국가가뭄정보통계집을 활용한 유역별 군집특성
및 가뭄 피해 민감도 평가기술

최근 기후변화로 인해 가뭄의 발생 빈도와 강도가 증가함에 따라 가뭄 피해를 사전에 예측하고 합리적인 대응 전략을 수립하기 위한 과학적 의사결정 지원 기술의 중요성이 강조되고 있다. 이에 기후에너지환경부는 「기후변화 적응 수재해 관리 기술개발사업」 사업을 통해 가뭄 상황에서도 안정적인 물 이용과 효율적인 대응이 가능한 기술 개발을 추진하고 있다.
본 연구는 해당 R&D 사업의 총괄 연구과제인 「다원적 의사결정을 위한 Scenario Neutral(SN) 기반 가뭄 취약도 평가」의 일환으로 수행되었다. 이 중 3세부 연구는 ‘다원적 측면의 가뭄 영향평가 및 의사결정 판단기준 제시’를 핵심 연구목표로 설정하고 있다. 1단계에서 가뭄 취약성 평가를 위한 유역별 가뭄 민감도 평가 핵심요소 기술을 개발하였고 2단계에는 유역단위 민감도 평가를 전국으로 확대 적용하고 기술을 고도화하는 것을 목표로 하고 있다.
가뭄 대응 의사결정을 지원하기 위해 가뭄 피해도 군집화와 가뭄 피해 민감도 평가 방법론을 개발하였다. 가뭄 피해도 군집화는 국가가뭄정보통계집에 수록된 과거 가뭄 피해 이력과 용수 이용·공급·관리 정보를 활용하여 피해 특성이 유사한 지역을 군집으로 분류하는 방법이다. 이를 통해 지역 간 가뭄 피해 특성과 상대적 취약성을 직관적으로 파악할 수 있다. 또한 분석 범위를 전국단위 또는 특정 유역단위로 구분하여 군집분석을 진행함으로써 광역적 관점과 유역 내부 관점을 동시에 고려할 수 있도록 하였다. 가뭄 피해 민감도 평가는 용수 이용량 변화에 따른 가뭄 피해 반응 정도를 정량화하는 방법으로 동일한 용수 변화 조건에서도 지역별로 상이한 피해 반응이 나타날 수 있음을 고려한다. 본 연구에서는 용수 감량에 따른 피해 등급 변화율을 기준으로 민감도를 4단계로 구분하며 변화율이 큰 지역일수록 용수 감량 시 피해가 급격히 증가하여 용수 공급 조정에서 우선적으로 고려해야 함을 의미한다. 이러한 민감도 정보는 가뭄 발생 시 지역별 용수 공급 조정, 우선순위 설정, 단계별 대응 전략 수립을 위한 과학적 기초 자료로 활용될 수 있다. 본 논문에서는 3세부 연구에서 개발된 방법론을 소개하고 한강 유역을 대상으로 한 적용사례를 통해 실무 활용 가능성을 제시하고자 한다.

본 연구에서 제안하는 방법론은 국가가뭄정보통계집을 기반으로 유역별 가뭄 피해 특성을 군집화하고 이를 활용하여 가뭄 피해 민감도를 평가하는 것으로 가뭄 대응단계에 따라 용수 공급 조정 수준을 합리적으로 결정하기 위한 총 5단계의 절차로 구성된다(그림 1).

본 연구에서는 가뭄 피해의 공간적 특성과 지역 간 차이를 체계적으로 파악하기 위해 국가에서 공식적으로 구축·제공하는 국가가뭄정보통계집(관계부처 합동, 2020-2025)을 핵심 자료로 활용하였다. 국가가뭄정보통계집은 가뭄 예·경보 발령 이력, 피해 발생 현황, 가뭄 대응 및 관리 정보 등을 종합적으로 포함하고 있어 가뭄 피해 평가에 있어 신뢰성이 확보된 자료로 활용되고 있다. 본 연구에서는 국가가뭄정보통계집(2018–2023)에 수록된 연도별 가뭄 피해 자료를 구축하여 분석에 활용하였다.
가뭄 피해도 군집화 방법론은 문기훈 외(2022)에서 제시된 방법론을 기반으로 수행하였다. 군집화를 위해 선정된 인자는 가뭄 피해 발생 여부 및 규모를 직접적으로 나타내는 피해 인자, 지역별 생활·공업·농업용수 이용 구조를 반영하는 이용 인자, 가뭄 발생 시 비상 급수 및 용수지원 여부를 나타내는 공급 인자, 가뭄 예·경보 발령 이력과 같은 관리 인자로 구성된다. 이러한 인자들은 국가가뭄정보통계집을 비롯하여 상수도통계, KOSIS 국가통계포털, 국가수자원관리종합정보시스템 등 국가 차원의 공신력 있는 통계 자료를 기반으로 구축되었다.
가뭄 피해 특성을 다각도로 반영하기 위해 활용 인자 조합에 따른 네 가지 가뭄 피해도 군집 시나리오(CASE1–CASE4)를 설정하였다(표1). CASE1은 피해·공급·관리 인자를 중심으로 종합적인 가뭄 피해 특성을 반영한 시나리오로 전국 지자체의 전반적인 가뭄 피해 수준을 분류하기 위한 기준 사례로 활용된다. CASE2는 CASE1의 인자 구성에 지역별 용수 이용 특성을 추가하여 가뭄 피해와 용수 이용 구조를 함께 고려해 보다 정밀한 피해 분류를 목적으로 한다. CASE3과 CASE4는 각각 생활·공업용수 및 농업용수 부족에 따른 가뭄 피해에 초점을 둔 시나리오로 용수 부문별 가뭄 피해 특성을 구분하여 분석하기 위해 설정되었다.
군집분석은 병합형 계층적 군집분석 방법을 적용하여 수행하였으며 가뭄 대응 단계인 관심–주의–경계–심각의 4단계를 고려하여 군집 수를 설정하였다. 한편, 가뭄 피해 특성은 분석 대상 범위에 따라 상이하게 나타날 수 있다는 점을 고려하여 본 연구에서는 군집분석을 전국단위와 대상유역단위로 구분하여 수행하였다. 전국단위 군집분석은 전국 지자체를 대상으로 상대적인 가뭄 피해 특성을 도출하는 데 목적이 있으며 대상유역단위 군집분석은 특정 유역 내부에서의 세부적인 피해 특성을 정밀하게 파악하기 위한 것이다(그림2).

본 연구에서는 가뭄 피해도 군집분석을 통해 도출된 상대적 가뭄 피해 등급을 기반으로 용수 이용 변화에 따른 가뭄 피해 반응을 정량적으로 평가하기 위한 가뭄 피해 민감도 평가 방법을 적용하였다. 가뭄 피해 민감도 평가는 차호영 외(2025)에서 제시된 방법론을 기반으로 수행하였다. 가뭄 피해 민감도는 용수 이용 조건 변화에 따라 피해 수준이 얼마나 민감하게 변화하는지를 나타내는 지표로 가뭄 대응 시 용수 공급 조정 기준 설정을 위한 핵심 정보로 활용된다 (그림 3).
가뭄 피해 민감도 산출을 위해 독립변수(수문·기상학적 인자, 지역 특성 인자, 용수 이용량)와 종속변수(상대적 가뭄 피해 등급)를 활용한 회귀 기반 예측 모형을 구축하였다. 본 연구에서는 여러 회귀모형을 비교·검토한 후 용수 이용 변화에 따른 피해 등급 예측에 적합한 회귀 기반 모형을 채택하여 민감도 산출에 활용하였다. 민감도 평가는 대상유역 내 행정구역 단위를 기준으로 수행되었으며 생활·공업·농업용수를 구분하여 기준 이용량 대비 단계적인 감량 조건을 적용하였다. 각 용수 이용 조건에 따른 상대적 가뭄 피해 등급의 변화량을 산출하고 이를 기준 조건 대비 변화율로 정량화하여 가뭄 피해 민감도로 정의하였다.
산출된 가뭄 피해 민감도를 용수 공급 조정 기준으로 활용하기 위해 기존의 댐 용수공급 조정 방식에 더해 총 네 가지 용수 공급 시나리오를 설정하였다. 현행 기준을 적용한 현기준 공급 시나리오를 기준으로 동일한 감량 기준을 적용하는 일괄조정 공급 시나리오, 피해 민감도 수준에 따라 지역별로 감량 비율을 차등 적용하는 차등조정 공급 시나리오, 그리고 가뭄 상황이 심각한 경우를 가정한 최대제한 공급 시나리오를 정의하였다. 이러한 시나리오 체계는 가뭄 상황과 관리 목표에 따라 사용자 및 정책 입안자가 적절한 대응 전략을 선택할 수 있다.

한강 유역은 우리나라 중부 지역에 위치하며 수도권을 포함하는 인구 밀집 지역으로 생활 및 공업용수 수요가 높고 가뭄 발생 시 사회경제적 파급효과가 큰 유역이다. 본 연구에서는 한강 유역에 속한 51개 지자체를 대상으로 2장에서 제시한 가뭄피해도 군집분석 방법을 적용하여 전국단위 및 대상유역단위 군집분석을 수행하였다.
그림 4은 한강유역에 대한 가뭄 피해도 군집분석 결과의 공간적 분포를 보여준다. 전국단위 군집분석과 한강유역단위 군집분석을 비교하면 동일한 방법론을 적용하였음에도 분석 범위에 따라 지자체별 군집 분류가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 일부 지자체는 전국단위 분석에서 중간 수준의 군집으로 분류되었으나 한강유역단위 분석에서는 상대적으로 높은 군집으로 재분류되었으며 반대의 경우도 나타났다. 이는 분석 범위에 따라 상대적 가뭄 피해 특성이 달라지기 때문이다. 따라서 하나의 유역에 국한된 지역적 가뭄이 발생할 경우 한강유역단위 군집분석이 유역적 특징을 명확하게 구분할 수 있으며 두 개 이상의 유역에서 가뭄이 전역적으로 발생할 경우 전국단위 군집분석이 합리적일 것으로 판단된다.

표 2는 각 CASE별로 2018-2023(6개년)의 군집 형성에 영향을 미친 주요 인자들을 정리한 것이다. 한강 유역의 전국단위 분석에서는 CASE1, 3에서 피해 인자가 1순위로 작용하였으나 CASE2, 4에서는 용수 이용비율이 1순위 인자로 나타나 한강 유역의 용수 이용 구조적 특성이 상대적으로 반영되는 양상을 보였다. 반면 한강유역단위 분석에서는 모든 CASE에서 피해 인자가 1순위로 작용하여 피해 발생 여부 및 규모가 군집 형성의 핵심 요인임을 확인하였다.
전국단위 분석과 한강유역단위 분석의 군집 4 분류 지자체를 비교하면 강원도 철원군, 홍천군 등 일부 지역은 양쪽 분석에서 공통적으로 높은 군집으로 분류되었으나 경기도 수원시, 강원도 속초시 등은 한강유역단위에서만 군집 4로 분류되어 분석 범위에 따른 차이를 보였다. CASE3에서는 양쪽 분석 모두 미보급 인구에 대한 생공피해가 주요 인자로 작용하였으며 CASE4는 한강유역단위에서 논 피해, 전국단위에서는 농업용수 이용비율이 각각 1순위 인자로 나타나 분석 범위에 따른 군집 형성 요인의 차이가 명확히 구분되었다.

본 연구에서는 이러한 민감도 평가 결과를 활용하여 용수 공급 조정 시나리오를 제안하였다. 그림 6는 (기존)댐 용수공급 조정 시나리오와 (신규) 3종 시나리오(일괄조정, 차등조정, 최대제한)를 적용하였을 때 나타나는 차이점을 보여준다. 일괄조정 시나리오는 모든 용수 부문에 동일한 감량 비율을 적용하며, 차등조정 시나리오는 피해 민감도 등급을 반영하여 용수 부문별로 차등화된 감량 기준을 적용한다. 민감도 등급이 높을수록(등급 4) 감량 비율을 높게 설정하여 용수 공급 우선순위가 후순위로 밀리도록 하였다. 최대제한 시나리오는 극한 가뭄 상황에서 고려될 수 있는 시나리오로 한강 유역 기준 생활용수는 최대 70%까지 감량 가능한 것으로 제시된다.
그림 7은 최대제한 시나리오를 적용하여 전국단위와 한강 유역단위 결과를 비교한 것이다. 생활용수의 경우 한강유역단위에서 피해 민감도 등급 4인 지역(높은 감량 적용 지역)이 전국단위보다 더 많이 나타났으며 이는 유역단위 분석이 유역 내부의 상대적 특성을 직접적으로 반영하기 때문이다. 농업용수는 전국단위에서 최대 60% 감량이 요구되는 반면 한강유역단위에서는 80%까지 확대되었다. 이는 전국단위에서는 서울특별시를 중심으로 한 용수 수급 구조가 반영되나 유역단위에서는 지역별 용수 수요 구조와 가뭄 민감도 특성이 보다 직접적으로 반영되기 때문이다. 이러한 차이는 용수 공급 정책 수립 시 분석 범위에 따라 감량 우선순위와 전략이 달라질 수 있음을 의미하며 유역 및 지자체 단위의 수급 구조를 반영한 다층적 분석의 필요성을 시사한다.