수자원 취약성평가를 위한 Fuzzy TOPSIS와 그룹의사결정기법의 적용 = Application of Group Decision Making and Fuzzy TOPSIS Approach to Water Resource Vulnerability Assessment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study develops a framework to quantify the water resource vulnerability in South Korea by considering climate change impacts. Information obtained from the real world has lots of uncertainties. Therefore, this study developed an approach to quantify spatial water resource vulnerability of Korea using Fuzzy TOPSIS approach. Also, since increasing complexity of the basin environments makes it less and less possible for single decision maker to consider all relevant aspects of problem, there is the possibility of increased uncertainty. This study attempts to develop an approach to quantify the spatial water resource vulnerability of South Korea using group decision making(GDM) method.
Fuzzy TOPSIS were compared with TOPSIS and weighted sum method. As a result, rankings of some areas were changed dramatically due to the uncertainty. Rank correlation analysis indicated that the rankings of TOPSIS and weighted sum method were almost similar, but quite different from ranking of Fuzzy TOPSIS. Individual preference by each group is calculated by using Fuzzy TOPSIS and three GDM techniques (Borda count method, Condorcet method, and Copeland method). Finally, Spearman rank correlation, Kendall rank correlation, and Emond & Mason rank correlation are used to compare rankings from Fuzzy TOPSIS, TOPSIS, and GDM. As a result, the rankings of some areas dramatically changed by the use of GDM techniques.
In other words, because applying Fuzzy concept and GDM concept in regional vulnerability assessment may cause a significant change in priorities, the model presented in this study should be considered for flood vulnerability assessment.
Also, flood, water management, water quality and aquatic ecosystem vulnerabilities of South Korea are quantitatively evaluated and integrated. In addition, Special Report on Emission Scenario (SRES)-A1B, A2, B1, A1T, A1FI, and B2, future climate data-(2020s, 2050s, and 2080s), and three multi-criteria decision making (MCDM) techniques—weighted sum method (WSM), technique for order preference by similarity to ideal situation (TOPSIS), and fuzzy TOPSIS are used to quantify future all spatial water resource vulnerabilities. As a result, when the variances of the 16 provinces’ rankings on the basis of the 76 scenarios are considered, some provinces can plan their climate change adaptation strategies by taking into consideration their relatively certain rankings.

국문 초록 (Abstract)

이 논문은 기후변화 영향에 기초하여 우리나라 수자원 취약성을 정량화하기위한 방법을 제시하였다. 현실 세계로부터 얻는 많은 정보들은 불확실성을 가지고 있으므로 이 논문은 우리나라의 공간적 수자원 취약성을 산정하기 위해 Fuzzy TOPSIS기법을 사용하였다. 또한 유역 환경에 대한 복잡성의 증가는 단일 의사결정자들이 의사결정문제의 모든 부분을 고려하는 것을 점점 더 불가능하게 만들기 때문에 불확실성은 더욱 증가하게 된다. 따라서 이 논문은 그룹의사결정기법을 사용하여 우리나라 공간적인 수자원 취약성을 정량화하는 접근법을 제시하였다.
Fuzzy TOPSIS의 결과를 TOPSIS 및 가중합계법을 적용한 결과와 비교한 결과 일부 지역의 취약성 순위가 큰 폭으로 역전되는 현상을 보였다. 순위상관분석을 실시한 결과 TOPSIS와 가중합계법의 순위는 높은 일치성을 보였으나 Fuzzy TOPSIS의 순위와는 낮은 일치율을 나타냈다. 또한 그룹의사결정기법을 적용하기위해 개인의 선호도를 통합하는 방법으로 Borda count, Condorcet 그리고 Copeland 방법을 적용하였다. 적용결과를 그룹의사결정기법을 사용하지 않은 Fuzzy TOPSIS 및 TOPSIS의 결과와 비교하였고 순위상관분석을 이용하여 순위의 일치성을 검토하였다. 그 결과 일부 지역의 취약성 순위가 큰 폭으로 역전되는 현상을 보였다. 즉, Fuzzy 개념을 반영하여 지역별 취약성을 산정할 경우와 그룹 의사결정 개념을 반영하여 지역별 취약성을 산정할 경우 불확실성으로 인해 우선순위의 변동이 크게 발생할 수 있으므로 이 논문에서 제시한 Fuzzy TOPSIS 모형과 그룹 의사결정기법을 적용한 모형은 하나의 취약성 평가의 방법이 될 수 있다.
또한 본 연구에서 제시한 취약성 평가방법으로 홍수, 이수, 수질 및 수생태의 취약성을 도출하고 16개 광역시도의 통합된 수자원 취약성을 평가하였고 더 나아가 미래의 수자원 취약성을 안정적으로 검토하기위해 3개의 MCDM 방법 (Fuzzy TOPSIS, TOPSIS, 가중합계법), 1개의 GDM (Borda count method) 방법, 6개의 SRES시나리오 (A1B, A1Fl, A1T, A2, B1, B2), 4개 시점의 자료(현재, 2020년, 2050년, 2100년)를 사용하였다. 그 결과 76개 시나리오에 기초하여 상대적으로 취약한 것으로 나타남과 동시에 순위의 변동이 매우 작은 지역들은 기후변화에 대한 수자원 적응전략을 보다 안정적으로 검토할 수 있을 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구방법 3
• 1.3 연구동향 7
• 2. 이론적 고찰 15
• 2.1 기후변화 취약성 및 대용변수(지표)와 가중치의 정의 15
• 2.2 델파이 기법 15
• 2.3 입력자료의 표준화 17
• 2.4 삼각퍼지수 (TFN) 18
• 2.5 Fuzzy TOPSIS 19
• 2.6 그룹의사결정기법 (GDM) 21
• 2.7 순위상관분석 24
• 2.8 미래기후자료생성 26
• 3. 연구결과 29
• 3.1 수자원 취약성 (홍수, 이수, 수질 및 수생태 통합 취약성) 29
• 3.2 미래 홍수취약성 62
• 3.3 미래 이수취약성 71
• 3.4 미래 수질 및 수생태 취약성 80
• 3.5 미래 수자원 취약성 89
• 4. 결론 및 향후연구과제 93
• 4.1 결론 93
• 4.2 향후연구과제 107
• 참고문헌 97
• 영문요약(ABSTRACT) 105