PLS 구조방정식 모델 및 베이지안 네트워크를 활용한 지역별 용수공급체계 기반의 가뭄 위험도 평가 프레임워크 개발

Abstract

가뭄 위험은 자연현상만을 의미하는 것이 아니라 사회 및 환경과의 상호작용에 의한 것으로서, 다양한 가뭄 특징으로 인해 가뭄이 이미 발생하였을 때에는 그 피해가 매우 크게 발생한다. 특히, 인간사회와 밀접한 관계를 맺고 있는 용수 공급 및 수요는 가뭄 위험도에 중요한 영향을 미친다. 따라서, 이러한 상호작용을 분석하고 가뭄에 대한 위험 및 원인을 미리 파악하여 사회경제에 미치는 피해를 줄일 수 있는 가뭄 위험도 평가가 필요하다. 아직까지 용수 공급 체계가 고려된 가뭄 위험도 평가 연구는 부족한 실정이며, 기후변화를 고려한 미래의 종합적인 가뭄 위험도 평가는 전무한 실정이다. 가뭄 위험은 기상학적 요소뿐만 아니라 가뭄을 겪는 지역사회의 취약성 및 대응능력에 따라 결정되기 때문에, 본 연구에서는 지역의 용수공급체계가 고려된 위해성, 취약성 및 대응능력을 모두 통합한 종합적인 가뭄 위험도 평가 체계를 개발하는 것이 주요 목적이다. 이때, 평가 주체의 주관적인 영향을 배제하고 위험도 인자들 간의 상관관계를 고려할 수 있도록 가뭄 위험과 관련된 영향인자 선정을 위하여 PLS 구조방정식 모델을 활용하여 지역별 적절한 가뭄 평가인자를 선정하였다. 가뭄 취약성은 엔트로피, PCA 및 GMM 방법의 가중치를 평균한 최종가중치를 통해 결정하며, 대응능력은 용수와 관련된 인자들을 베이지안 네트워크에 적용하여 결정한다. 일단위 SPI를 Copula에 적용하여 위해성을 산정하였으며, 개발된 종합 가뭄 위험도 프레임워크를 통해 기후변화로 달라지는 기상조건에서의 가뭄 위해성과 위험도를 평가하여 기후변화를 고려한 미래 가뭄 위험도를 전망하였다. 마지막으로, 가뭄 관리 및 대책 등을 통해 조절할 수 있는 요소인 가뭄 대응능력에 따라 가뭄 위험도에 대한 민감도를 분석하였다. 그 결과 재현기간이 큰 극심한 가뭄들이 많이 발생한 경기권 인천광역시, 경상권 울릉군, 충청권 단양군, 전라권 목포시, 무안군 및 신안군, 강원권 속초시 및 고성군에서 가뭄 위해성 지수가 높게 나타났다. 가뭄 취약성 지수는 인구 항목의 가중치가 높은 경기권의 경우 부천시에서, 독거노인수의 가중치가 높은 경상권은 창원시에서, 농업 요소의 가중치가 높은 충청권, 전라권, 강원권에서는 각각 청주시, 해남군, 원주시에서 높게 산정되었다. 가뭄 대응능력 지수는 가뭄 피해가 자주 발생하거나 피해 발생시 발생일수가 길게 나타나는 경기권의 성남시, 경상권의 청송군, 충청권의 충주시, 전라권의 여수시, 강원권의 영월군에서 낮게 나타났다. 가뭄 위해성, 취약성 및 대응능력을 통합한 가뭄 위험도 지수를 평가한 결과 경기권의 부천시, 경상권의 진주시, 충청권의 청주시, 전라권의 고흥군, 강원권의 영월군에서 위험도가 높게 나왔으며, 실제 과거에 피해가 컸음을 확인하였다. 또한, 본 연구에서 개발한 용수공급체계를 고려한 종합 가뭄 위험도 평가 프레임워크에 기후변화 시나리오를 적용하여 미래 가뭄 위험도를 전망하였다. 그 결과 과거에 비해 미래에서의 위험도는 경기권에서 18%, 경상권에서 12%, 충청권에서 13%, 전라권에서 9%, 강원권에서 10% 증가하는 것으로 전망되었다. 따라서, 기후변화로 인해 증가하는 가뭄 위험도에 대비하여야 한다. 마지막으로, 가뭄 대응능력 증가에 따른 가뭄 위험도 전망을 수행한 결과 경상권 진주시에서 16%로 가장 크게 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 지역별 용수공급체계가 고려된 종합 가뭄 위험도 평가 프레임워크를 개발하였으며, 가뭄에 대한 전반적인 위험도, 가뭄에 대한 주요 영향인자 및 위험지역을 파악하였다. 이를 통해 위험도 정보에 기초한 장기적인 관점에서의 가뭄 저감이 가능하며, 가뭄 대책 및 가뭄 관리의 의사결정과정에서 유용하게 활용될 수 있다.