• 한국수자원학회논문집
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• 제46권11호
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• pp.1069-1078
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• 2013

울산시의 주요 생활용수공급댐인 사연댐 상류 수몰지역 내에 국보 285호인 반구대 암각화가 위치하고 있다. 표고 53~57 m에 위치한 암각화 보존을 위한 여러 가지 방안 중, 사연댐 수위를 60 m에서 52 m로 낮추어 물 밖으로 끄집어내는 안이 주로 검토되어 왔다. 댐의 수위를 인위적으로 조절하는 경우 저수량 및 용수공급량 감소와 더불어 부영양화로 인해 수질이 나빠지게 된다. 본 연구에서는 사연댐 수위조절에 따른 수질악화로 댐의 기능상실과 수질변화로 인해 예상되는 여러 가지 문제점을 검토하였다. Vollenweider 모델과 CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) 모델을 이용하여 수위조절시 변화가 예측되는 대표적인 수질지표인 BOD 및 COD 그리고 조류성장의 주 원인이 되는 총인과 총질소의 농도변화를 분석하였다. 그 결과 사연댐의 수위를 60 m에서 52 m로 조절하는 경우, COD의 농도는 약간 낮아지지만 총질소와 총인은 약 130% 이상 농도가 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 변화는 심각한 조류문제를 일으킬 수 있으며, 사연댐의 수질관리를 영양염류의 농도를 대상으로 하는 경우 수질이 악화되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.467-471
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• 2010

유속지수법(index velocity method)은 수위-유량관계에 유속을 추가적인 지수로 이용하는 방법이며 현재 자동유량측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이다. 유속지수법에 많이 사용되는 측정 장비는 초음파유량계와 Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM) 등으로 모두 연속적인 수위와 유속을 측정하여 시계열 유량 자료를 생산하기 때문에 고리형 수위-유량관계의 재현이 가능하다. 기존의 연구에서 유속지수법은 괴산댐 하류에 적용되어 댐 방류량대비 평균 7%의 상대오차를 보였고, 시간에 따른 오차 발생이 적어 수위-유량관계에 비해 효율적으로 나타났다. 하지만 댐방류량에 의해 영향받는 구간에서는 고리형 수위-유량관계 재현에 한계를 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 일반 자연하천인 임진강 적성지점에 ADVM을 설치하였고, 수위-단면적 관계와 평균유속($V_m$)-지표유속($V_i$) 관계를 수립하여 유속지수법에 의한 시계열 유량자료를 산정하였다. 산정된 유량자료는 측정 유량과 비교하여 정확도를 분석하였고, 시계열 유량 자료로부터 고리형 수위-유량관계를 재현하였다. 2009년 6월부터 9월까지 운영된 ADVM 자료로부터 산정된 유속지수법 최대 유량은 $10,491m^3/s$였으며, 총 18회의 실측 유량과 비교한 유속지수법 유량은 평균 7%의 상대오차를 나타냈다. 시계열 자료로부터 재현된 고리형 수위-유량관계는 임진강 적성지점의 경우 수위관측소 수위 10m, 유량 $2,000m^3/s$부터 발생하였다. 2009년 8월 11일 첨두유량 $8,000m^3/s$홍수 사상에서 발생한 고리형 수위-유량관계의 경우 수위 14m에서 $1,230m^3/s$의 유량차이를 보였고, 동일한 유량 $6,000m^3/s$에서 1.2m의 수위차이를 보였다. 2009년 8월 26일 첨두유량 $10,000m^3/s$에서 발생한 고리형 수위-유량관계에서도 마찬가지로 수위 16m에서 $1,670m^3/s$의 유량차, 유량 $8,000m^3/s$에서 수위 1.3m의 차이를 나타냈다. 이와 같이 유속지수법은 기존의 수위-유량관계가 가지는 한계점을 보완하여 고리형 수위-유량관계 재현이 가능하기 때문에 보다 정확한 유량 산정이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Data and Information Science Society
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• 제6권2호
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• pp.51-62
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• 1995

1981년 4월부터 1992년 12월까지 안동댐의 수위와 안동지역의 안개지속시간 사이의 관계를 변형함수분석(transfer function analysis)를 이용하여 조사한 결과, 댐수위의 증가는 4개월의 시차를 두고 단위당(m) 0.89시간씩 안개지속시간을 증가시키고 있음을 확인하였다. 그러므로 댐건설로 인한 인공호수의 생성이 안개발생의 직접적인 원인 중의 하나라고 말할 수 있다. 앞으로는 이같은 객관적인 증거에 기초한 수자원개발정책과 댐관리 정책이 수립되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.478-478
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• 2011

중소규모 댐 계획시, 댐 하류 홍수피해 저감, 합리적 운영, 유지관리 및 경제성 측면올 고려한 댐 계획은 무엇보다 중요하다. 지금까지 국내에서 계획/건설된 대규모 뱀에서와는 달리, 비교적 작은 규모의 유역에 있어서 댐 계획은 댐 유역 및 저수지의 수리 수문학적 특성 즉, 빠른 시간에 홍수량의 저수지 유입으로 저수지 수위가 급상승하는 등, 일반적인 기존 댐들과는 다른 특정을 지닌 중소규모유역 댐의 여수로 계획을 소개하고자 한다. 여수로 계획을 한 댐 유역의 특성으로 유역면적 약 $33km^2$, 총저수용량 2,211 만 $m^3$, 홍수조절용량 349만 $m^3$의 소규모 저수지를 가진 댐이다. 지방하천 최상류에 위치하는 유역면적이 작은 댐에서의 일반적인 수문학적 특징은 홍수도달시간이 1 시간 내외로 빠르고, 저수지 수위상승 속도가 0.2~0.3m/분 정도로 빠르게 나타난다. 이러한 수리 수문학적 특징 때문에 댐 여수로 수문 조작시간이 충분치 않으므로, PMF 유입과 같은 긴급한 상황에서는 댐을 월류할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 일반적으로 대규모 댐의 여수로 수문을 이용, 단독으로 홍수조절을 수행하던 기존 댐들과는 달리 소규모 댐에 적합한 특성을 지닌 여수로 계획의 필요성이 대두된다. 검토대상 여수로 형식으로는 국내 다목적댐에서 대부분 채택하고 있는 조절형 여수로, 무문식 여수로를 도입한 조절형+비조절형 여수로, 방류관식 여수로, 복합형 여수로 등을 안전성, 유지관리성 및 시공성 측면 등을 다각적으로 검토하였으며, 그 결과로 소규모 댐의 여수로 형식으로는 조절형+비조절형 여수로가 가장 적합한 형식이라고 판단하였다. 그러나, 여수로 형식 이 조절형+비조절형과 같이 폭이 100m가 넘는 광폭의 여수로에서 등폭 도수로를 채택할 경우 감세공의 폭이 과다해지는 문제점은 등폭 도수로와 도수로 끝단부에 도류벽을 설치하여 유수 에너지를 도류벽에서 1 차 감세한 후 댐에서 보편적인 정수지형 감세공으로 유수를 소통시키는 형식으로 계획하였다. 이러한 측수로형 감세공을 도입하여 정수지형 감세공 규모를 줄이는 경제적인 효과도 얻을 수 있도록 계획하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.105-105
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• 2022

섬진강댐은 100년빈도 홍수에 대응토록 설계되어 홍수조절 능력이 타 다목적댐 대비 상대적으로 취약함에 따라 댐운영 체계 개선이 필요하다. 이에따라 K-water는 홍수시 피해를 최소화 할 수 있도록 댐운영과 관련한 홍수대응 체계를 개선하였다. 주요 개선대책은 섬진강 홍수조절용량 추가확보, 홍수기 강우특성을 고려한 홍수조절, 하류주민 및 기관과 소통에 기반한 정보 공유체계 확립, 디지털 트윈 기반 댐 운영 의사결정시스템 구축이다. 섬진강댐의 건설홍수조절용량은 3천만m³으로, 타 다목적댐 설계빈도인 200년 대비 홍수대응 능력이 미흡하다. 이에따라, 섬진강댐은 '21.1월부터 '22.12월까지 홍수기 제한수위를 기존 197.7m에서 2.5m 낮춘 194.0m로 시범운영하고 있다. 이를통해 기존 3천만m³에서 9천만m³까지 6천만m³의 홍수조절용량을 추가 확보하였다. 이와 연계하여 홍수기 동안 섬진강댐 운영수위 기준을 별도 수립하여 홍수기 전·후반으로 나누었으며, 전반기(~7/31)는 '20년 홍수상황에서 발생한 더블피크 집중호우(360mm)에 대응가능한 홍수조절능력을 확보하고, 후반기(8/1~)는 홍수조절능력을 최대한 확보함과 동시에 차년도 용수공급을 대비할 수 있도록 운영수위를 개선하였다. 그간 수문방류 정보는 '댐 관리규정'에 따라 방류개시 3시간 전까지 방류계획을 하류지역의 지자체 및 주민에게 통보하였으나, 하류주민들이 충분히 사전준비하기에 시간적으로 부족하다는 의견을 제시함에 따라 수문방류 24시간전 사전 안내토록 '수문방류 예고제'를 도입, 시행하였다. '댐 홍수관리 소통회의'를 통해 댐 운영기관-정부기관-주민이 댐 운영에 대한 전반에 대해 함께 공유하고 운영 제약사항 및 개선사항을 공동 발굴하여 대책을 마련하는 체계를 구축하였다. 댐 운영 개선사항과 더불어 댐방류 의사결정시, 실시간 하류하천 상황에 대한 확인이 어려움에 따라, 3D기반 의사결정 지원시스템인 Digita Twin Platform을 개발 및 구축하여 '22년부터 섬진강댐 운영에 시범적용을 추진하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.68-68
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• 2020

국내 발전용댐은 건설 당시 발전목적으로 지어졌으나, 최근 기후 변화로 인해 홍수 및 가뭄의 빈도와 강도가 증가함에 따라 일부분 홍수조절, 환경개선 등의 목적으로 운영되고 있다. 다목적댐과 같이 홍수기에 제한수위를 두어 운영하거나 댐과 보 연계운영 규정에 의해 방류를 수행하기도 한다. 홍수기 제한수위로 인한 수위의 하강은 발전이 목적인 발전량에 손실을 가져오고, 수자원의 이용률 측면에서도 악영향을 끼친다. 현재의 운영 방식이 발전성능 측면에서 재평가 되어야 하며 이를 평가하기 위한 객관적 평가지표나 평가방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 객관적 평가 지표로 회복탄력성 개념을 도입하여 발전성능에 대한 발전용댐 운영을 평가하고자 한다. 댐의 발전 최적수위를 시스템의 평형상태로 보고 저수위 하강으로 인한 손실, 유입량 및 운영방식에 따른 댐의 수위 회복력을 발전용댐의 회복탄력성으로 정의하였다. 과거 유입량 자료를 활용하여 단일 발전용댐을 모의운영 하였고, 그 결과로 발전수량 시나리오에 따른 회복탄력성을 평가하였다. 회복탄력성과 발전수량, 발전량, 무효방류량, 재난위험일수 등으로 최적 발전방류량을 산정하였다. 향후 발전, 환경개선, 홍수조절에 대한 경제성 평가가 병행된다면 발전수량 운영 기준을 수립하는데 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권3호
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• pp.221-231
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• 2015

본 연구는 홍수 유출자료의 공간확장에 대한 중간 시설물 (e.g. 댐)의 영향 연구의 연장으로, 공간확장된 시간당 홍수 유출자료를 활용해 댐의 홍수조절 특성과 댐의 홍수저감률 변화를 공간적으로 분석하였다. 이를 위해 횡성댐과 충주댐의 직접적인 영향을 받는 남한강 본류를 연구중심지역으로 선정하였다. 댐의 홍수저감률에 대한 댐 자체 분석에 의하면 홍수사상 크기가 커질수록 댐의 홍수저감률이 작아지는 것을 횡성댐과 충주댐 모두 보였다. 두 댐의 영향을 받는 여주 수위관측소에서 유역면적의 비와 홍수저감률과의 관계는 댐이 포함하는 유역이 커질수록 홍수저감률이 커지는 특성이 있으며 선정된 수위관측소에서의 평균 홍수저감률은 유역면적비에 비해 작게 나타났다. 일예로, 첨두홍수량(peak discharge)을 기준으로, 횡성댐과 충주댐의 유역면적비가 0.02와 0.6인데 평균 홍수저감률이 0.01와 0.51로 나타났다. 댐에서 떨어진 거리의 수위관측소에서도 홍수의 크기에 따른 홍수저감률은 댐 자체의 홍수저감 특성과 동일하게 작용하였다. 댐의 홍수저감률에 대한 공간적 영향범위를 세 곳의 수위관측소(강천, 여주, 양평)를 기준으로 분석하였다. 이 과정을 통해 댐을 포함하는 유역면적의 7배에 해당하는 유역면적에서는 홍수저감률이 약 0.1이하로 떨어졌고, 최저 0.02까지 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.332-332
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• 2016

수공구조물 설계시 hardware와 software의 발달로 수리계산과 수치해석의 오차율이 감소함에 따라 수치해석을 이용하는 빈도가 높아지고, 신뢰도가 향상되고 있는 추세에 있다. 그러나 댐 설계에 있어 수위별 방유량 관계 검토시 수치해석값은 각 수위에 해당하는 몇 개의 유량값을 대응시켜 경향만 비교하고 수리계산 결과를 설계에 반영해 왔다. 이러한 방법은 여수로 주변에 인접구조물이 없고, 여수로 각 수문별 균등한 유량이 방류될 경우 문제가 되지 않지만, 여수로 직상류 지형에 만곡부나 지형적 특성이 여수로 방류에 영향을 미치거나, 취수탑 등 여수로에 인접한 수리구조물이 설치되어 접근수로에서 복잡한 유동을 형성하는 경우 각 문비마다 방류량의 분배율은 달라질 수밖에 없고, 수리계산 결과를 일괄 반영하기에는 오차가 증가할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 댐 운영시 중요한 인자 중 하나인 수위-방류량 관계에 대하여 수치모형을 이용한 정밀한 분석을 통하여 댐 여수로 운영시 오차율을 저감시키고, 적용성을 향상시키는 방안을 검토하였다. 첫째, 수위별 방류량 관계 검토시 여수로 상류에서 일정한 시간에 따라 선형적으로 수위가 증가하도록 경계조건을 설정한 후 3차원 수치해석 모형의 Output data를 단위시간에 따라 수위와 방류량이 산정되도록 하고, 기존 검토 방식대로 각 수위별 모형을 steady 상태로 수행하여 비교분석하였다. 수리계산과 기존 방식, 본 연구에서 제시한 방법에 대한 오차율 검토 결과 오차는 3 % 이내로 검토되었다. 둘째, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 접근유속에 대한 영향을 받게 되므로 수리계산시 에너지 경사를 이용하여 수위값을 반영하지만, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 경계조건을 부여한 수위값을 반영하거나, 임의의 지점에서의 수위값을 반영하는 경우 등 일괄적이지 않은 수위값을 반영하여 오차율이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 여수로 지점별 전수두를 측정하여 방류량 값을 산정하여 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.149-162
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• 2001

삼랑진에 위치한 삼랑진양수발전 상.하부댐의 댐마루에 시공 후 종방향 균열이 발생하였다. 이 댐들은 전력을 생산하기 위한 양수발전댐으로 상부댐과 하부댐으로 구성되어 있으며, 매일 10m이상의 수위변화를 받아왔다. 본 논문은 이들 댐중 상부댐에 발생한 종방향 균열의 원인을 찾는데 있다. 균열의 주요 원인은 수위변동으로 인한 것으로 판단되었으며, 이를 검토하기 위해 hyperbolic model을 이용한 수치해석을 수행하였다. 수치해석을 위한 입력자료를 얻기 위해 심벽재료와 사석재료에 대해 일련의 삼축압축시험을 수행하였다. 또한 수위변동으로 인한 주기적인 응력변화를 검토하기 위한 입력자료를 얻기 위해 진동삼축압축시험을 수행하였다. 수치해석결과 반복하중이 작용했을 경우 댐마루에서 깊이 4m까지 구속압력이 음이 되는 것으로 나타났으며, 이로 인해 종방향균열이 발생한 것으로 판단되었다. 이 종방향균열의 깊이는 댐 마루에서 수행한 시험굴에서 확인하였으며, 현장 조사결과와 잘 부합하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.483-483
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• 2022

댐과 저수지의 운영 최적화를 위한 수문학적 예보는 현재 수동적인 댐 운영이 주를 이루면서 활용도가 높지 않다. 불확실한 기후변화나 기후재난 상황에서 우리 사회에 악영향을 최소화하기 위해 선제적으로 대응/대비할 수 있는 댐 운영 방안이 불가피하다. 강우량 예측 기술은 기후변화로 인해 제한적인 상황이다. 실례로, 2020년 8월에 섬진강의 댐이 극심한 집중 강우로 인해 무너지는 사태가 발생하였고 이로 인해 지역사회에 막대한 경제적 피해가 발생하였다. 선제적 댐 방류량 운영 기술은 또한 환경적인 변화로 인한 영향을 완화하기 위해 필요한 것이다. 제한적인 기상 예보 기술을 극복하고자 심화학습이나 강화학습 같은 인공지능 모델들의 활용성에 대한 연구가 시도되고 있다. 따라서 본 연구는 섬진강 댐의 시간당 수문 데이터를 이용하여 댐 운영을 위한 심화학습 모델을 개발하고 그 활용도를 평가하였다. 댐 운영을 위한 심화학습 모델로서 시계열 데이터 예측에 적합한 Long Sort Term Memory(LSTM)과 Gated Recurrent Unit(GRU) 알고리즘을 구축하고 댐 수위를 예측하였다. 분석 자료는 WAMIS에서 제공하는 2000년부터 2021년까지의 시간당 데이터를 사용하였다. 입력 데이터로서 시간당 유입량, 강우량과 방류량을, 출력 데이터로서 시간당 수위 자료를 각각 사용하였으며. 결정계수(R2 Score)를 통해 모델의 예측 성능을 평가하였다. 댐 수위 예측값 개선을 위해 하이퍼파라미터의 '최적값'이 존재하는 범위를 줄여나가는 하이퍼파라미터 최적화를 두 가지 방법으로 진행하였다. 첫 번째 방법은 수동적 탐색(Manual Search) 방법으로 Sequence Length를 24, 48, 72시간, Hidden Layer를 1, 3, 5개로 설정하여 하이퍼파라미터의 조합에 따른 LSTM와 GRU의 민감도를 평가하였다. 두 번째 방법은 Grid Search로 최적의 하이퍼파라미터를 찾았다. 이 두가지 방법에서는 같은 하이퍼파라미터 안에서 GRU가 LSTM에 비해 더 높은 예측 정확도를 보였고 Sequence Length가 높을수록 정확도가 높아지는 경향을 보였다. Manual Search 방법의 경우 R2가 최대 0.72의 정확도를 보였고 Grid Search 방법의 경우 R2가 0.79의 정확도를 보였다. 본 연구 결과는 가뭄과 홍수와 같은 물 재해에 사전 대응하고 기후변화에 적응할 수 있는 댐 운영 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.