중장기 물이용계획의 기후변화 불확실성 적용 방안

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연구보고서

중장기 물이용계획의 기후변화 불확실성 적용 방안 Measures to Apply Climate Change Uncertainty in Mid- to Long-Term Water Resources Planning

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보고서명
중장기 물이용계획의 기후변화 불확실성 적용 방안
보고서명(영문)
Measures to Apply Climate Change Uncertainty in Mid- to Long-Term Water Resources Planning

책임자 이문환
소속기관한국환경연구원
내부연구참여자양일주,박주영,김수빈,서승범,김선호
외부연구참여자
발행기관 한국환경연구원
ISBN979-11-5980-942-2
출판년도2024
페이지140
보고서유형 수시연구보고서
연구유형 정책
표준분류 에너지·자원 > 수자원
자료유형연구보고서
공공누리유형 4유형 (출처표시+상업적이용금지+변경금지)
주제어기후변화, 불확실성, 물수급 분석, 물이용계획, 물 부족, 수자원

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Ⅰ. 연구의 필요성 및 목적
❏ 연구 필요성
ㅇ기온 상승과 강수량의 시·공간적 패턴의 변화 등 기후변화로 인한 수문 순환과 수자원 가용성의 변화를 야기하며, 이를 통해 용수 수요와 공급의 불균형이 발생
ㅇ우리나라는 미래에 가뭄의 발생 빈도와 심도가 심화될 것으로 전망되며, 이는 수자원 공급 체계에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 계획 과정에서부터 기후변화 고려가 필요
ㅇ｢물관리기본법｣ 제18조에서 ‘기후변화 대응’을 물관리 기본원칙 중 하나로 제시하고 있으며, 제27조에 기후변화에 따른 물관리 취약성 대응 방안을 포함하여 국가물관리기본계획을 수립하도록 명시하고 있으나, 반영되지 못한 한계가 있음

❏ 연구 목적
ㅇ기후변화를 고려하여 물이용계획을 수립하지 못하는 기술적·제도적 한계 요인 도출
ㅇ 기후변화의 영향을 고려하여 물이용계획을 수립할 수 있는 단기·중장기 차원의 기술 개발 및 제도 개선 방안 제시

Ⅱ. 기후변화 불확실성과 물이용계획 수립
❏ 기후변화와 불확실성
ㅇ“불확실성”은 무언가에 대한 확실성의 부재를 나타내며, 사소한 의심과 미미한 부정확성에서 완전한 혹은 확실한 지식의 부재에 이르기까지 다양하게 정의되며, 에피스테믹 또는 알레토리 불확실성으로 분류
ㅇ기후에 대한 예측은 에피스테믹 불확실성(지식의 한계, 예측의 불확실성)과 알레토리 불확실성(자연적 변동성) 모두를 포함
ㅇ기후변화에 따른 물수급 전망의 불확실성(자연과학 관점)과 미래 전망 결과에 기반한 의사결정 부문(사회과학)으로 구분되고 이를 위한 기술 개발 및 정책 마련 필요

❏ 기후변화에 따른 미래 물수급 전망의 불확실성
ㅇ단기 및 중기 미래에 이수기의 자연유량 감소가 상당할 것으로 전망되었으며, 그로 인해 물 부족량도 과거 대비 부족량이 증가
ㅇ미래 물수급 전망 시 온실가스 농도 시나리오보다 기후 모형 간의 차이와 내재된 연간 변동성의 불확실성이 더욱 큼
ㅇ다양한 기후 모형의 전망 자료를 사용하여 특정 기후 상황을 분석하는 것이 필요하며, 과거 자료에만 의존하지 않고 극한기후 사상을 가정한 기후 모형 자료를 다양하게 활용하는 것이 필요

❏ 기후변화 불확실성과 의사결정 기법
ㅇ기후변화 적응 전략과 같이 불확실성이 매우 높은 의사결정 과정에는 최적의 대안을 찾는 표준의사결정 기법보다는 여러 불확실성하에 유연하게 대응할 수 있는 대안을 찾는 로버스트 의사결정 기법을 주로 활용
ㅇRDM의 적용은 구체적인 방법이 정해져 있지는 않지만 여러 시나리오에 대하여 대안들의 비용, 즉 후회도를 비교·분석하고 후회도가 높은 대안을 배제하는 방식으로 기후변화의 불확실성을 고려하는 것을 확인
ㅇ물 부족량으로 인하여 피해비용이 가장 클 것으로 예상되는 지역을 파악하거나 적응 전략의 비용효과를 비교하는 방법을 적용하는 등 국내에도 RDM 적용이 가능

❏ 기후변화 영향을 고려한 물이용계획 수립에 관한 전문가 의견 수렴
ㅇ전문가의 대부분이 물이용계획 수립 과정에서 기후변화의 영향을 반영해야 하는 필요성에 공감하였으며, 그 주요 요인으로 과거 통상적인 빈도 개념으로는 미래 기후에 대비하기 힘들기 때문이라고 답변함
ㅇ주요 한계요인은 기후변화 예측 결과의 불확실성과 일반화의 한계, 기후변화 예측 결과를 반영한 계획 및 사업 시행 시 책임의 불명확성, 기후변화 예측 역량 부족, 법·제도적 기반 미비의 순으로 도출

❏ 기후변화를 고려하여 계획을 수립하지 못하는 주요 한계요인과 개선 방향
ㅇ주요 한계요인은 미래 전망 결과의 불확실성이며, 이를 위해 물수급 전망 단계별 기술의 고도화 및 불확실한 미래 조건하의 로버스트한 의사결정 체계를 마련하는 것임
ㅇ기후변화 예측 역량 부족을 개선하기 위해서는 현실적인 온실가스 배출 시나리오의 선정, 전 지구 모형, 상세화 기법, 통계적 후처리 기법, 영향평가 모형 등 일련의 기술의 고도화가 필요
ㅇ물 부족 상황을 정확히 예측하기 어렵기 때문에 다양한 조건의 물수급 분석을 통해 가뭄에 취약한 지역을 식별하고, 물 부족의 시·공간 패턴과 원인 분석이 필요

자료: 저자 작성.
<그림 1> 기후변화를 고려한 계획 수립 시 주요 한계요인과 불확실성 요소

Ⅲ. 국외 기후변화를 고려한 물이용계획 수립 사례 조사
❏ 미국 캘리포니아주
ㅇ미국 캘리포니아주에서는 기후변화 적응을 위해 법제화된 실행 주체를 두고, 정책 우선순위를 높게 설정하여 다양한 기관 간 협의체를 운영
ㅇ물 공급 분석과 관련해 지속적인 연구 및 데이터 업데이트를 위한 매뉴얼을 구성하고, 기후변화 시나리오 평가와 관련한 방법론을 확립
ㅇ캘리포니아주의 기후변화 영향(CCCA) 및 취약성 평가(CCCVA)에 기반하여 캘리포니아주 수자원 계획(CWP), 캘리포니아 물 공급 전략(CWSS), 캘리포니아주 물 회복력 포트폴리오(CWRP)를 수립
ㅇ기후변화 영향의 지역 간 형평성을 고려하는 것을 중요시하며, 지역별 취약도 차이를 완화하기 위해 노력을 기울임

❏ 영국
ㅇ｢기후변화법｣에 의거하여 기후변화 위험도 평가(CCRA)를 5년마다 실시하고, 이에 기반하여 국가 적응 프로그램을 수립. 가장 최근에는 UKCP18을 활용하여 제3차 기후변화 위험도 평가를 수행
ㅇ수자원관리계획 수립 지침을 제공하고 있으며, 계획의 체계 및 절차, 계획에 포함되어야 하는 사항, 수요 및 공급 예측 방법론 등을 명시하고, 그중 공급량 및 수요량 예측에 관해서는 기후변화에 대한 고려를 별도로 명시
ㅇ수자원관리계획을 수립하기 전에 기후변화 위험도 평가 결과를 법에 따라 5년마다 발간하며 이를 위한 물 가용량 추정도 별도로 이루어짐. 평가 이후에는 결과뿐 아니라 결과의 지역별·부문별 요약, 평가 결과에 기반한 정책방향 제시(advice report) 등을 모두 보고서로 작성하여 정책 수립 시 지원

❏ 독일
ㅇ 독일은 EU의 지침에 기반하고 있으며, 기후변화의 영향, 취약성 평가 결과와 이를 기반으로 하는 부문별 기후변화 대응에 필요한 적응기간과 행동 조치 수준을 명시
ㅇ 부문별 기후변화 적응을 위한 메커니즘을 기술하고, 담당 조직, 소요 기간, 재정 펀딩 등을 함께제시
ㅇ 기후변화 적응 과정에서 재정 비용, 경제 영향평가 중요성이 증대됨에 따라 기후변화 적응 정책 우선순위화 방법 제시

Ⅳ. 기후변화를 고려한 물이용계획을 수립하기 위한 정책 제언
❏ 정책 제언 개요
ㅇ기후변화 전망 결과의 신뢰도 향상을 위한 과학적·기술적 고도화가 필요하고, 불확실한 미래 전망 결과를 반영한 계획 수립 및 실행을 위한 제도가 필요
ㅇ정책 제언으로 중장기 차원의 개선 방안을 크게 학술적·기술적 연구개발 방안과 법적·제도적 개선 방안으로 구분
ㅇ󰡔제1차 국가물관리기본계획(2021-2030)󰡕 수정계획 수립 시 기후변화의 영향을 반영하기 위한 단기적 방안을 별도로 제시

자료: 저자 작성.
<그림 2> 기후변화를 고려하여 물이용계획을 수립하기 위한 단기·중장기 방안

❏ 기후변화를 고려하여 물이용계획을 수립하기 위한 중장기 차원의 연구개발 방안
ㅇ다양한 대표농도경로 시나리오와 GCMs에 따른 유역 단위 기후변화 시나리오 생산과 기후변화 시나리오의 기상처 인증을 통한 공신력 확보
ㅇ현재 사용 중인 TANK 모형을 고도화하고, 수문 모형의 불확실성을 고려할 수 있는 다양한 수문 모형의 구축 및 활용이 필요
ㅇ물수급 분석 모형의 고도화와 입력 자료(농업용수 수요량, 회귀율 등)의 개선이 필요하고, 이를 기반으로 기후변화를 고려한 물수급 분석 방안을 마련

❏ 기후변화를 고려하여 물이용계획을 수립하기 위한 중장기 차원의 법·제도 개선 방안
ㅇ 모든 국가계획에 동일한 결과를 제시할 수 있도록 국가 물관리 부문 기후변화 영향 및 리스크 평가 보고서를 주기적으로 발간(IPCC 평가보고서 발간 주기 고려)
ㅇ로버스트 의사결정 기법을 활용한 계획 수립 절차와 기준 마련
ㅇ기후변화를 고려한 계획 수립 지침 마련 및 법 개정 방안
- 기후변화 영향 및 취약성 평가를 계획에 반영하고 연계 방안을 마련
- ｢물관리기본법 시행령｣을 통해 국가물관리기본계획 수립 지침 내 기후변화 영향을 반영할 수 있는 조항을 추가
- ｢수자원법｣, ｢수도법｣상의 계획을 수립 할 때 기후변화 영향을 고려하는 조항을 추가하여 개정

❏ 국가물관리기본계획 수정계획 수립 시 기후변화 영향 반영을 위한 단기적 방안
ㅇ기존 R&D를 통해 산출된 기후변화 시나리오를 적용하여 단기간 내 물 부족량 변화를 전망
ㅇ다양한 전문가들의 논의를 통해 적절한 기후변화 방어 목표치를 설정
ㅇ모든 정책에 기후변화를 고려하는 것이 아니라 기후변화로 의한 악영향을 저감할 수 있는 편익이 높은 적응 정책을 별도로 수립

Ⅰ. Necessity and Purpose of Research
❏ Research necessity
ㅇClimate change, including temperature rise and changes in the spatiotemporal patterns of precipitation, affects the hydrological cycle and water resource availability, leading to imbalances in water demand and supply.
ㅇIn South Korea, the frequency and severity droughts are projected to increase in the future, posing serious impacts on the water supply system, thus necessitating the consideration of climate change from the planning stage.
ㅇArticle 18 of the Framework Act on Water Management presents ‘responding to climate change’ as one of the basic principles of water management. According to Article 27, it is specified to establish the “Master Plans for National Water Management,” including water management vulnerability response plans for climate change, although there are limitations to its implementation.

❏ Research objectives
ㅇTo identify technical and institutional limitations that prevent the establishment of water usage plans that consider climate change
ㅇTo propose short-term and long-term technological development and institutional improvement measures to establish water usage plans that consider the effects of climate change
Ⅱ. Climate Change Uncertainty and Water Resources Planning
❏ Climate change and uncertainty
ㅇ“Uncertainty” denotes the absence of certainty about something, ranging from minor doubt and slight inaccuracy to a complete or certain lack of knowledge. It can be categorized into epistemic or aleatory uncertainty.
ㅇPredictions about climate include both epistemic uncertainty (limitations of knowledge, uncertainty of predictions) and aleatory uncertainty (natural variability).
ㅇUncertainty in water supply and demand projections due to climate change (from a natural science perspective) and decision-making sectors (from a social science perspective) are distinguished, necessitating technological development and policy formulation.

❏ Uncertainty in future water supply and demand projections due to climate change
ㅇA significant decrease in natural flow during dry seasons is anticipated in the short and medium-term future, leading to increased water scarcity compared to the past.
ㅇUncertainty is greater due to differences between climate models and inherent interannual variability than greenhouse gas concentration scenarios.
ㅇIt is necessary to use forecast data from various climate models that assume extreme climate events for specific climate conditions, rather than solely relying on past data.
❏ Climate change uncertainty and decision-making techniques
ㅇIn decision-making processes with high uncertainty, such as climate change adaptation strategies, Robust Decision Making (RDM) techniques are primarily used to find alternatives that can flexibly respond under various uncertainties, rather than standard decision-making techniques that seek the optimal alternative.
ㅇThe application of RDM is not fixed but involves comparing and analyzing the costs of alternatives, i.e., regret levels, across various scenarios and excluding those with high regret levels to account for climate change uncertainty.
ㅇIdentifying areas expected to incur the highest damage costs due to water scarcity or comparing the cost-effectiveness of adaptation strategies are methods that can be applied domestically as well.

❏Expert opinions on establishing water resources plans that consider climate change impacts
ㅇMost experts agreed on the necessity of reflecting the impacts of climate change in the water resources planning process, mainly because it is challenging to prepare for future climates using traditional frequency concepts.
ㅇThe main limiting factors include the uncertainty of climate change impacts and their generalization, the ambiguity of responsibility when implementing plans and projects that reflect climate change prediction results, a lack of climate change prediction capacity, and an insufficient legal and institutional foundation.

❏ Main limiting factors and directions for establishing water resources plans that consider climate change
ㅇThe primary limiting factor is the uncertainty of future projections on water scarcity. Advancing technologies for water supply and demand analysis and establishing a robust decision-making system under uncertain future conditions are necessary.
ㅇTo address the lack of climate change prediction capacity, it is necessary to advance a series of technologies, including the selection of realistic greenhouse gas emission scenarios, global models, downscaling techniques, statistical post-processing techniques, and impact assessment models.
ㅇSince accurately predicting water scarcity situations is challenging, conducting water supply and demand analyses under various conditions to identify drought-vulnerable areas and analyze the spatiotemporal patterns and causes of water scarcity is necessary.

Ⅲ. International Case Studies on Water Resources Planning Considering Climate Change Impact
❏ United States, California
ㅇCalifornia has legislated entities for climate change adaptation, setting high policy priorities, and operating a consortium among various agencies.
ㅇIt has established manuals for continuous research and data updates related to water supply analysis and methodologies related to climate change scenario evaluation.
ㅇBased on California’s Climate Change Assessment (CCCA) and Vulnerability Assessment (CCCVA), it has established the California Water Plan (CWP), California Water Supply Strategies (CWSS), and California Water Resilience Portfolio (CWRP).
ㅇIt emphasizes the importance of considering regional equity in terms of addressing climate change impacts and strives to mitigate regional vulnerability differences.

❏ United Kingdom (UK)
ㅇUnderpinned by the Climate Change Act, the UK conducts a Climate Change Risk Assessment (CCRA) every five years, based on which the National Adaptation Programme is established. The most recent is the third CCRA, utilizing UKCP18.
ㅇIt provides guidelines for establishing water resource management plans, specifying the structure and procedure of the plan, including matters to be included, and methodologies for demand and supply forecasts, explicitly stating considerations for climate change in supply and demand forecasts.
ㅇBefore establishing water resource management plans, a CCRA result is published every five years by law, and water availability estimation is conducted separately. Following the assessment, reports are prepared, including regional and sectoral summaries of the results and policy directions based on the evaluation results (advice report) to support policy formulation.

❏ Germany
ㅇBased on EU directives, Germany specifies the adaptation periods and levels of action required for sector-specific climate change responses based on impacts and vulnerability assessments of climate change.
ㅇIt describes mechanisms for sector-specific climate change adaptation and presents responsible organizations, required timeframes, and financial funding.
ㅇWith the increasing importance of financial costs and economic impact assessments in the climate change adaptation process, it presents methods for prioritizing climate change adaptation policies.

Ⅳ. Policy Recommendations for Establishing Water Resources Plans that Consider Impacts of Climate Change
❏ Overview of policy recommendations
ㅇScientific and technological advancements are needed to improve the reliability of climate change forecast results, and institutional frameworks are necessary to plan and implement strategies based on these uncertain future forecast results.
ㅇFor medium to long-term improvements, policy recommendations are divided into academic and technological research and development measures, and legal and institutional improvement measures.
ㅇShort-term measures are separately proposed for the revision of the First Master Plan for National Water Management (2021-2030) to reflect the impacts of climate change.

❏Research and development strategies for medium to long-term water resources planning that consider climate change
ㅇProducing watershed-level climate change scenarios based on various Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios and General Circulation Models (GCMs), and securing credibility through certification of these scenarios by meteorological authorities
ㅇEnhancing the currently used TANK model, and constructing and utilizing various hydrological models that can account for the uncertainty of hydrological models
ㅇAdvancing water supply and demand analysis models and improving input data (such as agricultural water demand and return flow), based on which a water supply and demand analysis method that considers climate change is established

❏Legal and institutional improvement strategies for medium to long-term water use planning that consider climate change
ㅇPeriodically publish climate change impact and risk assessment reports for the national water management sector to ensure consistent results in all national plans, in alignment with the IPCC report publication cycle
ㅇEstablish planning procedures and criteria using robust decision-making techniques
-Reflect and link plans based on climate change impact and vulnerability assessments
-Add provisions to include climate change impacts in the establishment guidelines for the Master Plan for National Water Management through the Framework Act on Water Management enforcement decree
-Amend the Act on the Investigation, Planning, and Management of Water Resources and the Water Supply and Waterworks Installation Act to include provisions that require considering climate change impacts when establishing plans specified in these acts
❏Short-term measures for reflecting climate change impacts in the revision of the Master Plan for National Water Management
ㅇForecast short-term changes in water scarcity by utilizing climate change scenarios developed based on existing research and development projects
ㅇSet appropriate climate change mitigation targets through expert discussions and consultations
ㅇEstablish targeted adaptation policies with high benefits to mitigate adverse effects due to climate change, rather than incorporating climate change considerations into all policies

Keywords: Climate Change, Uncertainty, Water Supply and Demand Analysis, Water Resources Plan, Water Scarcity, Water Resources

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