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

수문 순환의 중요한 구성 요소인 유역 유출량은 기후변동과 인간 활동의 영향으로 전 세계 많은 유역에서 크게 변화되고 있다. 기후변동과 인간 활동으로 변화되고 있는 유역 유출량에 대한 분석은 수자원 관리에 있어서 중요하다. 본 연구에서는 우리나라 5개 권역의 109개 중권역의 유출량 자료를 대상으로 기후변동과 인간 활동이 유역 유출량에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 유역 유출량 자료에 대하여 Pettitt 검정을 수행하여 분석 기간을 나누었으며, Budyko 기반 기후 탄력성 방법을 이용하여 기후변동과 인간 활동이 유역 유출량의 변화에 미치는 영향을 구분하였다. 본 연구 결과, 중권역마다 유역 유출량 변화에 기후변동과 인간 활동이 미치는 상대적인 기여도가 다양하게 나타났으며, 중권역별로 유역 유출량의 변화에 지배적인 영향을 주는 요인이 무엇인지 파악하였다. 본 연구의 결과는 기후변동과 유역 개발 계획에 따른 유역 유출량 변화를 예측할 수 있도록 하며, 이는 가뭄이나 홍수 등 수문 재해의 위험을 줄이기 위한 수자원 관리 계획을 수립하는데 중요한 정보가 될 것이다.

최근 기후변화로 인해 극한홍수가 증가하여 댐 운영에 큰 어려움으로 작용하고 있다. 그간 댐 설계 시 제시되는 홍수조절방식은 하류 상황에 대한 고려 없이 계획홍수량이라는 특정 홍수상황을 가정하여 수립된 것으로, 실제 상황에는 기상예보를 기반으로 저수지 모의운영을 통해 홍수조절을 실시한다. 하지만 기상예보의 불확실성과 댐 관리자마다 달라지는 의사결정 등 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 섬진강댐에 대해 댐 유입량을 기준으로 댐 운영 제약사항을 고려한 단계적 방류량 증량을 실시하는 홍수조절방식을 제시하고, 계획홍수량 및 역대 최대홍수사상을 적용한 저수지 모의운영을 통해 효과를 평가하였다. 본 연구에서 제시한 홍수조절방식은 다양한 댐 운영자가 현실적 댐 운영 여건을 반영하여 일관성 있는 홍수조절 의사결정에 활용 가능할 것으로 판단된다.

지형구조가 복잡한 자연하천에서의 오염물질의 혼합과 이송 현상을 해석하기 위해 개발된 1차원 저장대 모형은 1970년대에 처음으로 제시된 이후 하천 내 오염물질의 정체 현상의 정확한 분석을 목적으로 다양한 형태로 개선되어 왔으며, 지난 수년간 지표수 및 지하수 분야에서 오염물질의 거동 및 체류시간을 예측하는 도구로써 활발히 활용되어 왔다. 그럼에도 불구하고 1차원 저장대 모형은 복잡한 자연하천의 혼합 기작을 제한된 매개변수를 통해 단순화하기 때문에 아직 해결되지 않은 숙제가 남아 있다. 본 리뷰 논문에서는 현재까지 개발된 저장대 모형의 장·단점을 설명하고, 모형의 구조적, 비구조적 불확실성에 대한 문제를 제기하고, 이를 극복하기 위해 필요한 연구의 방향성을 제시하였다. 본 연구 결과, 지속적인 정체시간분포 모델링에 대한 개선, 동수역학 해석 모형과 저장대 모형과의 결합, 그리고 추적자 실험 자료 수집 과정에서 불확도 개선을 통해 저장대 모형의 정확도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 모형의 복잡성을 증가시켜 정확도를 강화하는 방안은 지양하여야 하며, 모형 매개변수를 통한 하천의 정체특성 해석에는 수리·지형학적 근거와 추적자 실험 자료와 매개변수 추정 방식의 신뢰성이 함께 제시되어야 한다. 본 연구의 분석 결과와 제언은 저장대 모형을 통한 정밀한 하천 혼합 해석의 향후 연구에 토대가 될 것으로 기대한다.

상수도 관망은 운영 중 다양한 수질 사고 발생 위험요소에 노출되어 있다. 본 연구는 다양한 수질 사고 위험요소 중 상수도 관망 내로의 바이러스 유입에 따른 위험도 평가 방법론을 제시하고, 이를 활용하여 위험도를 최소화할 수 있는 재염소 시설의 위치와 운영에 대한 검토를 수행하였다. 위험도 평가를 위해 QMRA (Quantitative Microbial Risk assessment)를 적용하였으며, 염소 농도에 따른 Water Quality Resilience를 정의하여 바이러스가 유입되지 않은 정상 운영 상황과 바이러스가 유입된 비정상 상황에서 염소 농도가 목표 범위(0.1-1.0 mg/L)내 운영되는지 여부를 정량적으로 확인하였다. 본 연구에서는 바이러스와 염소간의 반응을 고려해야 하기에, 다양한 수질인자를 고려할 수 있는 EPANET-MSX를 활용하여 수리 및 수질 분석을 수행하였다. 제안한 방법론은 미국의 Bellingham의 관망에 적용하였으며, 재염소 시설의 경우 0.5 mg/L부터 1.0 mg/L까지 주입 가능한 것으로 하였다. 적용 결과 재염소 시설이 없는 경우 Average risk가 0.0154이었으며, 재염소 시설 설치 후 1.0 mg/L의 농도로 주입 시 39.1%의 Average risk를 저감할 수 있었다. 다만, 재염소 시설을 통한 과도한 염소 주입은 Water Quality Resilience를 저감하여, 최종적으로 0.5 mg/L의 재염소 시설을 선정하였으며, 이를 활용하여 20% 가량의 Average risk 저감이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 향후 잠재적 바이러스 유입에 대비한 재염소 시설의 설계에 활용할 수 있을 것이다.

본 연구의 목적은 물리적 분포형 유출 모형인 GRM (Grid based rainfall-Runoff Model)을 이용하여 댐 유입량을 모의함으로써 연속형 모의에 대한 GRM 모형의 적용성을 평가하는 것이다. GRM 모형은 기존에 강우-유출 사상의 모의를 위해서 개발되었으나, 최근에 연속형 모의가 가능하도록 개선되었다. 대상 유역은 충주댐 유역, 안동댐 유역, 용담댐 유역, 섬진강댐 유역이며, 500 m × 500 m의 공간 해상도로 유출 모형을 구축하였다. 모의 기간은 21년(2001년~2021년)이다. 모의결과의 평가는 17년 기간(2005년~2021년)에 대해서 수행하였으며, 17년 전체 자료(total duration), 풍수기(6월~9월, wet season), 갈수기(10월~5월, dry season)의 3개 자료 기간으로 구분하고, 각 댐의 관측된 일유입량과 비교하였다. 모의결과의 적합도 평가는 Nash-Sutcliffe efficiency 계수(NSE), Kling-Gupta efficiency 계수(KGE), 상관계수(CC), 총용적 오차(VE)를 사용하였다. 모의된 댐 유입량의 평가결과 total duration과 wet season에서 관측자료를 잘 재현할 수 있었으며, dry season에서도 저유량 자료의 불확실성을 고려할 때 양호한 모의결과를 나타내었다. 연구결과 GRM 모형의 연속형 모의기법은 적절히 구현된 것으로 판단되었으며, 본 연구의 댐 유입량 모의에 충분히 적용성이 있는 것으로 나타났다.

강수의 공간적․시간적 불균형이 물관리를 어렵게 하고 있다. 기후변화로 인해 강수의 불균형이 심화되고, 가뭄과 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 또한 가뭄과 홍수의 강도가 심화되어 기존의 물관리 시스템을 어렵게 만들고 있다. 2022년 6월부터 2023년 6월까지 영섬유역의 주요 수자원시설 저수율이 대부분 30% 이하였으며 유역 내 가장 용수 의존도가 높은 주암댐의 경우에 역대 최저 저수율인 20.3%까지 하락하였고 평림댐은 2023년 5월 4일 최저 저수율 27.3%를 기록하였다. 평림댐은 2022년 봄부터 강수량 부족으로 2022년 6월 19일 가뭄 관심 단계가 발령되었고 연이어 7월 2일 가뭄 주의 단계, 8월 21일 가뭄 심각 단계에 진입하였다. 수양제와 연계 운영이 가능한 평림댐은 관리기관이 다르다. 그럼에도 불구하고 가뭄 상황에서 유기적 연계 운영을 통해 평림댐에서 저수위에 도달하지 않고 3개군 급수인구 63,000명에게 안정적으로 용수를 공급할 수 있었다. 한정된 수자원 활용을 극대화할 수 있도록 유역간, 수원간 물이동을 원활하게 이동 가능 방안을 검토하여 수요자 중심의 물공급 시스템을 갖추어 기후변화로 인한 물부족 상황에 대비해야 한다.