기후 변화에 뒤쳐진 댐 설계의 가능최대강수량(PMP)

댐 안전: 최대 홍수 사건이 향후 80년 동안 매우 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔습니다.

 

엔지니어들이 대규모 댐과 원자력 발전소와 같은 중요한 기반 시설을 설계하는 데 도움을 주기 위해 사용하는 강우 모델은 기후 변화를 고려하여 개선될 필요가 있습니다.

호주 전역의 546개 대형 댐에 대해 대기 수분 증가로 인해 평균 14~38% 증가할 것으로 예상되는 '가능최대강수량'(PMP) 추정치를 산출하는 수자원 리서치에 실린 논문의 결론입니다.

이 연구는 기존의 댐들이 기후 변화 하에서 현재 추정치보다 더 큰 위험에 처할 것이라고 이야기합니다. '가능최대강수량'(PMP)은 은 특정 유역, 특정 지속기간, 가장 극심한 기상 조건에서 발생 가능한 최대 강수량으로 대규모 댐 등 파괴 시 엄청난 피해를 발생시킬 수 있는 수공구조물 설계 시 기준으로 삼는다. 연구원들은 PMP의 기존 모델들이 적어도 20년 동안 업데이트되지 않았으며, 더 최근의 기상학적 사건들은 이미 기후가 온난화되고 있고 폭풍이 더 심해지고 더 빈번해지고 있다는 것을 보여준다고 말합니다.

댐이 저지하고 있는 물의 양을 고려할 때 댐과 관련된 많은 위험이 있습니다. 전 세계적으로 최악의 홍수 중 일부는 극심한 폭풍이 댐을 압도하여 댐이 붕괴하고 하류로 물의 벽을 방출했기 때문입니다,"라고 멜버른 대학의 학자들과 공동으로 논문의 주요 저자인 UNSW 시드니의 물 연구 센터의 Johan Visser가 말합니다.

 

엔지니어들은 Probable Maximum Flood(PMF)로 알려진 특정 위치에서 발생할 것으로 합리적으로 예상할 수 있는 가장 큰 홍수 이벤트를 수용할 수 있도록 댐을 설계합니다. 이를 해결하려면 먼저 특정 시간 내에 해당 지역에서 기상학적으로 가능한 최대 강우량의 깊이가 어느 정도인지 계산해야 합니다. 이를 가능최대강수량이라고 합니다.

 

문제는 PMP 계산이 향후 기후 조건을 고려하지 않고 과거 데이터에만 의존하여 기상학적 방법, 포락선 방법, 통계학적 방법에 의해 산출됩니다. 이것은 수십 년 전에 건설된 많은 대형 댐들이 더 시원한 기후를 대표하는 정보를 사용하여 설계되었다는 것을 의미합니다.

 

이 연구의 목적은 지난 60년 동안 PMP 추정치가 변화했는지 여부와 알려진 기후 변화로 인한 대기 수분의 잠재적 증가를 고려할 경우 이러한 추정치가 미래에 어떻게 변화할 수 있는지 분석하는 것이었습니다.

 

기후 모델을 통합합니다.

 

호주 전역의 다양한 시간대와 위치에 대한 현재 PMP 지침은 기상청에 의해 수집되고 발표됩니다.

 

호주 전역의 주요 물 공급업체와 댐 소유주 10명이 자금을 지원한 이 새로운 연구는 기존 기상 기록을 재분석하고 이전에는 포함되지 않았던 지난 20년의 최신 데이터를 추가했습니다. 그런 다음 연구원들은 매우 존경받는 CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)의 최신 기후 시나리오 모델링을 통합하여 미래의 잠재적인 변화를 계산했습니다.

 

이러한 기후 모델은 다음 세기에 걸쳐 다양한 세계 사회 경제적 선택이 온실가스 배출에 어떻게 영향을 미칠지 탐구하는 데 사용됩니다.

 

논문의 결과는 지난 60년 동안 호주 전역에서 PMP 추정치가 증가했으며 대기 수분의 증가가 예측되어 더 증가할 것으로 예상된다는 것을 보여줍니다. 관측된 데이터의 궤적을 바탕으로 PMP가 체계적으로 증가할 것이 분명했습니다. 이는 기후 모델 시뮬레이션을 사용하여 확인되었으며, 분석된 모든 기후 시나리오에 대한 추가 증가를 나타냅니다.

 

녹색 정책이 시행되지 않고 탄소 배출량이 2100년까지 가장 높은 상태를 유지하는 최악의 미래 시나리오의 경우, 호주의 대형 댐 위치에 대한 PMP 추정치는 평균 38% 증가할 수 있습니다.

 

배출 및 그에 따른 기후 변화와 관련하여 가장 보수적인(낮은) 추정치를 사용하더라도, 모델링은 호주 전역에서 PMP의 평균 13% 증가를 시사합니다.

80년동안 PMP 추정치

연구원들은 PMP를 계산하는 현재의 방법은 구식일 가능성이 있으며 미래에 예측되는 것은 말할 것도 없고 대기 상태의 현재 변화에 따른 잠재적인 결과를 고려하지 않는다는 것을 보여주었다고 말합니다.

 

"온도가 섭씨 1도 올라갈 때마다, 대기는 약 7% 더 많은 물을 담을 수 있습니다," 라고 비서 씨가 말합니다.

 

우리는 이미 관측 기록을 통해 극단적인 강우와 홍수가 잦아지고 있고 더욱 격렬해지고 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

관측 자료는 대기 수분이 역사적 기록에 걸쳐 증가하고 있다는 것을 보여주고 있으며, 기후 모델에서 미래의 기후 예측도 고려할 때, 미래에 훨씬 더 증가할 것으로 예상된다는 것을 알 수 있습니다.

그것은 우리가 분석한 모든 시나리오, 심지어 지속할 수 있는 관행으로 점점 더 변화하는 가장 보수적인 낮은 추정치에도 해당합니다. 따라서 향후 어떤 시나리오에서도 PMP가 증가할 것으로 예상됩니다.

PMP가 증가하면 PMP 추정치도 증가할 것이기 때문에 우려됩니다. 댐 소유자는 광범위한 고장 시나리오에서 댐의 안전 성능을 정기적으로 검토하며, 이 연구는 향후 이러한 검토가 극심한 홍수에 대한 온난화 기후의 영향을 고려하도록 하는 것의 중요성을 강화합니다.

현재 예상 최대 강우량을 추정하는 데 사용되는 방법론의 문제 중 하나는 호주에서 마지막으로 업데이트된 것이 1990년대 후반 또는 2000년대 초반이라는 것입니다. 따라서 20년 치 대기 수분 및 강우량 데이터는 이미 포함되어 있지 않습니다.

연구에 참여한 주요 협력자 중 한 명인 멜버른 대학의 로리 네이선 교수는 세계 어느 나라도 기후 변화를 설명하기 위해 PMP를 추정하는 데 사용되는 운영 절차를 아직 업데이트하지 않았으며, 이번 연구는 이러한 절차를 검토할 필요가 있다는 첫 번째 증거를 제공합니다.

 

업계 관행을 업데이트하기 위해 이러한 연구 결과를 사용하는 최선의 방법을 찾는 데는 시간이 좀 걸릴 것입니다. 하지만 우리는 기후 위기에 직면해 있고 이 연구는 우리가 탄소 배출을 억제해야 하는 긴급성을 더해줍니다.

 

PMP 모델링의 세계적인 중요성입니다.

 

연구원들은 호주 전역의 댐 인프라에 대한 잠재적인 업그레이드와 관련하여 그들의 새로운 연구 결과가 시사하는 바를 근거로 일반화된 권고를 내리기는 어렵다고 말합니다.

그 이유는 각 댐의 위치, 기후 및 설계가 크게 다르고 개별 위험 및 비용 평가가 사례별로 수행되어야 하기 때문입니다. 또한 기후 변화는 계속해서 진화하고 있으며, 온난화 기후와 관련된 극단적인 강우량의 증가는 댐 소유자들이 정기적으로 댐의 안전 성능을 검토할 때 고려해야 할 요소 중 하나일 뿐이라는 것을 강조할 필요가 있습니다.

그러나 그들은 PMP 추정치에 대한 이전의 수정이 대규모 댐 개선을 초래했다는 사실을 강조합니다.

예를 들어, 시드니에 물을 공급하는 와라감바 댐은 벽이 5.1m 상승하고 1980년대 수문학 연구 후에 건설된 보조 유출로(18,000m3/s 용량)가 원래의 유출로(10,000m3/s 용량)가 과소하고 댐 붕괴 위험이 용납할 수 없을 정도로 높았습니다.

UNSW의 토목 및 환경 공학 학교 논문의 공동 저자인 아시시 샤르마 교수는 "이것은 호주뿐만 아니라 전 세계적으로 중요한 연구 작품입니다. PMP에 대한 접근법은 세계 기상 기구에 의해 개발되고 권장되며 전 세계 국가들에 의해 다소 일관되게 사용됩니다.

"대규모 댐을 건설하려는 사람은 누구나 50년에서 100년 전에 생각할 필요가 있으며, 이 연구는 미래 계획이 기후 변화가 강우 극단의 그럴듯한 상한선에 미치는 미래 영향을 고려할 필요가 있다는 것을 분명히 합니다."