물 부족시 비상대응을 위한
통합 의사결정지원 플랫폼 개발

최근 기후변화로 인해 강수의 시·공간적 변동성이 확대되고 가뭄의 장기화와 지역별 물 공급 불균형이 반복되면서, 단순한 가뭄 모니터링을 넘어 향후 물 부족 규모를 전망하고 대응대안의 효과를 사전에 검토할 수 있는 의사결정지원 체계의 필요성이 커지고 있다. 특히 2022~2023년 영산강·섬진강 유역에서 장기간 가뭄이 지속되면서 댐 저수량 감소와 생활·공업용수 공급 위험이 동시에 부각되었으며, 한정된 수자원의 효율적 활용을 위한 수자원시설 간 연계운영과 관계기관 간 협의의 중요성이 더욱 강조되었다.
현재 국내에는 가뭄지수, 댐 저수율, 기상·수문 정보 등 가뭄 대응에 필요한 다양한 정보를 제공하는 시스템이 운영되고 있다. 그러나 실제 비상대응 과정에서는 현재 상황의 파악뿐만 아니라 향후 물 수요와 유입량 변화를 고려한 물 부족 가능성 전망, 시설별 공급조건 조정, 지역 간 물 배분, 수원 연계 및 이해관계자 간 대응대안 협의가 함께 이루어져야 한다. 기존 정보제공 중심의 시스템만으로는 이러한 일련의 의사결정 과정을 하나의 체계에서 연계하여 지원하는 데 한계가 있다.
이에 본 연구에서는 가뭄 및 물 공급 정보를 통합하고, 미래의 물 수요·유입량 조건을 시나리오로 구성하여 물 부족 상황을 분석할 수 있는 물 부족 비상대응 의사결정지원 플랫폼(Emergency Response Decision-making Supporting Platform, ER-DSP)을 개발하였다. ER-DSP는 물수요·유입량 시나리오와 물 배분 모형(Water Allocation Model, WAM), 비전 공유 모형(Shared Vision Model, SVM)을 연계하여 지역 및 시설별 물 부족 규모와 용수공급 조정에 따른 영향을 분석하고, 다양한 대응대안을 비교·검토할 수 있도록 구성하였다.
또한 ER-DSP는 현재의 가뭄 상황과 물 공급 여건을 제공하는 정보조회 기능에 그치지 않고, 현황을 진단하여 미래의 위험을 전망하고 이에 따라 대응대안을 분석하고 의사결정을 지원하는 통합적인 업무 흐름을 구현하는 것을 목표로 한다. 사용자는 물수요와 유입량 조건을 변경하면서 미래 물 부족 가능성을 검토하고, WAM과 SVM을 통해 공급조정 및 수자원시설 연계운영 대안의 효과를 비교할 수 있다. 또한 가상가뭄훈련을 통해 실제 비상상황이 발생하기 전에 가뭄단계별 대응절차와 용수공급 조정방안을 반복적으로 검토함으로써 선제적인 가뭄 대응을 지원할 수 있도록 하였다.

ER-DSP의 의사결정 기능을 구현하기 위해서는 가뭄 및 수문 현황, 수자원시설 운영정보, 행정구역별 물 이용 정보, 모형 입력·출력자료 등 서로 다른 형식의 자료를 하나의 플랫폼에서 일관되게 활용할 수 있어야 한다. 이를 위해 영산강·섬진강 유역을 대상으로 기초자료와 자료의 갱신주기에 따라 실시간·정기 갱신자료와 기초자료로 구분하여 수집하고, 플랫폼 통합 DB와 분석 모듈 간 연계구조를 구성하였다.
ER-DSP에서 활용되는 자료는 크게 ①실시간 또는 정기적으로 갱신되는 외부 연계자료, ②과거 가뭄 및 물 이용 실적과 같은 기초 DB, ③물 수요·유입량 시나리오 자료, ④WAM 및 SVM의 모형 입력·출력자료로 구분하였다. 외부자료는 가능한 범위에서 Open API 기반으로 자동 수집하고, 자동연계가 어려운 자료는 사전 구축된 DB와 연계하도록 구성하였다. 또한 서로 다른 기관에서 제공되는 자료의 시간단위와 공간단위가 상이하므로, 플랫폼에서는 행정구역·시설·중권역 및 표준유역 단위로 자료를 정리하여 모형 입력과 화면 표출에 공동으로 활용할 수 있도록 하였다.

가뭄 현황은 생활·공업용수의 가뭄 예·경보 발령현황과 기상·농업가뭄 지표를 중심으로 구성하였다. 가뭄 예·경보는 현재와 1~3개월 전망정보를 함께 제공하고, 기상가뭄은 SPI6, 농업가뭄은 저수율 및 밭 토양수분 정보 등을 활용하도록 구성하였다. 물 공급 정보에서는 유역 내 주요 시설물과 용수공급체계, 댐 저수량·저수율, 하천유지유량 고시지점 및 갈수관리지점의 유량, 시군별 물 이용·공급 현황 및 과거 가뭄정보를 연계하였다.
자료는 Open API를 통해 자동 연계 가능한 정보와 별도 DB구축이 필요한 자료로 구분하였다. 이를 통해 사용자가 여러 기관의 시스템을 개별적으로 확인하지 않고도 현재 가뭄 상황과 시설별 공급여건을 한 화면에서 파악할 수 있도록 하였다.
가뭄 및 물 공급정보는 단순한 정보조회 기능에 그치지 않고 이후 물 부족 분석을 위한 기초조건으로 활용된다. 예를 들어 가뭄 예·경보 단계와 댐 저수량, 하천유량, 시설별 공급현황을 함께 확인함으로써 현재의 공급여건을 진단하고, 향후 물 수요·유입량 시나리오를 설정할 대상지역과 시설을 선정할 수 있다. 이를 통해 정보제공 화면과 분석모형 간의 연계성을 강화하고, 사용자가 현재 상황에 따라 필요한 분석 대상과 조건을 자연스럽게 설정할 수 있도록 하였다.

물 부족 분석에서 미래의 공급위험을 평가하기 위해서는 유입량과 수요량을 동시에 고려할 필요가 있다. ER-DSP에서는 기상정보와 앙상블 기반 유량예측 결과를 활용한 유입량 시나리오와 과거 물 이용자료에 기반한 물 수요 시나리오를 구성하였다.
물 수요 시나리오는 용수분류와 시설·중권역별 조건을 선택하여 월별 수요량을 비교할 수 있도록 구성하고, 여러 시나리오의 값을 표와 그래프로 제공함으로써 수요변화의 크기와 시기를 직관적으로 확인할 수 있도록 하였다. 유입량 시나리오는 과거 관측유량과 앙상블 유량전망 결과를 연계하여 시설 및 중권역별 미래 유입량을 시나리오 형태로 구성하고, 앙상블 예측결과의 범위와 평균·최소·최대 유입량을 비교함으로써 향후 유입량의 변동성과 물 공급여건을 사전에 파악할 수 있도록 하였다.

물 배분 모형(WAM)은 WRF-Hydro와 MODSIM을 연계하여 행정구역 및 표준유역 단위의 물 수급 조건을 분석하고, 설정된 물 수요·유입량 시나리오에 따라 지역 및 시설별 용수공급 가능량과 부족량을 산정하는 분석도구이다. 또한 비상대응 프로토콜에 따른 중·단기 물배분 계획을 모의하여 대응대책 적용 전후의 물 부족 규모와 배분효과를 비교하고, 수원 연계방안 및 최적 물배분 대안을 검토함으로써 가뭄 상황에서의 의사결정을 지원하도록 구성하였다.
WAM에서는 WRF-Hydro를 통해 유역의 수문조건과 유입량 정보를 구성하고, MODSIM을 통해 수원-수요처 간 네트워크와 공급조건을 고려한 물배분을 모의한다. 이를 통해 동일한 수문조건에서도 물수요 및 유입량 조건, 공급체계, 비상대응 프로토콜의 적용 여부에 따라 지역별 물 부족 규모와 공급가능량이 어떻게 변화하는지를 정량적으로 비교할 수 있다.
플랫폼에서는 사용자가 유입량 조건과 대응 프로토콜을 선택한 후 물 부족 규모의 변화를 지도 기반으로 확인할 수 있도록 하였으며, 동일한 조건에서 대응대책의 효과를 비교할 수 있도록 결과를 시각화하였다. 주요 분석결과는 지역 및 시설별 공급량, 부족량, 부족률과 이수안전도 지표를 중심으로 구성하고, 이를 공간정보와 함께 표출하여 물 부족이 집중되는 지역과 공급조정에 따른 개선효과를 직관적으로 확인할 수 있도록 하였다. 또한 수원 연계, 용수공급 조정 및 비상대응 프로토콜 적용에 따른 결과를 비교함으로써 중·단기 물배분 대안별 효과를 검토할 수 있도록 구성하였다.

비전공유모형(SVM)은 다양한 이해관계자의 참여를 통해 물 부족 상황에 대한 대응조건을 공유하고, 시설운영 및 용수공급 조정에 따른 영향을 비교하기 위한 협의형 모형이다. ER-DSP에서는 SVM의 분석결과를 플랫폼에 탑재하여 댐 저수량과 공급조건의 변화를 확인하고, 시나리오별 결과를 동일한 화면에서 비교할 수 있도록 구성하였다.
SVM의 핵심은 특정 대응대안을 자동으로 선택하는 것이 아니라, 동일한 가뭄조건과 공급제약 하에서 여러 대응조건을 설정하고 그에 따른 결과를 비교·공유할 수 있도록 하는 데 있다. 따라서 플랫폼에서는 댐 방류량, 취수량, 생활·공업·농업용수 및 하천유지용수 공급량 등 주요 운영조건을 사용자가 직접 조정할 수 있도록 하였으며, 각 조건에 따른 시설별 저수량과 공급결과의 변화를 비교할 수 있도록 구성하였다.

SVM은 단일한 최적해를 제시하는 기능보다는 여러 대응대안을 비교하고, 이해당사자 간 협의 과정에서 결과를 공유하는 데 의의가 있다. 따라서 플랫폼은 시나리오 선택, 공급량 조정, 분석결과 확인의 절차를 단순화하고, 향후 실제 협의체 운영과 연계할 수 있도록 구성하는 방향으로 개발하였다. 이러한 구조를 통해 수원관리기관, 지자체, 용수이용기관 등 다양한 이해관계자가 동일한 분석결과를 바탕으로 대응 조건과 조정수준을 비교·검토할 수 있도록 하였다.

가상가뭄훈련은 과거 실제 가뭄 상황을 기반으로 특정 시점의 가뭄단계를 재현하고, 가뭄 심화에 따른 용수 공급 조정방안을 사전에 검토하기 위한 기능이다. 훈련에서는 기준시점의 댐 저수상황과 가뭄단계를 확인한 후, 생활·공업·농업용수 및 하천유지용수 등 용도별 공급조건과 취수량을 조정하여 다양한 대응 시나리오를 설정할 수 있도록 구성하였다.
훈련에서는 과거 실제 가뭄사례 또는 사용자가 설정한 기준시점을 출발조건으로 활용하고, 대상 댐과 취수시설의 초기 저수량 및 공급상태를 설정한다. 이후 가뭄 단계 변화에 따라 공급량 조정, 취수량 조정, 하천유지용수 조정 등 단계별 대응대책을 적용하고, 각 대책에 따른 저수량 변화와 용수공급 안정성 등을 비교할 수 있도록 하였다.
설정된 대응조건은 SVM에 적용하여 시설별 저수량과 공급량의 변화를 모의하고, 조정 전·후 결과를 비교함으로써 각 대응대책의 효과를 확인한다. 특히 가뭄단계가 심화되기 이전에 공급량 감축, 취수량 조정 등 선제적 대응방안을 적용하고, 그에 따른 저수량 유지효과와 용수공급 안정성을 분석할 수 있도록 하였다.
가상가뭄훈련의 기본 절차로는 먼저 훈련 시점 및 가뭄상황을 설정하고 대상시설을 선정한 다음 용도별·시설별 공급조건을 조정한다. 설정이 완료되면 SVM을 모의 수행하고 시설별 저수량 및 공급결과를 비교한 후 대응방안을 검토하는 순서로 구성된다. 이를 통해 실제 가뭄 발생 이전에 다양한 대응조건을 반복적으로 검토하고, 물관리기관이 가뭄단계별 대응수준과 용수공급 조정방안을 사전에 점검할 수 있도록 지원한다.
훈련 결과는 단순한 모의결과 확인에 그치지 않고, 동일한 가뭄상황에서 대응 시점과 조정 수준을 달리 적용했을 때의 결과를 비교하는 데 활용된다. 이를 통해 선제적 대응과 지연된 대응에 따른 차이를 확인하고 실제 비상상황에서 적용 가능한 대응수준과 조치시점을 사전에 검토할 수 있다.

ER-DSP는 가뭄현황, 물 공급 정보, 물 부족 비상대응, 가상가뭄훈련의 주요 메뉴를 중심으로 구성하였다. 정보 제공 기능과 모형 분석 기능을 분리하지 않고 하나의 업무 흐름으로 연계함으로써, 사용자가 현재 상황을 확인한 뒤 미래 조건을 설정하고 대응대책을 검토하는 일련의 과정을 플랫폼 내에서 수행할 수 있도록 하였다.
ER-DSP의 활용체계는 평상시 모니터링, 가뭄 위험 증가에 따른 미래전망, 대응대안 분석, 가상가뭄훈련의 단계로 구성하였다. 평상시에는 가뭄현황과 수자원시설 운영 및 물 공급정보를 지속적으로 확인하고, 가뭄 위험이 증가할 경우 시나리오를 이용하여 향후 공급여건과 물 부족 가능성을 전망한다. 이후 WAM을 통해 지역 간 물배분과 수원 연계대안을 검토하고, SVM을 활용하여 시설운영 및 용수공급 조정조건에 따른 영향을 비교한다. 가뭄 심화 또는 비상상황에 대비해서는 가상가뭄훈련을 수행하여 대응절차와 조정수준을 사전에 점검하도록 구성하였다.
이러한 구성은 가뭄정보 조회, 시나리오 설정, 모형분석, 대응대안 검토 및 가상훈련을 각각 독립된 기능으로 제공하는 것이 아니라 하나의 연속된 의사결정 과정으로 연결한다는 데 특징이 있다. 사용자는 동일한 데이터와 시나리오를 기반으로 현재 상황을 진단하고 미래 위험을 전망한 뒤, 대응대안의 효과를 비교하고 가상훈련을 통해 실제 적용 가능성을 검토할 수 있다. 이를 통해 평상시 모니터링에서 비상 상황 대응까지 단계별 의사결정을 지원하는 통합 활용체계를 구축하고자 하였다.

본 연구에서는 기후변화와 반복되는 가뭄으로 인해 증가하는 물 부족 위험에 대응하기 위해, 가뭄 및 물 공급정보와 물 수요·유입량시나리오, WAM, SVM을 통합한 물 부족 비상대응 의사결정지원 플랫폼(ER-DSP)을 개발하였다. 플랫폼은 단순한 현황정보 제공을 넘어 미래 공급여건을 시나리오로 설정하고, 대응 전·후의 물 부족 규모 및 시설운영 변화를 비교할 수 있도록 구성하였다.
특히 WAM을 이용한 지역 간 물배분 평가와 SVM을 이용한 협의형 대응대안 비교, 그리고 가상가뭄훈련 기능을 하나의 플랫폼에 연계함으로써 실제 가뭄 대응업무에 필요한 분석과 협의 과정을 지원할 수 있는 기반을 마련하였다.
본 플랫폼의 주요 성과는 서로 다른 기관에서 제공되는 가뭄·수문·물 공급 정보를 통합하고, 이를 미래 시나리오 및 분석모형과 직접 연계하여 정보조회에서 대응대안 검토까지 하나의 업무 흐름으로 구현하였다는 점이다. 또한 WAM과 SVM의 분석결과를 동일한 플랫폼 환경에서 비교하고, 이를 가상가뭄훈련까지 연계함으로써 실제 물 부족 대응 업무에 활용 가능한 통합 분석환경을 구축하였다.
향후에는 테스트베드 적용과 성능평가를 통해 분석결과의 신뢰성과 사용자 편의성을 검증하고, 다양한 유역과 수자원시설 운영조건을 반영할 수 있도록 기능을 지속적으로 확장할 필요가 있다. 이를 통해 ER-DSP가 물 부족 위험을 단순히 감시하는 시스템을 넘어, 가뭄 발생 이전부터 대응대안을 검토하고 관계기관 간 정보공유와 협의를 지원하는 실무형 의사결정지원 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 결과물은 기후에너지환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 기후변화 적응 수재해 관리 기술개발사업(R&D)의 지원을 받아 연구되었습니다(RS-2023-00231944).