• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.52-52
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• 2017

우리나라에서 2014년부터 2016년까지 중부지방을 중심으로 지속된 강우부족은 용수공급에 피해를 발생시키는 주요 원인이 되었다. 2014년부터 2016년까지 보령 기상관측소의 연강수량은 각각 1,010.6 m, 782.5 mm, 792.8 mm였으며 이는 보령 기상관측소 연강수량의 평년값인 1,244.3 mm의 81.2 %, 62.9 %, 63.7 %에 해당하는 양이었다. 이러한 강우부족으로 인하여 충청남도 서북부권에 용수공급을 담당하고 있는 보령댐의 저수율이 20 % 미만으로 감소하는 문제가 발생하였다(2015년 11월 6일 기준). 국토교통부는 보령댐의 저수율 감소가 지속될 경우 보령댐 용수공급 지역에 피해가 발생할 것으로 판단하였고 이러한 피해를 저감시키는 방안으로 금강 백제보 하류의 물을 보령댐 상류로 공급하기 위한 긴급용수공급 시설인 보령댐 도수로를 설치하였다. 보령댐 도수로 운영 시 지형 및 수질 문제를 해결하기 위하여 가압시설, 정수시설과 같은 부대시설이 함께 설치되었다. 이로 인해 도수로 운영 시 부대시설의 운영비용이 소요되므로 보령댐 도수로는 운영일수를 최소화하고 보령댐의 용수공급은 최대화하는 도수로의 운영방안이 필요하다. 본 연구에서는 보령댐 도수로의 효율적인 운영방안을 모색하기 위하여 다양한 보령댐 도수로 운영방안을 설정하고 각 운영방안 따른 저수지 모의운영을 실시하여 보령댐 도수로의 운영효과를 분석하고자 하였다. 도수로의 운영방안은 보령댐 유역의 유역평균강수량을 활용하여 산정한 SPI, 보령댐 실측유입량을 활용하여 산정한 월 평균유입량, 용수공급 조정기준의 단계별 저수량 등을 활용하여 설정하였다. 또한 저수지 모의운영 결과를 평가하기 위한 지표로 용도별 용수공급 신뢰도와 용수공급 조정기준의 각 단계별 도달일수, 도수로 운영일수, 무효방류량 등을 산정하고 그 결과를 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.127-127
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• 2022

1998년부터 운영 중인 보령댐은 충남 서부 8개 시군의 용수공급을 담당하고 있다. 그러나 보령댐의 용수수요는 지속적으로 늘어나 2015년 댐 용수공급능력의 92%에서 2022년에는 댐 용수공급능력의 98%로 늘어났으며, 최근 유입량은 2013년~2017년 및 2019년 평균유입량은 설계유입량의 58%에 불과한데다, 연속으로 적은 유입량이 기록되는 등 예전보다 가뭄에 취약해진 상황이다. 2015년에 가뭄에 대한 대응방식으로써 댐 용수공급조정기준이 마련되었는데, 이는 가뭄대응단계별 기준저수량을 도입하고, 각 대응단계별로 용수공급량을 조정하는 기준을 제시하고 있다. 이를 통해 보령댐 또한 '주의'단계에서 하천유지용수를 감량하고 있으며, '경계'단계에서는 농업용수감량과 더불어 보령댐도수로를 가동하는 것까지 시행하여 가뭄에 대응 중이다. 보령댐도수로의 시설용량은 2022년 용수수요의 40%인데, 보령댐 가뭄시 저수량 확보에 큰 역할을 하고 있다. 보령댐도수로는 '16년부터 매년 운영하고 있다. 그럼에도 불구하고 보령댐은 반복된 유입량 부족으로 댐의 상시만수위까지 물을 채우지 못한채로 다음해를 맞이하게 되는 상황이 생겨 보령댐도수로를 보다 적극적으로 활용하는 방안이 필요하게 되었다. 이에 따라 '21년 12월 보령댐도수로 운영기준은 '경계'단계 저수량 미만에서 가동하는 것에서 '관심'단계 저수량 미만에서 가동하는 것으로 변경되었다. 2022년 현재의 용수수요로 기존 보령댐도수로 운영기준을 적용했을 경우와 개정 보령댐도수로 운영기준을 적용했을 경우를 비교하면, 전체 평가대상기간 8,401일(23년)중 가뭄대응기간은 도수로가 없을 경우는 3,419일, 기존 도수로 운영기준 적용시 3,005일, 개정 도수로 운영기준 적용시2,450일로 가뭄대응기간의 개선효과가 12%에서 28%로 향상되었다. 하천유지용수 감량기간은 도수로가 없을 경우는 3,299일, 기존 도수로 운영기준 적용시 2,615일, 개정 도수로 운영기준 적용시1,718일로 하천유지용수 감량기간의 개선효과가 21%에서 48%로 향상되었다. 또한 농업용수의 감량기간은 도수로가 없을 경우는 1,177일, 기존 도수로 운영기준 적용시 627일, 개정 도수로 운영기준 적용시 91일로 농업용수 감량기간의 개선효과가 47%에서 92%로 향상되었다. 그리고 생공용수의 감량기간을 비교해보면 도수로가 없을 경우는 1,714일, 기존 도수로 운영기준 적용시 332일, 개정 도수로 운영기준 적용시 0일로 생공용수 감량기간의 개선효과가 81%에서 100%로 대폭 향상되었다. 즉 보령댐 도수로 운영기준의 개정으로 보령댐은 가뭄시 보다 적극적인 대응이 가능하게 되었으며, 하천유지용수, 농업용수 및 생공용수의 공급이 보다 원활해지게 된 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.184-184
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• 2016

최근 기후변화로 인하여 과거에는 발생하지 않았던 기상재해의 발생이 빈번해지고 있으며 그 피해규모도 전 세계적으로 증가하고 있다. 그 중 가뭄은 용수공급에 가장 직접적으로 영향을 미치는 원인이다. 우리나라에서는 2010년 이후 지속적인 가뭄이 발생하고 있다. 특히 2015년 금강서해유역의 보령강우관측소에서 연강우량은 783.1 mm로 보령강우관측소의 연평균강우량 1,244.3 mm 대비 62.9%에 불과하였다. 특히 많은 강우량이 집중되는 8월 누적강우량은 30.2 mm(예년대비 7%), 9월 누적강우량은 13.3 ??(예년대비 6%)로 보령지역에서는 강우 부족에 의한 가뭄이 2015년 이후 현재에도 진행 중이다. 국토교통부는 보령지역에 2016년 봄까지 충분한 강우가 내리지 않는다면 보령댐의 용수공급이 불가능할 것으로 판단하여 금강에 위치한 백제보 하류와 보령댐 상류를 연결하는 보령댐 도수로를 계획하였다. 국내에서 용수공급을 위하여 도수로를 이용한 사례로는 안동-임하댐 연결 도수로와 임하댐과 영천댐을 연결한 영천도수로 등이 있으며 관련된 연구로는 도수로 운영 이후 댐의 가용 수자원량을 분석한 사례가 있다. 본 연구에서는 도수로를 통해 보령댐으로 공급된 수량이 보령댐의 생공용수 공급에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며 분석을 위해 미 육군공병단에서 개발한 저수지 모의운영 소프트웨어인 HEC-ResSim을 이용하여 보령댐이 완공된 1998년부터 2015년까지 18년 동안 보령댐 저수지 모의운영을 실시하였다. 모의운영 조건으로는 도수로 운영조건 및 용수공급 조정기준을 고려하여 케이스별로 모의운영을 실시하였고 그 결과를 바탕으로 이상갈수 시 공급순위가 가장 높은 생공용수의 공급신뢰도를 이용하여 도수로 운영효과를 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2016

본 연구에서는 최근 기후변화에 따른 가뭄으로 어려움을 겪고 있는 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 검토하였으며 특히 금강 본류의 농공용수 취수에 제한을 초래할 수 도 있는 수위에 미치는 영향을 중심으로 분석하였다. 본 연구의 공간적 범위는 금강 하굿둑으로부터 하류 외해 방향으로 약 9km 지점에 위치한 금강 하구로부터 상류 방향으로는 금강 하굿둑으로부터 약 76km 지점에 위치한 공주시 반포면 검상동의 검상천 합류지점까지 총 85km에 이르는 구간에 대한 1차원 수리 모형을 구축하였으며, 시간적 범위는 보령댐으로의 도수가 갈수기에 이루어지는 것으로 가정하여 2015년 2월 1일부터 5월 31일까지 진두수위표의 시간별 유량과 8개 지천의 유입 유량, 장항검조소의 시간별 조위, 농공용수 취수시설 취수량 및 회귀수, 금강 배수갑문 운영 등을 고려하여 모형의 보정을 실시하였고, 유황분석에 따른 2016년 갈수기 예측 유량을 추정하여 보령댐으로의 도수에 따라 금강 본류 내 주요 구간의 수위에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며, 서해안 조위에 따른 금강하굿둑 배수갑문의 운영에 직접적인 영향을 받는 배수위 구간임을 감안하여 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 수행하였다. 갈수기 예측 유량 추정 결과 2015년과 같은 가뭄이 지속될 경우, 2016년의 유황은 2015년 대비 21%로 분석되었으며 이는 보령댐 도수 여부에 관계없이 물 부족이 발생할 수 있는 상태인 것으로 분석되었고, 하천유지유량 정도의 유황이 유지되는 상태에서 보령댐으로 도수를 실시할 경우, 도수시 금강호 최저 수위는 각각 EL(+)0.94m와 EL(+)0.72m로 모의되어 농업용수를 비롯한 기존 취수시설 뿐만 아니라 보령댐 도수시설의 운영에도 어려움이 생길 것으로 예상되었다. 2016년 갈수기 동안 과업 대상 구간인 금강 하류부의 유황은 농업용수 취수가 본격화되기 이전인 2월에는 하천유지유량 정도의 유황을 유지하는데 별 어려움이 없지만 3월 이후농업용수 취수가 본격화되면 농업용수 취수시설이 집중된 입포수위표 ~ 금강 하굿둑 사이 구간은 하천유지유량 이하로 유량이 크게 감소할 것으로 예상되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2020

충남서부권은 기상이변으로 강수량이 적고 가뭄이 심화되고 있는 반면, 신규수원 개발 적지 부족 등 용수공급에 어려움을 겪고 있다. 2015년부터 2016년까지 가뭄시 비상용수공급을 위해 비상도수로를 건설하였다. 이 비상도수로는 보령댐의 가뭄단계 상황기준으로 운영중에 있다. 가뭄단계 상황이 경계단계에 진입하면 도수로를 가동시작하여 관심단계 회복시에 중단하게 된다. 동 연구는 현재 운영중인 보령댐도수로의 가동Rule을 수량(이수안전도), 수질(BOD), 전력비용을 고려하여 시나리오별로(상시도수, 총 도수량대비 25%, 50%, 75%, 100%) 도수할 때 어느 도수 Rule이 수량-수질-에너지 넥서스 측면에서 가장 유리한지를 밝혀 내고자 하였다. 연구에 사용된 기초자료는 보령댐도수로 준공이후 2016년~2019년 도수실적 자료를 이용하였다. 수량(이수안전도) 검토는 MODSIM을 활용하였고, 수질개선효과는 실측 BOD를 기준으로 도수조건별로 오염부하량으로 검토하였다. 전력비용은 금강원수 도수년도별로 산정하여 분석하였다. 추가 연구결과를 통해 가뭄단계 상황기준, 월별 물관리 여건을 고려하여 기준향후 비상도수로 운영에 있어서 수량절량, 수질개선, 전력비용 절감을 기대할 수 있을 것이다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2016년도 정기학술대회 발표논문집
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• pp.190-190
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• 2016

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.186-186
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• 2018

본 연구에서는 매개변수 자동 보정기법인 PEST(Model-Independent Parameter Estimation and Uncertainty Analysis)를 CAT 모형에 연계하여 유출특성 분석을 실시하였다. CAT-PEST 연계모형은 CAT 모형의 모의유출량을 이용하며 PEST의 반복계산을 통하여 최적 매개변수를 추정한다. 침투방법은 CAT에서 제공하는 Rainfall Excess 방법, Green and Ampt 방법 및 Horton 방법을 이용하였으며 각 침투방법에 따른 유출 특성을 비교 및 분석하였다. 연구대상유역은 보령 댐 유역으로 유역면적은 $163.7km^2$이며 전체면적의 약 80%가 산지로 구성되어 있고, 유로연장은 22.3km, 유역평균경사는 40.19%이다. 또한 보령댐 유역의 월평년값 평균기온은 -0.8에서 $25.5^{\circ}C$로 계절변동이 매우 큰 것을 알 수 있다. 최근 몇 년간 심각한 가뭄 피해를 입은 보령댐 유역은 2016년에 도수관로를 완공하여 이를 통해 금강으로부터 물을 끌어다 쓰고 있는 실정이며, CAT 모형에서는 금강도수유입량을 외부유입 처리하여 유출량을 산정하였다. 모의기간은 1999년부터 2017년까지이며 전체기간에 대한 보정 후 연도별 보정을 실시하였다. 통계적 평가수단은 $R^2$, RMSE 및 NSE를 사용하여 유역 최종출구점에서의 유출량과 비교하였으며 전체기간에 대한 보정결과 NSE와 $R^2$가 0.75 이상으로 나타나 대체적으로 모의 유출수문곡선이 관측 수문곡선과 유사한 양상을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2016

본 연구에서는 유입량의 불확실성을 고려하여 미래 저수량을 확률론적으로 예측하였다. 월별 유입량을 표본으로 한 확률밀도함수를 핵밀도함수(kernel function)를 이용하여 추정하고, 추정된 확률분포로 월별 유입량을 모의 발생하였다. 모의 발생된 유입량을 통해 연속적인 조건부 확률을 산정하였고, 이의 누적확률분포(F(x))는 해당 저수량에 도달하지 못할 확률, 즉 실패확률을 의미하므로 1-F(x)로 해당 저수량 이상을 확보할 수 있는 확률을 산정하였다. 보령댐을 대상으로 분석한 결과 2016년 2월 말 저수량 27.8 백만$m^3$ 기준으로 3월부터 6월까지 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 각각 2.3%, 12.5%, 24.2%, 33.5%로 나타났다. 지역적 가뭄에 대응하기 위해 하천유지용수 감량, 용수 대체공급, 자율 급수조정 및 금강-보령댐 도수로를 이용한 용수공급으로 20.6만$m^3/day$의 용수가 비축될 경우, 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 10.2%, 40.3%, 73.8%, 78.7%로 용수비축의 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 저수량의 확률론적 예측을 통해 미래 저수량의 확률적 발생가능성을 추정할 수 있으며, 가뭄이 발생할 경우, 가뭄 대응효과를 정량적으로 나타낼 수 있어 가뭄 위험 상황 전달 및 용수공급조정 의사결정 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.355-355
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• 2019

본 연구에서는 물리적 매개변수 기반의 물 순환 해석 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 이용하여 보령댐 유역 상류에 위치한 삼산저수지의 저류량을 분석하였다. 연구기간은 2012~2017년이며 2015년 발생한 가뭄 대책의 일환으로 2016년 이후 금강과 보령댐을 잇는 도수로를 설치하여 유역내로 외부유입량이 유입되었다. 이에 본 연구에서는 보다 정확한 저류량 산정을 위해 모의 기간을 2012~2015년 및 2016~2017년으로 나누어 연구를 수행하였다. 매개변수 보정에 앞서 CAT에서 제공하는 세 가지 침투해석방법인 Rainfall Excess, Green&Ampt, Horton 방법을 모두 적용하여 모의하였으며 그 결과 Rainfall Excess 침투방법을 적용했을 때의 모의 정확도가 비교적 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 Rainfall Excess 침투방법의 주요 토양 관련 매개변수인 토양수분율(${\theta}s$), 연직방향 투수계수(ks) 및 사면방향 투수계수(ksi)를 대상으로 전역최적화기법(SCEUA-P)을 이용한 보정을 수행하였으며 보정 전 후의 모의 저류량과 관측 저류량을 연도별로 비교 및 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.358-358
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• 2016

본 연구에 앞서 가뭄에 따른 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 1차원 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 통하여 분석하였으며, 본 연구에서는 수리모형 결과와 연계하여 수질 모형을 구축하여 금강 본류 수질에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 조위 영향에 따른 염도의 역류 모의를 위하여 전자해도와 위성영상자료를 활용하여 금강 하굿둑에서 외해 방향으로 약 9km에 이르는 모의 구간을 확장하였으며, 상류단의 진두수위표를 포함한 8개 지천의 유입유량 및 수질, 하구의 조위와 염도, 농공용수 취수시설의 취수량 및 회귀수 수질, 금강 배수갑문 운영, 대상 구간에 인접한 기상대의 기상자료 등을 고려하고 금강 본류를 따라 9개 수질측정소의 수질자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였다. 또한 대상 구간 내 2015년의 갈수기 유황 분석을 토대로 비선형 회귀분석식을 도출하여 2016년 갈수기 예측 유량과 함께 수질-유량 관계식을 도출하여 대상 구간의 수온, 염도, 용존산소(DO), BOD, 조류 등 영향을 분석하였다. 수온 분석 결과, 지점에 따라 2015년 유황 대비 평균 수온 1.79~3.83도, 최고 수온 1.74~4.30도 상승할 것으로 모의되었으며, 염도는 2016년 갈수기 동안의 금강 하굿둑 외해 염도는 담수 방류량의 감소로 전년 동기 대비 평균 53% 증가하는 것으로 모의되어 기수역 생태계에 상당한 영향을 줄 것으로 분석되었으며, 갈수기 동안의 금강 하굿둑 내수의 염도는 배수갑문 개방 빈도, 개방 시간, 개방 정도의 감소에 따른 해수 역류의 감소로 전년 동기 대비 크게 감소할 것으로 모의되었다. 용존산소는 2016년 갈수기 동안의 용존산소 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 4~11% 감소하는 것으로 모의되었으며, 2016년 갈수기 동안의 BOD 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 30~57% 증가하는 것으로 분석되었다. 조류는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 29~67% 증가하는 것으로 모의되었다. 유량의 감소에 따른 수온 증가 및 수질 악화의 영향이 있을 것으로 분석되나, 도수에 따른 영향은 상대적으로 제한적인 것으로 분석되었다.