• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2019

국내의 가뭄피해 사례를 보면 1990년 이후 5~7년 주기로 극심한 가뭄이 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다. 특히 2014~2015년에 발생한 가뭄으로 인해 보령댐, 횡성댐, 용담댐에서 역대 최저 저수율을 기록하기도 했다. 기후변화로 인해 가뭄의 발생빈도는 더 짧아지고 강도는 더 증가할 것으로 예상됨에 따라 수자원장기종합계획에서는 기후변화에 따른 극한가뭄 대처 방안 중 하나로 용수공급 예비율의 도입이 필요하다고 언급한 바 있다. 국내 대부분의 다목적댐은 용수공급에 이용되는 이수용량 외에 비상시 활용 가능한 비상용량을 확보하고 있다. 비상용량은 평상시에는 용수공급 목적으로 사용되지 않는 것을 원칙으로 하지만 가뭄과 같은 비상시에는 용수공급에 기여할 수 있는 비상용수로 사용할 수 있다. 하지만 비상용량에 대한 명확한 활용방안이 없어 이를 활용하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 다목적댐의 비상용량을 활용한 용수공급예비율 개념을 도입하고, 낙동강수계 내 다목적댐을 대상으로 적정 예비율을 산정하여 예비율 확보에 따른 용수공급능력의 향상 효과를 분석하여 비상용량의 활용 방안을 제시하고자 한다. 적정 예비율 산정을 위해 낙동강 유역내 6개 다목적댐(안동, 임하, 군위, 김천부항, 합천, 밀양)을 대상으로 저수지 모의운영을 실시하였다. 저수지 모의운영 시 댐 연계운영을 실시하여 수계내 조절점을 기준으로 상류 댐의 수문상황에 따라 방류량을 배분하였다, 또한 기후변화의 영향을 고려한 적정 예비율 산정을 위해 APEC 기후센터에서 생산한 일단위 수문시나리오 자료를 유입량 자료로 이용하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.283-292
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• 2004

과거에는 신규댐 건설 여건이 비교적 양호하였으므로 기존댐의 용량 재할당을 고려할 필요가 없었다. 그러나 신규댐의 건설이 어려운 현 상황에서 기존댐의 효율적 이용이 절실히 필요하게 되어, 다목적댐의 용량 재할당에 대한 연구가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 금강유역의 대청다목적댐을 대상으로 여러 가지 저수용량 재할당 대안에 대하여 현재 금팜강유역 수문상황의 변화를 적절히 반영할 수 있는 저수지 재할당 기법을 적용하고, 수위하강 빈도, 발전량, 신뢰도, 복원도 및 취약도 분석을 통하여 이수능력의 변화를 평가하였다. 그 결과 용담댐으로 인한 유입량 감소에 따른 대청댐 이수능력의 감소는 홍수조절용량을 이수용량으로 재할당 함으로써 일부분 증가시킬 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2022

기존 홍수기시 댐 운영은 예측 강우와 실시간 관측 강우를 이용하여 댐 운영 모형을 수행하며, 예측 결과에 따라 의사결정 및 댐 운영을 실시하게 된다. 하지만 이 과정에서 반복적인 분석이 필요하며, 댐 운영 모형 수행자의 경험에 따라 예측 결과가 달라져서 반복작업에 대한 자동화, 모형 수행자에 따라 달라지지 않는 예측 결과의 일반화가 필요한 상황이다. 이에 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용하여, 다양한 강우 상황에 따른 자동 예측 및 모형 결과의 일반화를 구현하고자 하였다. 이를 위해 수자원 분야에 적용된 국내외 129개 연구논문에서 사용된 딥러닝 기법의 활용성을 분석하였으며, 다양한 수자원 분야 AI 적용 사례 중에서 댐 운영 예측 모형에 적용한 사례는 없었지만 유사한 분야로는 장기 저수지 운영 예측과 댐 상·하류 수위, 유량 예측이 있었다. 수자원의 시계열 자료 활용을 위해서는 Long-Short Term Memory(LSTM) 기법의 적용 활용성이 높은 것으로 분석되었다. 댐 운영 모형에서 AI 적용은 2개 분야에서 진행하였다. 기존 강우관측소의 관측 강우를 활용하여 강우의 패턴분석을 수행하는 과정과, 강우에서 댐 유입량 산정시 매개변수 최적화 분야에 적용하였다. 강우 패턴분석에서는 유사한 표본끼리 묶음을 생성하는 K-means 클러스터링 알고리즘과 시계열 데이터의 유사도 분석 방법인 Dynamic Time Warping을 결합하여 적용하였다. 강우 패턴분석을 통해서 지점별로 월별, 태풍 및 장마기간에 가장 많이 관측되었던 강우 패턴을 제시하며, 이를 모형에서 직접적으로 활용할 수 있도록 구성하였다. 강우에서 댐 유입량을 산정시 활용되는 매개변수 최적화를 위해서는 3층의 Multi-Layer LSTM 기법과 경사하강법을 적용하였다. 매개변수 최적화에 적용되는 매개변수는 중권역별 8개이며, 매개변수 최적화 과정을 통해 산정되는 결과물은 실측값과 오차가 제일 적은 유량(유입량)이 된다. 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용한 결과 기존 반복작업에 대한 자동화는 이뤘으며, 댐 운영에 따른 상·하류 제약사항 표출 기능을 추가하여 의사결정에 소요되는 시간도 많이 줄일 수 있었다. 하지만, 매개변수 최적화 부분에서 기존 댐운영 모형에 적용되어 있는 고전적인 매개변수 추정기법보다 추정시간이 오래 소요되며, 매개변수 추정결과의 일반화가 이뤄지지 않아 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권8호
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• pp.653-662
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• 2004

본 연구에서는 평화의댐을 화천댐과 연계운영하여 치수측면에서 뿐만 아니라 이수측면에서의 효과를 증대시키는 방안을 모색하였다. 평화의댐은 2003년 2단계 축조공사 완료후 현재 댐 마루표고가 EL.225m에서 증축될 계획이어서 담수능력이 증가될 것이다. 만일 평화의댐 저수용량이 증대되고 수문이 설치된다면 치수뿐만 아니라 이수 측면에서도 한강수계에 도움이 될 것이다. 본 연구에서는 모의운영 기법을 사용하여 평화의댐 상시만수위 변화, 화천댐 하절기 제한수위의 변화, 그리고 평화의댐으로 유입되는 유입량의 변화를 다양하게 고려한 저수지 운영을 실시하여, 신뢰도 95%시 화천댐 연평균발전량, 상시발전량, 용수공급량을 산정하였다. 그 결과 평화의댐 상시만수위와 화천댐 제한수위 증대시 발전량은 증가하나 유입량 감소시에는 발전량에 크게 변화를 미치지 않았다. 용수공급능력은 동일한 조건하에서 유입량 감소시 약 35∼40%가량 감소하므로 일정수준을 유지하려면 평화의댐을 증고하여 상시만수위를 높여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.435-438
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• 2008

본 연구에서는 최근 집중호우로 인해 탁수문제가 심각한 소양강 유역의 효과적인 탁수 관리를 위한 SWAT 모형 구축 및 유역의 시공간 토사유실 분석을 실시하였다. 검보정된 SWAT 모형을 이용하여 소유역별 부유사 발생량을 분석한 결과 조항천, 영실천/북천 상류, 인북천 상류 유역(서쪽) 등에서 연간 10톤/ha이 상의 부유사가 발생하여 소양강댐 유역에서의 탁수유발에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 어론천, 자운천 등은 연간 6톤/ha이상의 부유사 발생이 예측되었다. 특히 내린천의 최상류 두 유역인 조항천과 주운천 유역에서 발생하는 부유사는 소양강 전체 유역에서 발생하는 부유사의 13.6%를 차지하는 것으로 나타나 이 유역들에 대한 토사유실 저감대책이 필요하다고 판단된다. 한편 유역에서 발생하는 부유사량의 시간별 특성을 알아보기 위하여 댐 유입부에 유입되는 부유사량의 분포를 분석한 결과, 최근 6년간 발생한 부유사량을 연도별로 살펴보면 2003년에 최고 약 1,200,000톤이 댐으로 유입되는 것으로 나타났으며, 2005년도에 최저 40,000톤이 유입된 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 각 소유역별로 탁수를 유발하는 토사 유실량 평가, 유역의 토사유실 저감대책 효과분석 및 저수지 모형과의 연계를 통한 유입된 탁수의 효율적인 관리 대책 수립에 이용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.24-24
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• 2018

최근 10년간 우리나라에 빈번하게 발생한 가뭄 가운데 2014년과 2015년에 발생한 가장 극심한 가뭄으로 금강유역은 평년의 84.4%의 강수량을 기록하였고, 특히 2015년 6월부터 9월까지의 강수량은 343.1 mm로 평년 대비 38.3% 수준에 머물렀다. 금강유역 내에 위치한 보령댐은 충남 서부지역 8개 시 군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 현재 심각한 물 부족으로 저수율이 30%를 밑돌고 있어 대상지역의 현재 및 장래 물 부족 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 보령댐 유역($297.4km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 GCM(General Circulation Model) 기후변화 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하고자 하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 보령댐 유역을 대상으로 기상자료, 보령댐 운영자료를 수집하였으며. SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 보령댐의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고 유입량 및 방류량 자료를 활용하여 모형의 보정(2005~2009)과 검증(2010~2017)을 실시하였다. 기후변화에 따른 내 저수지 내한능력평가를 위해 APCC의 26개 CMIP5 GCM 자료 중 RCP(Representative Concentration Pathway) 4.5와 RCP 8.5 시나리오 특성을 분석하여 극한 기후 시나리오를 선정하여 Historical 기간(1980~2017)과 미래 기간(2000~2099)을 대상으로 극한 기후변화 사상에 따른 보령댐 유역의 내한능력을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2017

IPCC 5차보고서의 기후변화 전망에 따르면 우리나라를 포함한 동아시아 지역의 연강수량은 전반적으로 증가되나, 기온상승, 강우강도 증가 및 강수일수의 감소도 예상되고 있어 극한홍수 및 극한가뭄의 위험성은 높을 것으로 전망되고 있다. 즉, 연강수량 증가에 따른 미래의 용수공급 안정성이 높아지는 것이 아니라 짧은 기간 내 집중호우에 따른 홍수위험성 증가의 의미가 크며, 강수일수 감소 및 기온상승은 증발산량 증가로 실제 저수지에서 활용될 수 있는 물의 양이 감소할 수 있다는 것이다. 국가수자원장기종합계획에서도 미래 극한가뭄의 강도, 규모 및 지속기간이 커질 것으로 전망하고 있어, 국내 용수공급의 대부분을 차지하는 다목적댐의 기후변화 대응 용수공급능력을 평가하여 극한 물 부족에 대한 사전대응계획과 효율적 운영방안을 수립할 필요가 있다. 특히, 국내 다목적댐 저수지 운영은 홍수기(6.20. ~ 9.30.) 유입량 크게 의존하고 있으며, 실제 과거에는 용수공급에 필요한 유입량의 대부분은 홍수기에 유입되었다. 그러나 지난 2015년 소양강댐과 보령댐 지역의 계절별, 지역별 강수패턴 변화와 같이 기후변화 영향에 따른 강수의 시 공간적 변동성 가속화는 다목적댐의 용수공급 불확실성이 갈수록 심화될 수 있음을 시사하고 있다. 따라서 본 연구에서는 AR5기반의 52개 기후변화 시나리오(26개 GCM, 2개의 RCP 시나리오)를 이용하여 낙동강 다목적댐 유입량을 산정한 후, 낙동강 유역 다목적댐의 기후변화 대응 용수공급 안정성을 평가하였다. 결과적으로 기존 관측자료 기반의 다목적댐 가뭄대응 저수지 운영기준은 미래 기후변화에 따른 용수공급 안정성 확보에 어려움이 있을 것으로 예상되며, 기후변화 시나리오를 반영한 가뭄대응 운영기준 개발이 필요한 것으로 분석되었다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.131-140
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• 1992

다목적댐의 유입량 예측과 더불어 유출량의 이용율을 극대화 하면서 홍수 피해를 극소화 시킬 수 있는 방류량을 결정할 수 있는 실시간(實時間) 홍수제어(洪水制御) 문제에 있어서는 수문(水文) 및 기상자료 등 많은 정보의 실시간(實時間) 온라인 취득과 컴퓨터를 사용한 분석이 필수적이다. 입수된 자료의 정확한 분석으로부터 내용이 압축된 컬러 그래픽 등 사람과 컴퓨터간의 대화매체를 도입하면 홍수방류를 결정할 수 있는 책임자에게 분석된 정보를 보다 쉽고 신속하게 전달할 수 있다. 개발된 PC-REFCON은 개인용 컴퓨터를 주축으로 한 실시간 홍수예측 및 저수지 운영을 위한 쇄신된 의사결정 지원 시스템으로서, 자료의 실시간 취득과 가공을 위한 데이타 베이스와 유입량 예측과 댐 방류량 결정을 위한 모형을 포함하였을 뿐 아니라 지금까지와는 전혀 새로운 차원으로 모든 정보를 그래픽과 테이블로 제공하여 주는 대화형 시tm템으로 구성되었다. PC-REFCON은 1992년부터 우리나라의 9개 전 다목적댐 저수지를 홍수시에 실시간으로 홍수량 예측과 방류량을 결정할 수 있는 시스템으로 이용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2076-2080
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• 2008

최근 국지적인 집중호우 증가로 인하여 침식에 취약한 지역에서 발생하는 탁수는 하천의 심미적인 기능을 크게 저하시키는 요인이다. 하류하천의 효율적인 탁도관리를 위해서는 저수지로부터 직접 방류되는 방류 수 탁도관리와 더불어 본류로 유입되는 각 지류하천의 탁도관리도 함께 이루어져야 한다. 본 논문에서는 낙동강 본류하천을 대상으로 탁수발생에 대한 정량적인 평가를 실시하고자 안동댐부터 구미지점까지 낙동강유역에 대하여 SWAT 모형을 구축하였다. 먼저 본류로 유입되는 지류별 유량을 유역모형을 통하여 산정하고 낙동강 유역에 산재되어 있는 수위표 지점을 기준으로 구축된 유역모형의 검보정을 실시하였다. 본 연구의 주요 목적은 유역모형을 통하여 지류별 유량 및 유사량을 파악함으로써 하류하천의 탁수관리를 보다 효율적으로 수행하고자 함이다.