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ISSN : 1225-7672(Print)
ISSN : 2287-822X(Online)
Journal of the Korean Society of Water and Wastewater Vol.29 No.3 pp.381-393
DOI : https://doi.org/10.11001/jksww.2015.29.3.381

The Development of Socioeconomic drought Risk Assessment Methodology with a Focus of Residential Water Scarcity

Sangeun Lee1*, Sun-Kwon Yoon2
1Korea Research Institute for Human Settlements,Korea Research Institute for Human Settlements
2APEC Climate Center
Corresponding author: Lee, Sangeun selee@krihs.re.kr
May 26, 2015 June 15, 2015 June 17, 2015

Abstract

This study is carried out in order to propose a drought risk assessment methodology. This methodology is required to deal with practical questions that a variety of stakeholder often raise in the course of discussions on mitigation measures. With a focus on the socioeconomic aspect of drought, more particularly, residents’ hardship from water scarcity, it suggests basic concepts and a system of methods in order to assess hazard, exposure, vulnerability and risk. The case study shows a considerable possibility of the methodology in evaluating potential levels of damages in a certain area, in identifying the boundary of districts where risk is disproportionately concentrated, and also in understanding the underlying risk factors of those districts. The authors think that the proposed methodology is able to offer risk information in terms of socioeconomic damages, and therefore contribute to reducing information gaps that policy-makers are currently encountered with.


이상가뭄 저감대책을 위한 사회경제적 위험도 평가기법 개발: 생활용수 물부족을 중심으로

이 상은1*, 윤 선권2
1국토연구원 국토관리도시연구본부
2APEC 기후센터 연구본부

초록


    Korea Research Institute for Human Settlements
    PLA20150035

    1.서 론

    1.1.배경

    일괄적인 수자원 시설용량 확보대책의 경제성이 저 하되고 수요와 공급 모두 예측 불확실성이 증가하고 있어, 가뭄분야에서도 위험도 관리가 대안으로 강조 되고 있다 (WMO ‧ UNCCD, 2012). 전통적인 시설중심 의 안전도 전략을 보완함에 있어서 ‘잠재적으로 피해 가 집중될 수 있는 생활 또는 경제활동 공간을 대상 으로 저감대책’을 중시하고자 함이다. 여기서 저감대 책이라고 함은 가뭄에 대한 고위험구역을 파악하고, 물부족 상황이 발생했을 때 주민과 경제활동이 피해를 덜 받을 수 있도록 이 공간이 가진 사회적, 경제적, 환 경적, 기술적 불리함을 평상시에 해소시키는 것이라고 할 수 있다. 이 저감대책을 위해서는 다음의 세 가지 활동이 수반되어야 한다 (UNDP, 2011). 첫째는 위험도 평가로서 가뭄 발생시 물부족 피해가 집중될 수 있는 곳에 대해 신뢰할 수 있는 공간정보를 확보하는 것이 다. 둘째는 고위험구역에 적합한 다양한 저감대책을 선정 또는 발굴한 뒤 효과와 수용가능성을 평가하는 것을 의미하며, 셋째는 메인스트리밍 (mainstreaming), 즉, 관계부처나 지자체의 각종 계획의 수립과 집행에 저감대책을 반영시키는 것을 의미한다. 이 모든 활동 을 위해 위험도에 대한 정보는 우선적으로 확보되어 야 한다.

    저감대책에서 사용되는 위험도 정보는 전문가들간 의 학술적인 활용을 넘어, 정책결정자, 담당공무원, 개 발은행, 심지어 주민 등 다양한 이해당사자들에게 저 감대책의 필요성에 확신을 제공할 수 있어야 한다. UNISDR (2011a; 2011c), IHP (2012), ICHARM (2013), Sawano & Lee (2014) 등의 정책 논의들을 볼 때, 이해 당사자들은 저감과정 중에 정말 재난이 발생할 수 있 을 것인가 (질문 ①), 어느 지역이 특별히 위험한가 (질문 ②), 그리고 무슨 대책이 주민들을 보호할 수 있 을 것인가 (질문 ③)에 대한 의구심을 해소하고 자 한 다. 이를 위해 지난 10여년 동안 UN차원의 이니셔티 브 (대표적으로, Global Platform for Disaster Risk Reduction)와 함께 여러 가지 선도연구들(예를 들어, BCPR, 2004; Diley et al., 2005; ICHARM, 2013)이 추 진되었다. 이 연구들은 물재해에 대한 위험도 개념을 정립하였으며, 이용가능한 자료와 모형에 대해 방대 하게 검토한 바 있다. 특히, 물재해 중에서 홍수분야 의 경우 최근 발전된 수문기술들을 연계하고 사회취 약성에 대한 통계분석을 접목해 인적손실이나 경제적 피해를 만족스럽게 묘사할 수 있는 상당한 가능성이 제시되었다 (예로써, Okazumi et al., 2015; Lee et al., 2015a). 하지만 가뭄의 위험도에 대해서는 평가 방법 론을 검토한 시범사업들이 아직 만족스러운 결과를 얻지 못했으며, 특히, 저감대책이라는 실무에 활용되 기에는 여전히 위험도 정보의 설득력이 불충분하다고 알려져 있다 (UN-Water, 2012; UNISDR, 2011b).

    1.2.문제 정의

    이 같은 배경속에서, 본 연구는 이해당사자들이 갖 게 되는 의구심을 해소하려는 차원에서, 다음의 세 가 지 요구조건을 충족할 수 있는 위험도 평가 방법론을 제시코자 한다. 첫째 (질문 ①에 대해), 위험도 평가를 통해 가뭄으로 인한 피해규모를 판단하는 데에 도움 을 제공한다. 즉, 위험도의 크기를 이상가뭄시 실제로 관찰 또는 계량가능한 피해로 표현한다. 둘째 (질문 ②에 대해), 특정 가뭄 조건하에서 넓은 지역에 걸쳐 위험도가 집중된 지역을 명확히 설정한다. 이에, 위험 도 산정시 가뭄세기와 지속기간의 조건을 고정한 뒤 피해지역에 대한 공간분석을 수행키로 하였다. 셋째 (질문 ③에 대해), 효과적인 저감대책을 발굴하기 위 해서는 해당 지역에 맞게 위험도가 발생되는 근본원 인을 이해할 수 있어야 한다. 따라서 위험도 평가 방 법론을 통해 고위험지역에 사회경제적 피해 영향을 발생시키는 기저요인 (underlying risk factors)을 파악 하는 점 또한 중시하였다.

    본 연구는 다음과 같은 부분에 기여할 수 있을 것이 다. 우선 학술적으로는 사회경제적 피해와 관련된 위 험도를 공간분석할 수 있는 차별화된 방법론 체계를 제안코자 한다. 최근 UNESCO IHP에서는 2013-2021 8차전략계획을 수립함에 있어서, 정책결정자가 물재 해와 관련된 위험도 의사결정에 전문가들의 지원을 충분히 받고 있지 못하고 있다는 점을 분명히 밝히고 있다. 이에 첫 번째 중점연구분야로서, 사회경제적 요 소들을 고려해 실제 피해를 예상하는 데에 도움이 되 는 방법론을 구축토록 권고하고 있다. 정책적으로는, 국내 도서 ‧ 산간지역이나 용수전용댐 또는 간이상수 도시설을 이용하는 지역에 대한 적절한 전략 수립에 기여할 여지가 클 것으로 판단된다. 이 지역들은 가뭄 빈도 10년 이내의 조건에서도 저수량이 쉽게 고갈되 는 시설에 의존할 뿐만 아니라, 1차 산업 또는 관광산 업의 우세, 낮은 급수 효율성, 개인과 지자체의 낮은 경제적 기반 (fragility) 등의 특징을 갖고 있어 가뭄에 큰 피해를 받을 수 있다 (Lee et al., 2009). 기후변화로 인해 기상‧수문의 계절성과 지역 개발 특성의 변동폭 이 심화되고 있기 때문에 (Lee & Park, 2011), 이 지역 주민들을 가뭄으로부터 보호하기 위한 선제적 대책은 시급한 상황이다. 머지않아 전국적인 차원에서 적절 한 저감방향 (즉, 일괄적 시설 확보 대책 vs. 국지적․ 한시적 보완대책)에 대한 정책 논의가 착수된다면, 본 연구 결과는 판단의 기초로 활용될 수 있을 것이다.

    논의를 좁히기 위해 본 연구는 가뭄의 사회경제적 관점, 특히, 주민생활에 주는 피해에 대해 한정키로 하 였다. 가뭄 위험도 또한 “장기간 강수량 저조로 인해, 생활용수 수급불균형이 초래할 수 있는 주민들의 잠재 적인 고충”으로 좁은 정의를 사용하기로 한다. 위험도 평가 방법론의 유용성을 실증하기 위해서는 광동댐의 급수지역을 대상으로 사례연구를 실시한다. 이 지역은 태백시, 정선군 일부, 삼척시 일부로 구성되어 있는데, 2008년 가을부터 2009년 초까지 계속된 가뭄으로 광동 댐이 고갈되어 극심한 물부족 사태를 경험하였고, 특 히, 태백시는 특별재난지역으로 선포된 바 있다.

    2.사례대상지: 광동댐 급수지역

    Fig. 1과 같이 광동댐은 남한강유역 중 가장 상류의 표준유역에 위치한다. 이 표준유역은 평균표고가 해 발 929 m에 달하고 유역면적이 121 km2에 불과한, 전 형적인 높고 좁은 유역특성을 갖는다. 표준유역 인근 에 기상자료는 두 지점, 즉, 동해 기상관측소와 태백 기상관측소에서 측정되고 있다. 6-9월 동안의 홍수기 에는 동아시아 몬순의 영향을 받아 전형적인 여름철 강수특성을 보이고 있는데, 세 달 동안 평균강수량이 863.8 mm으로 연평균의 66%를 상회한다. 이에 반해 10월에서 5월 동안의 갈수기에는, 8개월 동안 평균강 수량이 440.1 mm으로 연평균의 34%에 불과하다 (Yoon et al., 2014).

    생활용수 공급시설 제원은 다음과 같이 구성되어 있다.

    • 광동댐 저수지: 한강지류인 골지천에 위치한 광동 댐은 용수전용댐으로 홍수기 동안 충분히 채운 뒤 갈 수기에 생활용수를 공급하도록 운영되고 있다. 유효 저수용량은 8백만톤이며, 정상표고, 계획홍수위, 저수 위는 각각 해발 678.5, 675.3, 662.0 m로 설계되어 있 다. 취수능력은 일일 70 천톤인데 태백시, 정선군, 삼 척시에 각각 36.5 천톤, 20.5 천톤, 10.0 천톤씩 배분되 어 있다. 또한 현재는 공급되지 않지만 영월시도 3.0 천톤의 배분량을 갖고 있다.

    • 용수공급시설: 광동댐의 취수량은 황지정수장에서 처리된 뒤, 황지분기를 거쳐 왼쪽의 상동계통과 오른 쪽의 도계계통으로 나누어서 공급되고 있다. 상동계통 에는 정선군의 두문배수지를 중심으로 총 10개의 급수 구역들이 위치하고 있다. 도계계통에는 태백시의 황지 배수지와 통리배수지를 중심으로 8개의 급수구역들이 위치하고 있다. 총 18개의 급수구역은 계통, 행정구역, 지리적 위치 등을 감안해서 크게 4개의 급수지역으로 Table 1과 같이 구분할 수 있다. 눈에 띄는 점은 태백 시, 정선군, 삼척시의 무수율은 각각 73.6%, 38.9%, 그 리고 62.1%로 타 지역에 비해 급수효율성이 크게 낮은 상황이다 (MOE, 2013). 또한 급수지역 I과 III은 일반 주거 및 상업지역이고, 급수지역 II는 폐광지역과 소규 모 공장이 위치하고 있으며, 급수지역 IV은 주로 위락 시설 인근의 관광업이 성행되고 있다. 그 결과 1인 1 일 사용량은 지역별로 크게 차이를 보이고 있다.

    • 기타 공급물량: 광동댐 저수지를 통한 광역상수도 외에도, Table 2와 같이 지방상수도를 통해서도 일평균 17,000 톤에 해당되는 수량을 추가적으로 받고 있다.

    3.방법론

    위험도의 복합적인 속성 (Lee et al., 2015b)으로 인 해, 위험도를 이해하기 위해서는 물리적 속성인 재해 특성 (hazard), 피해를 받을 수 있는 객체의 재해에 대 한 근접성인 노출특성 (exposure), 그리고 재해와는 무 관하게 해당 공간과 객체가 지닌 피해 민감성인 취약 성 (vulnerability)을 종합적으로 고려해야 한다. 이러한 맥락에서, 본 연구에서 가뭄 위험도는 다음과 같이 평 가키로 하였다.

    • 가뭄재해특성: 특정 가뭄 조건에서 해당 지역의 물이용가능성 (m3/월)으로 평가

    • 노출특성: 특정 가뭄 조건에서 해당 지역의 물부 족 영향으로, 물부족을 겪는 영향인구 (명), 물부족일 수 (일), 물부족 기간 동안의 용수수급도 (%)의 세 가 지 속성으로 평가

    • 노출특성: 특정 가뭄 조건에서 해당 지역의 물부 족 영향으로, 물부족을 겪는 영향인구 (명), 물부족일 수 (일), 물부족 기간 동안의 용수수급도 (%)의 세 가 지 속성으로 평가 저하)으로, 과거 가뭄 피해기록에 나타난 노출특성–위 험도 곡선을 통해 도출

    • 가뭄 위험도: 특정 가뭄 조건에서 특정지역의 생 활용수 수급불균형이 초래할 수 있는 주민들의 잠재 적인 고충 (원)으로 정의

    3.1.가뭄재해특성 평가 방법

    특정 가뭄 조건에서 사례대상지의 물이용가능성을 평가하기 위해, 먼저 광동댐 표준유역의 강수량 기록 을 토대로 가뭄의 두 조건 (심각한 가뭄과 극단적인 가뭄)에 대한 갈수기 유출량의 대표 시계열 자료를 도 출키로 하였다. 다음으로는 선행연구에서 제시된 용 수공급관리 모의모형을 이용해 두 가뭄 조건의 유출 량으로부터 실제 급수지역에 도달하는 양, 즉, 용수이 용가능량의 시계열 자료를 도출하였다.

    3.1.1.특정 가뭄조건에서 해당 유역의 갈수기 유출량 조사

    표준유역 인근에 위치한 태백관측소와 동해관측소 의 1993년 1월에서 2014년 12월까지의 월단위 강수량 자료로부터 티센기법을 이용해 면적평균 강수량 자료 를 얻었다. 이 자료를 이용해 가뭄의 특성치 를 분석 하는 데에는 SPI (Standard Precipitation Index) 방법을 적용하였다. McKee et al. (1993)는 평년에 비해 강수 량이 장기간 감소할 때 가뭄이 발생한다는 점에 착안 해 특정 지속기간 동안 누적 강수량에 대한 분포상의 평균치와 실제 누적 강수량의 차를 표준편차로 나눈 뒤 정규화한 지수, 즉, SPI를 처음 제시하였으며 현재 가뭄 세기를 판단하는 데에 국제 표준으로 사용되고 있다 (WMO, 2012). 이 정규화 지수는 음수의 값을 갖게 되면 해당 지속기간 동안 평년에 비해 강수량이 저조하였다는 의미이며, 특별히 –1.5 이하일 경우를 심각한 (severe) 가뭄 세기로, - 2.0 이하일 경우를 극 단적인 (extreme) 가뭄 세기로 간주된다. 본 연구에서 는 McKee et al. (1993)가 제시한 감마확률분포에 대 한 근사식을 이용해 SPI의 월단위 시계열 자료를 구 하기로 하였다. 또한 강수량 저하에 대한 지속기간의 경우 이전 연구 (WMO, 2012)에서 사회경제적 피해를 유발하는 가뭄은 지속기간이 3개월 이상에서 잘 관찰 된다는 점에 유의하기로 하였다. 따라서 본 연구에서 는 지속기간 3개월과 6개월에서 SPI 시계열 자료를 각각 얻은 뒤, 가뭄피해기록과 비교해 해당 유역의 가뭄 세기 분석에 적합한 지속기간을 추후 선택키로 하였다.

    적합한 지속기간에서의 SPI 시계열 자료를 구한 다 음에는 심각한 가뭄 조건 (-2.0 < SPI ≤ -1.5)과 극단 적인 가뭄 조건인 (SPI ≤ -2.0)가 발생된 가장 최근 시 점을 각각 확인하였으며, 해당되는 갈수기 동안의 일 단위 유출량 시계열 자료를 국가수자원관리종합정보 시스템 (WAMIS)을 통해 확보하였다. 이 두 가지 일단 위 유출량 시계열 자료는 두 가지 가뭄 조건에 해당 하는 표준유역의 유출량 대표값으로 간주되었다.

    3.1.2.댐 저수지 및 용수공급 시스템 운영을 고려한 급수지 역 이용가능량 시계열 분석

    특정 가뭄 조건에 대한 관심유역의 갈수기 유출량 대표값으로부터 급수지역들의 생활용수 이용가능량 을 분석하는 데에는, Lee et al. (2012)에서 개발한 뒤 Cha et al. (2012)의 기후변화 갈수기 영향평가 연구에 서도 활용된 바 있는 용수공급관리 모의모형을 활용 키로 하였다 (해당 모형에 대한 자세한 수식 뿐만 아 니라 광동댐 저수지의 물수지 및 도달가능량에 대한 검증은 이미 Lee et al. (2011)의 연구에서 제시된 바 있다). 동 모형은 저수지 관리자의 운영규칙과 비상대 책에 따라 급수지역의 도달 가능량을 손쉽게 평가할 수 있도록 Stella ver.8.0으로 구현된 것이다. 모형은 크 게 두 부분으로 구분된다. Fig. 2(a)의 부분은 유출량 시계열 자료로부터 저수지 물수지를 산정하는 것으 로, 홍수위에 도달하게 되면 여수로 방류를 하고 저수 위에 가까워지면 평시 또는 비상시 운영에 대한 판단 을 해 이미 설정된 프로토콜에 따라 일정 비율만큼 취수량을 줄이는 과정을 담고 있다. Fig. 2(b)의 부분 은 취수량이 정수된 뒤 지역별 계약량의 비율에 따라 배분된 뒤 타수원 공급량을 합해 송수되며, 이후 관로 손실을 감안해 최종적으로 각 급수지역 생활용수 이 용가능량이 결정되는 과정을 묘사한다. 만일 저수지 의 비상 운영 조건이 되면 해당 저수지의 취수량이 제한되는 대신 타 수원을 통한 공급량이 극대화되는 규칙을 포함하고 있다. 최종적으로 두 가뭄조건에 대 해 급수지역별로 생활용수 이용가능량의 일단위 시계 열 자료에 대한 정보를 얻을 수 있다. 갈수기 시작 이 후 t번째 일에서 i번째 급수지역에 대한 생활용수 이 용가능량은 Qia[t] (m3/일)로 정의한다.

    3.2.노출특성 평가 방법

    노출특성 평가는 가뭄조건에서 도출된 생활용수 이 용가능량으로부터 각 급수지역의 물부족 영향을 파악 하는 데에 초점이 있다. 이 물부족은 용수수급 불균형 에 의해 발생된다. 이에 각 지역별로 생활용수 수요 Qid (Table 1의 급수인구와 1인1일 사용량 자료를 곱함) 와 이용가능량 Qia [t]를 비교해 월단위로 물부족 영향 인구, 물부족일수, 물부족기간 동안의 용수수급도를 각각 분석하였다. 이 같은 노출특성은 3가지 경우에 따라 달리 산정된다. 즉, 해당 월 내내 이용가능량이 수요를 상회하는 경우 (Case ①), 해당 월 중 일부는 이용가능량이 수요에 미치지 못하는 경우 (Case ②), 해당 월 중 항상 이용가능량이 수요에 미치지 못하는 경우 (Case ③)가 있으며, 각각에 대한 노출특성은 다 음과 같이 산정될 수 있다 (여기서, Eij, Dij, Rij는 각각 i번째 급수지역의 j번째 월에 대한 물부족 영향인구 (명), 물부족일수 (일), 용수수급도 (%)를 의미한다).

    • 항상 가능량이 수요를 상회한 경우 (Case ①): Eij = 0 (명), Dij = 0 (일), Rij = 100 (%)

    • 특정 기간 동안 수요에 미치지 못한 경우 (Case ②)

    E ij = P i , D ij = t = t j s t j e d ij t , R ij = 100 t = t j s t j e d ij t × Q i a t / Q i d / t = t j s t j e d ij t %

    • 항상 가능량이 수요에 미치지 못한 경우 (Case ③)

    E ij = P i , D ij = t j e t j s + 1 , R ij = 100 t = t j s t j e Q i a t / Q i d %
    (1)

    3.3.위험도 산정 방법

    3.3.1.취약도 평가

    노출특성이 동일하다고 해도 가뭄으로 인한 피해규 모는 다양한 요인에 의해 크게 차이가 날 것이다. 예 를 들면, 주민이 거주하는 위치 (교외, 중심지 등), 라 이프 스타일 (원예 및 조경, 정수기 또는 병물 이용, 세탁 방식, 가옥내 거주 시간 등), 생계활동 (영업활동 의 용수 의존도, 관광업 의존도 등), 가구 구성 (노약 자 보호 필요 등)의 요인들은 자연현상으로서의 위협 은 아니지만, 일단 물부족에 노출되면 피해의 크기를 상당부분 결정할 수 있다. 문제는 아직 가뭄 위험도와 관련해 어떠한 취약성 요인들이 유의한 지에 대해 이 론적으로 정립되지 않았다. 본 연구에서는 취약성 요 인들을 일일이 실증분석하기 보다는, 사례대상지의 과거 가뭄피해자료를 기초해 노출특성-주민고충피해 액 관계를 정량화하였다.

    이를 위해, 먼저 실제 가뭄피해조사 기록 (Taebaek City, 2009)을 이용해 주민고충과 관련된 피해항목을 선정한 뒤 재집계하였다. 산업피해, 농업피해, 공공부 문피해 등은 제외하고, 주민생활 부문에서 정신적‧사 회적 피해와 일상생활 피해 중 직접적인 항목들을 선 별하였다 (즉, 모금과 구호와 관련된 항목은 제외). 가뭄피해조사 기록은 위에서 선정된 항목에 대해 가 뭄 발생 전 기간 동안 누적피해액을 제시하고 있다. 따라서 이 피해액을 가뭄 발생 전 기간 동안의 실제 노출특성과 결부시켜 주민 1명이 물부족 기간 1일 동 안 용수수급도 1% 저하될 때 발생하는 평균적인 피 해비용을 구한 뒤, 다음과 같이 노출특성-주민고충피 해액의 관계를 도출키로 하였다 (실제로 피해민감성 의 비선형성을 고려하면 1% 저하시 발생되는 피해비 용은, 예를 들어, 수급도 90%에서 감소될 때와 50% 에서 감소될 때가 동일할 수 없다. 이에 가뭄피해자 료를 축적해 노출특성-주민고충피해액 관계곡선을 더욱 현실적으로 묘사하는 것 또한 중요한 추후연구 대상임).

    위험도 = k × 노출특성 C ij = k × 100 R ij × E ij × D i
    (2)

    여기서 Cij는 i번째 급수지역에서 j번째 월동안 주 민고충에 대한 피해액 Cij (원)이며, k는 주민 1명이 물부족 기간 1일 동안 용수수급도 1% 저하될 때 발생 하는 평균적인 피해비용을 의미한다. Taebaek City (2009) 사례에 의하면, 취수제한으로 인해 물부족이 발생한 123일 동안 평균적으로 용수수급도가 73.3% 수준이었다. 따라서 398억원의 피해환산액은 일평균 약 3억 2천만원이며 (=39,794,431,012원/123명), 1% 만 큼의 용수수급도 저하시 마다 882만원이 발생 (=320,000,000원/36.7%저하)하였음을 알 수 있다. 또한 당시 조사에 반영된 급수인구가 51,285명임을 감안할 때 한 개인이 용수수급도가 1% 저하될 때마다 하루에 172원의 고충을 겪게 됨을 알 수 있다. 따라서 본 연 구에서 k의 값으로 172를 적용키로 하였다.

    3.3.2.위험도 산정

    마지막 단계는 특정 가뭄 조건에서 급수지역들의 주민고충 피해를 월단위로 산정해 위험도를 계량한 다. 여기에는 취약도 평가 단계에서 얻은 노출특성–주 민피해 관계식을 사용해, 특정 가뭄 조건에서 급수지 역별로 분석된 노출특성을 주민고충 피해액으로 환산 키로 하였다. 추가적으로 공간해상도 높은 위험도 지 도를 월단위로 만들고자 하였다. 여기에서는 한 급수 지역 전체의 피해액은 1 km × 1 km 격자에서 발생하 는 피해액들의 합이며, 각 격자의 피해액은 이곳 인구 에 비례한다고 간주하였다. 각 격자의 인구자료로는 미국 Oak Ridge National Laboratory에서 센서스 자료 와 야간영상자료 보간을 통해 구축한 고해상도 인구 지도인 LandScanTM ver. L2009을 이용하였다.

    4.결과 및 검토

    4.1.가뭄재해특성 평가 결과

    광동댐 표준유역에 대한 지속기간 3개월과 6개월의 SPI 시계열 자료는 각각 Fig. 3과 같이 얻을 수 있었다. 가뭄 피해 기록 (MOCT, 1995; MOCT, 2002; K-water, 2005; Taebaek City, 2009; MLTM, 2011)과 비교할 때, 두 가지 지속기간 중에서 6개월이 사례대상지의 사회 경제적 가뭄을 분석하는 데 더 적합한 것으로 판단되 었다.

    • 지속기간을 3개월로 가정한 경우 (Fig. 3(a)): 20여 년 동안 SPI –2.0 이하의 극단적인 가뭄이 1994년 4월 (t=7), 1999년 2월 (t=65), 2000년 4월 (t=79), 2001년 5 월 (t=92)의 4차례로 너무 자주 발생한 것으로 나타났 다. 게다가 2001년 5월에는 SPI = -3.0으로 설명하게 힘든 값을 얻게 될 뿐만 아니라 2009년 봄에 저수지 가 고갈되는 유례없는 현상에 대해, 3개월 SPI는 적당 한 가뭄 (moderate drought)으로 해석하였다.

    • 지속기간을 6개월로 가정한 경우 (Fig. 3(b)): 동 기 간 동안 극단적인 가뭄은 1996년 2월 (t=29)과 2009년 2월 (t=185)의 2차례 발생한 것으로 분석되었다. 이 두 시점은 모두 해당 사례대상지가 극심한 가뭄피해를 겪 은 시점과 잘 일치했으며, 특히 2009년 2월에 해당유 역의 저수지가 고갈된 점 또한 잘 설명할 수 있었다.

      6개월 지속기간 SPI 시계열 자료를 토대로, 심각한 가뭄과 극단적인 가뭄이 발생된 가장 최근 시점은 각 각 2013-2014 갈수기와 2008-2009 갈수기이다. 각 시 점별로 국가수자원관리종합정보 시스템 (WAMIS)에 기록된 일단위 유출량 시계열 자료를 확보한 뒤, 각각 심각한 가뭄 조건과 극단적인 가뭄 조건에 해당하는 표준유역의 유출량 대표값으로 간주하였다. 이 유출 량 자료를 용수공급시설 관리모형에 입력하였을 때 저수지 물수지는 Fig. 4와 같이 분석되었다.

    • 심각한 가뭄 조건 (-2.0 < SPI ≤ -1.5): 10월, 3월, 4 월, 5월에는 유입량이 작지 않아 여수로 방류가 필요 하였고, 11월 이후 2월까지는 유입량이 저조해 수위가 감소하지만 취수를 위협하는 수준은 아님을 알 수 있 었다. 즉, 심각한 가뭄 조건은 해당 저수지와 이후의 용수공급계통에 의미있는 영향을 주지 않는 것으로 분석되었다 (이에, 이후의 위험도 평가 불필요).

    • 극단적인 가뭄 조건 (SPI ≤ -2.0): 갈수기 초인 10 월부터 유출량이 거의 발생하지 않기 때문에 저수지 수위는 빠르게 감소하며 여수로 방류량은 전혀 발생 하지 않았다. 게다가 1월 말에 이르게 되면 수위가 사 수위에 가까워져 취수 제한이 필요한 응급 상황을 맞 게 됨을 알 수 있었다. 또한 3월 말까지 두 달 이상 취 수가 정상적으로 이루이지지 않았다.

    극단적인 가뭄 조건에 대해 급수지역별 용수 이용 가능량은 Fig. 5와 같이 해석되었다. 급수지역 I과 급 수지역 IV의 경우, 비교적 물수요가 클 뿐만 아니라 광동댐 용수에 대한 의존도가 높다. 그 결과, 취수량 제한이 이루어졌을 때 지방상수도 공급량을 극대화하 더라도 실제 도달하는 총 이용가능량은 상당히 저하 됨을 알 수 있다. 급수지역 II의 경우 광동댐에 대한 의존도가 그리 높지 않다. 게다가 지방상수도의 여유 용량이 비교적 확보되어 있기 때문에 취수량이 제한 되더라도 이용가능량 저하는 발생하지 않을 것으로 분석되었다. 급수지역 III의 경우 이미 지방 상수도가 설계용량을 초과해 공급되고 있어 부족분 보충이 힘 들다. 따라서 광동댐 의존도가 그리 높지 않고 물수요 도 낮은 지역임에도 불구하고, 취수량 제한으로 인한 영향이 어느 정도 발생할 것으로 판단되었다.

    4.2.노출특성 평가 결과

    극단적인 가뭄 조건에서 얻은 용수 이용가능량과 용수수요를 비교했을 때 각 급수지역별 노출특성은 Table 3과 같이 분석되었다. 급수지역 II를 제외하고 는, 취수량 제한으로 인해 수급불균형이 1월 말에서 3 월 말까지 동시에 발생해 물부족일수는 동일하다. 하 지만 물부족 영향인구와 물부족기간동안의 용수수급 도는 크게 다름을 알 수 있다.

    4.3.위험도 평가 결과

    아래 Table 3에 제시된 노출특성 자료를 식 (2)에 적용해 극단적인 가뭄 조건에서 주민고충 피해액을 산정하였다. 그 결과는 Table 4와 같이 10월에서 12월 까지, 그리고 4월과 5월에는 피해액이 전혀 발생하지 않지만, 1월에서 3월까지의 기간 동안은 전체 사례대 상지에 150억원을 상회하는 피해를 발생시킬 수 있음 을 알 수 있었다. 또한 해당 연구 결과는 태백시 가뭄 사태 원인분석 연구 (Lee et al., 2009)에서 언급된 당 시 피해상황의 시간적‧공간적 분포를 잘 설명할 수 있 음을 확인할 수 있었다. 전체 피해규모에 대해서는 선 행연구에서 제시한 수준의 약 60%에 불과하였다. 이 차이는, 선행연구에서는 일본의 후생성 물부족량 대 비 비선형 피해곡선을 토대로 산정하였음에 반해 본 연구에서는 실제 주민들을 대상으로한 피해액 조사를 토대로 단순화하였기 때문이라 할 수 있다.

    추가적으로, 인구전자지도를 이용해 급수지역별 피 해액을 상세화시킨 결과는 Fig. 6과 같다. 가뭄 저감대 책 의사결정 과정에서, 본 연구에서 제안된 가뭄 위험 도 평가를 통해 만든 이 가뭄 위험도 지도는 다음과 같은 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단되었다.

    • 위험도 평가 방법은 가뭄의 피해규모를 판단하는 데에 도움을 제공하는가? 강수량 대비 심각한 가뭄에 대해서는 사례대상지는 물부족 피해를 입지 않을 것 으로 분석되었다. 하지만 극단적인 가뭄이 발생할 경 우, 급수지역 II를 제외한 전 지역 주민들은 큰 고충을 겪을 수 있을 것으로 판단되었다. 극단적인 가뭄시 5 만 여명의 주민들이 150억원 이상의 잠재적인 피해수 준을 감내해야 한다는 결과는 저감대책이 필요하다는 점을 잘 드러내주고 있다.

    • 위험도 평가 방법은 특정 가뭄 조건하에서 넓은 지역에 걸쳐 위험도가 집중된 지역을 명확히 설정할 수 있는가? 극단적인 가뭄이 발생할 경우, 2월과 3월 중 상당한 피해가 급수지역 I의 넓은 한 곳 (주거상업 지역)과 급수지역 IV의 두 곳 (관광지역과 영세 공장 지역)에 집중될 수 있음을 알 수 있었다. 게다가 저감 대책이 필요한 공간범위를 1 km × 1 km 단위로 명확 히 설정할 수 있다.

    • 위험도 평가 방법은 고위험지역의 기저요인에 대 한 이해를 제공하고 적절한 저감방향을 제시할 수 있 는가? 재해특성, 노출특성, 위험도 산정 등의 단계를 통해, 선정된 고위험지역은 높은 물수요, 낮은 유수율, 광동댐에 대한 높은 의존도, 지방상수도 추가 공급능 력 부족 등의 문제들이 복합적으로 관여하고 있음을 알 수 있었다. 각각의 문제를 해결하기 위한 저감대책 발굴이 가능하고, 제시된 평가기법을 이용해 발굴된 대책들의 효과를 분석하는 것도 가능하다. 저감대책 을 강구함에 있어서 특별히 중요한 점은, Fig. 6의 가 뭄 피해가 “극단적인” 가뭄 조건에서야 발생할 뿐더 러, 일부구역에 잠재적인 피해가 집중되어 있다는 점 이다. 따라서 추가 수원을 개발하거나 장거리 도수를 통해 일괄적으로 해결하려는 대책은 건설비와 유지관 리 비용에 비해 사업의 효과가 충분하지 않을 가능성 이 높다. 대신, 선정된 고위험구역을 중심으로 한시적 으로 피해를 완화하기 위한 보조대책이 적절할 것으 로 판단되었다. 예를 들어, 고위험구역을 중심으로 지 하관정의 수질을 상시적으로 관리하고, 물부족시 즉 시 용수공급을 보조하는 방안은 좋은 대안이 될 수 있을 것이다. 고위험구역을 포함하는 공급계통에 대 해 유수율을 확보해 물이용의 효율성을 높이는 대안 또한 기회비용이 크지 않아 바람직한 대안이라 판단 된다. 아울러 광동댐 저수량 감소시 동시에 타수계 공 급이 용의하지 않고 지하수위 감소도 심각해진다면 고위험구역 내 의료복지시설, 공공청사, CI (critical facility) 등에 대해 갈수기 동안 비상용수를 확보‧운용 토록 지원책이 마련되어야 할 것이다.

    5.결 론

    본 연구에서는 가뭄분야 저감대책 논의과정에서 이 해당사자들의 현실적인 의구심들을 해소하는 데에 필 요한 가뭄 위험도 평가 기법을 제시하고자 하였다. 가 뭄의 사회경제적 측면, 특히, 주민생활의 고충에 초점 을 맞춰, 재해특성, 노출특성, 취약성, 그리고 위험도 의 기본개념과 분석방법들을 제안하였으며, 가뭄으로 인한 피해규모를 판단하는 데에, 위험도가 집중된 지 역을 설정하는 데에, 그리고 고위험지역의 기저요인 에 대한 이해하는 데에 상당한 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 이를 바탕으로, 극단적인 가뭄에 대한 저감대책은 과거의 일괄적인 시설용량 확보 대책이 아닌, “보다 소프트하게” 한시적으로 피해를 줄이는 데에 도움되는 다양한 보조대책이 적합한 점을 어렵 지 않게 예상할 수 있었다. 다른 자연재해와는 달리, 가뭄에 대해 위험도를 평가해 정책결정자들과 의사소 통하려는 연구는 여전히 미개척된 주제라 할 수 있다. 본 연구를 통해서도 그 가능성 보다 추후 연구 필요 성을 더 많이 발견할 수 있었다. 이에 본 연구에서 제 시된 방법론을 개선할 수 있도록 다음과 같은 연구항 목들을 추후 연구로 제안코자 한다.

    • 전국적인 차원에서 소규모 전용댐에 의존하는 지 역에 대한 위험도 평가 연구

    • 전국적인 차원에서 사회경제적 가뭄 판별에 적합 한 적정 지속기간에 대한 연구

    • 기후변화 및 도시개발 시나리오에 따른 가뭄 위험 도 전망

    • 지역의 개발특성에 따른 저감대책 효과 차이 실증

    • 취약성 요인들을 구체화하고 각각의 피해민감도 실증

    • 생활용수 물부족 외에도 공업용수, 농업용수, 기 타용수에 대한 연구 확대

    • 극단적인 가뭄시 지자체 물안보를 확보하기 위한 대규모 다목적 댐에 대한 적정 의존도

    Figure

    JKSWW-29-381_F1.gif

    Location of the Gwangdong Watershed Basin.

    JKSWW-29-381_F2.gif

    Stock-and-Flow Diagram of the Water Supply Management Model.

    JKSWW-29-381_F3.gif

    Results of Estimating the SPI Time Series for the Gwangdong Watershed Basin.

    JKSWW-29-381_F4.gif

    Results of Simulating Reservoir Water Level and Withdrawal Restriction.

    JKSWW-29-381_F5.gif

    Change in Water Supply Availability in the Service Areas at the Extreme Drought Condition.

    JKSWW-29-381_F6.gif

    Drought Risk Map at the Extreme Drought Condition

    Table

    Service Areas: consisting of a total of 18 service districts with 59,000 service persons

    1)[Source] K-water‘s internal documents (Feb. 2015) for service districts, service population and water consumption data; Yearly waterwork statistics (MOE, 2013) for non-revenue for water which is reported at the municipality level

    Local water supply systems with which service areas are connected

    [Source] Recalculated with water supply network diagrams in the WAMIS and MOE (2013)

    Results of Exposure Assessment at the Extreme Drought Condition

    Results of risk calculation at the extreme drought condition (unit: 1 bil. KRW)

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