KR20180116820A - Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights - Google Patents

Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights Download PDF

Info

Publication number
KR20180116820A
KR20180116820A KR1020170049560A KR20170049560A KR20180116820A KR 20180116820 A KR20180116820 A KR 20180116820A KR 1020170049560 A KR1020170049560 A KR 1020170049560A KR 20170049560 A KR20170049560 A KR 20170049560A KR 20180116820 A KR20180116820 A KR 20180116820A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vulnerability
water
watershed
subjective
topsis
Prior art date
Application number
KR1020170049560A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김연주
박혜선
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020170049560A priority Critical patent/KR20180116820A/en
Publication of KR20180116820A publication Critical patent/KR20180116820A/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • G06Q50/26Government or public services
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/18Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/06Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/152Water filtration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

In the present specification, selected is an indicator considering a situation of each watershed for assessing vulnerability of each small watershed. Indicator data is constructed by using national statistics and reports based on a current point of time and a SWAT model that can be simulated for each watershed. Also, multiple weights are applied by using subjective and objective weights. The vulnerability of each unit watershed by applying a TOPSIS method among multiple criteria decision methods. When assessing water resource vulnerability, a water resource is classified according to water quantity and water quality/aquatic ecology, thereby grasping a part with high vulnerability according to each watershed.

Description

다중 가중치 산정 및 TOPSIS를 이용한 단위유역별 수자원 취약성 평가 방법{Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights}[0002] The present invention relates to a method for evaluating water vulnerability of a unit watershed using multi-weighting and TOPSIS,

본 발명은 수자원 취약성 평가 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 다중 가중치 산정 및 TOPSIS를 이용한 단위유역별 수자원 취약성 평가 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water vulnerability assessment method, and more particularly, to a multi-weighted estimation method and a water vulnerability evaluation method for each unit watershed using TOPSIS.

IPCC(2007)는 기후변화 취약성을 시스템이 노출된 기후변화의 특성, 규모, 속도, 기후변화에 대한 민감도, 적응능력의 함수라 정의하였으며, 기후변화의 영향이 크고 이에 대한 적응능력이 작을수록 취약성이 증가하게 된다. 또한 기후변화 영향 중 가장 취약한 부분으로 강수패턴의 변화와 이에 따른 가용 수자원 변화를 선정하였으며, 이로 인하여 2050년이 되면 아시아에서 10억 명 이상이 물 부족을 겪게 될 것으로 전망하였다. 지속적으로 기후변화에 따른 취약성 문제가 대두되고 있으며, 이에 따라 수자원에 대한 취약성을 정량적으로 평가할 필요가 있다. 최근 수자원 취약성 및 현황을 파악하기 위하여 지표를 활용한 연구들이 진행되고 있다. 다수의 지표를 활용할 경우 각 지표의 중요도를 나타내는 가중치 산정 방법의 신뢰성 확보를 위하여 다양한 방법으로 가중치를 적용하고 있으나, 대부분 단일 가중치를 적용하였다. 주관적 또는 객관적 가중치 산정 방법을 활용하여 가중치를 부여한다. 주관적 가중치는 설문조사를 실시하여 의사결정자의 판단을 통한 방법으로 가중치가 산정되며, 객관적 가중치는 자료를 기반으로 하는 엔트로피(Entropy) 방법과 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 등을 활용하고 산정한다. 이외에도 지표에 대한 중요도 정보가 없는 경우 중립적인 가치 판단에 따라 동일가중치를 적용한다. 또한 일반적으로 수자원 취약성 평가는 국가차원에서 수행되었으며 최근에는 일부 지역별 또는 유역별 취약성 평가가 진행되고 있다.IPCC (2007) defined climate change vulnerability as a function of the nature, scale, speed, sensitivity to climate change, and adaptive capacity of climate change systems exposed to the system. The larger the impact of climate change and the less adaptive capacity, . The most vulnerable part of climate change impacts is the change in precipitation patterns and the change in available water resources, which will lead to water shortages in Asia by more than 1 billion people by 2050. Vulnerability issues due to climate change are constantly emerging, and it is therefore necessary to quantitatively assess vulnerability to water resources. Recently, studies using indicators have been conducted to identify the vulnerability and status of water resources. In case of using multiple indicators, weights are applied by various methods in order to secure the reliability of the weight calculation method that shows the importance of each indicator, but most of them are applied with a single weight. Weights are given using subjective or objective weighting methods. Subjective weights are weighted according to the decision-making process by conducting surveys. Objective weights are calculated by using data-based Entropy method and principal component analysis (PCA) . In addition, if there is no importance information on the indicator, the same weight is applied according to the neutral value judgment. In general, water vulnerability assessments have been conducted at the national level, and some vulnerability assessments have been conducted in some regions or by watersheds.

대한민국 등록특허공보 제10-1665324호Korean Patent Publication No. 10-1665324

제1 목적으로, 선행연구에서는 대부분 주관적 또는 객관적 가중치를 산정하여 단일 가중치를 적용하여 취약성을 분석하였다. 가중치는 지표의 중요도를 나타내는 것으로 산정 방법의 신뢰성 확보가 중요하다. 이에 본 명세서에서는 주관적 및 객관적 가중치를 적용하여 취약성을 평가하고, 이를 비교하여 가중치 적용 방법에 대한 신뢰성을 높였다. For the first purpose, in the previous research, most subjective or objective weights were calculated and the vulnerability was analyzed by applying a single weight. It is important to ensure the reliability of the estimation method since the weight represents the importance of the indicator. In this paper, we evaluated the vulnerabilities by applying subjective and objective weights and compared them to improve the reliability of the weighting method.

제2 목적으로, 선행연구는 일반적으로 국가차원에서의 수자원 취약성 평가를 수행하였다. 이는 지역적 특성을 반영하기 어려운 점이 있어, 최근에는 일부 지역별 또는 유역별 취약성 평가가 진행되기도 하였다. 그러나 본 명세서에서는 소규모 유역의 수자원 취약성을 평가하고 지역적 특성을 반영하고자 단위유역별 수자원 취약성 평가를 수행하였다. For the second purpose, previous studies have generally performed water vulnerability assessments at the national level. It is difficult to reflect regional characteristics, and recently some vulnerability assessments have been conducted by region or by watershed. However, in this specification, water vulnerability of small watershed is assessed and water vulnerability assessment is performed by unit watershed to reflect local characteristics.

제3 목적으로, 일반적으로 수자원 취약성 평가 시 물 부족과 관련하여 물이용에 집중하게 되는 경향이 있지만 본 명세서에서는 물이용 취약성 평가를 위한 수량뿐만 아니라 효율적으로 지속가능한 물이용을 위한 수질/수생태 부문에 대하여 각각 취약성 평가를 수행하였다. 수량 및 수질/수생태 취약성을 각각 분석함에 따라 단위유역별 취약 부문을 좀 더 세밀하게 평가할 수 있다.As a third objective, in general, water vulnerability assessment tends to concentrate on water use in relation to water shortage, but in this specification, the term water / water ecology for efficient sustainable water use Were evaluated for vulnerability. By analyzing quantities and water / water ecological vulnerability, each vulnerable sector can be evaluated in more detail by unit watershed.

제4 목적으로, 본 명세서에서는 소유역별 취약성 평가를 위한 지표 자료를 구축하기 위해 국가 통계 및 관측 자료뿐 아니라 유역단위 준분포형 장기 강우-유출 모형(SWAT 모형) 결과를 활용하였다. SWAT 모형은 토양의 특징과 토지이용, 댐 등의 다양한 수자원 시설물을 고려하여 유역의 유출 및 수질을 모의할 수 있어, 모형 활용 시 관측 등을 통해 얻기 힘든 지표 자료를 제공받을 수 있다. 또한 지표 자료로 활용된 국가 통계 및 관측 자료 중 일부를 SWAT의 입력 자료로 활용하여 지표 간의 일관성을 확보하였다.For the fourth purpose, in this specification, we used the results of SWAT (Long Run Rainfall-Runoff Model) as well as national statistical and observational data to construct indicator data for vulnerability assessment by geographical area. The SWAT model can simulate the drainage and water quality of the watershed considering the characteristics of the soil, land use, dams, and other water resources facilities, so that it is possible to provide land data that can not be obtained through observations. In addition, some of the national statistics and observation data used as indicator data were used as input data of SWAT to ensure consistency between indicators.

본 명세서에 기재된 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The solutions described herein are not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 명세서에서는 소규모 유역별로 취약성을 평가하기 위하여 각 유역의 상황을 고려한 지표를 선정하였다. 지표 자료는 현재 시점을 기준으로 한 국가 통계 및 보고서와 유역별 모의가 가능한 SWAT 모형을 활용하여 구축하였다. 또한 주관적 및 객관적 가중치를 활용하여 다중 가중치를 적용하였으며, 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS 기법을 적용하여 단위유역별 취약성을 평가하였다. 수자원 취약성 평가 시 수량 및 수질/수생태로 분류하여 유역별로 어떤 부분에 대한 취약성이 높은지 파악할 수 있도록 하였다. In this paper, we have selected indicators that take into account the situation of each watershed in order to assess the vulnerability of small watersheds. The indicator data were constructed by using national statistics and reports based on the current point of view and SWAT model that can be simulated by the watershed. We also applied multiple weights using subjective and objective weights and evaluated the vulnerability of each unit watershed by applying the TOPSIS method among multi - criteria decision methods. Water quality and water quality in the evaluation of vulnerability of water resources.

기후변화에 대응하기 위한 단위유역별 취약성 평가 방법은 소규모 유역의 수자원 취약성을 평가하기 위한 지표 기반의 접근법을 개발하였다. 취약성을 파악하기 위하여 설문조사를 통하여 산정된 주관적 가중치와 자료기반 Entropy 개념을 활용하여 산정된 객관적 가중치를 적용하였으며, 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS(Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution)를 이용하여 단위유역에 대한 취약성을 도출하였다. 평가 지표는 기후뿐만 아니라 사회, 경제, 환경적 측면을 고려하였으며, 기존의 취약성 관련 연구에서 이용된 지표들을 기반으로 전문가 토론을 거쳐 16개의 수량 지표와 13개의 수질/수생태 지표를 최종 선정하였다. 이는 취약성 평가 체계에 따라 노출(Exposure), 민감도(Sensitivity), 적응능력(Adaptive capacity)으로 구성하였다. 수량 지표 중 노출 부문은 기후 및 유역환경 등의 외부요인들이며, 민감도는 물이용에 영향을 주는 지표로 사회, 물공급, 물이용 변수로 구성되었다. 또한 적응능력은 물이용의 불안정함을 완화할 수 있는 지표들로 물공급, 경제, 거버넌스를 대표하는 변수로 구성하였다. 수질/수생태 지표 중 노출 부문은 기후 및 오염원 등의 외부요인들이며, 민감도는 유역환경, 물공급과 관련된 변수로 구성하였다.A vulnerability assessment method for unit watershed to address climate change has developed an indicator - based approach to assess the vulnerability of water resources to small - scale watersheds. In order to identify the vulnerability, we applied the objective weighted value calculated using the subjective weight and the data-based Entropy concept calculated through the questionnaire. Using the TOPSIS (Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution) And the vulnerability to unit watershed. In addition to the climate, social, economic, and environmental aspects were taken into account and the 16 indicators and 13 water / water ecological indicators were selected based on the indicators used in the existing vulnerability research. It is composed of exposure, sensitivity, and adaptive capacity according to the vulnerability assessment system. Among the indicators, the exposure is external factors such as climate and watershed environment. Sensitivity is an index that influences water use. It is composed of social, water supply and water use variables. In addition, adaptive capacity is an indicator to mitigate the instability of water use. It is composed of variables representing water supply, economy, and governance. Among the water quality / water ecological indicators, the exposure factors are external factors such as climate and pollution sources. Sensitivity is composed of variables related to watershed environment and water supply.

적응능력은 물공급, 경제, 거버넌스 대표 변수를 구성하였다. 각각의 지표 자료들은 국가 통계 자료 및 유역 모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 모의 자료의 결과를 활용하여 향후 기후변화 시나리오를 적용할 수 있도록 하였다. 본 명세서를 통하여 유역별 취약성 순위 및 분포의 차이를 확인할 수 있었으며, 향후 유역규모에서의 수자원 계획 수립 및 대책 마련에 활용이 가능할 것으로 판단된다.Adaptive capacity constituted representative variables of water supply, economy and governance. Each of the indicators is adapted to future climate change scenarios using the national statistical data and the simulated data of the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model. Through this specification, we could confirm the difference of vulnerability rankings and distributions by watershed, and it could be used for water resource planning and countermeasures planning in future watershed size.

본 명세서에 기재된 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects described in the present specification are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 명세서에 따른 수자원 취약성 평가 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 연구 대상 유역의 예시도이다.
도 3 및 도 4는 가중치에 따른 취약성 순위 도출 결과 예시도이다.
도 5 및 도 6은 전체 유역 내 세부 유역의 취약성지수 비교에 과한 비교도이다.
1 is a flow chart schematically illustrating a method for evaluating a water vulnerability according to the present invention.
Fig. 2 is an illustration of a watershed under study.
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams illustrating the results of ranking vulnerabilities according to weights.
5 and 6 are comparative charts comparing the vulnerability indices of the detailed basin watersheds.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / It does not exclude the existence or addition of a group.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

기후변화로 인하여 전 세계적으로 가뭄 및 홍수 등의 자연재해가 발생하고 있다. UNDP(2005)에서는 취약성을 기후변동이나 스트레스에 대한 노출, 이에 대한 대처, 회복, 적응능력에 따른 노출의 민감도로 정의하였다. IPCC(2007)는 기후변화 취약성을 시스템이 노출된 기후변화의 특성, 규모, 속도, 기후변화에 대한 민감도, 적응능력의 함수라 정의하였으며, 기후변화의 영향이 크고 이에 대한 적응능력이 작을수록 취약성이 증가하게 된다. 또한 기후변화 영향 중 가장 취약한 부분으로 강수패턴의 변화와 이에 따른 가용 수자원 변화를 선정하였으며, 이로 인하여 2050년이 되면 아시아에서 10억명 이상이 물 부족을 겪게 될 것으로 전망하였다. 지속적으로 기후변화에 따른 취약성 문제가 대두되고 있으며, 이에 따라 수자원에 대한 취약성을 정량적으로 평가할 필요가 있다(Jung et al., 2008; KEI, 2008; Kim et al., 2011).Due to climate change, natural disasters such as droughts and floods are occurring all over the world. UNDP (2005) defined vulnerability as exposure sensitivity to climate change or stress exposure, coping, recovery, and adaptive capacity. IPCC (2007) defined climate change vulnerability as a function of the nature, scale, speed, sensitivity to climate change, and adaptive capacity of climate change systems exposed to the system. The larger the impact of climate change and the less adaptive capacity, . The most vulnerable part of climate change impacts is the change in precipitation pattern and the change in available water resources. As a result, more than 1 billion people in Asia will experience water shortage by 2050. (KEI, 2008; Kim et al., 2011), the vulnerability of water resources to climate change is increasing.

최근 수자원의 취약성 및 현황을 평가하기 위하여 지표를 활용한 연구들이 지속적으로 진행되고 있으며, 기존의 국가차원에서의 취약성 평가 외에도 지역별 혹은 유역별로 취약성을 평가하기 위한 연구가 이어지고 있다. Jung et al.(2008)은 지표들을 이용하여 유역별로 홍수피해 취약성을 정량화하여 A2 시나리오에 따른 미래 취약성을 평가하였으며, KEI(2008)는 기후변화 취약성을 평가하기 위하여 국내 상황에 맞는 지역별 취약성 평가 지표를 개발하였다. Chung et al.(2012)은 안양천 유역을 대상으로 하수처리수 재이용 위치 선정에 Fuzzy-TOPSIS(Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution)를 활용하였고, Kim et al.(2012)는 Fuzzy-TOPSIS와 가중합계법을 활용하여 홍수 취약성을 정량화하고, 순위상관 분석을 실시하였다. Wang et al.(2012)는 중국 북부 지역을 대상으로 주요 요소들을 수집하여 유역별 수자원 취약성을 산정하였다. Kim and Chung(2014)은 수량 및 수질 취약성을 정량화하기 위하여 가중합계법과 TOPSIS를 활용하였으며, 다양한 기후변화 시나리오를 고려한 지표 기반의 의사결정 프레임워크를 개발하였다. Oh et al.(2014)은 연안도시의 특성을 고려한 기후변화 취약성 평가 지표를 개발하여 국내 주요 연안도시 10곳의 취약성을 평가하여 평가지표에 대한 신뢰성을 검토하였다. Recently, researches using indicators have been continuously conducted to evaluate the vulnerability and status of water resources. In addition to existing vulnerability assessment at the national level, studies are being conducted to evaluate vulnerability by region or watershed. In order to evaluate the vulnerability of climate change vulnerability, KEI (2008) evaluated the vulnerability of vulnerability according to regional scenarios by quantifying the vulnerability of flood damage by the watershed using the indicators (Jung et al., 2008) . Kim et al. (2012) used Fuzzy-TOPSIS (Technique for Order Performance) to select the location of reusing sewage treatment water in Anyangcheon watershed (Chung et al. The flood vulnerability was quantified using the weighted sum method and the correlation analysis was performed. Wang et al. (2012) collected major components of northern China and estimated water resource vulnerability by watershed. Kim and Chung (2014) used the weighted sum method and TOPSIS to quantify water quality and water quality vulnerability and developed an indicator-based decision framework that takes into account various climate change scenarios. Oh et al. (2014) developed a vulnerability assessment index for climate change considering the characteristics of coastal cities, assessing the vulnerability of 10 major coastal cities in Korea and evaluating the reliability of the indicators.

또한, 다수의 지표를 활용하는 경우 각 지표의 중요도를 나타내는 가중치(Weight) 산정 방법의 신뢰성을 확보하기 위하여 다양한 방법으로 가중치를 적용하고 있다. Baeck et al.(2011)은 기 개발된 홍수 위험지수 지표 자료들의 표준화 및 가중치 부여 방법에 따른 결과를 비교·분석하였다. Kim et al.(2011)은 델파이(Delphi) 기법을 통하여 가중치를 산정하여 국내 중소하천의 기후변화 취약성을 분석하고, 수자원분야의 취약성은 민감도의 분야에서의 다양한 변수들의 영향을 받고 있는 것을 확인하였다. Kong et al.(2014)은 이·치수 취약성을 평가하기 위하여 TOPSIS를 활용하였으며, 델파이 기법을 통한 주관적 가중치와 객관적인 엔트로피(Entropy) 가중치를 적용하여 차이를 분석하였다. Garg et al.(2015)는 엔트로피 개념을 적용하여 가중치를 산정하고 Fuzzy-TOPSIS를 적용하여 주택 선택에 대한 우선순위 평가를 실시하였으며, 최적의 대안을 도출하기 위하여 가중치가 가장 중요하다고 제시하였다. Lee et al.(2015)는 대기오염의 취약성을 평가하기 위하여 객관적인 분석이 가능한 엔트로피 가중치를 적용하였으며, Won et al.(2015)은 엔트로피 가중치 및 TOPSIS를 적용하여 국내의 물이용 취약성을 평가하였다.In addition, when multiple indicators are used, weights are applied in various ways in order to secure the reliability of the method of calculating the weight indicating the importance of each indicator. Baeck et al. (2011) compared and analyzed the results of the standardization and weighting methods of the previously developed flood risk index data. Kim et al. (2011) analyzed the vulnerability of climate change in domestic small and medium-sized rivers by calculating the weight through Delphi technique, and confirmed that vulnerabilities in water resources are affected by various variables in sensitivity field . Kong et al. (2014) used TOPSIS to evaluate the vulnerability of these dimensions, and analyzed the differences by applying subjective weighting and objective entropy weighting using the Delphi technique. Garg et al. (2015) applied the concept of entropy, calculated the weight, applied the Fuzzy-TOPSIS to evaluate the priority of the housing choice, and suggested that the weight is the most important to derive the optimal alternative. Lee et al. (2015) applied an objective analytical entropy weight to evaluate the vulnerability of air pollution, and Won et al. (2015) evaluated the vulnerability of water use in Korea by applying entropy weighting and TOPSIS.

따라서 본 명세서에서는 유역의 수자원 취약성을 평가하기 위하여 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS를 활용하였으며, 한강유역을 대상으로 단위유역별 수량 및 수질/수생태 취약성을 각각 평가하고자 하였다. 지표는 수문학적 요소뿐만 아니라 사회·경제적 요소를 고려하여 선정하였으며, 노출, 민감도, 적응능력으로 구성하였다. 또한, 가중치 적용 방법에 따른 취약성을 평가하고자 선정된 지표에 대하여 전문가 설문조사를 기반으로 하는 주관적(Subjective) 가중치와 자료 기반의 객관적(Objective) 가중치를 적용하여 비교·분석하였다.Therefore, in this paper, TOPSIS was used as a multi-criteria decision technique to evaluate water resource vulnerability in the watershed and the water quality and water / water ecological vulnerability of the Han River watershed was evaluated. Indicators were selected based on socio-economic factors as well as hydrological factors and consisted of exposure, sensitivity, and adaptive ability. To evaluate the vulnerability according to the weighting method, the selected indexes were compared and analyzed by subjective weighting based on expert questionnaire and objective weighting of data base.

도 1은 본 명세서에 따른 수자원 취약성 평가 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart schematically illustrating a method for evaluating a water vulnerability according to the present invention.

1단계 - 지표는 수문학적 요소뿐만 아니라 사회·경제적 요소를 고려하여 선정하였으며, 노출, 민감도, 적응능력으로 구성하였다. 또한, 가중치 적용 방법에 따른 취약성을 평가하고자 선정된 지표에 대하여 전문가 설문조사를 기반으로 하는 주관적(Subjective) 가중치와 자료 기반의 객관적(Objective) 가중치를 적용하였다. Step 1 - The indicators were selected based on socio-economic factors as well as hydrological factors, and consisted of exposure, sensitivity, and adaptive ability. In addition, we applied Subjective weighting based on the questionnaire survey and Objective weighting based on the data to evaluate the vulnerability according to the weighting method.

2단계 - 지표 자료는 수량, 수질, 유역환경 자료 뿐 아니라 사회경제적 자료와 SWAT 모의 자료를 활용하였다.Step 2 - Indicator data utilized socioeconomic data and SWAT simulation data as well as quantity, water quality, and watershed environmental data.

3단계 - 유역의 수자원 취약성을 평가하기 위하여 주관적 및 객관적 가중치를 각각 적용하였으며, 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS를 활용하였다. Step 3 - Subjective and objective weights were used to assess the water vulnerability of the watershed, and TOPSIS was used among multi - criteria decision - making methods.

4단계 - 한강유역을 대상으로 단위유역별 수량 및 수질/수생태 취약성을 각각 평가하였다.Step 4 - Water quality and water quality / ecological vulnerability of the Han River basin were evaluated for each unit watershed.

도 2는 연구 대상 유역의 예시도이다.Fig. 2 is an illustration of a watershed under study.

본 명세서에서는 우리나라의 수도인 서울특별시를 포함하고 있어 상대적으로 인구 및 산업의 밀집도가 높은 한강 유역을 대상으로 총 237개의 표준단위유역으로 구축하였으며, 유역 내 일부 북한을 포함하는 인근 지역에 대해서는 자료가 충분하지 않으므로 고려하지 않았다. 전체 유역을 4개의 세부 유역(임진강, 북한강, 남한강, 한강)으로 분할하여 세부 유역에 대한 취약성 평가를 수행하였다.In the present specification, a total of 237 standard unit watersheds were constructed for the Han River basin, which includes Korea's capital city, Seoul, and relatively high population and industrial density. I did not consider it because it was not enough. The entire watershed was divided into four sub-basins (Imjin River, North River, Namhan River, and Han River) to evaluate the vulnerability of sub-basins.

따라서 총 205개의 유효한 유역에 대하여 취약성 분석을 실시하였으며, 유역 특성을 고려하여 4개의 세부유역(임진강, 북한강, 남한강, 한강)으로 구분하였다. 전체 유역은 2개 시(서울특별시, 인천광역시)와 4개 도(경기도, 강원도, 충청북도, 경상북도)로 구성되어 있다. Therefore, a total of 205 valid watersheds were analyzed for vulnerability and four watersheds (Imjin River, Bukang River, Namhan River, Han River) were considered in consideration of watershed characteristics. The entire watershed consists of 2 cities (Seoul, Incheon) and 4 (Gyeonggi Province, Gangwon Province, Chungcheongbuk-do, and Gyeongsangbuk-do).

이론적 배경으로, 주관적(Subjective) 및 객관적(Objective) 가중치가 있다.Theoretical backgrounds are Subjective and Objective weights.

가중치는 각 지표 속성들의 중요도를 의미하는 것이며, 효율적인 결과를 얻기 위해서는 적절한 가중치를 부여하는 것이 중요하다. 따라서 계산과정이 복잡하지 않고 이해하기 쉬워야 한다(Lee, 2003; Garg et al., 2015). The weight is a measure of the importance of each indicator attribute, and it is important to assign an appropriate weight to achieve an efficient result. Therefore, the calculation process should be simple and easy to understand (Lee, 2003; Garg et al., 2015).

본 명세서에서는 취약성 평가 체계에 따라 선정된 수량 및 수질/수생태 지표들의 가중치를 주관적 가중치(Subjective weights)와 객관적 가중치(Objective weights)로 각각 산정하였다. 주관적 가중치 산정을 위하여 각 지표들에 대한 전문가 설문조사를 실시하였다. 또한 객관적 가중치는 Shannon(1948)에 의해 도입된 엔트로피(Entropy) 개념을 활용하였으며, 이는 어떤 신호가 가지고 있는 정보량으로 정의된다. 엔트로피 개념은 주어진 자료 간의 차이를 비교적 쉽게 확인할 수 있으며, 정량적인 특성만을 반영하기 때문에 객관적인 분석이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 엔트로피가 크다는 것은 정보의 양이 많이 있다는 것을 의미하여 불확실성이 감소한다고 볼 수 있다(Lee, 2003; Kim and Chung, 2015; Won et al., 2015; Lee et al, 2015). In this specification, weights of selected water quality and water quality / water quality indicators according to the vulnerability assessment system are calculated by subjective weights and objective weights, respectively. Expert questionnaires were conducted for each indicator to calculate subjective weights. In addition, the objective weighting is based on the entropy concept introduced by Shannon (1948), which is defined as the amount of information a signal has. The concept of entropy is relatively easy to identify the difference between given data, and reflects only quantitative characteristics, so it has an advantage that objective analysis is possible. The large entropy means that there is a large amount of information, so the uncertainty decreases (Lee, 2003; Kim and Chung, 2015; Won et al., 2015; Lee et al.

TOPSIS(Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution)는 다기준 의사결정기법(Multi Criteria Decision Making, MCDM)은 평가기준이 다수이고 고려해야하는 대안들도 다수인 경우에 각각의 선호도를 측정하고 각 기준에 대한 중요도를 고려한 최선의 대안이나 순위 등을 의미하며, 다수의 연구에서 대안을 평가하는데 활용되고 있다. The TOPSIS (Technique for Order Performance by Similar Criteria to Ideal Solution) is based on the Multi Criteria Decision Making (MCDM), which measures the preference of each criterion when there are many evaluation criteria and many alternatives to consider. It means the best alternatives or ranking considering the importance of the research, and is used to evaluate alternatives in many studies.

TOPSIS는 Hwang and Yoon(1981)에 의해 처음으로 소개되었으며, 양의 이상적인 해(Positive Ideal Solution, PIS)와 가깝고 부의 이상적인 해(Negative Ideal Solution, NIS)에서 먼 대안을 선택하는 기법으로 합리적인 선택이 가능하다(Chung et al, 2012; Kim and Chung, 2014).TOPSIS was first introduced by Hwang and Yoon (1981) and is a reasonable alternative to the Positive Ideal Solution (PIS) and the Negative Ideal Solution (NIS). (Chung et al, 2012; Kim and Chung, 2014).

순위상관계수 분석은 자료가 순서에 의한 척도인 경우에 사용하며, 스피어만 상관계수(Spearman correlation coefficient,

Figure pat00001
)는 두 변수의 순위간의 관계성을 나타낸다. 이는 Eq. (1)과 같이 계산되며, 결과 값의 범위는 -1에서 1사이이다. 두 변수의 순위가 완전히 일치하는 경우 1이며, 반대의 경우에는 -1이 된다. 변수의 분포와 상관성이 없으며, 선형관계가 없어도 관계성 분석이 가능하다.The rank correlation coefficient analysis is used when the data is an ordered scale, and the Spearman correlation coefficient,
Figure pat00001
) Represents the relationship between the ranking of two variables. This is because Eq. (1), and the range of the result is -1 to 1. If the rank of the two variables is completely equal, it is 1; otherwise, it is -1. There is no correlation with the distribution of variables, and it is possible to analyze the relationship without linear relationship.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, D는 x변수 순위와 u변수 순위의 차이이며, n은 변수의 총 개수이다.Where D is the difference between x variable rank and u variable rank, and n is the total number of variables.

우선, 지표 선정이 필요하다.First of all, it is necessary to select an indicator.

주요 지표를 선정하기 위하여 국내외의 연구 보고 등의 선행연구를 통하여 기후 및 사회경제적 요소를 고려한 대용변수를 선정하였다. 이후 지표 자료의 가용성 등을 고려하여 총 25개의 최종 지표를 선정하였다. 이는 취약성 평가 체계에 따라 노출, 민감도, 적응능력으로 구성하고, 각각 16개의 수량 세부 지표 및 13개의 수질/수생태 세부 지표로 분류하였다(Tables 1 and 2). In order to select the main indicators, substitution variables considering climate and socioeconomic factors were selected through previous studies such as domestic and foreign research reports. After that, 25 final indicators were selected considering the availability of indicator data. It is composed of exposure, sensitivity, and adaptation ability according to the vulnerability assessment system and classified into 16 water quality indicators and 13 water quality / water quality indicators (Tables 1 and 2).

다음으로, 자료 DB 구축이 필요하다.Next, we need to construct a data base.

이에 대한 예시로 도 7 및 도 8에 표가 있다.An example of this is shown in Fig. 7 and Fig.

다음으로, 가중치 결정이 필요하다.Next, weights need to be determined.

주관적 가중치의 경우, 전문가들을 대상으로 각 지표에 대한 우선순위 설문을 통하여 지표별로 산정하였다. 수량 취약성 지표 중에서 노출에서는 유효강수량(A1), 민감도는 생활용수 사용량(A9)과 인구밀도(A5) 순으로 중요한 것으로 나타났다. 적응능력에서는 상수도 보급률(A12)이 가장 높았다. 수질/수생태 지표 중에서 노출에서는 연속 무강수일수 최대값(B1), 민감도는 산림면적률(B7)과 하수도 보급률(B8)이 높았으며, 적응능력은 상수도 보급률(B10)이 가장 높게 나타났다. In the case of subjective weights, the index was calculated by using the priority questionnaire for experts. In terms of vulnerability indicators, it was found that the effective rainfall (A1) was the most important in the order of exposure, the sensitivity was in the order of water use (A9) and population density (A5). In the adaptation ability, water supply rate (A12) was the highest. Among the water quality / water ecological indicators, the maximum value (B1), the forest area rate (B7) and the sewerage penetration rate (B8) were high in exposure and the water supply penetration rate (B10) was the highest in exposure.

객관적 가중치의 경우, 엔트로피 개념을 적용하여 지표 자료만을 이용하여 산정하였다. 수량 취약성 지표에서는 노출에서 유효강수량(A1)이 가장 높았으나 경작지(A2)나 불투수층(A3)도 비슷한 수준의 가중치를 보였다. 민감도는 지하수위(A8)가 높은 값을 보였으며, 적응능력에서는 상수도 보급률(A12)이 높게 나타났다. 수질/수생태 지표 중에서 노출에서는 인(B4), 질소(B3), BOD(B6) 부하량 순으로 가중치가 높게 산정되었으며, 민감도는 산림면적률(B7), 적응능력에서는 상수도 보급률(B10)이 높게 나타났다.In the case of objective weights, the entropy concept was applied and only the indicator data were used. In the vulnerability index, the effective precipitation (A1) was the highest at the exposures, but the weights of the cultivated area (A2) and the impervious layer (A3) were similar. The sensitivity of groundwater level (A8) was high and the adaptation capacity of water supply (A12) was high. Among the water / water ecological indicators, the exposure was higher in the order of phosphorus (B4), nitrogen (B3) and BOD (B6) loadings. Sensitivity was high in the forest area rate (B7) and water supply rate (B10) appear.

다음으로, 자료 표준화이다.Next, data standardization.

선정된 지표는 각각 단위와 범위가 다르기 때문에 이를 통합하기 위하여 각 지표에 대한 표준화를 실시하였다. 모든 지표에 대한 원자료 분포를 확인하였으며, 로그함수를 취하여 최대-최소값 표준화를 수행하였다. 또한 전체 지표 중 노출 및 민감도의 일부 지표(유효강수량, 지하수위, 산림면적률, 하수도 보급률)는 높은 값을 보이는 경우 낮은 취약성을 나타내기 때문에 취약성 산정 시 지표값의 방향성을 맞추어 표준화하였다.Since the selected indicators have different units and ranges, standardization of each indicator has been carried out to integrate them. The distribution of raw data for all the indicators was confirmed, and the logarithmic function was used to standardize the maximum - minimum value. In addition, some indexes of exposure and sensitivity (total amount of effective rainfall, groundwater level, forest area rate, sewerage penetration rate) in the whole surface are standardized by matching the direction of the indicator value when estimating vulnerability because it shows low vulnerability when the value is high.

이를 토해, TOPSIS 기법을 적용한 수자원 취약성 순위를 확인할 수 있다.This can be used to identify water vulnerability rankings using the TOPSIS technique.

표준화된 각 지표 자료에 대하여 주관적 및 객관적 가중치를 적용하였으며, 수량 및 수질/수생태에 따른 각 지표들을 통합하기 위하여 TOPSIS 기법을 적용하였다. 유역에 대한 수량 및 수질/수생태 부문별로 취약성 지수를 확인하고 각 순위를 비교하였다. Subjective and objective weights were applied to each standardized index data and TOPSIS technique was applied to integrate the indicators according to quantity and water quality / water ecology. The vulnerability index was identified for each watershed and the water quality / water ecotypes.

도 3 및 도 4는 가중치에 따른 취약성 순위 도출 결과 예시도이다.FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams illustrating the results of ranking vulnerabilities according to weights.

도 3은 단위유역별 수량 취약성 순위 도출 결과이며, 도 4는 단위유역별 수질/수생태 취약성 순위 도출 결과이다. 각각은 주관적 가중치 적용 결과와 객관적 가중치 적용 결과, 그리고 가중치 적용 결과에 따른 순위 차이를 나타내고 있다.Figure 3 shows the results of water vulnerability rankings by unit watershed, and Figure 4 shows the results of water quality / water ecological vulnerability rankings by unit watershed. Each shows the difference in ranking according to subjective weighting result, objective weighting result, and weighting result.

수량 취약성 순위는 가중치 적용 방법에 따라 충청북도 및 강원도 등의 일부 유역에서 차이를 보였으나 비교적 유사한 분포를 보였다. 대부분 상수도 누수율이 높거나 용수 사용량이 많은 강원도 및 충청북도 지역에서 취약성이 높았으며, 수도권 등의 적응능력 지수가 높은 곳 혹은 강원도 일부지역과 같이 상수도 보급률, 유효강수량, 지하수위가 높은 경우 취약성이 감소하는 결과를 보였다. 수질/수생태 취약성 순위는 수량 취약성 순위에 비하여 가중치 적용 방법에 따른 차이를 보이는 지역이 많았으며, 대부분 수도권 지역에서 나타났다. 주관적 가중치 적용 시 서울을 제외한 수도권 지역의 취약성이 높았으나, 객관적 가중치를 적용한 경우에는 서울을 포함한 수도권 지역에서의 취약성이 높게 나타나는 등 일부 지역에서 가중치 적용 방법에 따른 상반되는 결과를 보여 차이가 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 수도권 및 강원 중부 등 취약성이 높게 나타난 지역의 대부분이 연속 무강수일수 최대값과 기온이 높아 수질 및 수생태계 악화를 유발하였을 것으로 예상된다. 또한 오염물질 부하량이 비교적 높았으며, 하수도 보급률이 낮은 것으로 나타났다. 충청북도 및 강원 동부 등의 산림면적률이 높거나 하천수 이용률이 낮고 상수도 보급률이 높은 지역에서 취약성이 낮은 것으로 나타났다.According to the weighting method, the order of vulnerability rankings in some provinces such as Chungcheongbuk - do and Gangwon - do showed a similar distribution. Vulnerabilities were high in areas of Gangwon-do and Chungcheongbuk-do, where water leaks were high or water usage was high. In areas with high adaptive capacity index such as in the metropolitan area or in some parts of Gangwon-do, vulnerability decreased when water supply rate, effective rainfall, Results. Water quality / water ecological vulnerability rankings showed more differences according to the weighting method than water quantity vulnerability rankings, and most of them appeared in metropolitan area. When the subjective weight was applied, the vulnerability of the Seoul metropolitan area was high except for Seoul, but when the objective weight was applied, the vulnerability was high in Seoul and other metropolitan areas. . Most of the areas with high vulnerability such as the Seoul metropolitan area and central Gangwon province are expected to cause the deterioration of water quality and aquatic ecosystem due to the maximum number of days and the high temperature. Also, pollutant load was relatively high and sewerage penetration rate was low. The vulnerability was low in areas with high forest areas such as Chungcheongbuk-do and Gangwon-do, and in areas with low water use and high water supply.

도 5 및 도 6은 전체 유역 내 세부 유역의 취약성지수 비교에 과한 비교도이다.5 and 6 are comparative charts comparing the vulnerability indices of the detailed basin watersheds.

도 5는 수량 취약성 결과로 가중치 적용 방법에 따른 세부 유역별 지수값의 차이가 거의 없었으며, 특히 한강유역(W4)에서의 노출 지수가 가장 크게 나타났다. 각 세부 유역에 따라 가중치 적용 방법에 따른 차이를 보였으나, 수량 취약성 순위는 모두 북한강유역(W2)이 높고 한강유역(W4)이 낮은 것으로 나타났다. 도 6은 수질/수생태에서는 세부 유역에 따라 다른 결과를 보였다. 각 세부 유역의 수질/수생태 취약성 순위의 경우 주관적 가중치 적용 시 북한강유역(W2)이 가장 높았으며, 객관적 가중치 적용 시에는 한강유역(W4)의 취약성이 가장 높게 나타나는 차이를 보였다Figure 5 shows that there was almost no difference in the index values according to weight application method due to the quantity vulnerability results, and in particular, the exposure index in the Han river basin (W4) was the largest. The watershed area (W2) is higher in the Han River basin (W4) than in the Han River basin (W4). Fig. 6 shows different results depending on the detailed watershed in water / water ecology. In case of water quality / water ecological vulnerability rankings in each watershed, the watershed of the North River (W2) was the highest in applying the subjective weighting, and the weakness of the Han River watershed (W4) was the highest in applying the objective weighting

전체 대상유역을 강의 흐름에 따라 4개 세부유역(임진강, 북한강, 남한강, 한강)으로 나누어 확인한 결과이다. 수량 부문에서는 가중치 적용 방법에 따른 세부유역별 지수값의 차이가 거의 없었으며, 특히 한강유역(W4)에서의 노출 지수가 가장 크게 나타났다. 주관적 가중치 적용 시에는 전반적으로 노출과 민감도 지수가 높게 나타났으며, 객관적 가중치 적용 시 노출 지수가 높은 값을 보였다. 각 세부유역에 따라 가중치 적용 방법에 따른 차이를 보였으나, 수량 취약성 순위는 모두 북한강유역(W2)이 높고 한강유역(W4)이 낮은 것으로 나타났다. 수질/수생태에서는 세부유역에 따라 다른 결과를 보였다. 대부분의 경우 적응능력 지수가 높게 나타났으나, 한강유역(W4)에서는 다른 유역에 비하여 노출 지수가 높고 민감도 및 적응능력 지수가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 한강유역(W4)을 제외한 유역에서는 객관적 가중치 적용 시 노출과 민감도 지수값이 낮게 나타났다. 각 세부유역의 수질/수생태 취약성 순위의 경우 주관적 가중치 적용 시 북한강유역(W2)이 가장 높았으며, 객관적 가중치 적용 시에는 한강유역(W4)의 취약성이 가장 높게 나타나는 차이를 보였다.The whole watershed was divided into four sub-basins (Imjin River, Bukang River, Namhan River, Han River) according to river flow. In the quantity sector, there was almost no difference in the index values according to the weighting method, especially in the Han river basin (W4). The exposure and sensitivity indices were higher in the subjective weighting and the exposure index was higher in the objective weighting. The watershed area (W2) is higher in the Han River basin (W4) than in the Han River basin (W4). Water quality / water ecology has different results depending on the detailed watershed. In most cases, the adaptive capacity index was high, but the Han area (W4) showed higher exposure index and lower sensitivity and adaptive capacity index than other watersheds. In the watershed excluding the Han river basin (W4), the exposure and sensitivity index values were lower when the objective weighting was applied. In case of water quality / water ecological vulnerability rankings in each watershed, the W2 was the highest in the North Korea River watershed when applying the subjective weighting, and the weakest in the Han River watershed (W4) was the highest in the objective weighting.

마지막으로 가중치 적용 방법에 따른 취약성 상관관계 분석이 필요하다.Finally, it is necessary to analyze the vulnerability correlation according to the weighting method.

본 명세서에서는 가중치 적용 방법에 따른 수자원 취약성 결과의 상관성 분석을 위하여 스피어만 상관계수 분석을 실시하였다. 수량 취약성의 경우 지수 값과 분포가 비교적 유사하게 나타났으며, 순위상관 분석 값은 0.80으로 산정되어 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다. 그러나, 수질/수생태 취약성의 경우에는 수량에 비하여 상대적으로 상관관계가 낮았으며, 0.51로 산정되었다. 이는 수질/수생태 지표에 엔트로피를 적용한 경우 민감도 지수에 많은 가중치를 부여하게 되었으며, 값의 차이가 큰 지표들이 노출과 민감도 분류에 포함되어 있어 상관성이 낮게 나타났다. 또한, 가중치 적용 방법에 따른 차이가 수량 지표들에 비하여 크게 나타났으며, 지표의 약 절반가량의 가중치 값이 비교적 큰 차이를 보여 상관성이 낮아지는 결과를 보인 것으로 판단된다.In this paper, Spearman correlation coefficient analysis was performed to analyze the correlation of water vulnerability results according to weighting method. In case of quantity vulnerability, the index value and distribution were relatively similar, and the rank correlation analysis value was 0.80. However, in case of water / water ecological vulnerability, the correlation was relatively low and 0.51 was calculated. This is because the sensitivity index is weighted when the entropy is applied to the water / water ecological index and the correlation is low because the index with high value difference is included in the exposure and sensitivity classification. In addition, the difference according to the weighting method was larger than the quantity indicators, and the weight values of about half of the indicators showed a relatively large difference, indicating that the correlation was lowered.

본 명세서에서는 유역 수자원 관리를 위하여 단위유역 규모에서 수량 및 수질/수생태 취약성으로 분류하여 각각의 통합 취약성을 평가하고자 하였다. 지표들을 통합하기 위하여 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS를 활용하여 유역별 취약성 평가를 실시하고, 우선순위를 비교·분석하였다. 평가 지표에 대한 가중치는 전문가 설문조사를 통하여 산정된 주관적 가중치와 수집된 자료를 기반으로 하여 엔트로피 개념을 적용한 객관적 가중치로 구분하여 적용하였다. In this paper, we attempted to evaluate each integrated vulnerability by classifying water quality and water quality / water ecological vulnerability in unit watershed scale for watershed water resource management. To integrate the indicators, TOPSIS was used among multi - criteria decision making methods to evaluate vulnerability by watershed and compare and analyze priorities. The weights of the evaluation indexes were divided into subjective weights based on the expert questionnaire and objective weights using the entropy concept based on the collected data.

취약성 평가 결과, 수량 부문이 취약한 유역들은 대부분 생·공·농업용수 사용량이 많고 상수도 누수율이 높았다. 그러나 유효강수량이 많고 상수도 보급률이 높은 지역에서는 취약성이 낮게 나타났다. 취약성 순위는 가중치에 따라 일부 유역에서 차이를 보였으나, 상관성 분석을 실시한 결과 0.80으로 산정되어 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다. 또한, 수질/수생태 취약성이 높은 대부분의 지역은 연속 무강수일수 최대값과 기온이 높았으며, 강원 동부 등의 비교적 오염물질 부하량과 하천수 이용률이 낮고 산림면적률과 상수도 보급률이 높았던 지역에서 취약성이 낮았다. 가중치 적용에 따른 취약성 순위는 수량 취약성에 비하여 차이가 비교적 크게 나타났으며, 주로 수도권에서 차이를 보였다. 이에 따라 상관성이 0.51로 산정되었으며, 수량 취약성에 비하여 상대적으로 낮게 나타났다.As a result of the vulnerability assessment, watersheds with weak water quality were mostly used for water, sewage and agricultural use, and water leakage rate was high. However, vulnerability was low in areas with high effective precipitation and high water supply. The vulnerability rankings differed in some watersheds according to the weighting, but the correlation analysis showed that the correlation was very high as 0.80. In most regions where water quality / water ecological vulnerability is high, the maximum value and temperature of continuous rainy days are high. In areas where relatively low pollutant loads and river water use rates such as eastern part of Kangwon Province, high forest area rate and water supply rate, Low. The ranking of vulnerability according to weighting was relatively large compared to the quantity vulnerability, and showed a large difference mainly in the metropolitan area. As a result, the correlation was estimated to be 0.51, which is relatively low compared to the quantity vulnerability.

본 명세서에서는 가중치 산정 방법에 따른 수량 및 수질/수생태 취약성을 각각 평가하였으며, 취약성 분포 및 우선순위를 확인할 수 있었다. 따라서 향후 다양한 가중치 산정 방법에 대한 비교 연구를 통하여 보다 신뢰도 높은 취약성 평가 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, 이를 통한 유역규모에서의 수자원 계획 수립 및 대책 마련에 활용이 가능할 것으로 판단된다.In this specification, quantity and water quality / water ecological vulnerability according to the weight calculation method were evaluated respectively, and the distribution and priority of the vulnerability were confirmed. Therefore, it is expected that more reliable vulnerability assessment results will be obtained through comparative study of various weighting methods in the future, and it will be possible to use water resources planning and countermeasure planning in the watershed scale.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing rather than limiting the technical spirit of the present invention, and it is apparent that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (1)

(1) 수량, 수질, 유역환경, 사회경제적 자료 및 SWAT 모의 자료를 통해 지표 자료를 수집하는 단계;
(2) 수문학적 요소, 사회·경제적 요소, 노출, 민감도, 적응능력을 전문가 설문조사를 기반으로 하는 주관적(Subjective) 가중치와 자료 기반의 객관적(Objective) 가중치를 적용하여 지표를 구성하는 단계;
(3) 다기준 의사결정기법 중 TOPSIS를 활용하여 유역의 수자원 취약성을 평가하는 단계; 및
(4) 대상 유역으로 단위유역별 수량 및 수질/수생태 취약성을 각각 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위유역별 수자원 취약성 평가 방법
(1) collecting indicator data through quantity, water quality, watershed environment, socioeconomic data and SWAT simulation data;
(2) Constructing indicators by applying subjective weight and data-based objective weights based on a questionnaire survey of the hydrological, socio-economic, exposure, sensitivity, and adaptation abilities;
(3) Evaluating water resource vulnerability in the watershed using TOPSIS among multi-criteria decision making methods; And
(4) evaluating the water quality and water quality / water ecological vulnerability of the unit watershed by the target watershed, respectively, and evaluating the water resource vulnerability of each unit watershed
KR1020170049560A 2017-04-18 2017-04-18 Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights KR20180116820A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170049560A KR20180116820A (en) 2017-04-18 2017-04-18 Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170049560A KR20180116820A (en) 2017-04-18 2017-04-18 Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180116820A true KR20180116820A (en) 2018-10-26

Family

ID=64099097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170049560A KR20180116820A (en) 2017-04-18 2017-04-18 Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180116820A (en)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110135730A (en) * 2019-05-15 2019-08-16 武汉大学 A method of urban agglomeration resosurces environment loading capacity is estimated based on entropy assessment
CN110852579A (en) * 2019-10-25 2020-02-28 北京林业大学 Method for evaluating hydrological connectivity based on landscape connectivity index
CN111428985A (en) * 2020-03-19 2020-07-17 北京师范大学 Assessment method for regional water ecological bearing capacity
CN111652472A (en) * 2020-05-07 2020-09-11 贵州乌江水电开发有限责任公司洪家渡发电厂 Method for solving compensation benefits of watershed cascade hydropower station group and distributing benefits
CN111832895A (en) * 2020-06-10 2020-10-27 中国水产科学研究院黄海水产研究所 Coastal wetland ecological vulnerability potential risk assessment method based on gray weighted relevance
CN111899126A (en) * 2020-08-10 2020-11-06 中国水利水电科学研究院 Three red line control index dividing method based on water circulation simulation
CN112132514A (en) * 2020-09-24 2020-12-25 哈尔滨工程大学 Material purchase assessment method
CN112348324A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 中国科学院城市环境研究所 Conflict space identification method, terminal equipment and storage medium
CN112561235A (en) * 2020-11-23 2021-03-26 中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 Ecological vulnerability evaluation method suitable for expressway road area
CN112668923A (en) * 2021-01-05 2021-04-16 黄河勘测规划设计研究院有限公司 State analysis method and device for basin giant system
CN113269383A (en) * 2021-01-05 2021-08-17 黄河勘测规划设计研究院有限公司 Drainage basin high-quality development comprehensive evaluation method and device based on system science
CN113283718A (en) * 2021-05-12 2021-08-20 湖北省水利水电科学研究院 Shrimp and rice co-culture area hydrological simulation method and system based on SWAT improved model
CN113837578A (en) * 2021-09-15 2021-12-24 江苏兴力工程管理有限公司 Gridding supervision and management evaluation method for power supervision enterprise
CN115630784A (en) * 2022-11-02 2023-01-20 中国环境科学研究院 Agricultural non-point source pollution control method based on FE-TOPSIS technology
CN116502808A (en) * 2023-06-27 2023-07-28 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 Multi-drainage-basin scheduling evaluation method and system based on cluster group decision
CN116681312A (en) * 2023-07-28 2023-09-01 华中科技大学 Ecological-oriented multi-objective reservoir optimal scheduling decision method and system
CN116976709A (en) * 2023-09-25 2023-10-31 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) Vulnerability assessment method based on river basin ecosystem
CN117649315A (en) * 2023-12-22 2024-03-05 中国水利水电科学研究院 Space balance degree evaluation method and device based on water resource allocation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101665324B1 (en) 2016-03-28 2016-10-12 한국건설기술연구원 Integrated Method and System for Flood Disaster Response

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101665324B1 (en) 2016-03-28 2016-10-12 한국건설기술연구원 Integrated Method and System for Flood Disaster Response

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110135730A (en) * 2019-05-15 2019-08-16 武汉大学 A method of urban agglomeration resosurces environment loading capacity is estimated based on entropy assessment
CN110852579A (en) * 2019-10-25 2020-02-28 北京林业大学 Method for evaluating hydrological connectivity based on landscape connectivity index
CN111428985A (en) * 2020-03-19 2020-07-17 北京师范大学 Assessment method for regional water ecological bearing capacity
CN111428985B (en) * 2020-03-19 2022-07-12 北京师范大学 Assessment method for regional water ecological bearing capacity
CN111652472A (en) * 2020-05-07 2020-09-11 贵州乌江水电开发有限责任公司洪家渡发电厂 Method for solving compensation benefits of watershed cascade hydropower station group and distributing benefits
CN111652472B (en) * 2020-05-07 2023-05-02 贵州乌江水电开发有限责任公司洪家渡发电厂 Method for solving compensation benefit and distributing benefit of river basin cascade hydropower station group
CN111832895A (en) * 2020-06-10 2020-10-27 中国水产科学研究院黄海水产研究所 Coastal wetland ecological vulnerability potential risk assessment method based on gray weighted relevance
CN111832895B (en) * 2020-06-10 2024-02-23 中国水产科学研究院黄海水产研究所 Coastal wetland ecological vulnerability potential risk assessment method based on gray weighted relevance
CN111899126A (en) * 2020-08-10 2020-11-06 中国水利水电科学研究院 Three red line control index dividing method based on water circulation simulation
CN111899126B (en) * 2020-08-10 2023-12-15 中国水利水电科学研究院 Three red line control index dividing method based on water circulation simulation
CN112132514A (en) * 2020-09-24 2020-12-25 哈尔滨工程大学 Material purchase assessment method
CN112348324B (en) * 2020-10-23 2022-07-12 中国科学院城市环境研究所 Conflict space identification method, terminal equipment and storage medium
CN112348324A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 中国科学院城市环境研究所 Conflict space identification method, terminal equipment and storage medium
CN112561235A (en) * 2020-11-23 2021-03-26 中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 Ecological vulnerability evaluation method suitable for expressway road area
CN113269383B (en) * 2021-01-05 2023-11-14 黄河勘测规划设计研究院有限公司 Comprehensive evaluation method and device for high-quality drainage basin development based on system science
CN113269383A (en) * 2021-01-05 2021-08-17 黄河勘测规划设计研究院有限公司 Drainage basin high-quality development comprehensive evaluation method and device based on system science
CN112668923A (en) * 2021-01-05 2021-04-16 黄河勘测规划设计研究院有限公司 State analysis method and device for basin giant system
CN113283718A (en) * 2021-05-12 2021-08-20 湖北省水利水电科学研究院 Shrimp and rice co-culture area hydrological simulation method and system based on SWAT improved model
CN113283718B (en) * 2021-05-12 2021-12-03 湖北省水利水电科学研究院 Shrimp and rice co-culture area hydrological simulation method and system based on SWAT improved model
CN113837578A (en) * 2021-09-15 2021-12-24 江苏兴力工程管理有限公司 Gridding supervision and management evaluation method for power supervision enterprise
CN113837578B (en) * 2021-09-15 2024-02-06 江苏兴力工程管理有限公司 Grid supervision, management and evaluation method for power supervision enterprise
CN115630784A (en) * 2022-11-02 2023-01-20 中国环境科学研究院 Agricultural non-point source pollution control method based on FE-TOPSIS technology
CN115630784B (en) * 2022-11-02 2023-10-24 中国环境科学研究院 Agricultural non-point source pollution control method based on FE-TOPSIS technology
CN116502808B (en) * 2023-06-27 2024-02-06 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 Multi-drainage-basin scheduling evaluation method and system based on cluster group decision
CN116502808A (en) * 2023-06-27 2023-07-28 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 Multi-drainage-basin scheduling evaluation method and system based on cluster group decision
CN116681312B (en) * 2023-07-28 2023-10-31 华中科技大学 Ecological-oriented multi-objective reservoir optimal scheduling decision method and system
CN116681312A (en) * 2023-07-28 2023-09-01 华中科技大学 Ecological-oriented multi-objective reservoir optimal scheduling decision method and system
CN116976709A (en) * 2023-09-25 2023-10-31 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) Vulnerability assessment method based on river basin ecosystem
CN116976709B (en) * 2023-09-25 2024-01-23 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) Vulnerability assessment method based on river basin ecosystem
CN117649315A (en) * 2023-12-22 2024-03-05 中国水利水电科学研究院 Space balance degree evaluation method and device based on water resource allocation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180116820A (en) Assessment of water use vulnerability in the unit watersheds using TOPSIS approach with subjective and objective weights
Sajedi‐Hosseini et al. Spatial prediction of soil erosion susceptibility using a fuzzy analytical network process: Application of the fuzzy decision making trial and evaluation laboratory approach
Choubin et al. Drought forecasting in a semi-arid watershed using climate signals: a neuro-fuzzy modeling approach
Unnikrishnan et al. Extraction of nonlinear rainfall trends using singular spectrum analysis
Nandalal et al. Flood risk analysis using fuzzy models
Liu et al. A risk assessment method based on RBF artificial neural network-cloud model for urban water hazard
Sun et al. A new model for evaluating sustainable utilization of coastline integrating economic output and ecological impact: A case study of coastal areas in Beibu Gulf, China
Ha et al. Assessment of flood-risk areas using random forest techniques: Busan Metropolitan City
Liu et al. Mapping the risk zoning of storm flood disaster based on heterogeneous data and a machine learning algorithm in Xinjiang, China
Rashetnia et al. Flood vulnerability assessment using a fuzzy rule-based index in Melbourne, Australia
Prieto et al. Preface: Advances in flood risk assessment and management
Kim et al. Application of AI-based models for flood water level forecasting and flood risk classification
Lai et al. Waterlogging risk assessment based on self-organizing map (SOM) artificial neural networks: a case study of an urban storm in Beijing
Gu et al. Risk assessment for ecological planning of arid inland river basins under hydrological and management uncertainties
Zhou et al. Real‐time prediction and ponding process early warning method at urban flood points based on different deep learning methods
Shah et al. Flood modeling and simulation using HEC-HMS/HEC-GeoHMS and GIS Tools for River Sindh-NW Himalayas
Liu et al. Frequency analysis for precipitation events and dry durations of Virginia
Khan et al. A comparison of Quadratic Regression and Artificial Neural Networks for the estimation of quantiles at ungauged sites in regional frequency analysis.
Das et al. Coastal groundwater quality prediction using objective-weighted WQI and machine learning approach
Nourani et al. Detection of land use/cover change effect on watershed’s response in generating runoff using computational intelligence approaches
Ghonchepour et al. Detection and prediction of land use changes and population dynamics in the Gorganrud River basin, Iran
Sarvestan et al. Evaluation of meteorological microphysical schemas based on the WRF model for simulation of rainfall in the northeastern region of Iran
Azad et al. Identifying Waterlogging Risk Zones in an Urban Area of Bangladesh Using AHP-Fuzzy Rule Based Approach
Silva Cervantes et al. Simulation of overflow thresholds in urban basins: Case study in Tuxtla Gutiérrez, Mexico
Feng et al. A Case Study: Evaluation of Urban Flood Resilience Based on Fuzzy Mathematics and VIKOR Method in Ulsan Metropolitan City, South Korea