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

농업가뭄의 발생은 작물 생육과 물관리 체계의 불균형을 초래하고 있지만, 가뭄 영향, 피해 및 대응역량에 대한 지역 간 차이는 충분히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 5개의 표준화된 대응 지표를 기반으로 정량적 농업적 물부족 대응지수(Agricultural Water Deficit Response Index, AWDRI)를 개발하고자 한다. 167개 시군구를 대상으로 지역별 가뭄 대응 구조의 이질성을 분석하였으며, 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)과 K-평균 군집분석(K-means clustering)을 적용하여 지역 유형을 분류하였다. PCA 결과, 두 개의 주성분이 전체 분산의 56.7%를 설명하였으며, 이는 가뭄 대응의 물리적 차원과 행정적 차원을 각각 반영하는 것으로 나타났다. 군집분석을 통해 균형형(Balanced), 물리 중심형(Physical-Dominant), 예외형(Exceptional)의 3가지 유형이 도출되었다. 균형형은 지역은 대체로 낮은 AWDRI 값을 보였으며, 물리 중심형 지역은 높은 물리적 대응 실적에도 불구하고 중간 수준의 피해를 경험하는 양상을 나타냈다. 대응 구조의 이질성은 가뭄 영향 평가에 중요한 변수로 작용하며, 농업적 물부족 피해와 적응역량에 대한 다차원적 평가의 필요성을 나타낸다. 본 연구의 결과는 가뭄으로 인한 피해 수준과 구조적 대응 특성을 통합함으로써 지역 가뭄의 상태를 포괄적으로 이해할 수 있으며, 향후 가뭄 관련 평가 및 정책 수립에 활용 가능할 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인한 극한강우와 홍수 발생이 빈번해지면서, 기존 인공 구조물 중심의 홍수 대응 방식은 한계를 보이고 있다. 이에 따라, 자연기반해법(Nature-based Solutions, NbS)이 대안으로 주목받고 있으며, 본 연구는 그 중 천변저류지(floodplain storage)와 하도 확폭(channel widening)의 적용 효과를 정량적으로 분석하였다. 2020년 섬진강 본류의 홍수사상을 대상으로 HEC-RAS 1차원 수리모형을 구축하고, 7개 지점에서 첨두 수위 변화를 분석한 결과, 천변저류지는 최대 0.91 m, 하도 확폭은 최대 0.29 m의 수위 저감 효과를 나타냈다. 특히 일부 위험 지점에서는 기준 수위를 초과하던 수위가 안정화되는 성과가 나타났으며, 국지적 수위 상승과 같은 역효과도 일부 구간에서 관찰되었다. 이러한 결과는 두 기법이 적절한 조건과 설계 하에 효과적인 NbS 수단이 될 수 있음을 보여주며, 향후 홍수 대응 및 하천 복원 계획 수립에 실질적인 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

온실가스 배출로 인해 심각한 기후 변화가 발생하면서 수많은 문제가 발생하였다. 해당 연구에서는 온실가스 중 이산화탄소, 특히 탄소에 인공 습지를 통한 탄소를 저장하고자 하였다. 이 연구는 인공 습지 내의 총 탄소를 토양 유기 탄소(SOC)와 식물 바이오매스의 두 가지 유형으로 분리하여 산정을 하고자 하였다. 인공 습지에는 수직 흐름형 습지(VFS)와 수평흐름형 습지(HFS)라는 두 가지 모듈로 이루어져 운전되었다. 수직흐름형 습지에 Typha Orientali C. 를 수평흐름형 습지에 Phragmite australis를 식재하여 바이오매스를 산정하고자 하였다. 탄소를 저장하기 위해 본 연구에서는 하수처리장의 폐수를 인공 습지로 유입시켰다. 운영 기간 동안 인공 습지에서 토양 내 유기 탄소와 식생 탄소 저장량을 측정하므로 탄소저장에 효율적인 인공 습지를 찾고자 하였다. 바이오매스에 대한 선행 연구를 통하여 다른 식생의 바이오매스를 인공 습지에서 SOC에 적용하였다. 운영 기간 내의 SOC 저장량은 9.8 kg/m²와 9.91 kg/m²였습니다. 수직흐름형 습지에는 Typha Orientali C. 를, 수평흐름형 습지에는 Phragmite australis를 식재하였을 경우 각 습지의 탄소 저장량은 연간 25.57 kg/ha와 29.53 kg/ha으로 산정하였다. 선행 연구를 통한 Sedum takeminese의 탄소 저장량이 더 높은 것을 확인하였다. 인공 습지는 하수처리장에서 나오는 방류수로 운영되었기 때문에, 한국의 지하화 된 하수처리장은 하수처리장이 위치한 땅에 가장 효과적으로 인공 습지를 적용하면 연간 64,937 ton/ha의 탄소를 저장가능할 것으로 보고 있다.

팔당호는 서울 및 수도권에 하루 약 7,800만톤의 상수원수를 공급하는 주요한 수원이다. 팔당호로 유입되는 물의 약 55%가 남한강에 해당하며, 1.6%는 경안천에서 유입된다. 본 연구에서는 남한강과 경안천에서의 총유기탄소(Total organic carbon, TOC) 기반 유기물질의 유출 특성을 분석하고자 하였다. 특히 대상 수계 인근에 위치한 하수처리장을 중심으로 유기물질의 유출 특성 및 영향에 대해 파악하고자 하였다. 총 14회의 모니터링이 진행되었다. 하수처리장 유입수 및 방류수, 하수처리장 인근 수계에서의 생분해성, 난분해성 유기물질의 농도를 파악하였다. 또한 농도 분석 결과를 바탕으로 하수처리장 및 하천에서의 유기물질 유출 특성의 영향에 대해 분석하였다. 연구 결과 하수처리장을 통해 생분해성 유기물질이 약 95% 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 14회의 모니터링 결과 제거율의 편차 또한 작은 것을 확인할 수 있었으며 이를 통해 생분해성 유기물질의 경우 현재 하수 처리 공법을 통해 안정적으로 제거됨을 확인할 수 있었다. 난분해성 유기물질의 경우 평균 약 63% 정도의 제거율을 나타냈다. 즉 난분해성 유기물질의 경우 미생물을 통해 생물학적 처리 공정이 주요한 하수처리장에서 제거율이 상대적으로 낮으나, 공정 내 침전, 여과 등을 통해 50%이상 제거됨을 확인할 수 있었다. 이를 통해 수계 내 존재하는 유기물질 관리를 위해선 난분해성 유기물질의 관리가 필요함을 파악하였으며, 하수처리장 공법별로 보았을 때, 난분해성 유기물질 관리 시 막분리를 통한 입자성 유기물질의 제거가 용이한 MBR (Membrane Bioreactor)공법이 효과적일 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 하수처리장과 수계 내 유기물질 관리를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료 된다.

본 연구는 가뭄 피해에 영향을 미치는 사회경제적 요인을 분석하고 특히 대한민국의 생활 가뭄에 영향을 미치는 사회경제적 요인을 도출하며, 향후 생활 가뭄 대응력을 제고하는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 연구는 문헌 검토를 통해 가뭄 피해의 사회경제적 요인들을 선별하고, 국가통계포털(KOrean Statistical Information Service, KOSIS)에서 제공하는 공공데이터를 기반으로 하여 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)과 중요도 분석을 통해 주요 요인의 우선순위를 밝힌다. 중요도 분석은 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP)과 엑스지부스트 알고리즘(XGBoost Algorithm)을 활용한다. 분석 결과, 전국적으로 비상 급수 인구수에 영향을 미치는 주요 사회경제적 요인은 고령인구 비율, 농업 종사자 비율, 5세 이하 인구 비율, 그리고 기초생활 수급자 비율로 나타났다. 이는 지역 발전의 불균형, 농촌사회의 고령화, 그리고 취약계층의 재해 및 재난 노출 취약성 등이 영향을 미쳤을 것으로 보인다. 이에 본 연구는 농촌지역의 고령화를 고려하여 고령인구의 재난 대응력 향상을 위한 제도적 울타리 강화를 중시한다. 또한, 지역 내 취약계층의 재해 및 재난 노출도를 저감하고 이들을 위한 보호 정책 마련의 시급성과 지속성을 강조한다.

하천의 유량 산정에 사용되는 수위-유량 관계 곡선에 대하여 가동보 등으로 인한 하류하천 단변변화 영향을 검토하였다. 기존 연구에서는 관측 지점에서의 하상과 조도계수 변화 등으로 인한 수위-유량 관계 영향을 분석하고 예측할 수 있는 방안이 연구되었다. 하지만 수km 범위 하류에서의 변화가 상류 수위-유량 관계에 어떠한 영향을 줄 수 있는지에 대해서는 충분한 연구가 되지 못한 것으로 조사되었다. 또한, 수위-유량 관계식의 구간 분할 등 기존의 분석 기술로는 하류 하상변화에 따른 복잡한 수위-유량 관계의 변화를 분석하는 것에 한계가 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 하류에서의 하상 변화가 상류 수위-유량 관계에 줄 수 있는 영향을 해석할 수 있는 기술을 개발하고, 실제 가동보의 운영으로 하류 하천 단면의 동적 변화가 있었던 기간에 대해 5 km 상류에서의 수위-유량 관계 변화를 분석하였다.

본 연구에서는 복단면 수로의 홍수터에 식생이 분포하는 경우 흐름저항계수 추정 방법에 대해 실규모 실험과 1차원 수치모의를 기반으로 분석하였다. 구간 조도계수 및 복합 조도계수와 같이 홍수터 식생의 흐름저항계수를 산정하는 방법에 따라 1차원 수치모델링의 수면곡선 예측 정확도를 평가하였다. 복단면 수로의 기하하적 단면 형태에 따른 영향과 홍수터에 분포하는 식생으로 인한 영향이 복합적으로 작용하는 것을 고려하여 홍수터 식생은 비교적 단순한 형태의 실린더 모형식생을 적용하였다. 구간 조도계수는 실규모 실험의 실측 결과를 기반으로 산정하였으며, 복합 조도계수의 경우 횡단면 윤변을 따라 식생이 분포하는 홍수터 구간과 식생이 없는 하도 구간을 구분하여 각각의 조도계수를 입력함으로써 1차원 수면곡선 계산에서 단면별 복합 조도계수가 산정되도록 하였다. 실규모 홍수터 식생 하도를 대상으로 구간 조도계수를 적용한 수면곡선 계산을 수행한 결과, 실측 수위와의 일치도가 98.2%인 것으로 나타났다. 복합 조도계수를 추정하는 방법의 경우 운동량 기반 식생 흐름저항계수 추정 모형의 항력계수 입력에 따라 1차원 수면곡선 계산 결과와 실측 수위의 일치도가 42.3%에서 98.3%까지 다양하게 나타났다.

본 연구에서는 일본 난카이 트러프에서 발생 가능한 최대 규모(M_w 9.0급) 지진해일의 전파 수치모의를 통하여 난카이 트러프 지진해일이 우리나라 남해안에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 일본 내각부가 제시한 11개의 지진해일 시나리오와 천수방정식 기반의 수치 모델을 사용하였다. 난카이 트러프 지진해일은 일본 큐슈섬에 의해 대부분 차폐되나, 굴절 및 회절된 해일파가 지진해일 발생 약 200~250분 후에 남해안에 도달하는 것으로 확인되었다. 최대 해일고는 제주 남부 화순항과 같이 지형적으로 에너지가 집중되는 일부 지역에서 최대 0.6 m 수준으로 나타났고, 지진해일에 의한 유속은 섬과 섬 사이의 좁은 수로에서 빨라지는 경향을 보이며 최대 0.4 m/s 정도로 나타났다. 난카이 트러프 지진해일의 영향은 지진발생 후 약 12시간 이상 지속하는 것이 확인 되었으며, 해일고의 경우는 첫 번째 해일이 가장 높지만, 유속은 두 번째나 세 번째 해일에서 더 강하게 발생하는 점이 확인되었다. 이는 해일고 중심의 재난 대응 체계 뿐만 아니라, 선박 운항 및 항만 운영 등 해상 활동에 대한 유속 기반의 대응 기준이 필요성이 제기된다.

본 연구는 사전배수가 홍수 대응 및 상류 구간에 미치는 영향을 관측 자료를 기반으로 검토하는 방법을 제시하고, 이를 서낙동강 하구부에 위치한 녹산배수펌프장에 적용하였다. 상류 영향 분석에서는 펌프토출에 따른 상류유입과 표면수-지하수 상호작용을 중점적으로 살펴보았다. 홍수 대응능력 평가에서는 수위, 강우, 펌프토출량 기록을 종합하여 누적강우량과 잠재수위증가량의 관계를 자료 기반으로 근사하고, 95% 예측구간을 산정하여 불확실성을 함께 제시하였다. 분석 결과, 누적강우량이 약 150 mm일 때 97.5%의 확률로 사전배수로 확보한 최대 용량이 침수 방지에 충분한 것으로 나타났다. 펌프토출로 인한 수위 저하에 따라 상류로부터 유입되는 유량은 토출량의 11~17%로 산정되었으며, 이는 배수 효율을 저하시키는 요인으로 확인되었다. 또한, 표면수-지하수 상호작용 분석 결과, 서낙동강과 주변 대수층 간의 수리학적 연결성이 확인되었고, 사전배수 시 서낙동강이 일시적으로 손실하천에서 유입하천으로 전환될 가능성이 관찰되었다. 이는 인위적인 수위저감의 영향이 광범위하게 나타날 수 있음을 의미하며, 지표수 및 지하수의 수량뿐만 아니라 수질과 생태계에도 잠재적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.