Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

물, 에너지, 식량은 인류 삶과 지속가능한 발전의 기반이 되는 핵심자원으로 상호 연계되어 있다. 각 자원 부문의 소비량을 동일한 기준으로 통합하고, 지역별 특성과 부문 간 상호작용을 정량적으로 분석할 수 있는 방법론인 물발자국이 대두되고 있다. 본 연구는 물발자국을 활용하여 우리나라 17개 시도의 에너지 및 식량 부문의 물 소비 특성을 분석하였다. 에너지 부문에서는 에너지원별 소비량, 냉각 방식, 지역별 물 스트레스 지수를 고려하여 산정한 결과, 울산(1,083.7 m³)이 전국에서 가장 높은 물발자국을 보였으며, 충남(621.5 m³)과 인천(600.8 m³) 역시 발전·산업 중심 구조로 상위권을 차지하였다. 반면, 태양광과 풍력은 전체 에너지원 중 가장 낮은 수준으로, 수자원 부하가 거의 없는 친환경적 에너지원임을 확인하였다. 식량 부문에서는 쌀 재배를 중심으로 녹색(강우), 청색(관개), 회색(오염 희석) 물발자국을 구분하여 산정하였다. 전국 평균 총 물발자국은 4,821 m³/ton으로 계산되었으며, 제주를 제외할 경우, 전국 평균은 약 1,900 m³/ ton으로 산정되었다. 제주를 제외한 내륙 지역의 구성 비율은 녹색 90% 이상, 청색 3 ~ 5%, 회색 1% 미만으로, 우리나라 식량 부문이 강우 의존형 농업 구조임을 보여준다. 본 연구는 에너지와 식량 부문의 자원 소비량을 단일 단위(m³)로 정량화하여 부문별 상대적 규모와 공간적 분포를 효과적으로 비교하였다. 본 연구결과는 물-에너지-식량(WEF) 넥서스 기반의 통합 자원 관리 전략 수립 및 기후변화 대응 정책 개발에 활용 가능하다.

전 세계적인 기후 변화로 인해 예측이 어려운 자연재해의 발생이 증가하고 있으며, 특히 돌발 홍수의 빈도 및 피해 규모가 확대되고 있다. 이에 따라 수공 구조물의 설계의 중요성이 증대되고 있는 실정이다. 수공 구조물의 공학적 설계 기준은 설계 홍수량이며, 이는 확률 강우량 산정, 강우 강도 추정, 유출 해석, 그리고 설계 홍수량 산정의 절차를 거쳐 수행된다. 따라서 적절한 수공 구조물의 설계 기준을 설립하기 위하여 빈도해석이 중요할 것으로 사료되었으며, 연구를 수행하고 분석하기 위하여 충분한 강우자료가 있어야 할 것으로 판단되었다. 이에 따라 장기 강우 관측 자료를 보유하고 있는 경상남도 부산광역시 중구에 위치한 부산 관측소의 시 강우량 자료를 활용하였다. 국내에서는 일반적으로 RFAHD (Regional Frequency Analysis for Hydrological Data)가, 국외에서는 HEC-SSP (Statistical software Package)가 빈도 해석 도구로 활용되고 있다. RFAHD는 일반적으로 연 최대 강우량을 이용하여 빈도 해석을 실시한 후 해석 결과를 강우-유출 모형에 적용하여 빈도별 홍수량을 산정하는 방식이며, HEC-SSP는 미 육군 공병단에서 개발한 수문 통계 분석 도구로, 일반적으로 Bulletin 17B 및 17C 등의 해석 기법을 적용하여 홍수량 자체에 대한 빈도 해석을 수행한다. 강우-유출 모형으로 빈도별 홍수량 산정 시 각 모형에 따라 결괏값들에서 차이를 가지게 된다. 따라서 본 연구는 동일한 입력자료를 바탕으로 RFAHD와 HEC-SSP에서 빈도 해석을 수행하고, 각 프로그램의 해석 결과 및 분포형 차이에 따른 결과를 비교·분석하여 우리나라에서의 빈도해석 방법 적정성을 평가하였다.

본 연구는 Sentinel-2 위성영상을 이용하여 의암호의 수심을 추정하고, 수체의 광학적 이질성이 예측 정확도에 미치는 영향을 분석하였다. 자연계 수체의 분광 신호는 부유물질 농도, 조류 성장, 바닥반사 특성 등의 변화로 인해 공간적 이질성이 크게 나타나며, 이는 수심-반사도 관계의 비선형성과 국지적 변동성을 증가시키는 요인으로 작용한다. 전역 모델인 Random Forest (RF)는 전체적인 수심 패턴을 재현하는 데에는 유효하였으나, 광학 특성이 급변하는 수역에서는 예측오차가 상대적으로 크게 증가하였다. 반면 Geographically Weighted Regression (GWR)은 공간적으로 변화하는 수심-반사도 관계를 국지적으로 추정함으로써 이러한 이질성을 효과적으로 반영하였다. 그 결과 GWR 기반 수심 예측 결과는 RF 모델 대비 MAPE는 22.3% 감소하고 R² 역시 9.3% 상승하는 등 수심 분포 예측 정확도가 향상되었다. 또한 GWR 회귀계수는 공간적으로 크게 변화하는 양상을 보였으며, 이는 의암호 수체가 강한 광학적 이질성을 지님을 시사한다. 본 연구는 광학적 이질성이 강한 내륙 호수 환경에서 단일 전역 모델 기반 접근법이 갖는 구조적 한계를 규명하였고, 공간 가변성을 반영한 GWR 기법이 위성영상을 활용한 수심 추정 정확도를 향상시키는 효과적인 대안임을 보여준다.

본 연구는 AR6 기반 기후변화 시나리오를 활용하여 우리나라 5대강 유역의 미래 유출량과 가뭄 변화를 전망하고자 한다. 또한, 전국 5대강 유역의 유출량과 가뭄 변화를 동시에 비교 분석함으로써, 기존 연구에서 지역, 시기, 방법론의 차이로 인해 산재되어 있던 한계를 극복하고, 동일한 기준과 조건하에서 지역 간 변화를 직접적으로 비교하였다. 기상청에서 제공하는 20종의 기후변화 시나리오 중 7개를 선정하여 수문모형으로 유출량을 산출하였고, 이를 바탕으로 표준유출지수(Standardized Runoff Index, SRI)를 계산하여 가뭄 특성을 분석하였다. 기준기간(1991-2020년)과 두 개의 미래기간(2031-2060년, 2061-2090년)에 대해 유출량, 유출량 변동계수, 가뭄의 빈도·강도·지속기간의 변화를 비교하였다. 분석 결과, 금강 유역을 제외한 모든 유역에서 미래 유출량이 증가하였으며, 섬진강 유역은 먼 미래에 +20.2%로 가장 큰 증가를 보였다. 그러나 유출량 변동계수는 전국 약 15% 이상 증가하여 수문 체계의 안정성이 일부 저하될 가능성이 나타났다. 가뭄 분석에서는 대체로 빈도가 감소하였으나, 금강 유역과 영산강 유역은 빈도가 각각 +70.8%, +20.7% 증가하는 것으로 전망되었다. 가뭄 강도는 섬진강 유역의 일부 지역을 제외하고 대부분 심화될 가능성이 높았으며, 가뭄 지속기간은 대부분 유역에서 감소하였으나 금강 유역은 +8.3% 증가하였다. 종합적으로 금강 유역은 가뭄 발생 빈도, 강도, 지속기간이 모두 증가하여 향후 가뭄에 가장 취약한 유역으로 평가되었다. 또한, 본 연구 결과를 기존 AR4·AR5기반 유사 연구 및 최근 일부 지역에서 수행된 AR6 연구와 비교하여, 시나리오 세대 및 공간 범위 차이에 따른 일관성과 차이점을 분석하였다. 분석 결과, 논문에서 사용된 기후변화 시나리오와 지역에 따라 전망 결과의 일부 차이는 있지만, 전반적으로 강수량과 유출량의 증가가 일관되게 전망되는 반면 지역에 따라 가뭄의 위험이 증가된다는 것을 도출하였다. 이러한 결과는 기후변화 적응 전략의 지역 맞춤형 접근이 필요하다는 것을 시사하며, 국가 차원의 기후위기 적응 전략 수립과 유역별 맞춤형 수자원 관리 대책 마련을 위한 기초자료로 활용이 가능하다.

본 연구에서는 일 단위 저수량 자료를 활용하여 물공급능력지수(Water Supply Capacity Index, WSCI)를 산정하고 이를 통해 댐의 공급 기반 가뭄 특성을 분석하였다. WSCI는 특정 시점의 저수량을 기준으로 추가 유입이 없다고 가정할 경우 공급 가능한 일수를 나타내는 지표로, 공급 관점의 가뭄 상황을 직관적으로 제시하는 지표이다. 국내 21개 다목적댐 및 용수전용댐을 대상으로 WSCI를 산정하고 누가확률분포 분석을 통해 댐별 공급능력 특성을 비교하였다. 또한 공급가능일수 90일을 임계값으로 설정하여 임계값 초과확률과 신뢰도, 취약도, 회복특성(R-V-RC)을 분석하였다. 그 결과, 대형 다목적댐은 전반적으로 높은 공급 안정성을 보였으며, 일부 중·소규모 댐에서는 공급 취약성이 뚜렷하게 나타나고 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 WSCI 기반 접근은 실제 물 공급 장애 발생 이전에 대응 조치를 준비할 수 있는 가뭄 대응의 ‘골든타임’을 제시한다는 점에서 의의가 있으며, 댐 운영 및 가뭄 대응 정책 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 금강수계 22개 농업용 저수지들을 대상으로 어류군집에 영향을 미치는 환경요인들을 분석하였다. 분석 결과, 수질 (전기전도도, 부유물질, 총 인, 화학적 산소요구량, 총 유기탄소량, 클로로필-a)과 저수지의 연령이 어류 군집구조에 영향을 미치는 주요한 요인들이었으며, 종 다양성보다는 어류 군집의 종 조성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 저수지의 연령이 높을수록 전기전도도, 부유물질, 총 인, 클로로필-a가 높아지는 경향을 보였으며, 동시에 정수종 개체수 비율이 높아지는 경향을 보였다. 연령이 낮은 저수지에서 주로 확인된 유수성 어종은 피라미와 밀어였으며, 연령이 높은 저수지 집단에서 이들의 중요치가 낮은 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 어류 군집의 역동성을 이해하는 데 도움을 주며, 저수지의 생태적 관리 및 보전 계획 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.