• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.89-93
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• 2009

홍수기에 집중되는 하천유출량을 갈수기에 적절히 활용하기 위한 대표적인 시설이 댐이다. 제한된 용수공급량을 적절히 분배해 용수수요량을 만족시키면서 미래 갈수기시 용수공급을 위한 댐 저류량을 조절하는 것이 댐 운영의 중요한 목적 중 하나이다. 본 연구에서는 댐 저류량에 따라 댐 계획방류량을 일정비율 줄여주는 Hedging Rule을 5단계로 적용하여 댐의 상시만수위 저류량에 대한 실제 저류량의 편차 절대치 합, 수요에 대한 용수공급 부족량의 합, 그리고 하천유지유량에 대한 하천유량 부족량의 합을 목적함수로 하여 혼합정수 선형계획법(MILP, Mixed Integer Linear Programming)으로 식을 구성하였다. 한강수계의 다목적댐인 충주, 횡성, 소양강 댐과 용수전용댐인 광동 댐, 그리고 발전용 댐이지만 비교적 큰 저류용량을 가진 화천 댐을 댐 연계 운영 대상으로 하여 수자원장기종합계획의 2003년 유출량 및 수요량 자료와 댐운영실무편람의 댐 계획방류량 자료를 10일 단위로 입력하여 GAMS/CPLEX를 이용해 최적화하였다. 그 결과 생공용수 수요량 99.99%, 농업용수 수요량 99.91%, 그리고 하천유지용수 수요량 99.24%를 충족시키면서, 댐 저류율이 66.54%에서 86.39%로 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.398-398
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• 2023

하천시설의 관리규정(하천법 제 14조)에서는 댐, 보 등의 하천시설물은 하천시설의 관리규정을 정하고 있으며 홍수 재해 방지와 수자원의 효율적인 운영을 위하여 필요시 둘 이상의 하천시설 간 유기적인 연계운영에 관한 관리규정을 정할 수 있다고 명시하고 있다. 또한, 댐과 보등의 연계운영규정(환경부 훈령 제1348호)에서는 댐, 보, 둑높임농업용저수지 등 하천시설에 준하여 시설의 연계운영을 실시할 수 있으며, 갈수 및 홍수로 인한 재해 방지 및 수자원의 효율적인 운영을 위한 방안 마련이 시도되고 있다. 이에, 환경부와 한국수력원자력(주)에서는 한강수계 발전용댐 다목적 활용에 관한 협약을 체결하여 발전용댐의 운영계획 및 발전용댐과 다목적댐간 연계 운영계획을 수립하고 있다. 이에, 발전용댐과 다목적댐간 연계 운영을 통해 최적의 용수공급능력을 파악하고자 한다. 본 연구에서는 팔당댐 상류유역에 위치한 댐의 용수공급능력을 분석하기 위해 댐 모의운영과 물수지 모형을 구축하였다. 해당 분석체계를 활용하여 화천댐, 소양강댐, 충주댐을 연계한 운영체계를 구축하여 용수공급능력을 평가하였다. 본 연구결과를 활용하여 용수공급능력 증대를 위한 연계운영 최적화 방안을 마련하고, 가뭄 등 비상상황 발생 시 용수공급조정 및 댐간 연계운영 수립 계획에 반영될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.377-377
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• 2017

다목적댐은 비어있는 저수지 용량을 활용, 상류에서 유입되는 홍수를 저류하여 하류의 피해를 경감시키고, 저류된 저수량을 활용하여 갈수시 생 공 유지용수 등을 목적에 맞게 하류로의 공급에 주요 목적이 있다. 이를 위해 댐 계획에는 상류에서 유입되는 목표 빈도 계획홍수량을 산정하고, 이에 따른 여수로의 계획방류량 등이 포함된 홍수 조절 방안이 수립된다. 다목적댐은 그 중요도 때문에 많은 사회적 재화(財貨)가 투입되어 하천에서 가장 높은 빈도인 200년 빈도 홍수량에 대비하도록 설계되어 있다. 그러나 대부분의 댐 하류 하천에서는 긴 연장에 따른 투자비용 등의 한계로 상류 댐에 미치지 못하는 100년 빈도 이하로 설정되어있다. 이런 상 하류의 홍수계획간 괴리로 댐의 계획 방류량 수준의 홍수 조절시에는 하류 하천에 재난상황으로 발생할 우려가 있다. 기상예보의 고도화로 단기 예보의 정밀도가 높아져 단기간 댐 운영에는 효과적으로 활용되고 있다. 하지만 5일 이후를 예보하는 중 장기예보는 아직까지도 불확실성이 높은 실정이다. 여기에 기후변화 등 기상의 불확실성을 고려하여 홍수기 초 장마와 태풍 등의 영향에 대비하기 위해 무작정 댐을 저(低)수위로 운영하면 이후 여름 가뭄에 취약해 지고, 반대로 저수량 확보의 고(高)수위 운영을 할 경우 연이은 태풍 등 홍수상황에 취약해 지게 된다. 최근 '14~'15년도 낙동강 수계에 여름가뭄으로 안동 임하댐이 가뭄단계에 돌입하는 등 홍수기초 적정 저수량의 확보는 안정적 수자원시설 운영에 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 이러한 불확실한 기상상황에 대비하고 댐의 이치수 목적 달성을 위해, 홍수기초 가능한 저수량을 확보하되 계획홍수량이 들어와도 하류피해는 경감시킬 수 있는 저수지 수위를 찾고자하였다. 이를 위해 낙동강 수계 9개 다목적댐(안동, 임하, 성덕, 보현산, 군위, 김천부항, 합천, 남강, 밀양댐)을 대상으로 댐 설계 및 직하류 하천 상황을 고려한 "홍수기초 댐 저수량 확보 수위 검토"를 실시하였다. 댐 직하류 하천의 홍수대비 상황 및 홍수조절시 제약사항 등을 조사해 주요지점(Critical Point)을 선정하고 그 지점의 홍수량을 파악한다. 이어서 저류함수 모형을 활용하여 댐별 저수지 모의 운영을 실시하였다. 대상 댐 저수지에 계획홍수량을 유입시키고 수위를 점차 조정하면서 하류 지점의 홍수량 내의 규모로 방류를 하는 저수지 모의 운영을 실시하였다. 이때 저수지의 계획홍수위를 초과하지 않는 등 안정적 홍수조절이 가능한 특정 수위를 찾아 하류 하천 환경을 고려한 댐 운영 수위로 선정하였다. 최근 홍수기총에는 강수량이 계속 줄어들고 홍수기 이후 더 많은 강수가 내리는 등 기후변화로 댐 운영은 날로 어려워지고 있다. 본 연구의 분석 결과는 홍수기초 가뭄 및 장마 또는 태풍 등에 대비하여 댐 운영의 이 치수 두 가지 목적을 달성하는데 참고가 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.410-410
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• 2020

농업용댐에서 다목적댐으로 재개발된 댐인 성덕댐의 이수기, 홍수기 확보수위 등 장래 실제운영이 예상되는 수위를 고려한 경관수위 개념을 도입하여 댐주변의 시설물을 친환경적으로 배치하고자 한다. 댐을 계획할 때는 저수지 모의운영에 의하여 적정 용수공급량과 홍수조절량을 고려한 계획홍수위와 상시만수위를 산정하게 된다. 홍수기말 상시만수위 운영 조건에서 과거의 유입량이 향후에도 그대로 재현된다고 가정하여 보장확률을 고려한 경관수위를 결정하였다. 성덕댐의 경우 37년에 1회 물부족이 발생한다고 가정하여 경관수위를 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1616-1620
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• 2009

댐이 건설된 이후 운영편익은 여러 가지 이유로 원래의 목적이나 목표를 달성하는데 어려운 상황이 발생하게 된다. 실제 대부분의 다목적댐의 경우 홍수기에 댐 하류 하천의 환경변화로 계획된 홍수량을 적절히 방류하지 못하는 사례가 늘고 있으며 이로 인해 유효 저수용량을 충분히 활용하지 못해 이수측면에서도 계획공급량을 충족시키지 못하는 경우가 발생하고 있다. 이는 하천이 댐에서 조절된 홍수량을 안전하게 하류로 배수시키는데 필요한 통수능을 충분히 확보하지 못하고 있기 때문이다. 이의 주요 원인은 댐 하류하천의 침식이나 제방상태가 부실하여 하천이 설계홍수량을 소통시키는데 많은 장애 요인을 갖고 있기 때문이다. 결국 하천의 통수능은 홍수조절과 관련된 댐 운영의 제약조건으로 작용하게 되어 댐 운영측면에서는 큰 손실을 야기하게 된다. 본 연구에서는 기존 다목적댐의 홍수기 운영제약조건으로 작용했던 하류의 통수능 개선을 통한 유효저수용량의 복원에 따른 기대효과를 분석하였다. 이를 통하여 댐의 유효저수용량 확보에 가장 큰 장애요인이라 할 수 있는 댐 직하류에서 계획홍수량의 일정 유량을 피해없이 방류할 수 있는 통수능 개선을 통해 이수목적의 유효저수용량의 회복이 현재의 운영여건에 비해 용수공급과 수력발전으로 대표되는 이수목적의 추가적 편익이 어떻게 발생하는지를 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.56-56
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• 2011

댐의 용수공급능력이란 어떤 기간 동안에 저수지로부터 각종 용수로 공급할 수 있는 수량을 의미하고 통상 연간 공급가능량으로 표시되며, 평가기준인 이수안전도는 크게 보장공급량 기준과 신뢰도 기준으로 구분된다. 보장공급량이란 최악의 갈수기 동안에도 공급을 보장할 수 있는 최대공급량을 뜻하며 다년기준과 특정 한발년도 기준으로 구분된다. 신뢰도 기준은 장기간의 계획기간에 걸쳐 저수지운영을 통하여 전체기간 중에서 일정비율의 기간 동안만 물 부족을 허용하는 방법이고 연간단위기준, 기간단위기준 및 공급량단위기준으로 구분된다. 기존의 다목적댐의 경우 설계 시에 이수안전도를 다년기준 혹은 특정 한발년도 기준의 보장공급량 방식으로 용수공급능력을 평가하였으나 최근에는 적극적인 수자원의 활용을 위하여 신뢰도 기준의 이수안전도로 용수공급능력을 평가하고 있다. 본 연구에서는 설계 당시 이수안전도를 21개년간의 보장공급량으로 기준한 임하댐과 이수안전도를 '67~'68의 한발년으로 기준한 안동댐의 용수공급능력을 신뢰도 방식으로 재평가 하였고, 기본계획 공급량과 비교하여 추가용수공급 가능 여부를 검토하였다. 다년간 운영된 기존댐의 용수공급능력을 평가하기 위해서는 저수지를 하나의 시스템으로 고려하고 댐 운영시점에서의 유효저수량에 저수지 유입량, 강수량, 목적별 계획 용수 수요량, 홍수 시 월류, 방류량 등을 고려한 저수지 모의운영분석을 실시하여 물 부족량 및 용수공급능력을 계산한다. 본 연구에서는 안동댐과 임하댐의 30년 일 유입량 자료를 사용하여 단독운영 모의를 수행하였고, 30년 중 1회 물 부족발생(신뢰도 96.7%) 및 20년 중 1회 물 부족발생(신뢰도 95.0%)을 기준으로 연간단위 평가 및 월간단위 평가를 수행하여 각각의 용수공급능력을 산정하였다. 모의운영 결과 신뢰도 95.0%의 연간단위 평가 시 안동댐의 용수공급 가능량은 연간 893백만$m^3$, 임하댐의 용수공급 가능량은 연간 382백만$m^3$으로 안동댐과 임하댐 모두 기본계획공급량에 비하여 용수공급능력이 작게 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.221-221
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• 2023

기후변화에 관한 정부 간 협의체 6차 보고서에 따르면 강우 변동성이 증가함에 따라 홍수 피해가 빈번해질 것으로 예상된다. 집중호우, 태풍, 장마 등 물 관련 재해의 발생빈도와 규모가 댐의 홍수조절능력을 초과하는 경우 홍수량을 예측하고 댐 모의 운영을 통해 댐 방류량을 결정하기 어렵다. 그러므로 댐의 안정성 확보를 위해 기존의 댐 운영방식을 검토하고 개선하여 홍수조절용량을 확보하는 과정이 필요하다. 본 연구의 목적은 기존의 저수지 운영방식을 분석하고 극한의 홍수에 대비하여 저수지 운영 방식을 개선하는데 있다. 연구 대상 댐으로는 합천댐과 섬진강댐을 선정하였다. 합천댐과 섬진강댐은 홍수조절을 위해 Rigid ROM(일정률-일정량 방식)을 사용하고 있으며 200년 빈도 홍수량에 맞춰 설계되었다. 그러나 합천댐은 계획방류량(6,200 m³/sec)이 댐 하류지역의 설계홍수량(2,885 m³/sec)보다 2배 이상 크기 때문에 계획방류량만큼 방류하지 않더라도 하류에서 홍수피해가 발생하는 문제가 있다. 2020년, 섬진강댐은 200년 빈도의 홍수량보다 작은 홍수가 발생했음에도 불구하고 하류 지역에서 홍수 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 우리나라에서 홍수기에 일반적으로 사용되는 저수지 운영 방식 - Auto ROM, Rigid ROM, Technical ROM -을 적용하여 댐의 안정성과 하류 홍수피해를 최소화하기 위한 최적의 운영 방안을 검토하였다. 200년 빈도 홍수량과 2020년 홍수 자료를 이용하고 저수지 운영 방식의 변경을 통해 홍수조절효과를 검토하였다. 또한, 홍수조절효과가 미약할 시 사전 방류를 통해 홍수조절효과를 향상시켰다. 본 연구는 안전하고 효율적인 댐 운영 방식을 분석함으로써, 타 다목적 댐 운영에 대한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.189-189
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• 2022

물 공급 시설의 효율적이고 안정적인 운영을 위한 운영 계획의 수립 및 검증을 위해서는 장기간의 유입량 자료가 필요하다. 하지만, 현실적으로 얻을 수 있는 실측 자료는 제한적이며, 유입량이 부족하여 댐 운영에 영향을 미치는 자료는 더욱 적을 수밖에 없다. 이를 개선하고자 장기간의 모의 유입량을 생성해 운영 계획을 수립하는 방법이 종종 사용되지만, 실측 자료를 기반으로 모의하기 때문에 이 역시 가뭄의 빈도가 낮아, 장기 가뭄이나 짧은 간격으로 가뭄이 발생할 시 안정적인 운영이 어렵다. 본 연구에서는 장기 가뭄 발생 시에도 안정적인 물 공급이 가능한 운영 계획 수립을 위해 가뭄 빈도를 증가시킨 유입량 모의 기법을 제안하고자 한다. 제안하는 모의 기법은 최근 머신러닝에서 사용되는 SMOTE 알고리즘을 기반으로 한다. SMOTE 알고리즘은 데이터의 불균형을 처리하기 위한 오버 샘플링 기법으로, 소수 그룹을 단순 복제하지 않고 새로운 복제본을 생성해 과적합의 위험이 적으며, 원자료의 정보가 손실되지 않는 장점이 있다. 본 연구에서는 미국 캘리포니아주에 위치한 Folsom 댐을 대상으로 고빈도 가뭄 유입량을 모의했으며, 고빈도 가뭄 유입량을 사용한 운영 계획을 수립하였다. Folsom 댐의 과거 관측 유입량 자료를 기반으로 고빈도 가뭄 유입량을 사용한 운영 계획과 일반적인 가뭄 빈도의 유입량을 사용한 운영 계획을 적용했을 때 발생하는 공급 부족량과 과잉 방류량의 차이를 비교해 고빈도 가뭄 유입량의 사용이 물 공급 시설의 안정적인 운영에 끼치는 영향을 확인하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.767-771
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• 2012

남강댐은 평지에 위치하여 댐 높이가 낮고 댐운영 수위의 편차가 작기 때문에 계획홍수위 아래 완경사 비탈면이 갈수기인 3월부터 5월 사이에 장기간 노출되어 5월 전후에 발아하는 식생 특히, 버들류가 이입, 성장하여 대규모 군락을 이루고 있다. 현재 형성된 대규모의 버들류 군락은 댐수질을 악화시킬 뿐만 아니라 자기솎음질(self-thinning)에 의해 고사한 버들류의 유목으로 인하여 댐운영에 많은 애로를 초래하고 있다. 본 연구에서는 버들류 군락 형성과 댐운영수위와의 상관관계를 도출하여 버들류를 적절하게 제어할 수 있는 댐운영 방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 따라서, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 현재의 남강댐 건설 직후인 1979년, 2003년 2010년의 항공사진과 수심측량에 의한 지형도를 이용하여 버들류 군락의 확장 경향을 분석하였다. 또한, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 방형구를 설치하여 버들류의 밀도 및 흉고직경을 조사하고, 성장추에 의한 수령을 조사, 분석하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류는 총 17종이며, 출현빈도가 높은 종은 선버들(Salix nipponica), 버드나무(Salix nipponica), 왕버들(Salix gracilistyla), 등으로서 선버들(Salix nipponica)이 우점종인 것으로 조사되었다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류의 수령을 조사한 결과 수령은 약 9년~10년, 흉고직경 10~15cm, 수고 7~8m인 것으로 조사되었다. 댐운영수위와 버들류의 수령을 분석한 결과 2002년 5월 댐수위 38.5~41.0m 일 때 연안대의 수면부근에서 1단계로 이입, 정착한 것으로 보이며, 2004년 및 2005년 5월경에 댐수위 36m일 때 2단계로 이입, 정착하여 현재 대규모 군락을 형성한 것으로 추정된다. 남강댐 버들류 군락의 형성은 버들류의 발아기에 댐수위 부근의 습지에서 발아환경이 최적인 온도와 저토환경에서 일시에 이입, 성장한 것으로 보인다. 따라서, 남강댐과 같이 평야부에 위치한 댐에서 댐운영 및 댐수질에 영향을 미치는 버들류를 제어하기 위해서는 버들류의 발아기에 댐운영 수위를 최대한 높여 현재의 버들류 군락에 의하여 발아, 성장이 불가능하도록 하거나 아니면 댐운영 수위를 낮추어 발아해도 홍수기 동안 장기간의 침수에 의하여 고사되도록 하는 댐운영 방안을 마련해야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.106-106
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• 2021

라오스 남능강 유역에는 현재 11개의 수력 발전 댐이 운영되고 있으며 최근에 설치된 댐을 제외하고는 오래전에 개발된 운영규정 곡선에 근거하여 운영하고 있다. 즉 댐의 증설에 따른 하천 유량의 변동과 발전소의 설비용량증설 등의 발전환경이 충분히 반영되지 못한 상태로 운영하고 있으며, 이로 인해 통합수자원 관리의 최적화 차원의 일환으로 최대 전력생산을 위한 새로운 저수지 운영규정 곡선 개발이 필요하게 되었다. 저수지 운영규정 곡선(reservoir operation rule curve)은 일반적으로 주어진 저수지의 규모와 저수지로의 유입량 그리고 발전소의 설비용량 등의 발전환경을 종합적으로 고려하여 연간 발전량을 최대로 생산할 수 있도록 최적화 기법 등을 활용하여 개발한다. 본 고에서는 이를 위해 범용적인 동적 계획법(Dynamic Programming:DP)프로그램인 CSUDP를 활용하여 최초의 최적 저수지 운영규정 곡선을 제시하고 이에 의한 발전량을 모의하기 위해 HEC-ResSim package를 활용하였으며, 최종적으로는 기존의 운영규정 곡선, 운영실적, 그리고 현장 운영자의 의견 등을 종합적으로 고려하여 댐 운영 시나리오(단독, 연결, 댐별 상업 발전 시기 등)별로 운영규정 곡선을 개발하고 라오스 정부(EdL)에 제시하였다.