1. 서 론
최근 기후변화로 인한 기온 증가 및 강수 패턴이 변화함에 따라, 가뭄이나 홍수와 같은 극한 강수 현상의 발생 빈도 및 변동성이 증가하고 있다(Kim et al., 2011). 가뭄은 주로 장기간에 걸친 강수량의 부족으로 인해 발생하는 극단적인 기후 사상으로, 일부 지역에 국한되어 피해가 발생하는 다른 자연재해와 달리 환경 및 사회⋅경제 분야에 걸쳐 광범위한 피해를 발생시킨다(Dai, 2011). 특히, 우리나라는 강우량의 약 70%가 여름에 집중되고, 여름철 강우량 중 50~70%가 장마 기간에 집중된다. 이러한 우리나라의 기후 특성상 매년 지역적으로 겨울 및 봄 가뭄이 발생하거나, 주기적으로 전국에서 대형 및 극한 가뭄이 발생한다(Lee et al., 2012).
가뭄은 원인 및 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적 및 사회경제적 가뭄으로 구분할 수 있다(Wilhite and Glantz, 1985). 기상학적 가뭄은 일정 기간의 비정상적인 강수량으로 인해 발생한다. 기상학적 가뭄이 장기간 지속될 경우, 토양 수분량 및 작물 생산량이 감소하는 농업적 가뭄으로 발달하며, 하천 유출량 및 가용 수자원이 감소하는 수문학적 가뭄으로 발달한다. 또한 물 공급이 물 수요를 충족시키지 못해 발생하는 사회경제적 가뭄으로까지 진행된다. 이처럼 분야별 가뭄이 장기간 지속됨에 따라 다른 종류의 가뭄을 발생시키는 현상을 가뭄 전이(drought propagation)라고 한다(Kim et al., 2024). 가뭄 전이 사상은 가뭄이 전이되지 않은 비전이 사상에 비해 수자원 공급에 미치는 영향이 크기 때문에 더 큰 피해를 야기한다. 예를 들어, 2017년 충청권역에서 발생한 기상학적 가뭄으로 인해 보령댐의 저수율이 급격하게 낮아져 도수로 가동, 급수 및 용수공급체계를 조정하는 등 수문학적 가뭄으로 전이되었다(Kim et al., 2024). 또한 2022-2023년 전남지역은 장기간 지속된 기상학적 가뭄으로 인해 생⋅공용수를 공급하는 댐 저수량이 낮아져 제한급수 및 운반급수 등의 수문학적 가뭄 피해가 발생하였다(Jeong et al., 2024). 따라서, 가뭄이 지역에 미치는 영향을 파악하고 피해를 줄이기 위해서는 가뭄의 전이 특성을 체계적으로 분석할 필요가 있다.
가뭄 전이와 관련된 연구는 주로 가뭄지수를 활용하여 분야별 가뭄 간의 상관성을 분석하였다(Vicente-Serrano and López-Moreno, 2005; Haslinger et al., 2014; Barker et al., 2016). 하지만 상관성 분석만으로는 가뭄 전이의 특성을 제대로 파악할 수 없다. 일반적으로 가뭄 전이는 풀링(pooling), 감쇠(attenuation), 지체(lag) 및 연장(lengthening)의 4가지 특성을 가진다(Van Loon, 2015). 이러한 전이 특성은 시계열 그래프의 분석을 통하여 파악할 수 있으며(Shin et al., 2018; Yu et al., 2020; Tijdeman et al., 2022), 가뭄 전이 관계를 파악하는데 적절하다 Kim et al. (2024)은 기상 및 수문학적 가뭄 사이의 4가지 전이 특성을 파악하고, 전이 및 비전이 사상에 대한 피해양상을 분석하였다. Xiong et al. (2025)은 기후와 유역 특성을 고려하여 기상 및 수문학적 가뭄 사이의 전이 과정 및 영향 요인에 대해 분석하였다.
분야별 가뭄을 정량적으로 표현하는 가뭄지수들은 매우 다양하다. 기상학적 가뭄은 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와 파머가뭄지수(Palmer Drought Severity Index) 등으로 정량적으로 표현되며, 농업적 가뭄은 농업저수지가뭄지수(Agricultural Reservoir Drought Index), 표준토양수분지수(Standardized Soil Moisture Index) 등으로 정량화된다. 수문학적 가뭄은 파머수문학적가뭄지수(Palmer Hydrological Drought Index)와 하천수가뭄지수(Streamflow Drought Index), 표준유출지수(Standardized Runoff Index), 표준저수지공급지수(Standardized Reservoir Supply Index, SRSI) 등으로 정량적으로 표현된다. 사회경제적 가뭄은 물공급능력지수(Water Supply Capacity Index), 용수공급가뭄지수(Water Supply Drought Index), 용수과부족지수(Water Excess Deficiency Index) 등으로 정량화된다.
국내에서는 2016년부터 강수량과 댐 저수량을 기준으로 기상 및 수문학적 가뭄 예⋅경보(관심, 주의, 경계, 심각)를 시행하고 있다. 국내 가뭄 예⋅경보에 사용되는 실측 입력자료 기반의 가뭄지수를 적용한다면 객관적인 가뭄 판단이 가능하다. 기존 가뭄지수는 점형 실측자료를 격자화 또는 공간보간 방법을 통해 산정하는데, 이는 우리나라 지형 특성으로 인해 미계측 지역에 대한 공간정보는 많은 오차를 가진다.
따라서, 본 연구에서는 실측 강수자료를 표준강수지수(SPI)와 실측 댐 저수량 자료 기반의 표준저수지공급지수(SRSI)를 각각 기상학적 및 수문학적 가뭄지수로 선정하였다. 실측자료기반 SPI 및 SRSI로 기상학적 및 수문학적 가뭄 사상을 추출하고, 중복전이 및 풀링전이를 고려하여 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전이 여부를 판단하였다. 가뭄 전이 사상에 대해 감쇠, 지체 및 연장의 전이 특성과 전이율 및 발생 비율을 확인하고, 이를 가뭄 피해 자료를 활용하여 가뭄 피해 양상과 연계하여 비교 및 분석하였다.
2. 연구 지역 및 자료
2.1 연구 지역
연구 지역은 167개 시군 중에서 제1수원을 댐, 저수지 및 하천으로 하여 기상 및 수문학적 가뭄지수 산정이 가능한 151개 지역이며, Fig. 1과 같다.
제1수원이 댐, 저수지 및 하천이 아니라서 수문학적 가뭄 산정이 불가능한 16개 시군(울산광역시, 속초시, 화천군, 고성군, 보은군, 영암군, 영광군, 영주시, 문경시, 군위군, 의성군, 영덕군, 울진군, 울릉군, 제주시, 서귀포시)은 제외하였으며, Fig. 1에서 음영처리하였다. 국가 예⋅경보에서 시군별 제1수원을 기준으로 수문학적 가뭄 판단을 수행하므로, 동일한 공간적 기준을 적용하기 위해 대상 시군은 국가가뭄정보포털(https://www.drought.go.kr)에서 제공되는 제1수원 정보에 따라 29개의 군집으로 구분하였다.
C3, C7, C8, C22 군집은 한강 유역에 해당하며, 각각 소양강댐, 횡성댐, 광동댐 및 오봉저수지를 제1수원으로 하는 산악형 상류 지역이다. C1, C26 군집 또한 한강 유역에 해당하며, 각각 충주댐 및 한강을 제1수원으로 하는 복합형 중⋅하류 지역이다. C2, C16, C21 군집은 낙동강 유역에 해당하며, 각각 안동댐, 영천댐 및 밀양댐을 제1수원으로 하는 분지형 소우지이다. 해당 군집은 태백산맥과 소백산맥의 비그늘 효과로 인해 연 강수량이 전국 평균보다 현저히 낮아, 대표적인 소우지이자 가뭄 취약 지역이다. C19, C20, C25 군집은 낙동강 유역에 해당하며, 각각 합천댐, 남강댐 및 상천저수지를 제1수원으로 하는 산악형 다우지이다. C4, C10, C11, C12 군집은 금강 및 섬진강 유역에 해당하며, 각각 주암댐, 용담댐, 섬진강댐 및 부안댐을 제1수원으로 하는 내륙 산간형 지역이다. C5, C28, C29 군집은 금강 및 섬짐강 유역에 해당하며, 각각 대청댐, 금강 및 섬진강을 제1수원으로 하는 평야 하류형 지역이다. C6, C9, C13 군집은 각각 사연댐, 보령댐 및 수어댐을 제1수원으로 해안형 지형 특성을 가진다. C14, C15, C17, C18, C23, C24, C27 군집은 각각 평림댐, 장흥댐, 임하댐, 운문댐, 예당저수지, 동화저수지, 낙동강을 제1수원으로 하며, 독립적인 지형 및 기상 특성을 가진다(Lee et al., 2005; Park, 2015).
2.2 자료
본 연구에서는 Jeong et al. (2024)에서 개발한 실측자료기반 가뭄지수를 활용하여 기상학적 및 수문학적 가뭄을 정량화하였다. 실측자료기반 가뭄지수란 지상 관측 센서 및 위성자료를 기반으로 실제 측정된 수문기상 데이터(강수량, 저수량 등)를 활용하여 산정하는 가뭄지수이다(Jeong et al., 2024). 기상학적 가뭄지수는 표준강수지수(SPI), 수문학적 가뭄지수는 표준저수지공급지수(SRSI)를 적용하였다.
SPI는 대표적인 기상학적 가뭄지수로 강수량만을 이용하여 가뭄 심도를 산정한다(McKee et al., 1993). 각 시간 단위에 따른 강수량의 과잉 혹은 부족을 나타내기 때문에 시간 단위에 따라 장⋅단기 가뭄을 유연하게 나타낼 수 있으며, 자료 취득, 계산 용이성 등의 사유로 가뭄 모니터링에서 널리 사용되고 있다.
Gusyev et al. (2015)은 물 공급 활용성을 위해 증발손실량과 댐 유출을 제외한 순 이용 가능한 댐 저수량 기반의 단일 가뭄지수인 SRSI를 개발하였다. SRSI는 지수 산정이 용이하며, SPI와 가뭄 산정절차가 동일하다. 또한, SPI와 동일한 가뭄 구분 범주를 가지기 때문에 가뭄 전이 분석에 이점을 갖는다(Jeong et al., 2024).
일반적으로 가뭄 모니터링은 월단위로 수행된다. 그러나, 월단위로 산정된 가뭄지수를 바탕으로 풀링 및 미소가뭄을 제거할 경우, 자료기간이 충분하지 않아 가뭄사상의 개수가 현저히 줄어들어 전이사상에 대한 특성을 명확히 분석하기 어렵다. 주단위로 가뭄지수를 산정할 경우 가뭄 사상의 개수가 증가하여 신뢰성 있는 가뭄 전이 특성 분석이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 기상학적 및 수문학적 가뭄지수를 주단위로 산정하여 가뭄 전이 특성을 평가하였다.
실측자료기반 SPI를 산정하기 위하여 기상청 Automated Synoptic Observing System (ASOS)의 60개 관측소의 강수량 자료를 티센망법에 적용하여 시군별 강수량 자료를 구축한 후, 제1수원을 기준으로 면적 가중 평균하여 29개 군집별 가뭄지수로 산정하였다. 실측자료 기반 SRSI를 산정하기 위하여 국가가뭄정보포털의 원맵서비스에서 제공되는 시군별 제1수원인 댐 및 저수지 저수량과 하천유량 자료를 이용하여 SPI와 동일한 산정 절차를 통해 가뭄지수를 산정하였다. 따라서 실측자료 기반 가뭄지수는 기준 수원이 같은 경우 같은 값을 가진다. 시간적 범위는 기상 및 수문 자료의 공통 보유 기간을 고려하여 1991년부터 2020년까지로 설정하였다.
또한, 전이 특성에 따른 가뭄 피해를 확인하기 위하여 환경부 및 국가가뭄정보분석센터에서 발간한 가뭄정보 연간 보고서를 활용하여 용수공급 피해(제한급수, 운반급수)와 농업용수 피해(논 물마름, 밭 시들음) 자료를 수집하고, 시군별 가뭄 피해를 군집별로 합산하였다.
3. 연구 방법
3.1 전이 사상 판단
본 연구에서는 임계수준 기반으로 가뭄 사상을 정의하였다. 가뭄지수가 임계수준 이하로 떨어진 후 임계수준 이상으로 올라오기까지의 기간을 가뭄 사상의 지속기간(duration)이라고 하며, 가뭄 사상의 지속기간 내 가뭄지수의 합을 심도(severity)라고 한다(Yoo et al., 2016).
가뭄 전이 사상은 기상학적 가뭄이 충분히 회복되지 않은 상태에서 수문학적 가뭄에 영향을 주는 경우를 의미한다(Van Loon, 2015). 이와 반대로 다른 가뭄에 영향을 주지 않은 독립적인 가뭄 사상을 비전이 사상이라 한다. 가뭄 전이 사상을 판단하는 기준은 다양하지만, 본 연구에서는 기상학적 가뭄이 발생한 이후 또는 동시에 수문학적 가뭄이 발생한 경우를 가뭄 전이 사상으로 판단하였다.
가뭄 전이 사상을 판단하기 위해서는 Fig. 2와 같이 중복되어 전이되는 경우(①, ③, ⑤, ⑥, ⑦)와 풀링되어 전이되는 경우(②, ④)를 검토해야 한다. 중복전이는 기상학적 가뭄과 수문학적 가뭄 사이에 시간중복이 발생한 경우이며, 명확히 전이 사상으로 판단할 수 있다. 반면에 중복되지 않고 기상학적 가뭄이 발생한 이후 일정 시간이 지나 수문학적 가뭄이 발생하는 경우에는 풀링기법을 적용하여 전이 사상을 판단하였다.
풀링은 습윤상태가 이전 건조에 비해 크지 않아 가뭄 영향이 지속될 수 있다는 전제하에 두 개 이상의 사상을 하나의 가뭄으로 구분하는 것이다(Yoo et al., 2016). 본 연구에서는 Tallaksen et al. (1997)에서 제시한 3가지 풀링기법(Moving Average (MA) procedure, Sequent Peak Algorithm (SPA) 및 Inter-event time and volume Criterion (IC)) 중 특정 조건을 만족하면 가뭄을 풀링할 수 있는 IC방법을 적용하였다.
IC 방법은 두 개의 인접한 가뭄 사상 {di, si} 및 {di+1, si+1} 사이의 시간 간격을 ti, 가뭄 사상 사이의 습윤기간의 심도를 vi라 할 때, 다음과 같은 조건을 가진다: 1) 두 가뭄 사이의 시간 간격 ti가 사전에 정의된 임계시간 tc보다 작고, 2) 가뭄 사상 심도의 비율인 pi가 사전에 정의된 임계심도 pc보다 작은 경우이며, Eq. (1)로 표현할 수 있다(Kim et al., 2024).
여기서, dpooled및 spooled는 각각 인접한 두 가뭄 사상이 풀링된 후의 지속기간 및 심도이다.
Eq. (1)에서 임계시간(tc)은 주단위 가뭄에서 많이 사용하고 있는 2주로 결정하였으며, 임계심도(pc)는 Zhou et al. (2021)에서 제시된 지역별 민감도 분석 방법을 적용하였다. 지역별 민감도 분석 방법은pc를 0부터 1 사이에서 일정비율로 변화시키면서 가뭄 특성(가뭄개수, 지속기간 및 심도)이 크게 변화하는 비율의 값으로 결정하는 방법이다.
3.2 전이 특성 및 전이율
가뭄 전이는 풀링(pooling), 감쇠(attenuation), 지체(lag) 및 연장(lengthening)이라는 4가지 특성을 가진다. 풀링은 기상학적 가뭄이 장기간의 수문학적 가뭄으로 통합되는 현상을 의미한다. 즉, 두 가뭄이 중복되지 않고 풀링될 경우 풀링 특성을 가진다. 감쇠는 기상학적 가뭄이 수문학적 가뭄으로 전이될 때 저수시설로 인해 가뭄의 최대 음의 값이 작아지는 현상이며, 두 가뭄의 최대 음의 값 차이를 비교하여 판단한다. 지체는 기상학적 및 수문학적 가뭄 사이의 지연시간으로, 두 가뭄의 시작일을 비교하여 판단한다. 연장은 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 이동하면서 지속시간이 길어지는 현상을 의미하며, 두 가뭄의 끝나는 시간을 비교하여 판단한다. 4가지의 가뭄 전이 특성 중에서 풀링은 전이 사상 판단 시 적용된 풀링 방법과 동일하며, 지체 특성으로도 설명할 수 있어 본 연구에서는 감쇠, 지체 및 연장에 대해 분석하였다. 이 외에도 가뭄사상의 전이 비율인 전이율(Eq. (2))을 산정하였다. 전이율이 높을수록 평균 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄에 더 민감하다(Sattar et al., 2019).
여기서, Rr은 전이율(%)이며, Nm은 기상학적 가뭄 사상의 개수, Nmh는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 전이된 가뭄 사상의 개수이다.
여기서, Ra, Rla 및 Rle은 각각 감쇠, 지체 및 연장 특성의 발생 비율(%)이며, Na, Nla및 Nle은 각각 감쇠, 지체 및 연장 특성의 발생 개수, Nmh는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전이 사상 개수이다.
본 연구에서 전이 특성에 따른 가뭄 피해 양상을 분석하기 위하여 전이 특성값이 최고 또는 최저를 기록했거나 가뭄 피해가 심했던 지역을 중심으로 피해 양상을 확인하였다. 또한, 동일한 연도에서 인접한 군집의 가뭄 전이 사례와 동일한 군집에서 다른 연도의 가뭄 전이 사례를 중심으로 피해 양상을 확인하였다.
4. 연구 결과
4.1 가뭄 특성
실측자료를 기반으로 산정된 SPI 및 SRSI 모두 -0.5 미만을 기준으로 가뭄을 판단했으며, 가뭄 특성은 Table 1과 같다. 일반적으로 -1.0 미만을 기준으로 가뭄을 판단하지만, -0.5를 기준으로 가뭄을 판단하는 연구 또한 수행된 바 있다(Xu et al., 2025). 가뭄지수 -1.0 미만을 기준으로 가뭄을 판단했을 때 전이 사상 수가 매우 적어지는 문제가 발생하였다. 반면, 가뭄지수 -0.5 미만을 기준으로 가뭄을 판단했을 때 가뭄 사상의 개수가 증가하여 보다 신뢰할 수 있는 가뭄 전이 특성 분석이 가능하였다.
Table 1
Drought Characteristics
우리나라는 평균적으로 85개의 기상학적 가뭄 사상과 18개의 수문학적 가뭄 사상이 발생하였다. 기상학적 가뭄은 평균 8.31주의 지속기간 및 9.13의 심도를 가지며, 수문학적 가뭄은 평균 24.24주의 지속기간 및 31.99의 심도를 가진다.
기상학적 가뭄이 많이 발생한 군집은 C3과 C16이며, 적게 발생한 군집은 C19, C20, C29이다. 기상학적 가뭄 사상의 발생횟수는 군집별로 차이가 크지 않고 비슷하였다. 수문학적 가뭄 발생횟수는 군집별로 차이가 나타났는데, C29와 C22에서 수문학적 가뭄이 많이 발생하였다. C29가 속한 유역은 섬진강 유역으로 하상 경사가 급해 유속이 빠르고 여름철 집중호우 시 유량이 급격하게 불어나는 등 유량 변동이 큰 특징을 가진다. C22 (오봉저수지 유역)는 지형성 강수에 의존하는 특징이 있다. 특히, 오봉저수지만이 단일 상수원이기 때문에 강수량이 부족한 경우 가뭄에 취약해질 수 있는 지역이다. 유량 변동이 크거나 상수원이 다양하지 않은 군집에서 수문학적 가뭄이 자주 발생한 것으로 나타났다. 수문학적 가뭄이 가장 적게 발생한 군집은 C14와 C15이다. 해당 군집은 지역적 특징이 뚜렷하게 나타나지 않는 지역으로 지형과 기상의 영향이 적어 가뭄 또한 적게 발생한 것으로 판단된다.
기상학적 가뭄 사상의 지속기간은 군집별로 비슷하게 나타났으나, 심도의 경우 C24, C23, C9에서 크게 나타났다. C24 (동화저수지 유역)은 분지 지형으로 높은 증발률과 빠른 수분 보충이 어려워 심도가 큰 가뭄이 자주 발생하였다. C23은 제1수원인 예당저수지에 대한 수문학적 의존도가 높은 지역이므로 기상학적 가뭄의 심도가 크게 나타났다. 이와 반대로 심도가 작은 군집은 C3, C26, C1이다. C3 (소양강댐 유역)은 대륙성 고산 기후의 특징과 다우⋅다설지의 특징을 가지고 있으며, C1과 C26은 한강 유역의 중⋅하류에 위치하여 저수량, 유량 및 강우량이 많아 기상학적 가뭄이 발생하더라도 심도가 작다.
수문학적 가뭄의 경우 수문학적 가뭄의 지속기간이 짧은 군집은 C28, C29, C20이다. C28은 금강에 위치하며, 유역의 중심에는 다목적댐인 대청댐이 있기 때문에 평균 지속기간이 짧다. 강수량이 여름철에 집중되어 계절에 따른 유량 변동이 매우 크다. C29는 섬진강 유역에 속하며, 섬진강 하류의 경우 높은 지형으로 인해 지형성 강수가 나타나 우리나라 최다우지 중 한 곳이다. 또한, C20 (남강댐 유역)은 유역 내 평균 강수량이 우리나라 연평균 강수량보다 많은 다우지역에 속한다. 수문학적 가뭄 사상의 심도가 작은 군집은 C28, C27, C14이다. C27과 C14는 각각 낙동강과 평림댐을 제1수원으로 하며, 지역적 특징이 뚜렷하지 않은 군집이다. 지형 및 기상의 영향이 적어 가뭄의 심도 또한 작다.
4.2 전이 사상 및 전이 특성(감쇠, 지체, 연장, 발생비율, 전이율) 분석
가뭄 사상의 전이는 중복전이와 풀링전이로 구분하였다. 풀링전이의 경우, Eq. (1)의 ti의 기준인 tc는 2주이며, vi의 기준인 pc는 0.00부터 0.01씩 1.00까지 증가시키면서 가뭄 특성(가뭄 사상의 개수, 지속기간, 심도)이 일정해지는 첫 번째의 값으로 결정하였다(Kim et al., 2024). 그 결과 군집별 평균은 0.036으로 산정되었으며, 가장 큰 값은 C10에서 0.75로 나타났다(Fig. 3). 이는 C10이 다른 군집들에 비해, 두 가뭄 사이에 상대적으로 강한 습윤상태가 나타나더라도 전이된다는 것을 의미한다.
평균적으로 중복전이는 9.14개, 풀링전이는 2.49개가 발생했으며(Fig. 4), 기상학적 가뭄으로부터 수문학적 가뭄으로 전이되는 비율인 전이율은 평균 14%이다(Fig. 5). 기상학적 가뭄이 가장 자주 발생한 군집은 C3으로 총 96회 발생했으며, 수문학적 가뭄은 총 24회 발생하여 전이율은 18%로 나타났다.
전이 특성별 발생 횟수는 Table 2와 같다. 가뭄 전이는 기상학적 가뭄이 발생한 이후 수문학적 가뭄이 발생하기 때문에, 전이 사상은 반드시 지체 특성을 가지며 전이 사상의 개수와 지체의 발생 횟수는 동일하다.
Table 2
The Number of Drought Propagation Characteristics
가뭄 전이 특성 중 감쇠, 지체 및 연장을 분석 결과는 Fig. 6과 같다. 감쇠의 경우 전국 평균 3.45회 발생했으며, C23에서 10회로 가장 많이 발생하였다. 반대로, C2에서 0회, C6, C7, C10, C21에서 1회로 가장 적게 발생하였다. 평균 감쇠 특성은 SPI 및 SRSI의 첨두 심도의 차이를 비교한 것이며, 평균 0.06로 나타났다. 감쇠는 C29에서 0.43으로 가장 크게 산정되었으며, C2, C26, C27에서 0, C7에서는 0.019으로 가장 적게 산정되었다. 지체는 전국 평균 11.62회 발생했으며, C3, C23, C29에서 17회로 가장 많이 발생하였고, C14에서 5회로 가장 적게 발생하였다. 평균 지체 특성은 SPI와 SRSI의 시작 시간의 차이인 지체시간을 확인했으며, 평균 5.04주의 지체시간을 갖는다. 지체시간이 가장 긴 군집은 C16이 21주이며, 가장 짧은 군집은 C12가 6주로 나타났다. 지체 특성 중 평균 지체시간이 긴 군집은 오히려 지체 발생 횟수는 적은 경향이 나타났다. 가뭄이 자주 짧게 지체되는 군집(C3, C23, C26, C28, C29)과 드물고 길게 지체되는 군집(C9, C14, C15, C24, C25)으로 유형이 나뉘었다.
연장은 평균 10.79회 발생했으며, C3에서 17회로 가장 많이 발생했고, C14에서 4회로 가장 적게 발생하였다. 평균 연장 특성은 SPI 및 SRSI의 종료 시간의 차이인 연장시간으로 확인했으며, 평균 21.33주의 연장시간을 갖는다. 연장시간이 가장 긴 군집은 C8과 C16이 100주이며, 가장 짧은 군집은 C28이 12주이다.
전이 특성 개수만으로는 군집별 비교가 어렵기 때문에 Fig. 7과 같이 전이 특성 발생 비율을 산정하였다. 감쇠 발생 비율은 평균 0.3이며, 국내 최대 저수지인 예당저수지가 위치한 C23에서 0.59로 가장 크게 나타났다. 다음으로 보령댐, 동화저수지, 한강이 위치해 있는 C9, C24, C26에서 0.5로 크게 나타났다. 이는 댐 및 저수지 등이 있는 지역에서 기상학적 가뭄이 감쇠되는 현상을 잘 나타내는 것으로 판단된다. 지체는 가뭄 전이 사상의 개수와 동일하기 때문에 지체 발생 비율은 1로 모두 동일하다. 또한, 전이 사상 중 92%가 기상학적 가뭄이 끝나더라도 수문학적 가뭄으로 연장되는 현상이 나타났다. 그중 C2, C3, C11, C12, C13, C20, C22, C24는 전이 사상이 모두 연장되는 특성을 가진다.
수문학적 가뭄의 발생횟수가 많은 군집일수록 전이가 자주 발생하여 전이율 또한 높게 나타났으며, 가뭄의 지체 및 연장의 발생횟수 또한 높게 나타났다. 전이 특성 중 연장이 지배적으로 나타났으나, 이는 가뭄이 지체되는 경우 연장될 확률이 높기 때문으로 판단된다. 감쇠 특성은 수량이 풍부한 댐 및 저수지가 위치한 군집에서 크게 나타났으며, 감쇠와 연장 특성은 서로 반비례 관계를 보였다. 감쇠 특성을 가지는 군집의 경우 평균 연장 기간이 짧은 것으로 나타났다. 이는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 감쇠되어 약화하면서 연장 기간이 짧아지는 것으로 판단된다.
4.3 전이 특성에 따른 가뭄 피해 양상
군집별 가뭄 피해 양상을 확인하기 위해 시군별 가뭄 피해를 군집별로 합산하여 비교하였다. 전이 특성값이 최고 또는 최저를 기록했거나, 가뭄 피해가 심했던 지역을 중심으로 피해 양상을 확인하였다. 또한, 동일한 연도에서 인접한 군집의 가뭄 전이 사례 및 동일한 군집에서 다른 연도의 가뭄 전이 사례를 중심으로 피해 양상을 확인하였다.
그 결과, 가뭄 피해가 가장 적었던 C12 (부안댐 유역)는 전이 특성 중 평균 및 최대 지체시간이 가장 짧은 군집이다. 지체시간이 짧을수록 가뭄피해 또한 적은 것으로 판단된다. C23 (예당저수지 유역)의 경우 가뭄피해가 발생하지 않은 군집으로 감쇠 특성의 발생횟수, 최대값 및 발생비율이 모두 최대이다. 해당 군집은 예당저수지를 제1수원으로 하는 군집으로, 예당저수지는 유역 내 무한천 및 신양천 등 여러 하천이 발달하여 수량이 풍부하다. 이는 댐 및 저수지 등이 있는 지역에서 수자원 시설로 인해 감쇠되어 피해가 발생하지 않은 것으로 판단된다. C26 (한강 유역)의 경우 면적 피해가 최대인 군집으로, 지체의 발생횟수가 최대이다. 지체 특성을 가지는 가뭄 전이 사상의 경우 가뭄이 지체됨에 따라 피해가 증가한 것으로 판단된다. C29, C22, C26은 수문학적 가뭄 발생횟수가 많고 전이율 또한 높은 특성을 보였지만 가뭄피해는 적었다. 해당 군집들은 지속기간이 짧고 심도가 낮으며 감쇠의 발생횟수가 높아, 수문학적 가뭄이 자주 발생하더라도 가뭄피해는 적은 것으로 판단된다. 반면, C26, C7, C15는 전이 특성과 실제 가뭄피해의 연관성을 보였다. 해당 군집은 최대 연장이 높아 가뭄이 한 번 발생하면 오래 지속되고, 평균 감쇠가 낮아 가뭄이 잘 약화하지 않았다.
C3 (소양강댐 유역)의 경우 2014년 26주차에 발생하여 2014년 34주차까지 발생한 지속기간 9주, 심도 6.36의 기상학적 가뭄이 2014년 30주차부터 2016년 4주차까지 발생한 지속기간 80주, 심도 163.63의 수문학적 가뭄으로 전이되면서(지체 및 연장) 22개의 지역에서 용수공급으로 5,507명의 피해 주민이 발생하였다. 인접 군집인 C1 (충주댐 유역)에서 2014년 9주차에 발생하여 2014년 18주차까지 발생한 지속기간 10주, 심도 10.48의 기상학적 가뭄이 2014년 18주차부터 2016년 1주차까지 발생한 지속기간 89주, 심도 157.06의 수문학적 가뭄으로 전이되면서 4개의 지역에서 1,448명의 피해 주민이 발생하였다. C3에 비해 C1은 지체시간이 적은 군집으로, 가뭄이 지체 및 연장의 특성으로 인해 장기간 지속되어 가뭄 피해가 더 많이 발생한 것으로 판단된다.
C10 (용담댐 유역)의 경우 2015년 22주차에 발생하여 2015년 25주차까지 발생한 지속기간 4주, 심도 4.72의 기상학적 가뭄이 2015년 29주차부터 2016년 18주차까지 발생한 지속기간 43주, 심도 71.65의 수문학적 가뭄으로 전이되면서 제한/운반급수로 99명의 피해 주민이 발생하였다. 이와 비슷하게 2017년 18주차에 발생하여 2017년 25주차까지 발생한 지속기간 8주, 심도 9.47의 기상학적 가뭄이 2017년 29주차부터 2017년 44주차까지 발생한 지속기간 16주, 심도 10.57의 수문학적 가뭄으로 전이되면서 2개의 지역에서 용수공급으로 79명의 피해 주민이 발생하였다. 해당 군집은 감쇠 특성이 최소인 군집으로 기상학적 가뭄이 수문 단계에서 감쇠되지 않고 전이되면서 피해가 증가하였다. 반면에, 인접한 군집인 C24 (동화저수지 유역)의 경우 2015년 22주차에 발생하여 2015년 39주차까지 발생한 지속기간 18주, 심도 19.00의 기상학적 가뭄이 2015년 31주차부터 2016년 15주차까지 발생한 지속기간 38주, 심도 61.12의 수문학적 가뭄으로 전이되면서 제한/운반급수로 72명의 피해 주민이 발생하였다. 이와 비슷하게 2017년 18주차에 발생하여 2017년 32주차까지 발생한 지속기간 15주, 심도 15.79의 기상학적 가뭄이 2017년 26주차부터 2017년 40주차까지 발생한 지속기간 15주, 심도 18.84의 수문학적 가뭄으로 전이되면서 제한/운반급수로 49명의 피해 주민이 발생하였다. 해당 군집은 지체 및 연장의 발생횟수가 최소인 군집으로, 이는 가뭄이 지체 및 연장이 발생하지 않고 수문학적 전이가 발생하는 경우 피해가 약한 것으로 판단된다.
C9 (보령댐 유역)의 경우 2012년 18주차부터 2012년 25주차까지 발생한 지속기간 8주, 심도 11.31의 기상학적 가뭄이 2012년 25주차부터 2012년 36주차까지 발생한 지속기간 12주, 심도 11.18의 수문학적 가뭄으로 전이되었으나(감쇠), 기상학적 가뭄보다 약한 수문학적 가뭄으로 감쇠되어 전이되면서 피해는 발생하지 않았다. 하지만, 같은 군집에서 2016년 29주차부터 2016년 38주차까지 발생한 지속기간 10주, 심도 12.20의 기상학적 가뭄이 2016년 36주차부터 2018년 17주차까지 발생한 지속기간 86주, 심도 154.05의 수문학적 가뭄으로 전이되면서(지체, 연장) 4개의 지역에서 3,760명의 피해 주민과 703 ha의 가뭄 피해가 발생하였다.
C29 (섬진강 유역)의 경우 평균 감쇠 및 최대 감쇠 특성이 최대이고, 최대 연장 및 평균 연장 특성은 최소인 군집으로 가뭄 피해가 발생하지 않았다, 이는 감쇠 특성을 가지는 가뭄 전이 사상의 경우 감쇠가 발생하지 않고 수문학적 전이가 발생하는 경우보다 피해가 약한 것으로 판단된다. 또한 연장 특성이 최소인 군집은 가뭄이 연장되지 않았기에 피해 또한 약한 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 실측자료기반 가뭄지수를 활용하여 군집별 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전이 특성(감쇠, 지체 및 연장) 및 전이율에 대해 분석하였다. 또한, 군집별 기상학적, 수문학적 또는 지형적 특성에 따른 가뭄 전이 피해 양상을 비교⋅분석하였다.
(1) 우리나라는 평균적으로 85개의 기상학적 가뭄 및 18개의 수문학적 가뭄 사상이 발생하였다. 기상학적 가뭄 사상의 지속기간은 군집별로 비슷하게 나타났으나, 심도의 경우 군집별로 차이가 크게 나타났다. 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄에 비해 발생 횟수는 적지만 지속기간(24.24주)과 심도(31.99)가 크게 나타났다. 가뭄 특성은 제1수원의 유형(댐, 저수지, 하천), 유량 변동성, 상수원 다양성에 의해 군집별로 뚜렷한 차이를 보였다. 상수원이 다양하지 않거나 유량의 변동이 클수록 수문학적 가뭄 특성이 크게 나타났다, 반면, 대규모 저수시설 또는 풍부한 유량을 가진 군집은 수문학적 가뭄의 심도가 상대적으로 작게 나타났다.
(2) 전이가 자주 발생하는 군집일수록 지체 및 연장 특성이 더 많이 나타났으며, 지체와 연장 발생횟수는 비례하는 것으로 나타났다. 지체가 많이 발생한 군집은 연장 또한 많이 발생했고, 지체가 적게 발생한 군집은 연장 또한 적게 발생하였다. 전이 사상의 92%에서 연장 특성이 나타났다. 이는 수문학적 가뭄이 기상학적 가뭄에 비해 지속기간 및 심도가 더 큰 것과 연관되며, 가뭄이 전이되는 경우 지속시간이 길어져 연장될 확률 또한 매우 높은 것으로 판단된다. 반면, 감쇠는 연장과 반비례 관계를 보였으며, 수량이 풍부한 댐과 저수지가 위치한 군집에서 크게 나타났다.
(3) 가뭄 전이 특성(감쇠, 지체 및 연장)을 통해 실제 가뭄 피해 사례를 비교하여 가뭄 전이에 따른 피해 양상을 확인하였다. 가뭄의 지체 및 연장 특성은 피해를 심화시키는 주요 원인이었다. 지체와 연장이 함께 나타나고 감쇠가 약한 경우 피해가 증가했으며, 이와 반대로 감쇠가 강하고 지체 및 연장이 짧을수록 피해가 약화되었다.
본 연구는 군집별 기상학적 가뭄으로부터 수문학적 가뭄으로의 전이 특성 및 가뭄 피해 양상을 분석하였다. 군집별 제1수원의 유형과 수문학적 특성이 전이 특성(감쇠, 지체, 연장)을 결정하는 요인이었다. 이러한 전이 특성이 실제 가뭄 피해의 심화 또는 완화에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 따라서 기후변화로 인해 빈번해지는 가뭄에 효율적으로 대응하기 위해서는 가뭄 사상의 전이 특성을 확인하여 지역에 적합한 대응 정책을 수립할 필요가 있다.
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