나리오 경로별 물 부족량과 수자원장기종합계획에서 제시한 물 부족량의 차이를 통해 간접적으로 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 평가할 수 있다. MLTM(2011)에서 제시한 낙동강유역의 기준수요 시나리오에 대한 물 부족량인 86백만m3보다 시나리오별 차이는 있을 수 있으나 많게는 7.1배, 적게는 2.2배 정도 더 많은 물 부족이 기후변화에 의해 발생할 것으로 분석되었다.
5. 결론
최근 들어 물 공급 안전도의 설계기준보다 더 심한 가뭄으로 인해 안정적인 물 공급의 어려움을 겪었다. 하지만 향후 기후변화로 인해 더 심한 가뭄 발생이 예상되고 있어 이에 대한 대책 마련이 절실한 상황임에도 불구하고 기후변화가 현재 건설되어 운영 중인 수자원시설물 및 용수공급 네트워크에 어떠한 영향을 미칠 것인지에 대한 분석은 미비하다.
본 연구에서는 최근 국외에서 제시된 시나리오계획법을 적용하여 분석을 수행하였으며 이는 정확히 예측하기 어려운 미래에 대해 발생 가능한 여러 가지 상황을 시나리오로 구성하여 분석함으로써 수자원계획 수립에 대한 다양하고 폭넓은 정보를 제공하고자 함이다. 이를 위해 용도별 장래 수요량을 추정하였으며 생활용수 수요량 추정에 있어서는 미래 인구변화 등을 고려하였고 공업용수의 경우 경제성장률 고려, 농업용수의 경우 토지이용 변화와 기후변화 시나리오 등 다양한 미래 조건 변화를 반영하여 수요량을 추정하였다. 또한 RCP 4.5 기후변화 시나리오 중 우수한 성능을 보인 5가지 기후모형 결과를 바탕으로 공급 시나리오를 산정함으로써 총 15개의 시나리오 경로를 구성하여 이에 대한 장래 낙동강유역의 물 수급 전망을 수행하였다.
물 수급 전망 결과를 통해 수자원시설물 및 용수공급 네트워크의 공급능력과 취약성을 평가하였으며 이를 위해 다양한 평가지표를 활용하였다.
수자원시설물의 경우 하류에 큰 하천유지유량이 고시된 다목적댐의 경우 안정적인 용수공급이 어려울 것으로 예상되었으며 상류유역이 비교적 작은 용수전용댐의 경우도 기후변화에 취약한 것으로 분석되었다. 용수공급 네트워크 즉 수요처의 공급 취약성 평가에 있어서는 다양한 시나리오 경로에 따라 많은 수요처에서 공급신뢰도 95% 이하로 분석되어 기후변화에 의해 용수공급이 불안정하다고 예상되었으며 특히 공급신뢰도가 50% 정도밖에 되지 않는 지역도 나타났다. 미래에 어떤 조건변화가 오더라도 물 부족이 예상되는 지역을 용도별로 선별하여 제시함으로써 이에 대한 대책 마련의 시급함을 강조하였다. 마지막으로 기존 연구결과와의 비교를 통해 기후변화에 따른 수자원 영향 평가를 간접적으로 제시하였으며 시나리오 경로에 따라 많게는 7.1배, 적게는 2.2배 더 많은 물 부족이 기후변화에 의해 발생될 것으로 전망되었다.
본 연구에서는 미래에 대한 불확실성을 줄이고자 시나리오계획법을 적용하는 방법론을 제시하고자 하였으며 이에 대해서는 향후 다학제간 연구를 통해 보다 다양한 시나리오(기술개발, 제도개선, 다양한 기후변화 시나리오 등) 구성이 필요할 것으로 판단된다. 또한 시나리오계획법은 현재 분석에 멈추는 것이 아니라 향후 주기적인 모니터링을 통해 시나리오를 재구성하여야 하며 재분석을 통해 보다 합리적이고 적절하게 수자원계획을 수정 및 보완할 필요가 있다.
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