하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크 개발 및 적용 = Development and Application of Sustainability Assessment Framework for Estuarine Reservoir Water Resource Management

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The ongoing climate change and urbanization will impact estuarine reservoir water resource management. To address environmental changes, sustainable water resource management is necessary, and to achieve this, an estuarine reservoir water resource sustainability assessment system is required. While several studies have been conducted on water resource sustainability assessment, there have been limitations in analyzing future periods due to the use of difficult indicators to predict future values. Additionally, the evaluation has been limited by considering only one or two aspects of water use, flood control, and water quality without fully considering the overall role of freshwater lake water resources. Additionally, there have been limitations in quantifying reservoir water resource sustainability changes resulting from implementing water resource management measures.
In this study, a simulation system for estuarine reservoir water resources was developed to support sustainable management. To quantitatively assess sustainability, the estuarine reservoir water resource sustainability assessment framework based on reliability, resiliency, and vulnerability in terms of water use, flood control, and water quality was developed using an estuarine reservoir water resource sustainability index. The developed assessment framework was utilized to analyze the changes in sustainability resulting from alternative approaches and evaluate their applicability.
First, a watershed-estuarine reservoir coupled simulation model was constructed to simulate estuarine reservoir water resources. To evaluate sustainability in future periods, future environmental change data were constructed. Future climate data were developed using the CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) SSP (Shared Socioeconomic Pathways) scenarios from IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). The future land use map predicted using the FLUS (Future Land Use Simulation) model was used. Data on future water demand, water supply from water treatment plants, and sea level rise were also considered.
Through the simulation of reservoir water resources under future environmental changes, reliability, resiliency, and vulnerability were calculated in terms of water use, flood control, and water quality, and a sustainability index was derived. The sustainability of water use, flood control, and water quality, and the sustainability index were evaluated. Factors hindering sustainability under the current management operation were identified, and measures to address these issues were formulated. The sustainability resulting from applying these measures was calculated and compared to examine their effectiveness.
The developed sustainability assessment framework for reservoir water resources demonstrates the ability to quantitatively evaluate the sustainability of reservoir water resources based on different management approaches. It allows for examining changes in three aspects—water use, flood control, and water quality under a specific management approach. This enables a clear understanding of the issues surrounding estuarine reservoir water resources and the efficient identification of alternative solutions.

국문 초록 (Abstract)

기후변화와 도시화는 담수호 수자원 관리에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 특히 바다와 인접한 하구 담수호의 경우 해수면 상승에 따라 방류 능력이 제한될 것으로 예상된다. 이에 따라 환경 변화에 대응할 수 있도록 지속가능한 수자원 관리 방안이 필요하며 이를 위한 하구 담수호 수자원 관리 방안 평가 시스템이 필요하다.
본 연구에서는 지속가능한 하구 담수호 수자원 관리를 위해 하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크를 개발하였다. 유역-호소 연계 모의 모형을 구축하여 하구 담수호 수자원 모의 시스템을 구축하고 이를 이용하여 미래 환경 변화에 따른 담수호 수자원을 모의하였다. 이수, 치수, 수질 측면의 신뢰도, 회복도, 취약도를 이용한 지속가능성 지수를 기반으로 하구 담수호 수자원의 지속가능성을 정량적으로 분석하였다. 대안에 따른 지속가능성의 변화를 분석하여 하구 담수호 수자원 관리 방안을 평가하였다.
미래 기간의 지속가능성을 평가하기 위해 먼저 미래 환경 변화 자료를 구축하였다. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)의 CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) SSP (Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회 경제경로) 시나리오를 이용하여 미래 기상자료를 구축하고 FLUS (Future Land Use Simulation) 모형을 이용하여 미래 토지이용도를 구축하였다. 또한 미래 필요수량, 양수장 공급량 자료, 기후변화를 고려한 조위 자료를 구축하였다.
미래 환경 변화에 따른 하구 담수호 수자원 모의를 통해 현재 담수호 수자원 관리 방안에 따른 이수, 치수, 수질 측면에서의 신뢰도, 회복도, 취약도를 산정하고 하구 담수호 수자원 지속가능성 지수를 산정하여 지속가능성을 평가하였다. 현재 관리 방안에 따른 이수, 치수, 수질 지속가능성 지수를 통해 지속가능성이 낮은 측면을 살펴보고 이를 해결할 수 있는 수자원 관리 방안을 구성하였다. 관리 방안 적용에 따른 지속가능성 지수를 산정하여 지속가능성을 평가하였으며 적용성을 확인하였다.
연구 대상 지구인 간월호에 대하여 지속가능성 평가 프레임워크를 적용한 결과 현재의 수자원 관리 방안을 적용할 경우 미래 기간에 이수, 치수 문제가 발생할 수 있는 것으로 나타나며 담수호 수자원 지속가능성 지수가 과거 기간에 비해 감소하는 결과를 나타냈다. 이를 해결하기 위해 하수처리시설 효율 개선 방안과 관리수위 조절 방안을 구성하여 지속가능성 지수를 산정하고 그 변화를 분석하였다. 분석 결과 하수처리시설 효율 개선 방안을 통해 수질 지속가능성을 개선할 수 있었으며 관리수위 조절 방안을 통해 이수 지속가능성을 개선할 수 있었다. 그러나 관리수위 조절 방안 적용에도 불구하고 홍수기 관리수위로 인해 이수 실패가 발생하는 경우가 있어 치수 지속가능성을 개선할 수 있는 방안과 함께 추가적인 검토가 필요할 것으로 보인다.
본 연구에서 개발한 하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크에서 적용한 지속가능성 지수는 하구 담수호 수자원의 현황을 파악하고 지속가능성을 정량적으로 평가할 수 있는 정량적 지표로 활용할 수 있음을 보여주었다. 또한 본 연구에서 개발한 프레임워크를 활용하여 하구 담수호 수자원의 문제를 명확히 파악할 수 있으며 하구 담수호 수자원 관리 평가체계를 보완하고 대안을 효율적으로 찾을 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 연구 목적 3
• 제 2 장 연구사 4
• 2.1. 수자원 관리 프레임워크 4
• 2.2. 지속가능성 평가 기법 5
• 2.2.1. 지속가능성 5
• 2.2.2. 수자원 지속가능성 9
• 2.2.3. 지표 기반 지속가능성 평가 기법 12
• 2.2.4. 수자원 지속가능성 평가 24
• 2.3. 하구 담수호 수자원 모의 기법 28
• 제 3 장 하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크 개발 30
• 3.1. 하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크 개발 30
• 3.2. 하구 담수호 수자원 지속가능성 평가 기법 32
• 3.2.1. 신뢰도 지표 33
• 3.2.2. 회복도 지표 35
• 3.2.3. 취약도 지표 37
• 3.2.4. 지속가능성 지수 38
• 3.3. 미래 환경 변화 자료 구축 방법 40
• 3.3.1. 미래 기상자료 40
• 3.3.2. 미래 토지이용 자료 42
• 3.3.3. 미래 양수장 공급량 자료 46
• 3.3.4. 미래 방류량 자료 48
• 3.4. 하구 담수호 수자원 모의 기법 52
• 3.4.1. HSPF 모형 52
• 3.4.2. EFDC 모형 57
• 3.4.3. WASP 모형 60
• 3.4.4. HSPF-EFDC-WASP 연계 모의 시스템 62
• 제 4 장 하구 담수호 수자원 관리 지속가능성 평가 프레임워크 적용 64
• 4.1. 하구 담수호 수자원 모의 시스템 구축 64
• 4.1.1. 연구 대상 지구 64
• 4.1.2. 입력자료 구축 70
• 4.1.3. 하구 담수호 수자원 모의 시스템 구축 76
• 4.2. 미래 환경 변화에 따른 담수호 수자원 모의 91
• 4.2.1. 미래 환경 변화 자료 구축 91
• 4.2.2. 미래 하구 담수호 수자원 모의 결과 106
• 4.3. 하구 담수호 수자원 지속가능성 평가 123
• 4.3.1. 이수 지속가능성 123
• 4.3.2. 치수 지속가능성 126
• 4.3.3. 수질 지속가능성 129
• 4.3.4. 하구 담수호 수자원 지속가능성 132
• 제 5 장 하구 담수호 수자원 관리 방안 평가 143
• 5.1. 수자원 관리 방안 구성 143
• 5.1.1. 하수처리시설 효율 개선 방안 143
• 5.1.2. 관리수위 조절 방안 144
• 5.2. 관리 방안별 담수호 수자원 모의 결과 분석 145
• 5.2.1. 하수처리시설 효율 개선에 따른 담수호 수자원 해석 145
• 5.2.2. 관리수위 조절에 따른 담수호 수자원 해석 146
• 5.3. 수자원 관리 방안별 하구 담수호 수자원 지속가능성 평가 151
• 5.3.1. 하수처리시설 효율 개선에 따른 하구 담수호 수자원 지속가능성 평가 151
• 5.3.2. 관리수위 조절에 따른 하구 담수호 수자원 지속가능성 평가 154
• 5.3.3. 수자원 관리 방안 평가 162
• 제 6 장 요약 및 결론 169
• 참 고 문 헌 171
• Abstract 180

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