조선말 대가뭄을 고려한 수자원계획의 재해석

김 승, 김학수, 이성학

수자원의 지속적 확보기술개발 사업단

1. 서 론

우리나라의 수자원계획은 1967년부터 1968년 사이에 발생한 가뭄을 기준으로 수립되어 왔으며, 현재는 1966년 이후의 최대 가뭄을 기준으로 용수수급계획을 수립하고 있다.  그런데 최근의 강수량은 증가 추세에 있어 최근 30년 동안의 평균치는 과거와 비교할 때 월등히 높다.  따라서 1966년 이후의 자료를 기준으로 수립된 수자원계획을 오래 전부터의 자료를 기준으로  재평가할 경우, 용수수급의 안전도가 크게 다를 수 있다.

본 연구에서는 자료기간에 따른 수자원계획의 차이점을 규명하기 위하여 1770년부터 서울에서 관측된 강수량을 바탕으로 한강유역의 유출을 추정하고, 추정된 유출을 이용하여 우리나라의 수자원 계획을 재평가하고자 한다.

2. 강수의 경년변화

다음 Fig. 1.은 1777년부터 2004년까지 서울지역에서의 연강수량 변화를 도시한 것이다. 연강수량은 1820년대에 큰 값들을 나타내다가 1900년을 전후하여 대단히 낮은 값들을 보여주고 있으며, 최근의 경향은 과거 50년과 크게 다르지 않은 것으로 보인다. 결측기간을 제외한 연강수량의 경우, 연평균 강수량은 1,214.50 ㎜이고 표준편차는 382.63 ㎜로 매년 큰 폭으로 변동하고 있다. 기간별 기본 통계량을 볼 때, 대가뭄기간(1884~1910년)의 연평균 강수량은 873.81 ㎜로 전 기간(1777~2003년) 연평균 강수량의 약 70 %에 해당하며, 현 수자원장기종합계획의 물수지 기준년인 1966~2003년의 연평균 강수량 1,399.63 ㎜의 약 60 %에 지나지 않는다. 또한 현 수자원장기종합계획 기간의 연평균 강수량은 전 기간 대비 약 115 %로 현 계획에서는 전 기간보다 상대적으로 높은 강수량을 대상으로 계획이 수립되고 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 기간에 따라 평균 경향과 통계적 특성이 전혀 다를 수 있고, 이러한 변동성은 현 수자원장기종합계획에서 설정하고 있는 기준년도가 길어지거나 줄어들면 해당 유역의 물공급 안전도에 민감한 영향을 미칠 수 있음을 암시하여 준다.

3. 일유출모의 및 물수지 분석

본 연구에서는 1777년부터 2003년까지의 고대 측우기 강수자료 및 근대 관측자료를 활용하여 연속유출모의를 수행하였다. 이를 위하여 복잡한 수문순환 과정을 간략화한 집중형 확정론적 구조를 가지고, 가용할 수 있는 최소의 입력 자료와 유역 수문특성으로부터 도출할 수 있는 최소의 매개변수로써 자연 유출량을 모의할 수 있는 확정론적 연속모의모형 중 적용성이 입증되어 실무에 적용되고 있는 Recession Model(한국건설기술연구원, 1992)을 사용하였다.

모형의 입력자료 중 시계열 자료로는 강수량, 증발량이 필요하고 이를 검증하기 위해서 유출량을 필요로 한다. 그러나 조선시대부터의 자연유출량을 모의하기 위해서는 조선시대 증발량 자료 혹은 이를 추정할 수 있는 기상자료가 필요하지만 조선시대 문헌을 통해서 이를 추정하는 것은 쉽지가 않다. 따라서 우리나라의 기후, 산림 특성상 증발산량이 유출량의 변화율에 미치는 영향이 적어 강수량만을 가지고도 유역에서의 유출량이 감수되는 과정을 추정가능하다는 전제하에 근대 관측 이후 수집된 월별 평균증발량 자료의 일평균값을 적용하였다.

다음 Fig. 2.는 한강유역에서의 전 기간(1777년~2003년)에 대한 자연유출량 모의 결과이다.

한강권역의 저류능력을 물수지 분석으로 평가하기 위하여 1777년부터 2003년까지를 물수지 기준년으로 하여 수요 기준년도인 2011년 수요량의 충족여부를 분석하였다. 또한 물수지 기준년 중 대가뭄기간으로 분류되는 1884년부터 1910년까지 대략 30년간 지속된 건조기간과 현재 수자원장기종합계획에서 사용하고 있는 1966년부터 2003년까지의 물수지 기준년을 대상으로 수요 기준년도(2011년) 수요량에 대한 물공급 안전도의 차이를 상대적으로 평가하여 현재 우리나라 수자원 공급의 안전도를 재해석하였다.

다음 Fig. 3.은 ‘00 수자원장기종합계획에서의 2011년 추정 수요량에 대해 장기 모의 조작한 저수지군의 유효저수량과 물 부족량 변화를 도식화한 것이다.

4. 요약 및 제언

본 연구에서 분석된 조선시대 장기 강수량 자료를 이용하여 과거 대가뭄이 재현되었을 경우 물공급 시스템의 안전도를 현 수자원계획과 상호 비교해 보았다.

우리나라의 연강수량은 매년 큰 폭으로 변동하고 있어 기간을 달리하였을 경우 평균강수량 등의 통계적 특성이 전혀 달랐다. 즉, 38년 연평균강수량을 볼 때, 전 기간 연평균 강수량의 78 %에서 115 %에 걸쳐 큰 폭에 걸쳐 있음으로 인해 상호 37 %가 다를 수 있었다. 한강권역의 장기 일유출 모의 결과 연평균 자연유출량은 621.24 ㎜이고 최대유출량은 1,823.81 ㎜, 최저유출량은 15.98 ㎜로 큰 변동폭을 가졌다. 또한 현재 수자원장기종합계획에서 사용되는 물수지 기준년인 1966년부터 2003년까지 37개년에 해당하는 자연유출량의 평균값은 824.42 ㎜로 전 기간 연평균값보다 높았으며, 모의기간 중 대가뭄기간으로 분류되는 1884년부터 1910년까지 26개년에 해당하는 자연유출량의 평균값은 354.53 ㎜로 연평균 자연유출량의 약 57 %, 수장기 계획기간의 약 43 % 정도로 평가되었다. 물수지분석 결과, ‘00 수장기의 2011 수요 기준년에 대하여 최대갈수년은 1900년으로 연간 물 부족량은 약 111억 ㎥있었고 이를 전후한 1901, 1894, 1907년이 전체 갈수년의 5위 안에 포함되었다. 또한 물공급 신뢰도 분석에서 ‘00 수장기의 2011 수요기준년에 대해서 물공급 신뢰도는 전 기간인 경우는 72 %, 대가뭄기간에서는 26 %로 나타났으며, 현 수자원장기종합계획에서 사용되고 있는 물수지 기준년의 경우 95 %의 높은 신뢰도를 보여 상호 23~69 %의 변동 폭을 보여 기간을 달리하였을 경우 달라지는 물공급 신뢰도를 확인하였다.

따라서 1966년 이후 자료를 근거로 수집되는 수자원장기종합계획의 용수공급 신뢰도는 불충분하며, 신뢰도를 높이기 위해서는 1900년을 전후한 대가뭄을 물안보(Water Security) 차원에서 고려되어져야 할 것이다.

5. 참고문헌

한국건설기술연구원, 1992: 수자원관리기법개발연구조사, 제Ⅳ편 다중 감수 수문모형의 개발. 건설교통부, pp. 241-306.

Fig. 1. Annual precipitation in Seoul station from 1777 through 2003.

Fig. 2. Simulated runoff height at Indogyo station from 1777 through 2003.

Fig. 3. Reservoirs' storage for water supply and water shortage amounts to the target year 2011 of 2000 National Water Resources Planning from October 1777 through September 2003.