우리나라 수문학적 가뭄 특성분석을 위한 적절한 임계수준 선정

Abstract

수문학적 가뭄은 가용 수자원(하천, 저수지, 지하수 등)에 대한 부족과 직접적으로 연관되어 있어 가뭄에 대한 체감이 기상학적 가뭄에 비하여 크다. 특히, 우리나라의 경우 홍수기에 집중되는 강우 특성으로, 비홍수기에는 댐과 저수지의 저류량에 크게 의존하여 수자원 관리가 이루어지므로 효율적인 수자원 관리를 위해서는 수문학적 가뭄을 분석하는 것이 중요하다. 일반적으로 수문학적 가뭄은 정상보다 낮은 유량이 발생하는 것으로 정의하고 있다. 대부분 수문학적 가뭄을 정량적으로 표현하기 위해 주로 임계수준방법(threshold level method)을 많이 사용한다. 임계수준방법은 수문학적 가뭄의 시작과 끝을 명확하게 구분할 수 있어 수문학적 가뭄을 정의하는데 유용하다. 그러나, 이 방법은 가뭄사상과 미소가뭄(minor drought) 사이에서 상호 의존하는 문제를 야기할 수 있다. 즉, 부적절한 임계수준의 적용은 하나의 가뭄사상을 여러 개의 미소가뭄 사상으로 나눌 수 있으며, 짧은 간격을 두고 존재하는 여러 개의 미소가뭄은 상호 의존적인 관계를 가진다. 따라서 개별 가뭄사상이 서로 독립이라는 통계학적 빈도분석의 기본 가정을 위배하지 않는 적절한 임계수준을 선정해야 한다. 본 연구에서는 홍수통제소에서 제공하는 수계별 12개 지점의 유량자료를 활용하여 독립성 검정을 실시한 후, 우리나라의 수문학적 가뭄 특성 분석을 위한 적절한 임계수준을 제시하였다. 일별 유황곡선을 작성하고 Q50 ~ Q99를 적용하여 각 유황곡선에 대한 가뭄사상을 추출하였다. 최적의 임계수준 범위를 결정하기 위해 극치 이론과 평균 초과도표(mean excess plot)를 이용하여 독립성 검토를 실시하였다. 극치 이론에서의 포아송 독립성 검정 결과, 대부분 Q80 구간과 Q90 구간이 많이 나타났으며 특히, 여주시 지점과 평택시 지점을 제외하고 나머지 지점들은 Q87 ∼ Q99 구간이 산정되었다. Generalized Pareto 독립성 검정 결과, 대부분 Q80 ∼ Q90 사이가 가장 많이 나타났으며 Q50과 Q60 구간 역시 많이 나타났다. 평균 초과도표에서는 Q80 ∼Q90 구간이 가장 많이 나타났으며 Q50 ∼ Q60 구간 역시 많이 나타났다. 따라서 위와 같은 방법으로 산정한 3가지 독립성 검증 방법에서 모두 공통된 범위로 나타난 임계수준의 구간은 한강-여주시 Q76 ∼ Q84, 안성천-평택시 Q66 ∼ Q70, 낙동강-진동 Q87 ∼ Q91, 형산강-안강 Q85 ∼ Q99, 태화강-조동 Q87 ∼ Q99, 섬진강-구례 Q85 ∼ Q87, 동진강-신태인 지점이 Q86 ∼ Q98로 나타났다. 본 연구에서는 권역별로 적절한 임계수준을 제시하기 위하여 권역에 해당하는 지역들의 공통범위를 권역별 젹절한 임계수준 범위로 판단하였다. 그 결과, 한강 권역에서는 Q70 ∼ Q76이며, 낙동강 권역은 Q87 ∼ Q91이다. 금강 권역에서는 Q86 ∼ Q98 구간을 적절한 임계수준 범위로 판단하였다. 마찬가지로 영산 및 섬진강 권역에서 Q85 ∼ Q87 구간을 적절한 임계수준 범위로 산정하였다. 본 연구의 결과는 향후 갈수관리를 위한 기준유량의 적절성을 검토하기 위해 유역별로 일관된 유황곡선의 임계수준을 적용할 경우, 추출된 수문학적 가뭄에 대한 적절성 문제를 해결하는데 유용하게 활용될 것으로 기대된다.