1. 서  론

1.1 연구 배경 및 목적

전 세계적으로 미래 기후에 대한 보다 정확한 정보를 얻기 위해서 IPCC 권장 기후변화 시나리오 기반으로 많은 연구가 진행되고 있다. 반면 북한의 강수량, 유출량, 발전용량, 지형정보 등 수자원자료는 북한 정부가 비공개로 직접 관리하고 있어 우리나라에 제공되는 수자원자료(수자원시설 현황, 유역면적, 저수용량, 발전량 등)의 한계점 있기 때문에 현재 통일을 대비한 북한 수자원시설에 대한 연구는 미흡한 실정이다.

현재 기후변화 영향으로 인하여 강우량이 변화하고 있는 추세이며, 강우량이 변화함에 따라 유출량 및 수자원시설에 대한 유입량도 함께 변화되고 있다(Lee et al., 2013). 또한, 유입량의 변화함에 따라 수자원 발전량에 크게 영향을 미치기 때문에 본 연구에서는 기후변화 영향을 고려한 유출변화에 따른 발전량을 평가하였다.

본 연구에서는 북한 수자원 시설에 대해 기존/신규 수자원시설별 유역면적, 저수용량, 유출고, 유입량, 발전량 등을 분석하였으며, 기상청에서 제공하고 있는 기후변화 시나리오를 2011년부터 2100년까지 Target별로 구분하여 기존/신규 북한 수자원시설에 대해 평가하였다.

1.2 연구동향

K-water (1994)는 북한의 수자원 현황과 개발동향 등에 대한 전반적인 내용을 조사하고 수자원 관리기구 및 제도 등의 수집된 자료를 통하여 기상수문정보의 확보 및 분석 기술의 확보하기 위하여 남 ․ 북한 수자원 기술교류 방안과 한강하류, 임진강, 예성강 하류, 주요지류, 동부지역의 북한강 상류부 등 남 ․ 북 접경지역하천의 공동개발 방안을 수립하여 제시하였다.

K-water (1998)는 기존의 북한 수자원 현황 파악보다 발전된 연구를 위해 GIS를 활용하여 위성영상(NOAA, Landsat TM)자료 분석하여 정밀한 수문인자를 추출하고, 수문모형을 개발 ․ 적용하여 북한의 잠재적 수자원 부존량을 산정하였으며, 수자원 개발 가능 지점과 댐의 규모별, 용수공급 시나리오별 저수지 개발 가능량을 분석하였다.

K-water (2003)는 북한 수자원 산업에 대한 전망과 북한 수자원 산업에 참여 할 수 있는 방안을 제시하였다. 북한의 수자원 산업 현황을 분석하고 전망하여 장 ․ 단기적으로 우리나라 기술력과 북한의 노동력을 동반한 북한 수자원개발 사업을 참여하는 방안을 검토하고, 북한 경제 상황과 주요시설 및 이용 ․ 수급 등의 수자원 현황을 조사하였으며, 북한의 수자원 관련 정책 조사를 통해 수자원 개발 분야에서 기술수준에 대한 평가를 수행하였다. 북한 수자원의 기술수준과 수자원 산업의 현황 및 북한의 수자원 산업 전망에 대한 분석을 통해 북한 수자원 사업의 수행 우선순위를 설정하고, 구체적인 북한 수자원 사업의 참여방법 및 제도적 제원조달 방안 등 추진전략을 제시하였다.

K-water (2005)에서는 북한 수력발전사업 진출방안 연구를 통해 북한 수력발전 부문의 현황을 평가하고 북한 수력발전 사업 진출을 위해 요구되는 정책을 체계적으로 파악하여 북한 수력부문에 진출 가능성을 점검하기 위한 기초적 분석을 수행하였다. 또한, 북한의 수자원 현황과 전력분야 현황 분석을 통해 4가지 경로별(성장전략, 개방형, 저속성장, 체제수호형, 자력갱생형) 중장기 에너지 수요전망 및 수력설비 증설수요 분석을 수행하였고, 북한 수력발전사업의 투자비용을 평가하여 투자재원 조달방안 마련 및 북한 경제적 타당성 검토를 통해 진출 장애요인, 남북경협, 민간기업의 직접 투자, 해외를 통한 우회적 진출방안 등을 제시하였다.

위 제시된 연구동향은 학술적인 연구보다는 정책제안보고서가 대부분이며 북한지역에 대한 학술적인 부분의 연구는 미비한 실정이다. 또한, 북한 수자원시설에 대한 자료의 한계점으로 인해 대부분 수자원의 현황 및 기초적 연구에 그치고 있으며, 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer)의 위성자료를 활용하여 북한자료를 보완하였고 북한 수자원시설 자료의 한계점을 개선하였다. 또한. 기존 참고문헌에 제시된 수자원 기초 현황은 발간당시 시점(1994, 1998)과 현 시점(2017)의 차이가 상당함으로, 현재 기상청에서 제공하고 있는 북한지역에 대한 강수량, 기후변화 시나리오 등 현 기술력으로 보완된 자료를 사용하여 강우자료를 보완 하였다. 보완된 북한 자료를 통해 본 연구에서는 기후변화로 인한 유출변화에 따른 북한 수자원시설의 발전량을 평가하여 제시하고자 하였다.

2. 북한 수자원시설 연구방법 및 과정

이번 연구의 기존/신규 북한 수자원시설 유출변화 평가에서는 수자원시설별 현재까지의 월 강우량, 유출고, 유입량, 연 발전량을 분석하였다.

Fig. 1과 같이 연구방법은 우선 참고문헌에 제시된 기존 좌표값을 토대로 북한 수자원시설에 대해 위치를 파악한다. 파악한 결과, 위성사진과 기존 수자원시설에 대한 위치가 상이하여 구글 위성사진을 토대로 보정을 거쳐 수자원시설 지점을 생성하였으며, 저류면적을 산정하기 위하여 DEM를 활용하여 GIS 툴로 등고선을 생성하고, 수자원시설의 유역면적을 생성하였다. 다음으로 가지야마 공식을 적용하여 유출고를 산정하고, 월강우량, 유역면적, 유출고를 사용하여 유출량을 산정하였다. 유출량을 통해 수자원시설의 저수량과 발전량을 산정하였으며, 참고문헌 자료인 “북한 수자원 현황조사 연구(K-water)”와 비교분석을 수행하였다.

Fig. 1.

Flowchart in this study

기후변화 영향을 고려한 기존/신규 북한 수자원시설 유출변화 평가에서는 유출변화에 따른 발전량을 분석하였다. 수자원시설별 현재까지의 연평균 강우량 변동성 분석과 수자원시설별 유입량 산정 및 발전량 분석을 수행하였다. 수자원시설 지점과 수자원시설 유역을 생성하는 부분은 기후변화 영향을 고려하지 않은 유출변화 평가에서 사용한 자료를 동일하게 사용하였다. 수자원시설 유출고를 산정 할 때는 기후변화 시나리오(RCP8.5)를 활용하였다. 기후변화 시나리오 분석 기간은 신뢰성을 확보하기 위하여 보통 30년 이상의 자료를 사용한다(Moon et al., 2010). 본 연구에서는 30년 단위로 Target 1 (2011~2040), Target 2 (2041~2070), Target 3 (2071~2100)로 구분하여 기후변화 영향을 고려하였다. 다음으로 수자원시설 유출량을 산정하는 단계에서는 기후변화 시나리오를 적용하고 월강우량을 사용하였으며, 도출된 값을 활용하여 수자원시설 유입량과 발전량을 산정하였다. 최종적으로 기후변화 영향을 고려하지 않은 값과 기후변화 영향을 고려한 유입량, 발전량에 대한 산정값을 비교 ․ 평가하였다.

3. 연구의 범위

“북한 수자원 현황 및 개발 동향”(K-water, 1994)연구에서 북한의 수자원시설은 총 70개로 정리하였으며, “북한 수자원 현황 조사 연구”(K-water, 1998)에서는 총 66개로 현황을 재정리하였다. 두 참고문헌을 비교 ․ 분석하여 실제 확인 가능한 좌표를 정리하였다. 두 문헌을 매칭하여 확인한 결과, 확인 가능한 좌표는 총 24개에 불과했으며, 본 연구에서는 확인 가능한 기존 수자원시설 24개에 대해 분석하였다.

북한의 신규 개발가능 지점은 기존 선행 연구를 토대로 분석하였으며, 좌표가 상이한 구일댐, 삽일댐을 제외하고 36개 시설에 대해 분석하였다. Fig. 2는 본 연구에서 분석한 기존 수자원시설 24개, 신규 개발가능 수자원시설 36개 현황도이다.

Fig. 2.

Water resources facilities in North Korea

기상자료는 기상청에서 제공하고 있는 1981년부터 2015년도 자료를 사용하였고, 기후변화 시나리오 자료 같은 경우, 기후정보포털에서 제공하고 있는 2011년부터 2100년도까지 자료를 사용하였다.

4. 기존/신규 북한수자원시설 평가방법

4.1 수자원시설별 지점 생성 및 유역면적 산정방법

기존의 문헌의 좌표를 확인한 결과 대부분 좌표가 다른 곳에 찍혀있었으며, 이를 보정하기 위해 Figs. 3 and 4와 같이 구글 위성사진을 활용하여 기존 좌표 위치 확인 한 후 좌표값을 재정리하였다. 신규 개발가능 수자원시설 같은 경우, 기존 참고문헌의 연구결과를 토대로 수자원시설을 위치를 확인하였고, 기존 수자원시설과 동일한 방법으로 신규 개발가능 수자원시설 지점 및 유역면적을 일부 수정하였다.

Fig. 3.

Create watershed area and point of current water resources facilities (example)

Fig. 4.

Create watershed area and point of future water resources facilities (example)

4.2 저수량분석 방법

표고별 저수면적을 산정하기 위해서는 먼저, 좌표값이 보정된 수자원시설을 기반으로 DEM을 GIS 툴을 사용하여 등고선을 생성한다. 생성된 등고선을 구글 위성사진을 활용하여 수자원시설에 위치한 저수지모양에 따라 표고별-저수면적 데이터를 추출한다.

 GIS는 지형의 공간분포를 잘 반영하고 있어 기존 연구에서 사용한 Global-mapper보다 정확한 정보를 얻을 수 있으며, 기존의 Global-mapper는 DEM을 등고선으로 변환하여 저수면적에 대해 직접 저수지 모형을 그려야 함으로 정밀도에서 신뢰성이 떨어지는 경향이 있다. 하지만, GIS는 지형적인 분포까지 고려하여 표고별-저수면적 산정 시 유리한 측면이 있다. Fig. 5는 GIS를 활용한 표고별-저수면적을 추출하는 과정이다. 앞서, 보정된 댐위치를 기반으로 MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer)의 위성자료를 GIS를 활용하여 DEM를 생성하였다. 생선된 DEM를 3D Analyst Tools를 사용하여 등고선을 생성한다. 생성된 등고선을 위성에서 확인된 저수지의 면적에 대한 등고선 면적을 추출하여 표고별-저수면적을 추출하였다.

Fig. 5.

Calculation of reservoir area by each elevation (example)

저수용량 분석은 Hypsometric Curve 및 저수지의 수면표고-면적-저수용량 곡선을 사용하여 저수용량을 산정하였다. 먼저, 등고선별로 면적을 구하고, 표고별-저수면적을 산정하였으며, 등고선 간격별 저수면적을 평균한 구간 저수지용량을 누가하여 표고별 저수용량을 Eq. (1)과 같이 산정한다.

 (1)

여기서, 는 수자원시설 지점 바닥표고일 때의 면적을 말하며, 는 표고간격을 말한다. 대용량 저수지에서는 보통 5~10 m로 사용한다. 은 저수면적이 인 표고일 때의 저수용량을 말한다.

4.3 수자원시설별 발전량 산정방법

4.3.1 수자원시설별 유출고 산정

북한 기존/신규 수자원시설별 유역면적에 따른 티센 가중치를 산정하여 수자원시설별 면적강우를 산정하였다. 산정된 면적강우를 기존/신규 수자원시설별 유출고를 산정하는데, 이때 유출고는 가지야마 방법을 이용하여 유출고 및 유출량을 산정한다. 유출고를 구하는 방법에는 수위-유량관계식, 저수지 유입량, 가지야마 방법, Tank 모형 등이 있다. 북한의 자료는 제한적이라 참고문헌에 제시된 유출곡선계수(CN)값은 사용 불가하여, 가지야마 방법을 사용하였다. 가지야마 방법은 1929년 일본의 가지야마가 발표한 공식으로 수력발전소의 저수용량 및 용수량 산정에 용이하며, 유출자료가 없는 지점에 대하여 유하량 추정이 가능한 산정식이다. 가지야마 공식은 Eq. (2)와 같다.

 (2)

여기서, R은 월 유출고(mm)이며, P는 월강수량, f는 유역특성계수 대부분 평균값 1.0을 사용한다(Cho, 2017). 마지막으로 E는 월별갱정계수를 나타낸다.

4.3.2 수자원시설별 발전량 산정

발전량은 수력발전소는 물의 에너지에 의해 수차 발전기를 회전시켜 전력을 발생시킨다. 즉, 물의 위치에너지를 운동에너지로 바꾸고 운동에너지를 다시 전기에너지로 변화시키는 것이다. 사용량은 수자원시설별 저수량의 70%를 이용하였으며, 유효낙차는 저수량의 70%에 해당하는 수위와 지반고의 차이를 이용하였다. 터빈의 효율은 80%, 발전기의 효율은 일반적으로 적용하는 92%로 계산하였다. 북한 수자원시설별 연간 발전량을 산정할 때는 1월부터 12월까지 24시간의 수력발전량을 사용하였다.

(3)

여기서, 는 온도 4°C, 표고 0 m, 대기압 1기압에서 1,000 kgf/m³을 말하며, 는 자유낙하의 가속도(m/s²),는 사용수량 (m³/s), 는 유효낙차 (m) 는 터빈의 효율과 발전기의 효율 곱을 말한다.

4.4 수자원시설 산정방법에 대한 검증

4.4.1 유역면적 및 저수면적 검증

현재 우리나라에 최근에 건설됨 수자원시설 중 성덕 수자원시설을 중심으로 검증을 실시하였다. 성덕 수자원시설의 2016년 계획당시 유역면적은 41.3 km³이며, 총저수량은 27.9백만 m³이었다. Fig. 6과 같이, 본 연구에서 분석한 결과, 유역면적은 43.7 km², 총저수량은 27.0백만 m³으로 각각 5%, 4%로 차이를 보인다. 계획당시 유역면적, 총저수량과 유사하게 산정되었다.

Fig. 6.

Seongdeok dam basin areas and reservoir areas

4.4.2 수자원시설별 유출고 및 발전량 검증

성덕 수자원시설의 계획당시 연평균 유입량은 24.3백만 m³이며, 발전량은 1.46천 kW로 설계되었으며, 본 연구에서 분석한 결과, 유입량은 23.8백만 m³, 발전량은 1.42천 kW로 산정되었으며, 각각 3%, 3%로 차이를 보이지만 계획당시와 유사하게 나타났다.

5. 기존/신규 북한 수자원시설 평가분석

5.1 기존/신규 북한 수자원시설의 발전량 분석

기존/신규 북한 수자원시설 유역면적 분석결과 Table 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 먼저 북한자료의 한계점으로 인하여 기존 북한 수자원 시설에 대한 유역면적 정보를 얻을 수 없었으며, 신규 수자원시설의 경우 문헌조사를 통하여 유역면적을 알 수 있었다. Table 2와 같이 신규 북한 수자원 시설 유역면적 차이는 최소 -31% (용흥댐), 최대 63% (사창댐) 차이가 나지만, 전반적으로 0~6%사이로 비슷한 것으로 분석되었다.

Table 1. Watershed area and storage capacity of current water resources facilities

1) 1998: A survey on the status of water resources in North Korea (K-water, 1998) 2) 2017: The results of this study

Table 2. Watershed area and storage capacity of future water resources facilities

1) 1998: A survey on the status of water resources in North Korea (K-water, 1998) 2) 2017: The results of this study

저수용량 산정 결과, 기존 북한 수자원 시설(24개) 총 저수용량은 13,734백만 m³, 신규 북한 수자원 시설(36개) 총 저수용량은 9,140백만 m³로 분석되었다. 금강산댐(임남댐)의 경우, 실제 2003년도에 완공이 되었으며, 평균 저수량은 18억 m³으로 조사되었다. 본 연구의 금강산댐(임남댐) 저수용량은 19억 m³으로 평균 저수량과 비슷하게 분석되었으며 본 연구에서 분석한 결과는 신뢰할 만한 자료라 판단된다.

기존 북한 수자원시설의 유출량의 경우 송원댐, 부전댐, 연탄댐 순으로 유입량이 높았으며, 신규 북한 수자원시설은 금강산댐, 삼등댐, 장미댐 순으로 유입량이 높았다.

기존 북한 수자원시설(24개)의 연평균 발전량 분석결과 Table 3과 같이 약 79억 kWh이며, 연평균 설비용량은 약 153만 kWh로 분석되었다. 북한의 총 수력발전량은 100 kWh로 현재 분석결과보다 27 kWh 낮게 분석되었으며, 북한의 수자원시설 발전설비용량, 발전량은 우리나라에 비해 각각 7.6%, 3.6% 으로 분석되었다. 또한, 기존 북한 수자원시설 수력 발전량은 송원댐, 부전댐, 연탄댐 순으로 발전량이 높게 분석되었다.

Table 3. Inflow and power generation of current water resources facilities

신규 북한 수자원 시설(36개)의 연평균 발전량 분석결과 Table 4와 같이 약 108억 kWh이며, 연평균 설비용량은 약 212만 kW로 분석되었으며, 신규 북한 수자원시설은 북한의 총 수력 발전량과 비슷하게 분석되었다. 수자원시설 신규 신설 시 북한의 수력 발전량 2배 증가할 것으로 분석되었다. 또한, 신규 북한 수자원시설 수력 발전량은 금강산댐, 삼등댐, 장미댐 순으로 발전량이 높게 분석되었다.

Table 4. Inflow and power generation of future water resources facilities

5.2 기후변화 영향을 고려한 기존/신규 북한 수자원시설 분석 ․ 평가

5.2.1 기후변화 영향을 고려한 북한 기후 현황분석

지역별 현재 강우량 패턴을 분석하기 위해 기상청에서 제공하고 있는 1981년부터 2015년까지의 강우를 사용하여 분석하였다. 분석을 위해 (a) 1981~1990년, (b) 1991~2000년, (c) 2001~2015년으로 구분하였고, 기후변화 시나리오 연평균 강우량 또한 Target 1 (2011~2040),Target 2 (2041~2070), Target 3 (2071~2100)으로 구분하여 분석하였으며 Fig. 7과 같이 나타내었다.

현재 연평균 강우량은 강원도 고성군 지역이 가장 높고, 평안북도 인근이 상대적으로 높게 나타났으며, 평안북도의 경우 1981~1990년 보다 2001~2015년에 더 높게 나타났다.

미래 기후변화 시나리오 경우 주로 동해안 쪽에 많은 강우가 발생하고, 특히 함경북도에 많은 강우가 발생할 것으로 분석되었다. 기후변화 시나리오 연평균 강우량의 변동성은 큰 차이는 없으나, 선봉 및 청진 관측소 주변에 많은 양의 강우가 발생할 것으로 분석되었다. 월평균 강우량 패턴을 분석한 결과, 현재(1981~2015) 강우량의 경우 Fig. 7과 같이 7월에 가장 많은 것으로 관측되고 8월, 6월 순으로 높게 나타났다.

Fig. 7.

Analysis of current / future rainfall variability

미래 기후변화 시나리오 강우량의 월평균 패턴을 분석한 결과, Figs. 8 and 9와 같이 Target 1 (2011~2040) 경우 다른 기간에 비해 월별 강우량의 차이가 적게 나타나고, Target 2 (2041~ 2070)와 Target 3 (2071~2100)는 5월에 비해 6월에 100 mm 이상 높은 강우량을 나타내는 패턴이 유사하게 분석되었다.

미래 기후변화 시나리오의 월별 강우량은 현재와 다르게 6월에 강우가 가장 집중될 것으로 분석되었고 6월 평균 강우량은 경우, Target 1 (201~2040) 178.0 mm, Target 2 (2041~ 2070) 243.8 mm, Target 3 (2071~2100) 220.3 mm로 분석되었다.

5.2.2 기후변화 영향을 고려한 기존/신규 북한 수자원시설 유입량 및 발전량 분석

기후변화 영향을 고려한 기존 수자원 시설의 연평균 유입량의 경우, 송원댐, 부전댐 등 일부 시설의 연평균 유입량이 높게 분석되었지만, 전반적으로 비슷하게 평가되었다. 현재 기존 수자원 시설의 연평균 유입량의 합계는 388.0 m³/s이고, Target 1 (2011~2040)은 391.0 m³/s, Target 2 (2041~2070)은 453.0 m³/s, Target 3 (2071~2100)은 475.5 m³/s로 미래에 계속 증가할 것으로 분석되었다. 현재 연평균 유입량 보다, Target 1 (2011~2040)은 약 1.01배 증가했으며, Target 2 (2041~2070), Target 3 (2071~2100) 은 각각 1.17배, 1.23배 증가한 것으로 분석되었다.

Fig. 8.

Monthly rainfall trend by current period inn North Korea

Fig. 9.

Monthly rainfall trend by future period in North Korea

기후변화 영향을 고려한 신규 수자원 시설의 연평균 유입량의 경우, 금강산댐 등 일부 시설의 연평균 유입량이 높게 분석되었지만, 전반적으로 유사하며, 미래 수자원 시설의 연평균 유입량이 현재 연평균 유입량에 비해 1.1~1.3배 높게 분석되었다.

(1) 기후변화 영향을 고려한 기존 수자원시설 유입량 분석

현재 기존 수자원 시설의 연평균 유입량은 Fig. 10처럼 송원댐이 59.2 m³/s로 가장 높고, 부전댐 29.4 m³/s, 연탄댐 26.0 m³/s 순으로 높게 분석되었으며, 하송댐이 2.1 m³/s로 가장 낮게 분석되었다. Target 1 (2011~2040)의 기존 수자원 시설 연평균 유입량은 부전댐이 50.1 m³/s로 가장 높고, 송원댐 49.8 m³/s, 내중리댐 30.0 m³/s 순으로 높으며, 연두평댐이 0.3 m³/s로 가장 낮은 것으로 분석되었다. Target 2 (2041~2070)의 경우 송원댐 60.5 m³/s, 부전댐 53.4 m³/s, 장진댐 31.2 m³/s 순으로 높으며, Target 3 (2071~2100)의 경우 송원댐 63.8 m³/s, 부전댐 57.2 m³/s, 내중리댐 34.1 m³/s 순으로 높게 분석되었고, 연두평댐은 가장 낮은 것으로 분석되었다.

Fig. 10.

Annual mean inflow of previous water resources facilities (current / future)

(2) 기후변화 영향을 고려한 기존 수자원시설 발전량 분석

기존 북한 수자원시설의 현재 발전량은 7,895,772.5천 kWh로 분석되었고, 미래 발전량은 Target1 (2011~2040)은 6,783,033.1천 kWh, Target 2 (2041~2070) 7,916,303.3천 kWh, Target 3 (2071~2100) 8,124,365.4천 kWh로 점차 증가하였다.

현재 수자원시설별 발전량은 Fig. 11처럼  송원댐, 부전댐, 연탐댐 순으로 높게 나타났지만, 미래 수자원시설별 발전량은 Fig. 12처럼 부전댐, 송원댐, 장진댐 순으로 높게 분석되었다. 부전댐의 경우 현재 발전량은 997,847.4천 kWh에 비해 미래는 발전량 1,396,578.9~1,554,041.7천 kWh으로 약 1.5배 높게 분석되었고, 송원댐은 현재 발전량 1,400,921.2천 kWh에 비해 미래 발전량 904,344.4~1,184,212.7천 kWh으로 약 0.7배 낮은 것으로 분석되었다. Target1의 경우 현재보다 유입량이 적기 때문에, 연평균 발전량 또한 낮게 분석되었다.

Fig. 11.

Annual mean power generation of previous water resources facilities (current / future)

Fig. 12.

Annual mean power generation of new water resources facilities (current / future)

(3) 기후변화 영향을 고려한 신규 수자원시설 유입량 분석

현재 신규 수자원 시설의 연평균 유입량의 합계는 514.0 m³/s이고, Target 1 (2011~2040)은 587.9 m³/s, Target 2 (2041~ 2070) 717.2 m³/s, Target 3 (2071~2100) 709.3 m³/s로 증가 추세를 보인다. 미래 신규 수자원 시설의 연평균 유입량은 현재 연평균 유입량 보다, Target 1 (2011~2040)은 약 1.14배 증가하고, Target 2 (2041~2070), Target 3 (2071~2100)는 각각 1.40배, 1.38배 증가할 것으로 분석되었다. 특히 함경북도 지역 관측소(선봉, 김책) 값이 Target 3 (2071~2100)보다 Target 2 (2041~2070)가 높게 분석되었다.

(4) 기후변화 영향을 고려한 신규 수자원시설 발전량 분석

현재 신규 수자원 시설의 연평균 유입량은 Fig. 13처럼 금강산댐이 72.1 m³/s로 가장 높고, 삼등댐 51.3 m³/s, 장미댐 46.4 m³/s 순으로 높게 분석되었고, 무창댐이 0.9 m³/s로 가장 낮게 나타났다. 미래 신규 수자원 시설 연평균 유입량은 현재와 마찬가지로 금강산댐, 삼등댐, 장미댐 순으로 높았으며, 가장 낮은 댐은 Target 1 (2011~2040)와 Target 2 (2041~2070)에 장무댐, Target 3 (2071~2100)에는 자동댐으로 분석되었다.

Fig. 13.

Annual mean inflow of new water resources facilities (current / future)

신규 북한 수자원시설의 현재 발전량은 Table 5와 같이 10,889,762.7천 Kwh로 분석되었고, 미래 발전량은 Target 1 (2011~2040)은10,407,189.8천 kWh, Target2 (2041~2070) 13,164,872.5천 kWh, Target3 (2071~2100)은 12,352,332.2천 kWh,로 분석되었다. 미래 발전량은 현재 발전량 보다 Target 2 (2041~2070)와 Target 3 (2071~2100)은 각각 약 23억 kWh, 15억 kWh 높게 분석되었으며, Target 1 (2011~2040)은 현재와 유사한 것으로 분석되고 기존 수자원시설과 마찬가지로, 미래 발전량은 점차 증가 하는 경향을 보인다. 현재 시설별 발전량과 미래 시설별 발전량 모두 금강산댐, 삼등댐, 장미댐 순으로 높게 분석되었다.

Table 5. Annual average water resources capacity reflecting climate change scenarios (thousand Kwh)

5.3.3 기후변화 영향을 고려한 북한 수자원시설 평가

기후변화 영향을 고려한 경우, 북한 수자원시설의 발전량은 Fig. 14와 같이 현재보다 2011년부터 2040년까지 모두 감소하고 이후 2041년부터 2100년까지는 증가한 것으로 나타났다. Target 1의 기존 수자원시설에 대한 발전량의 경우 현재보다 약 0.86배 감소하고 있고, 신규 수자원시설은 약 0.96배 감소하였다. Target 2의 경우, 기존 수자원시설은 현재와 유사하고, 신규 수자원시설은 약 1.2배 증가하였으며, Target 3의 경우, 약 1.13배 증가하였다. 또한 기존 북한 수자원 시설은 평균 약 0.96배 증가하였으며, 신규 수자원시설의 경우는 약 1.1배 증가하였다.

Fig. 14.

Annual mean power generation of water resources facilities considering climate change in North Korea (previous / new)

기후변화를 고려한 기존 북한 수자원시설 발전량의 경우, 미래에는 감소하거나 현재와 비슷하게 나타났다. 현재보다 Target 1은 10억 kWh 정도 감소할 것으로 분석되었으며, Target 2, Target 3 각각 2천만 kWh, 2.2억 kWh로 증가할 것으로 분석되었다. Target 1의 경우 발전량이 현재보다 감소하였는데, 이는 강우량 값이 현재(1981~2015) 보다 기후변화 시나리오 Target 1 (2011~2040) 강우값이 낮게 분석되었으며, Table 6과 같이 유입량이 낮게 산정되었기 때문에 현재 발전량보다 Tatget1이 낮게 분석되었다.

Table 6. Previous water annual average flow and power generation (current / future)

신규 북한 수자원시설의 발전량은 기후변화를 고려한 경우 단기적으로는 감소하였으나, 중장기 미래에는 크게 증가하는 것으로 나타났다. 현재보다 Target 1은 약 4억 kWh 정도 감소할 것으로 분석되었으며, Target 2 약 22억 kWh, Target 3 약 14억 kWh으로 발전량이 증가할 것으로 분석되었다. 기후변화 반영된 기존 수자원 시설과 달리 Target 3 보다 Target 2가 높게 분석되었는데, 이는 앞서 분석한 바와 같이 함경북도 지역 관측소(선봉, 김책) 값이 Target 3 보다 Target 2가 높은 것으로 나타났으며, 기후변화 시나리오의 강우 피크치 값이 Target 2가 Target 3보다 다소 높은 것으로 나타났기 때문인 것으로 판단된다.

결론적으로 기후변화 영향을 고려한 경우, 유출량의 변화에 따라 기존 북한 수자원시설이 취약하게 나타났다. 반면에 신규 북한 수자원 시설은 기후변화 영향에 따라 Table 7과 같이 유출량이 증가하고, 유출량이 증가함에 따라, 발전량이 증가하는 것으로 나타났다. 입지적 측면에서 적절한 것으로 판단된다.

현재 수자원시설 건설시 과거자료에 의해 유입량, 저수량, 발전량 등 산정하였지만, 추가적으로 본 연구결과와 같이 미래 기후변화 영향을 고려한 유입량, 저수량, 발전량 등 고려하여 입지를 선정한다면 추후 입지 선정 시 기존보다 좋을 것으로 판단된다.

Table 7. New water annual average flow and power generation (current / future)

6. 결  론

본 연구에서는 기후변화 영향을 고려한 유출변화에 따른 발전량을 비교 ․ 평가하였다. 기존/신규 수자원시설별 유역면적, 저수용량, 유출고, 유입량, 발전량 등 분석하였으며, 기후변화 시나리오를 Target 1, Target 2, Target 3로 구분하여 북한의 수자원시설에 대한 유입량 및 발전량에 대하여 평가하였다.

기후변화 영향을 고려한 경우 북한 수자원시설의 발전량은 현재대비 Target 1에서는 모두 감소하였고, Target 2, Target 3는 증가한 것으로 나타났다. 기후변화를 고려한 기존 북한 수자원시설의 발전량은 미래에 감소하거나 현재와 비슷한 수준으로 분석되었고, 기후변화 영향을 고려한 신규 북한 수자원시설의 발전량은 단기적으로는 감소하였으나, 중장기 미래에는 현재보다 크게 증가하는 것으로 분석되었다.

결론적으로 기후변화 영향을 고려한 경우에는 유출량의 변화에 따라 기존 북한 수자원시설이 취약하게 나타난 반면에 신규 북한 수자원 시설은 기후변화 영향에 따라 유출량이 증가하여 발전량이 증가하는 것으로 분석되었다.

본 연구는 북한 수자원시설의 활용하는 미래 각종계획 수립 및 우선순위 선정 등에 이용될 수 있으며, 수자원시설의 입지 선정시에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.