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기상이변에 따른 물부족 및 가뭄 해결방안적용사례

  • 등록일자

    2018-10-10

  • 초록

    1. 개요

    최근 들어 지구온난화에 의해 지구의 평균기온은 1880년 이후로 약 0.85℃ 상승하였다. 가뭄이란 오랫동안 비가 내리지 않아 땅이 메마르고 물이 부족한 현상을 말하는데, 판단 기준에 따라 기상·농업·수문·사회경제적 가뭄으로 나눌 수 있다. 경계를 명확히 구분하기는 어렵지만 기상학적 가뭄에 대해 좀 더 자세히 알아보면, 계절적 평균강수량보다 적은 강수로 인해 건조한 날이 지속되는 것으로 고온이 지속되고 풍속이 강화되며 일조시간, 증발량이 증가하는 현상이 동반된다. 미국 캘리포니아 주는 지난 6년간 지속된 가뭄으로 인해 엄청난 양의 농지가 물 부족으로 휴경 상태에 돌입하였으며, 이탈리아는 60년 만에 발생한 최악의 가뭄으로 인해 로마 시의 제한급수를 검토한 바 있다. 국내의 경우 중부 지역에서 극심한 가뭄이 빈번하게 발생하여 농업용수, 생활용수, 공업용수 공급에 차질이 생기고 있는 등의 물 부족 문제가 빈번하게 일어나고 있다.

     

    [표 1] 가뭄의 기준
























    구분 내용
    기상학적 가뭄 주어진 기간의 강수량이나 무강수 계속 일수 등으로 정의하며 기상현상의 영향을 직접적으로 표현하는 가뭄
    농업적 가뭄 농업에 영향을 주는 가뭄을 언급한 것으로 농작물 생육에 직접 관계되는 토양수분으로 표시
    수문학적 가뭄 물 공급에 초점을 맞추고 하천유량, 저수지, 지하수 등 가용 수자원의 양으로 정의한 가뭄
    사회경제적 가뭄 다른 측면의 가뭄을 모두 고려한 넓은 범위의 가뭄 정의로 경제재(물)의 수요와 공급을 기상학적, 수문학적 그리고 농업적 가뭄의 요소와 관련시켜 정의


     

     

    가뭄지수로는 표준강수지수(SPI, Standardized Precipitation Index), 파머가뭄지수(PDSI) 등이 있는데 기상청은 6개월 표준강수지수를 가뭄 경보 기준으로 삼고 있다. 우리나라에서 적용하고 있는 SPI는 McKee 등(1993)에 의해 개발된 것으로, 가뭄이 상대적으로 물의 필요에 비해 물의 부족을 유발하는 강수량의 감소에 의해 시작된다는 생각에서 착안하였으며, 강수량이 부족하면 용수 공급원이 지하수, 저수지 저류량, 하천 유출량 등 각기 다른 영향을 미친다는 것으로부터 표준강수지수를 개발하였다.

    SPI는 사용자의 요구에 따라 다양한 지속시간(3개월, 6개월, 9개월, 12개월)에 대해 계산될 수 있는 장점이 있으며, 우리나라에서는 6개월 누적강수량을 이용하여 가뭄 정도를 나타내는데 습함, 정상, 약한가뭄, 보통가뭄, 심한가뭄, 극한가뭄과 같이 총 6단계로 구분된다.

     

    [그림 1] 가뭄지수의 종류

     

    최근 점점 강도가 심해지는 기후변화에 따른 이상기상은 물순환의 불확실성을 더욱 가중시키고 있다. 가뭄은 홍수 등 다른 자연재해와는 달리 진행 속도는 느리지만 일단 발생하게 되면 경제적, 사회적, 환경적으로 폭넓고 지속적인 영향을 미치게 된다. 가뭄 영향을 받는 지역이나 국가는 물 공급의 부족으로 생태계와 농업에 큰 피해를 입힐 뿐만 아니라 여러 해에 걸쳐 나타날 수도 있으며 지역경제에도 커다란 해를 끼칠 수도 있다.

    본고에서는 이러한 기후변화에 능동적으로 대응하는 가뭄 및 물 부족을 해결하기 위한 방안 및 적용 사례를 제시한다.

     

    [그림 2] 가뭄에 의한 피해

     

    2. 물 부족 및 가뭄 해결 방안, 적용 사례

    2.1. 가뭄 감시(Monitoring)시스템 및 경보(Warning)시스템 구축

    가뭄에 적절히 대응하기 위해서는 우선 가뭄을 감시할 수 있는 감시시스템이 구축되어야 하며, 가뭄의 발생빈도와 지속 기간 등 기후 특성의 분석을 바탕으로 한 경보시스템이 마련되어야 한다. 가뭄을 모니터링하기 위해서는 객관적이고 널리 적용될 수 있는 가뭄의 정의와 적절한 가뭄지수가 필요하다.

    장기간에 걸친 강수의 부족으로 인한 가뭄 현상은 단순히 자연적으로 발생하는 현상이라고 정의할 수만은 없으며, 이로 인하여 일상적인 수자원의 수요를 충족시키기 위하여 공급되는 용수 공급량의 부족은 심각한 사회적, 경제적 피해와 함께 환경적으로도 많은 영향을 미치게 된다.

    가뭄 발생에 대한 정보가 사전에 주어진다면 가뭄 피해를 경감하기 위한 자원을 확보하고 효율적 배분을 위한 계획을 세워 가뭄 피해를 최소화할 수 있을 것이다. 가뭄 발생으로 인한 피해를 예방 및 저감하기 위해서는 구조적인 대책과 더불어 앞에서 설명한 가뭄 감시·예측 시스템 개발과 같은 비구조적인 대응 방안이 필수적이다. 원격탐사 자료와 기후 자료를 결합한 장기 가뭄 예측 정보 제공 시스템을 구축하여 가뭄 피해 예방 및 대비에 기여할 수 있도록 하여야 한다.

     

    [그림 3] 농업용수 공급 분석 및 가뭄 위협 예측 시스템

     

    최근 경기도는 전국 최초로 공무원을 대상으로 논밭에 대한 가뭄 위험 정보를 분석·제공하기 위해 총 3억 6,000만 원(국비 8,000만 원, 도비 1억 8,000만 원)의 예산이 투입돼 1918년 12월까지 “빅데이터 분석을 통한 농업용수 공급 분석 및 가뭄 위험 예측” 시스템 개발을 완료, 내년부터는 실제 서비스할 예정이다. 이 시스템은 지도 기반 서비스에 관정, 저수지, 양수장 등 각종 수자원 정보와 기상정보를 연결한 후 가뭄 예측 모형을 통해 가뭄 취약지역을 분석해주는 시스템으로, 예를 들면 사용자가 특정 지역을 선정하면 그 주위에 있는 수자원시설의 용수 공급 능력과 지역 기상정보 등을 종합해 가뭄 취약 여부를 알려주게 된다.

     

    2.2. 기존 저수지(댐) 확대 및 고도화

    가뭄 대비 물 부족 해결 및 안정적인 물 공급을 위해서는 기본적으로 여름철에 물을 가두고 가뭄 때 공급하는 물 공급 시스템을 갖추어야 한다. 기후변화로 인해 가뭄의 발생빈도는 점점 더 짧아지고 강도는 증가할 것으로 예상되는 가운데, 과거의 수문 자료를 이용하여 설계된 기존 수자원시설물만으로는 기후변화로 인한 가뭄에 대응하기엔 어려움이 있을 것으로 판단된다. 따라서 기후변화로 인해 발생할 수 있는 극심한 가뭄을 대비하기 위해 추가적인 용수 확보 방안이 필요한 시점이다.

    수자원장기종합계획에 따르면 우리나라는 2015년 기준으로 전국에 다목적댐 21개를 비롯해 하구 둑 등 크고 작은 댐이 1만 7,000여 개 있다. 국토 면적당 댐 밀집도는 세계 1위다. 그런데 2012년 마련된 “댐 건설 장기종합계획”은 대형 댐 4개를 비롯해 14개를 추가로 짓겠다는 내용이 담겼었다. 그런데 최근 환경부는 “국가 주도의 대규모 댐 건설을 중단하겠다”고 선언했다. 이는 물그릇을 늘리기보다는 물 이용의 효율성을 높이겠다는 의미이다.

    다만 지역적으로 물 공급이 원활하지 않은 곳은 중·소규모 댐을 건설하기로 밝힌 바 있다. 이를 위해 우선 적재적소에 중·소규모 댐을 중심으로 저수지·저류지를 많이 건설하는 과감한 정책이 추진되어야 한다. 또한 저수지 제당의 차수벽 설치 및 보강, 저수지 바닥의 준설 및 불투수층으로의 개량, 수혜지역별 공급시설의 체계화, 저수지 운영 시스템의 현대화도 병행 추진해야 할 것이다.

     

    2.3. 물순환 시스템 활용

    무심코 버리던 빗물이나 중수, 하수처리수를 정화한 뒤 재이용하는 물순환 시스템을 활용하면 댐을 새로 건설하는 효과를 얻게 되기 때문에 물 부족을 극복하는 데 효과적인 수단이 될 수 있다. 외국의 경우 빗물 이용은 생활용수, 조경용수, 공업용수 등으로 대부분 활용되며, 음용수로의 활용은 상수 보급이 제한적인 지형적, 지리적 특성을 지닌 미국의 섬 지역과 호주의 시골 지역 등의 일부에서 활용하고 있다. 독일은 빗물 이용을 가장 적극적으로 추진하고 있으며 세계 최고의 상수도 요금으로 빗물 이용이 필수적이라 할 수 있다.

     

    [그림 4] 용인시 물순환 시스템 계획

     

    대표적인 물순환 시스템을 정책적으로 추진하고 있는 용인시는 기후변화와 물 부족에 선제적으로 대응하기 위해 오는 2022년까지 매년 물 4,500만 톤을 재이용할 수 있는 체계를 구축할 수 있도록 계획을 수립하여 추진 중에 있다. 이 계획에 따르면 빗물은 지붕 면적 1,000㎡ 이상 시설물에 빗물이용시설을 설치해, 조경용수 등으로 사용하도록 했고, 또 한 번 사용한 물을 자체 정수하거나 소독해 화장실 용수, 공업용수 등으로 사용할 수 있도록 건축 연면적 60,000㎡ 이상 숙박업, 목욕장업에 중수도를 설치하도록 했다. 이밖에 1일 하수처리 용량 5,000㎥ 이상 하수처리시설의 경우 처리한 물을 하천유지용수나 공업용수로 사용하도록 했다.

    이외에도 수원월드컵경기장은 지붕과 바닥에 내리는 빗물을 지하 22,000t 규모의 빗물저장시설에 저장해 경기장 잔디 용수, 노면 살수용수 등으로 사용하고 있다. 연간 18,000t의 빗물을 재활용하면서 2,500만 원가량의 수돗물 절감 효과를 보고 있다.

     

    [그림 5] 빗물 재이용 시설이 설치된 수원월드컵경기장

     

    2.4. 생태계 복원력을 고려한 가뭄 관리

    가뭄에 대해 적절히 대비하기 위해서는 우리나라의 물 이용과 환경 생태 조건에 적합한 가뭄 지표의 개발과 적용이 필요하다. 최근 생태계의 훼손을 바탕으로 한 인간 위주의 가뭄 대책은 우리의 생태계를 훼손하고 있음을 우리는 간과하고 있으며, 모든 가뭄 대책은 인간 위주의 용수 공급에 중점을 두고 있다. 따라서 가뭄지수를 인간과 환경, 기술 발전, 생태 시스템까지 고려하여 새로운 지표를 개발하여 활용하여야 한다.

    최근 연구에 따르면 숲에 다양한 종류의 나무가 많이 자랄수록 가뭄에도 더 잘 견딘다는 사실이 밝혀졌다. 미국 유타 대 생물학자 윌리엄 앤더렉(William Anderegg) 교수 팀은 나무의 물 사용과 관련해 “다양한 특성을 지닌 나무들이 많아야 가뭄으로 인한 영향을 덜 받는다”고 보고했으며, “현장에 존재하는 수종(樹種)과 수력학적 특성이 생태계 규모에서 가뭄에서의 회복력을 예측하는 데 가장 중요하다”고 말했다.

     

    [그림 6] 안개잡이 그물 기본 구조도

     

    또 다른 예로 안개잡이 그물을 이용하면 안개에서 물을 구할 수 있다. 사실 안개는 거대한 미세 물방울 덩어리라고 볼 수 있다. 안개가 응결되면 송글송글 맺히게 되고 좀 더 커다란 물방울이 되면서 흘러내리게 된다. 안개 속에 있던 물방울은 어떤 물체와 접촉하게 될 때 맺히게 되는데, 이를 활용한 방법이 안개잡이 그물이다. 안개잡이 그물을 이용하면 물을 구하기 어려운 높은 산, 섬, 건조지역이라도 낮과 밤의 온도차가 크면 적지 않은 안개가 발생하는데 이러한 안개로부터 신선한 물을 확보할 수 있다. 이 방법은 취수장치라기보다는 보조적으로 물을 구할 수 있는 적정기술이라고 볼 수 있는데, 최근 조사에 따르면 다른 어떤 곳보다도 바다에서 발생한 엄청난 해무가 밤바람에 육지로 실려오는 해안에 매우 효과적인 것으로 알려졌다. 이 방법은 칠레, 에콰도르, 멕시코, 페루 등에서 최소 30년 동안 사용되었으며, 중동, 아프리카, 유럽, 호주, 북미에서도 역시 사용하고 있다.

     

    3. 결론

    111년 만에 최고기온, 시간당 100㎜가 넘는 폭우, 장기간의 가뭄, 2018년 여름 날씨는 널뛰는 것처럼 변덕이 심했다. 극단적인 기상이변은 시민들에게 큰 시련도 안겨줬다. 이와 같이 가뭄은 인간이 극복하기 가장 힘든 자연재해로 사회, 경제 및 환경에 막대한 피해를 준다. 가뭄은 짧게는 한 계절에서 1년, 길게는 10여 년까지 지속되는 등 시간 규모가 다양하며, 그 시작과 끝을 명확하게 정의하기 힘들고, 점진적으로 누적된 효과가 천천히 나타나기 때문에 가뭄이 한참 진행된 뒤에야 가뭄을 인식하게 되어 그 피해가 커지는 경향이 있다.

    본고에서는 가뭄 감시시스템 및 경보시스템 구축, 기존 저수지(댐) 확대 및 고도화, 물순환 시스템 활용, 생태계 복원력을 고려한 가뭄 관리 등을 제시하였으며, 이외에도 절수 용품 설치하기, 제한 급수, 국가 가뭄 대응 단계별 대응 요령에 적극 동참하기 등 개인이 실천할 수 있는 부분이 많이 존재한다. 최근 정부에서는 최근의 기후변화를 극복하기 위한 도시 내 에너지 자립 계획인 “도시 발전 시범프로젝트”를 추진하여 폭염, 가뭄 등 기후변화로 인한 경제, 사회적 피해가 점차 심각해지는 상황에서, 도시 내에서 에너지를 직접 생산하여 근본적으로 기후변화에 대응하기 위한 전략을 추진한다고 발표하였다.

    향후 정부 및 관련기관에서는 단기적으로 가뭄 상황을 면밀히 분석하고 제한된 물을 적절히 배분하는 역할 등을 수행해야 하고 장기적으로 가뭄 상황이 반복되지 않도록 구조물을 신설하거나 예측 및 대응 업무를 수행할 수 있도록 시스템 등을 구축하고 운영할 수 있도록 정책을 수립, 수행하여야 할 것이다.

     

    [그림 7] 가뭄 및 물 부족 관련 선제적 조치

     

     

    References

    1. 이대웅, 기후변화를 고려한 안성천 유역의 미래 물 부족량 평가, 인하대학교, 2017.10

    2. 김진영, 가뭄 해결을 하늘에만 의존해야 하나?, 방재관리연구센터, 2017.09

    3. 정언태, 빗물 재활용을 위한 하이브리드 우수처리장치 개발 및 평가에 관한 연구, 동아대학교, 2017.12

    4. 국제신문, http://www.kookje.co.kr/

    5. 네이버 지식백과, https://terms.naver.com/

    6. 글로벌경제신문, http://www.getnews.co.kr/

    7. KBS뉴스, http://news.kbs.co.kr/

    8. 한국수자원공사, http://www.kwater.or.kr/

     

  • 출처

    KOSEN 분석리포트

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