• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.648-648
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• 2015

이 연구는 수자원 환경을 전반적으로 객관화, 계량화하는 새로운 방법이 성공적임을 소개한다. 기존의 계량법이 일강수량, 월 강수량, 년 강수량 등등, 단순한 수학적 합계에 치중한 결과 가중 중요한 강수의 시간 분포를 간과하였다. 이 단점을 해결하여, 1) 구체적으로 매 시간, 매일 남아 있다고 추정되는 물의 양 만을 합산하는 방법을 택했다. 시간적 감소함수를 이용하여, 강수 후 유출과 증발 등으로 사라지는 물의 양을 고려한 것이다. 2) 합산기간을 객관화하였다. 기본 합산 기간을 365일로 하고, 물 부족 또는 물 과잉이 지속될 경우는 지속되는 기간만큼, 합산기간을 늘이는 방법을 택했다. 따라서 다른 지수들이 임의로 3개월 또는 12개월 등등으로 기간을 결정하는 단점을 해결했다. 이렇게 계산되는 4차원 강수지수(4-Dimensional Rain Index, 4RI)는 1) 일별유효강수지수 (AWRI), 2) 일별가뭄지수(EDI), 3) 일별 홍수지수(FI), 4) 시간별 장기 물지수(LWI), 5) 시간별 단기 물지수(SWI) 등 5개가 기본지수이다. AWRI는 매일 남아 있는 물의 양이다. 이로 인해, 전 지구의 수자원과 재해위험의 시공간적 분포의 정량화 분석이 정밀해졌다. 지구상에서 물 집중이 가장 강한 곳은 캄보디아 내의 한 지점이며 시기는 7월 말이고, 가장 약한 곳은 사하라 사막의 한 지역임이 확인되었다. 또 한국에서 발생하는 갈수기와 풍수기가 정의되었고, 이들의 각 지역별 특성과 차이가 정량적으로 드러났다. 시간적 분포 또한 명확하게 드러나, 각종 저수지의 물 관리나 농?임산물의 생산관리에 획기적 전환점이 마련되었다. 각 국가별로, 각 지역별로 이런 분석은 향후도 무수히 시도되어야 할 것이다. EDI는 매일의 AWRI를 그 날짜의 평균치와 비교한 값이다. 장기가뭄 및 단기가뭄의 강도를 모두 가장 정밀하게 표현한다. FI는 일별로 홍수, 산사태, 침수, 토사 (이하 홍수 등이라 칭함)의 위험을, LWI는 장기 누적된 강수량에 의한 돌발적 홍수 등의 위험을, SWI는 단기 누적된 강수량에 의한 돌발적 홍수 등의 위험을 잘 반영한다. 이들은 모두 시간적으로 산발적인 호우에 의한 홍수 등의 위험을 한 개의 지수로 표현해 주는 장점이 있다. 강수 후 홍수가 발생하기 까지는 시간차이가 있기 때문에, 특히 호우 경보에는 SWI가, 홍수 경보에는 LWI가 아주 효과적이다. 결론적으로 5개의 4차원 강수지수는 물환경의 시공간적 분포진단과 예측, 그리고 조기경보에 혁명적 진화를 초래함이 확인되었다. 따라서 추후 모든 강수기후와 연관된 연구는 연강수량 등의 단순 합산보다, 4차원 강수지수를 먼저 사용하는 것이 바람직 할 것임이 제안되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6B호
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• pp.561-569
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• 2010

본 연구에서는 현재 및 미래 기후에서의 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선의 비교를 통하여 극한 가뭄 사상에 대한 기후변화의 영향을 살펴보았다. 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선은 극한 호우사상을 특성화하기 위한 일반적으로 적용되는 우량깊이-영향면적-지속기간 곡선에서 우량깊이를 가뭄심도를 대표할 수 있는 적절한 지수로 대체함으로써 가뭄사상을 분석할 수 있는 도구를 제공한다. 미래 월 강수량 시계열은 $27km{\times}27km$의 공간적인 해상도를 가지는 기상청 지역기후모형으로부터 획득되었으며, 가뭄심도는 표준강수지수를 이용하여 산출하였다. 분석 결과, 농업가뭄에 대한 위험성은 특히 단기간의 지속기간의 경우에 현재보다 심화될 수 있는 것으로 분석되었으며, 수문학적 가뭄의 경우는 가뭄지속기간에 상관없이 모두 현재보다는 미래에 가뭄심도가 더 깊어질 가능성이 있는 것으로 예측되었다. 이에 따라 현재의 수자원 공급 시스템에 대한 기후변화 취약성 평가가 시급함을 제시하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.395-395
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• 2023

전 세계 곳곳에서 매년 발생하고 있는 홍수, 가뭄, 수질 문제는 인류가 해결해야 할 공통적인 문제이다. 홍수, 가뭄, 수질 문제뿐만 아니라 수자원의 지역적인 불균형과 인근 지역의 물 분배 문제, 공유하천 문제 등으로 인한 물 사용자 간의 물 갈등, 물 분쟁도 지속되고 있다. 최근 정보통신기술이 발달함에 따라 수자원 관련 각종 위험지표, 물 갈등, 물 분쟁 사례를 자료화하여 활용할 수 있는 온라인 플랫폼이 개발되고 있다. Aqueduct 3.0은 전 세계 물 위험을 식별하고 평가할 수 있는 물 위험평가 프로그램(water risk assessment tool)으로 세계 수자원 협회에서 2019년 기존 프로그램을 업데이트하여, 온라인 플랫폼을 통해 전 세계 각국의 지역별 수자원 분포에 따른 각종 위험지도와 데이터를 무료로 제공하고 있다. 또한 세계 자연기금(World Wide Fund For Nature)도 온라인 플랫폼으로 전 세계의 물 위험 필터도구(water risk filter tool)를 제공하고 있다. 또한 물 갈등 연대기(Water Conflict Chronology)는 태평양 협회에서 전 세계 물갈등 사례를 수집하여 연대별로 정리한 것으로, 업데이트되어 2022년 사례까지 제공하고 있다. 본 연구는 Aqueduct와 Water Conflict Chronology 등 온라인 플랫폼에 탑재된 한반도 관련 수자원 자료를 조사하여 기존 자료와 분석하였다. 연구 결과 Aqueduct와 Water Conflict Chronology 등 온라인 플랫폼이 수자원 관련 교육의 유용한 도구임을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.9-9
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• 2019

기후변화로 인한 다년 가뭄은 매년 증가하여, 충청남도에 위치한 보령댐과 보령댐으로부터 용수를 공급받는 지자체의 시민들 또한 2015년부터 2017년까지 지속된 가뭄으로 인해 총 127일 동안의 생 공용수 급수조정으로 인한 불편함을 경험하였다. 지금까지 시행된 국내의 다양한 가뭄 피해 저감 정책 설립 과정은 대부분 일방적인 하향식(top-down) 의사결정 과정을 바탕으로 진행되었고, 이는 이해당사자와 정책결정자간의 갈등을 유발했다. 이로 인한 피해를 방지하기 위해 본 연구에서는 참여형(bottom-up) 의사결정 과정 중 하나인 비전공유계획을 충청남도 기후변화 적응 물관리정책 협의회를 통해 적용하였다. 또한, 비전공유계획의 핵심 요소인 비전공유모형을 시스템 다이내믹스 모형의 특성을 포함하여 개발하고자 STELLA Architect 소프트웨어로 보령댐 및 8개 지자체를 포함한 저수지 운영모형을 구축하였고, 총 3차례의 소위원회를 거쳐 수렴한 이해당사자의 요구사항에 따라 개발한 모형을 보완하였다. 구축한 모형으로는 미래에 발생 가능한 가뭄의 위험을 포함하고 있는 기후변화 시나리오에 대한 모의를 진행하였고, 보령댐과 보령댐으로부터 용수를 공급받는 충청남도 서해수역 지자체의 가뭄으로 인한 취약성을 평균부족횟수, 평균부족기간, 평균부족량으로 표현하였다. 모의 결과, 보령댐은 8개 지자체보다 가뭄에 상대적으로 더 취약하며, 8개 지자체에서는 가뭄 대응 대책이 주로 계획되어 있는 지역과 모의에서 가뭄이 발생하는 지역의 불일치로 인한 피해가 발생할 수 있음을 확인하였다. 또한, 다른 평가지표에 비해 예측하기 어려운 평균회복기간에 대해서는 댐과 지자체에서 이를 고려하는 것이 필요하다. 비전공유모형을 통한 가뭄 취약성 분석 결과를 미래 회의에서 이해당사자와 공유하고, 용수 공급처과 수요처의 입장에서 용수 부족을 해소할 방안을 모형에 적용함으로써 미래 가뭄 대응 정책 수립 과정에는 참여형으로 의사결정을 할 수 있음을 제안하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.883-893
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• 2023

2020년 기준 한국의 곡물자급률은 20.2%에 불과하지만 곡물수출국에서 발생하는 가뭄이 국내에 미치는 영향은 아직 면밀히 분석되지 않았다. 본 연구에서는 증발산 기반 가뭄지수인 Evaporative Stress Index (ESI)를 이용해 세계 주요 곡물생산지역의 농업가뭄의 발생빈도, 장기추세, 자연진동과의 상관성을 분석하였다. 또한 국제 곡물거래가격과 작물생산지역의 가뭄면적을 비교하여 해외에서 발생한 가뭄이 한국 경제에 미치는 영향을 정성적으로 평가하였다. ERA5 기후재분석자료로 산정된 ESI는 전지구적으로 토양수분과 강한 상관성을 보였으며 특히 작물재배 지역에서의 둘의 상관성이 매우 강하게 나타났다. 작물재배지역에서의 높은 상관성은 강한 지면-대기결합을 의미하며, 이 때문에 작은 토양수분 부족이 상대적으로 큰 수확량 손실로 연결될 가능성이 크다. 1991-2022 기간 작물재배지역에서 ESI는 뚜렷한 감소추세를 보였으며 지구온난화와 함께 가뭄면적이 증가할 가능성이 있다. 2012년과 2022년에 급격히 상승한 국제곡물가격은 수출국에서 발생한 대규모 가뭄과 밀접한 관계가 있는 것으로 분석되었으며 한국의 생산자물가지수를 상승시킨 주요 원인 중 하나로 판단된다. 본 연구는 해외지역에서 일어나는 가뭄의 영향을 줄이기 위해 감시와 위험관리 전략이 필요함을 시사한다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2020년도 정기학술대회 발표논문집
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• pp.102-102
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• 2020

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2016

본 연구에서는 유입량의 불확실성을 고려하여 미래 저수량을 확률론적으로 예측하였다. 월별 유입량을 표본으로 한 확률밀도함수를 핵밀도함수(kernel function)를 이용하여 추정하고, 추정된 확률분포로 월별 유입량을 모의 발생하였다. 모의 발생된 유입량을 통해 연속적인 조건부 확률을 산정하였고, 이의 누적확률분포(F(x))는 해당 저수량에 도달하지 못할 확률, 즉 실패확률을 의미하므로 1-F(x)로 해당 저수량 이상을 확보할 수 있는 확률을 산정하였다. 보령댐을 대상으로 분석한 결과 2016년 2월 말 저수량 27.8 백만$m^3$ 기준으로 3월부터 6월까지 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 각각 2.3%, 12.5%, 24.2%, 33.5%로 나타났다. 지역적 가뭄에 대응하기 위해 하천유지용수 감량, 용수 대체공급, 자율 급수조정 및 금강-보령댐 도수로를 이용한 용수공급으로 20.6만$m^3/day$의 용수가 비축될 경우, 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 10.2%, 40.3%, 73.8%, 78.7%로 용수비축의 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 저수량의 확률론적 예측을 통해 미래 저수량의 확률적 발생가능성을 추정할 수 있으며, 가뭄이 발생할 경우, 가뭄 대응효과를 정량적으로 나타낼 수 있어 가뭄 위험 상황 전달 및 용수공급조정 의사결정 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.43-43
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• 2020

보령댐은 충남 서부지역 8개 시·군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 최근 우리나라에서 발생한 연속적인 가뭄으로 2015년에는 저수율이 7.5 %까지 감소하여 제한급수가 시행되었다. 본 연구에서는 가뭄으로 인한 물 공급 부족에 취약함을 보인 보령댐 유역(297.4 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하였다. SWAT 모형을 활용하여 보령댐의 물수지를 모의하기 위하여 보령댐의 실측 유출량, 저수량, 방류량으로 보령댐 유입량과 저수량을 보정(2002~2004) 및 검정(2005~2007)하였으며, 실측 저수량을 기반으로 미래 댐 운영을 모의하였다. 검·보정 결과, 댐 유입량과 저수량의 PBIAS(%)는 -0.04, -0.09, NSE(Nash and Sutcliffe Efficiency)는 0.52, 0.96, RMSE(Root Mean Square Error)는 1.80 mm/day, 0.67 × 10⁶㎥로 분석되어 신뢰성 있는 모의 결과를 보였다. 보정된 SWAT 모형으로 가뭄 사상이 반영된 기후변화를 모의하기 위하여 APCC의 26개 CMIP5 GCM 시나리오를 SPI (Standardized Precipitation Index)와 연속 이론(Runs theory)으로 분석하여 6개의 극한 가뭄 시나리오 (RCP 4.5, 8.5 CMCC-CM, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR)를 선정하였으며, 선정된 시나리오를 모형에 적용하여 가뭄 사상을 반영한 보령댐의 미래 내한능력을 평가하였다. 내한능력평가 및 분석 기간은 Historical(1980~1999; 1990s), Present(2000~2019; 2010s), 그리고 미래 기간 (2020~2039; 2030s, 2040~2059; 2050s, 2060~2079; 2070s, 2080~2099; 2090s)으로 나누었으며, 취약성(Reliability), 회복성(Resilience), 위험성(Vulnerability), 세 가지 지표로 내한능력 평가를 수행하였다. 평가 결과, 미래 취약성은 2050s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.803까지 감소하였으며, 회복성과 위험성은 2070s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.003, 3,567.6 × 10⁶㎥까지 감소하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.501-510
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• 2002

가뭄상황 또는 가뭄이 임박한 상황에서의 저수지 운영은 수요관리개념(단계별 급수)에서의 운영률을 필요로 한다. 본 연구는 저수지 갈수대응 차원에서 수문상황에 따른 단계별 방류량 감소를 고려할 수 있는 heding 효과를 고려한 단일 저수지 운영률 개발을 목표로 하였다. hedging 효과를 고려한 최적운영률 결정에는 혼합정수계획기법이 적용되었으며, 정식화단계에는 Shih 등(1994)의 hedging효과를 고려한 운영률을 개선하여 정식화 요소에 Hashimoto 등(1982)의 위험도 평가기준을 포함시켰다. 또한 hedging항의 비선형 해석을 수행하기 위하여 축차 선형계획기법을 도입ㆍ정식화에 적용하였다. 본 hedging운영률의 적용결과 대청다목적댐에 대하여 hedging 매개변수론 산정하였으며, 이를 통하여 각 월별 갈수대응 제한공급 시점 저수량(trigger volume)을 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.292-292
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• 2022

가뭄은 사회기반시설, 인적 자본 등과 같은 자산에 직접적인 영향을 미치지 않으나 물을 중요한 투입재로 사용하는 농업부문에 피해가 집중된다. 가뭄 재해는 준비와 대응에 따라 피해에 큰 차이가 크기 때문에 다른 재해와는 달리 강도뿐만 아니라 지속기간을 고려해야 한다. 효과적인 가뭄 위험 관리를 위해서는 가뭄의 특징과 가뭄 준비 및 대응 수단에 따른 환경 및 경제적 영향을 평가할 수 있는 모형 구축과 다양한 농업자원을 동시적으로 연계 평가하여 지속가능성을 판단할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 등의 외부요인을 반영한 물-에너지-식량 (Water-Energy-Food, WEF) 넥서스 기반 농업 가뭄 평가 플랫폼 설계를 제안하고자 한다. 이를 위해 물-에너지-식량 넥서스 연계 해석 고도화 기술을 개발하고, 생물-물리학적 모델 및 경제학적 모델 연계형 기후-토양-물-에너지-식량 넥서스 (CS-WEF NEXUS) 플랫폼을 구축하여, 최종적으로 기후변화 및 농업부문 가뭄 준비 및 대응 수단의 영향 평가를 바탕으로 한 의사결정 지원 도구를 제시하는 것이 최종 목표이다. 본 연구에서 구축된 플랫폼은 넥서스 연계 해석을 통해 농업 가뭄 대응을 위한 식량 및 에너지 안보 정책에도 미칠 수 있는 영향을 분석할 수 있으며, 다양한 식량-물-에너지 정책들이 타 요소들에 미치는 영향을 쉽게 평가할 수 있다는 점에서 정책적 의사결정 지원 시스템으로서 활용도가 높을 것으로 예상한다.