한국수자원학회논문집 (Journal of Korea Water Resources Association)

  • 제44권12호
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  • Pages.991-1000
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  • 2011
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  • 2799-8746(pISSN)
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  • 2799-8754(eISSN)
한국수자원학회 (Korea Water Resources Association)
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탁수모델링에 사용하는 유량-SS 관계의 불확실성

Uncertainty of Discharge-SS Relationship Used for Turbid Flow Modeling

  • 정세웅 (충북대학교 환경공학과) ;
  • 이정현 (충북대학교 공과대학 환경공학과) ;
  • 이흥수 (충북대학교 공과대학 환경공학과) ;
  • 맹승진 (충북대학교 농업생명환경대학 지역건설공학과)
  • 투고 : 2011.08.31
  • 심사 : 2011.11.01
  • 발행 : 2011.12.31
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초록

저수지 탁수 모델링에서 실측자료가 없는 경우 유입하천 부유사 농도(SS) 산정을 위해 유량(Q)과 SS 관계식이 자주 사용된다. 일반적으로 하천을 통과하는 SS 부하율은 유량에 의해 변동된다는 가정 하에 유량과 SS의 멱함수(SS=aQb) 관계가 가장 빈번히 적용되고 있다. 그러나 Q-SS 관계는 측정 지점에 따라 배타적 특성을 가지며, 동일 지점에 대해서도 연중 계절적 변동성이 있다. 더욱이, Q-SS 관계는 동일한 수문곡선에서도 유량 상승기와 하강기에 이격현상을 보이기도 한다. 본 연구의 목적은 용담댐 저수지와 소양강댐 저수지 유입 하천에서 강우시 연속 실측한 자료를 바탕으로 Q-SS 관계의 이격현상을 고찰하고, SS 부하율 산정 오차에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 연구결과, Q-SS 관계는 홍수사상 동안 높은 분산도와 시계방향의 이격현상을 보였으며, 동일한 유량에 대해 유량 상승기가 하강기보다 SS 농도가 높게 나타났다. 이러한 이격현상은 저수지로 유입하는 SS 부하량 산정에 있어 유의할 만한 오차로 작용하였으며 Q-SS 멱함수는 실측 부하량을 과소평가하는 결과를 가져왔다. 이것은 저수지 탁수모델링에서 중요하게 고려해야 할 사항이다. 본 연구에서는 Q-SS 관계식의 대안으로 탁도-SS관계가 제시되었다. 탁도-SS 관계는Q-SS 관계보다 분산도가 작았으며 실측 부하량과의 오차를 획기적으로 줄였다. 따라서 저수지로 유입하는 SS 부하율의 보다 정확한 산정과 탁수모델링의 신뢰도를 높이기 위해서는 유입 탁도에 대한 실시간모니터링이 필요하다.

The relationship between discharge (Q) and suspended sediment (SS) concentration often is used for the estimation of inflow SS concentration in reservoir turbidity modeling in the absence of actual measurements. The power function, SS=aQb, is the most commonly used empirical relation to determine the SS load assuming the SS flux is controlled by variations of discharge. However, Q-SS relation typically is site specific and can vary depending on the season of the year. In addition, the relation sometimes shows hysteresis during rising limb and falling limb for an event hydrograph. The objective of this study was to examine the hysteresis of Q-SS relationships through continuous field measurements during flood events at inflow rivers of Yongdam Reservoir and Soyang Reservoir, and to analyze its effect on the bias of SS load estimation. The results confirmed that Q-SS relations display a high degree of scatter and clock-wise hysteresis during flood events, and higher SS concentrations were observed during rising limb than falling limb at the same discharge. The hysteresis caused significant bias and underestimation of SS loading to the reservoirs when the power function is used, which is important consideration in turbidity modeling for the reservoirs. As an alternative of Q-SS relation, turbidity-SS relation is suggested. The turbidity-SS relations showed less variations and dramatically reduced the bias with observed SS loading. Therefore, a real-time monitoring of inflow turbidity is necessary to better estimate of SS influx to the reservoirs and enhance the reliability of reservoir turbidity modeling.

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참고문헌

  1. 김윤희, 김범철, 최광순, 서동일(2001). "2차원 수리수질모 델을 이용한 소양호 수온성층현상과 홍수기 밀도류 이동 현상의 모델링." 상하수도학회지, 상하수도학회, 제 15권, 제1호, pp. 40-49.
  2. 서동일(1998). "대청호의 성층현상에 의한 부양양화 특성과 수질관리 방안에 관한 연구." 대한환경공학회지, 대한환경공학회, 제20권, 제9호, pp. 1219-1234.
  3. 우효섭, 정관수, 이삼희(역자) (2007). 유사이송(원저자: Yang, C,T., 2003), 청문각.
  4. 이상욱, 김정곤, 노준우, 고익환(2007). "CE-QUAL-W2 모델을 이용한 임하호 선택배제시설의 효과분석." 한국물환경학회지, 한국물환경학회, 제23권, 제2호, pp. 228- 235.
  5. 이혜숙, 정선아, 박상영, 이요상(2008). "HSPF와 CEQUAL- W2 모델의 연계적용을 이용한 용담댐 저수지 탁수현상의 모델연구." 대한환경공학회지, 대한환경공학회, 제30권, 제1호, pp. 69-78.
  6. 정세웅(2004). "성층화된 저수지로 유입하는 탁류의 공간 분포 특성 및 연직 2차원 모델링." 대한환경공학회지, 대한환경공학회, 제26권, 제9호, pp. 970-978.
  7. 정세웅, 이흥수, 윤성완, 예령, 이준호, 추창오(2007). "홍수 시 대청호 유역에 발생하는 탁수의 물리적 특성." 한국물환경학회지, 한국문환경학회, 제23권, 제6호, pp. 934- 944.
  8. 정세웅, 이흥수, 류재일, 류인구, 오동근(2008). "ELCOMCAEDYM을 이용한 대청댐 유입탁수의 3차원 모델링." 한국수자원학회지, 한국수자원학회, 제41권, 제12호, pp. 1187-1198.
  9. 한국수자원공사(2007a). 댐운영 실무편람.
  10. 한국수자원공사(2007b). 다목적댐(소양강댐 등 4개댐) 탁수저감 방안 수립 용역 보고서(소양강댐).
  11. 한국수자원공사(2009a). 수계별 3차원 수리.수질 모형 확대구축 보고서(1차년도).
  12. 한국수자원공사(2009b). 소양강댐 선택취수설비 개선공사 기본 및 실시설계 탁수거동분석 보고서.
  13. 한국수자원공사(2010). 수계단위의 탁수예방 기본계획 보고서.
  14. 환경부(2007). 수질오염공정시험방법.
  15. Bronsdon, R.K., and Naden, P.S. (2000). "Suspended sediment in the Rivers Tweed and Teviot." The Science of the Total Environment, Vol. 251, pp. 95- 113. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(00)00404-6
  16. Chung, S.W., Hipsey, M.R., and Imberger, J. (2009). "Modelling the propagation of turbid density inflows into a stratified lake: Daecheong Reservoir, Korea." Environmental Modelling & Software, Vol. 24, pp. 1467-1482. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2009.05.016
  17. Chung, S.W., Yoon, S.W., and Ko, I.H. (2006). "Development of a real-time turbidity monitoring and system for a reservoir." In: Proceedings of the Seventh international Conference on hydroinformatics HIC, Nice, France, pp. 1495-1502.
  18. Dyson, M., Bergkamp, G., and Scanlon, J. (2003). "Flow. The Essentials of Environmental Flows." IUCN, Gland, Switzerland and Cambridge, UK.
  19. Ellison, C.A. (2010). "Correlating streamflow, turbidity, and suspended-sediment concentration in Minesota's Wild Rice river." 2nd Joint Federal Interagency Conference
  20. Gelda, R.K., and Effler, S.W. (2007a). "Simulation of operations and water quality performance of reservoir multilevel intake configurations." Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 133, No. 1, pp. 78-86. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2007)133:1(78)
  21. Gelda, R.K., and Effler, S.W. (2007b). "Modeling Turbidity in a Water Supply Reservoir: Advancements and Issues." Journal of Environmental Engineering, ASCE, Vol. 133, No. 2, pp. 139-148. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2007)133:2(139)
  22. Goodwin, T.H., Young, A.R., Holmes, M.G., Old, G.H., Hewitt, N., Leeks, G.J.L., Packman, J.C., and Smith, B.P.G. (2003). "The temporal and spatial variability of sediment transport and yields within the Bradford Beck catchment, West Yorkshire." The Science of the Total Environment, Vol. 214, pp. 475-494.
  23. Picouet, C., Hingray, B., and Olivry, J.C. (2001). "Empirical and conceptual modelling of the suspended sediment dynamics in a large tropical African river:the Upper Niger river basin." Jounal of Hydrology, Vol. 250, pp. 19-39. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00407-3
  24. Tharme, R.E. (2003). "A Global Perspective on Environmental Flow Assessment: Emerging Trend in the Development and Application of Environmental Flow Methodologies for Rivers." River Res. Applic., Vol. 19, pp. 397-441. https://doi.org/10.1002/rra.736
  25. Umeda, M., Yokoyama, K., and Ishikawa, T. (2006). "Observation and simulation of floodwater intrusion and sedimentation in the Shichikashuku Reservoir." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 132, No. 9, pp. 881-891. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:9(881)
  26. Vongvixay, A., Grimaldi, C., Gascuel-Odoux, C., Laguionie, P., Faucheux, M., Gilliet, N., and Mayet, M. (2010). "Analysis of suspended sediment concentration and discharge relations to identify particle origins in small agricultural watersheds." Proceeding of the Sediment Dynamics for a Changing Future, Vol. 337, pp. 76-83.
  27. Walling, D.E. (1977). "Assessing accuracy of suspended sediment rating curves for a small basin." Water Resour. Res., Vol. 13, pp. 530-538.
  28. Williams, D.E. (1989). "Sediment concentration versus water discharge during single hydrologic events in rivers." J. Hydrol, Vol. 111, pp. 89-106. https://doi.org/10.1016/0022-1694(89)90254-0
  29. Yajima, H., Kikkawa, S., and Ishiguro, J. (2006). "Effect of selective withdrawal system operation on the longand short-term water conservation in a reservoir." Ann. J. Hydraul. Eng., JSCE, Vol. 50, pp. 1375-1380. https://doi.org/10.2208/prohe.50.1375

피인용 문헌

  1. Effects of Climate Change on the Movement of Turbidity Flow in a Stratified Reservoir vol.29, pp.11, 2015, https://doi.org/10.1007/s11269-015-1047-2