• 한국수자원학회논문집
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• 제54권6호
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• pp.443-452
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• 2021

혼합정수 계획의 최적화 기법으로 유도한 '용수 감량 공급 기준'은 용수를 미리 감량 공급함으로써 가뭄 기간에 상대적으로 많은 물을 확보하여 저수지를 운영하는 기준이다. 우리나라의 다목적 저수지 운영에 적용하고 있는 현행 기준은 모의 운영 기법으로 유도된 '용수공급 조정기준'이다. 2003-2018년 기간의 저수지 유입량을 입력 자료로 하여, 합천 다목적댐 저수지의 모의 운영에 두 방법을 적용한 결과, 두 방법 모두 2015년부터 2018년까지 지속된 가뭄에 장기간 물 공급 부족이 발생하였다. 특히 2017년 하반기에 물을 전혀 공급하지 못하거나 간헐적으로 공급하는 기간이 지속해서 나타났다. 용수공급 조정기준은 '정상 용수공급 환원 기준 저수량'을 둠으로써, 2017년 7월에 용수공급 불가 상태에 이른 다음, 저수량이 정상 용수공급 환원 기준 저수량 보다 커지는 2018년 1월까지 용수공급을 중단하는 결과를 낳았다. 저수지에 물이 유입되어 저수량이 증가하는 상태에도 불구하고 물 공급을 중단하는 결과는 실행 상 개선이 필요하다. 현행 용수공급 조정기준과 용수 감량 공급 기준 모두 가뭄 단계별 용수의 감축 공급 개념을 과학적 수치로 나타낸 저수지 운영 기준으로서 유용하고 현실적이다. 그렇지만 위와 같이 몇 개월간 물을 전혀 공급하지 못하거나 간헐적으로 공급하는 저수지 모의 운영 결과를 개선하기 위하여, 현재 적용 중인 가뭄 단계별 물의 공급 축소량을 증가시킬 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.184-184
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• 2019

농업용 저수지 가운데 약 90 %는 1970년 이전에 축조되어 기후변화에 따른 가뭄 및 홍수 등의 자연 재해에 효과적으로 대응하지 못하고 있다. 저수지의 용수공급능력은 수자원의 확보와 저수지 규모의 결정 등을 포함하는 수자원공급 계획 수립에 필수적인 요소이다. 현재 다목적댐의 용수공급능력을 평가하는데 적용된 평가 기준은 최악의 갈수기 동안에도 용수공급을 보장할 수 있는 최대 공급량을 의미하는 보장공급량과 일정비율로 물 부족을 허용하는 방법을 의미하는 신뢰도, 통계적 지표인 회복도, 취약도 등의 기준을 사용하고 있다. 농업용 저수지의 용수공급 안정성을 판단하는 지표 중 하나인 이수안전도는 한발빈도와 물수지 분석를 이용하여 평가할 수 있다. 본 연구에서는 한국농어촌공사에서 관리하는 주수원공 저수지를 대상으로 농업용 저수지의 설계한발빈도 및 최근 기상 및 유출량, 저수량의 변화를 고려한 물수지 분석과 시계열 빈도분석을 통해 재산정된 한발빈도를 이용하여 이수안전도를 평가하였다. 최근 기후변화에 따른 농업용 저수지의 이수안전도 변화로부터 설계 당시의 용수공급능력과 현재 용수공급능력을 비교하였으며, 본 연구의 결과는 기후변화로 인한 수문 사상 및 농업용수 수요 변화에 대응하여 농업용 저수지의 물공급안전도를 판단할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.191-191
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• 2022

우리나라 강우는 대부분 여름에 편중되어 수자원 이용의 불확실성이 크기 때문에 댐과 같은 수공구조물을 활용하여 대응하고 있다. 기존 수도권의 용수공급은 한강수계 다목적댐들을 활용하여 충족시켰으나 기후변화에 따른 이상가뭄, 용수 수요 증가 등에 의해 미래 용수부족이 전망된다. 수도권의 안정적인 용수공급을 위해 환경부와 한국수력원자력(주)는 2020년 4월에 우리나라 최초로 기 건설된 발전용댐을 다목적화하는 『한강수계 발전용댐 다목적 활용 협약』을 체결하였다. 협약에 따라 화천댐은 시범운영기간 동안 기본계획 공급량 22.2 m³/sec (연간 7억 톤)를 상시 공급하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 팔당댐에 기여하는 화천댐의 용수공급량을 산정하여 용수공급 효과를 검증하였다. 화천댐 용수공급 기여도를 정량적으로 제시하기 위해 HEC-ResSim을 활용하여 시범운영기간 운영 결과와 유사한 한강수계 댐 운영 모형을 구축하였다. 또한, 시범운영 기간 화천댐과 다목적댐들의 팔당댐 용수공급 기여도를 정량적으로 제시하는 방안을 구축하였다. 시범운영이 수행됨에 따라 발전용댐의 다목적 활용 효과를 정량적으로 평가하는 방안 구축으로발전용댐의 용수공급 효과를 검증할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.276-281
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• 2009

장거리 용수공급 시스템에서 전력비용은 전체 운영비용의 큰 부분을 차지한다. 본 연구는 시간단위의 펌프와 배수지 시스템의 최적 운영계획을 수립하기 위해 동적계획기법에 기초한 방법론을 제시하고 있다. 해석방법은 가용 가능한 펌프의 효율적 운전과 전력요금체계, 시간대별 용수수요추이 그리고 배수지 특성과 송수관로의 제약조건 등을 고려하였다. 이를 위해 적용 가능한 시스템 운영목적과 제약조건이 제시되었고 개발된 방법은 수도권 광역상수도 양주계통의 2개 가압장과 5개 배수지를 대상으로 적용되었으며, 적용결과는 상당한 수준의 펌프운전비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 방법은 생애주기 비용 최소화 측면에서 실제 용수공급 시설 운영과 대규모 용수공급 체계의 설계 등에 적용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2023

농업용수는 우리나라 수자원 사용량 중 약 61%를 차지하고 있으며, 효율적인 수자원 관리를 위한 핵심적인 관리목표 중 하나이다. 논으로 공급되는 관개용수는 필지에서의 증발산량 및 침투량과 용배수로를 통한 자연적 및 인위적인 배수량으로 소비된다. 관개회귀수량 (irrigation return flow)은 관개를 통해 농경지에 공급된 수량 중 증발산에 의해 소비되지 않고 침투 또는 배수 등을 통해 하천으로 회귀되는 수량이다. 관개회귀수량 및 회귀율은 농업용수 물순환 관리에 중요한 역할을 하며, 관개용수 사용량 결정, 합리적인 용수의 공급과 수요 관리계획 및 수질 관리계획 등에 중요한 요소로 작용한다. 하지만, 기상, 작물, 토양 등의 물리적 요소와 농업용수 공급량, 물꼬 조절, 담수심 관리 방식 등 인위적 요소의 영향을 동시에 받기 때문에 그 기작이 복잡한 특징을 갖는다. 따라서, 합리적인 수자원 개발 계획 및 관리를 위해 정확한 관개회귀수량 추정 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 전국 4대강 (한강, 금강, 낙동강, 영산강·섬진강) 권역 중심의 9개 대상지구를 선정하였으며, EPA-SWMM (Environmental Protection Agency-Storm Water Management Model) 모델 기반 수로 네트워크 모의를 활용한 수원공 단위 관개회귀수량을 산정하고자 한다. EPA-SWMM 모의 시 공급량은 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 저수율 자료와 수원공 단위용수량을 활용하였으며, 모의결과 시점부 공급량 및 배수량과 강수량, 증발산량 및 침투량을 활용하여 신속회귀수량과 지연회귀수량을 추정하였다. 본 연구 결과는 최적 농업용수 공급방안에 대한 기초자료 구축에 활용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.374-374
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• 2018

프로그래밍 언어로 개발된 프로그램들은 최종 사용자 입장에서 입력과 출력이 불편하다. 또한, 모의 결과를 분석하기 위하여 그래프를 작성하는 소프트웨어를 이용하면 시간이 오래 걸린다. 본 연구에서는 기 개발된 용수 감량공급 기준곡선을 반영한 단일 댐 모의 운영 모형을 최종 사용자가 쉽게 활용할 수 있도록 사용자 편의 환경을 개발한 것에 대해 소개하고자 한다. 용수 감량공급 기준곡선을 반영한 단일 댐 모의 운영의 사용자 편의 환경은 미국의 GoldSim Technology Group에서 개발한 GoldSim을 이용하여 개발하였다. 개발된 사용자 편의 환경에는 단일 댐 모의 운영에 필요한 여러 입력 자료를 쉽게 입력할 수 있도록 하였다. 단일 댐 모의 운영 입력 자료에는 월별 기본계획공급량, 가뭄 단계별 용수 감량공급 비율, 과거 유입량 시계열, 갈수 빈도 유입량 시계열, 가뭄 단계별 감량공급 실행 저수량, 초기 저수량, 저수용량 등이 있다. 개발된 모형의 초기값은 합천댐의 자료가 입력되어 있으나, 입력자료를 변경하여 다른 다목적댐의 모의 운영에 활용이 가능하다. 단일 댐 모의 운영 결과로서 모의 기간 내 발생한 용수별 용수 공급 부족량과 감량공급 일수를 확인가능하다. 또한, 단일 댐 모의 운영 결과를 다양한 그래프로 출력 할 수 있다. 출력 가능한 시계열 그래프는 사용자가 입력한 용수 감량공급 기준곡선, 모의 시 사용한 유입량 시계열, 가뭄 단계, 용수 공급량, 저수량이다. 연구의 사례와 같이 GoldSim을 활용하면 연구개발의 편의 환경을 별도의 편의 환경 개발자를 거치지안고 과학 기술자가 직접 개발할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.491-491
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• 2017

K-water에서는 가뭄으로 인한 피해를 완화시키기 위해 '댐 용수공급 조정 기준'을 만들어 전국 다목적 댐들을 대상으로 시범적으로 적용하고 있다. 그런데 가뭄 기간(2008~2009)에 대하여 합천댐의 용수공급 조정기준을 이용해 저수지를 모의운영한 결과, 이 기준은 가뭄에 효과적으로 대응하지 못할 수도 있다고 판단되었고, 그에 따라 대안 기준을 제시하고자 한다. 용수공급 조정기준은 가뭄 대응 단계를 4단계(관심, 주의, 경계, 심각)로 나누고 있으며, 순단위로 각 단계별 감량공급 실행 저수량과 감량 공급량을 제시하고 있다. 이기준을 이용한 합천댐의 모의 운영 결과, 가뭄기간동안 용수공급에 실패한 경우가 발생하였다. 이는 K-water의 합천댐 용수공급 조정 기준이 가뭄 대응에 적합하지 못할 수도 있다는 것을 의미한다. 본 연구에서 제시하고자 하는 대안은 이산화 용수 감량공급 기법에서 도출된 용수 감량공급 현 저수량 기준곡선이다. 과거 심각한 가뭄이 발생한 1994년과 1995년을 대상으로 하여 기준곡선을 도출하였으며, 각 단계별 감량공급 실행 저수량은 혼합정수계획법을 이용해 결정하였다. 또한, 이 기준곡선을 이용하여 동일한 가뭄 기간 (2008~2009)에 대해 저수지 모의운영을 실시하였다. 그 결과 K-water의 합천댐 용수공급 조정 기준을 적용한 모의운영 결과에서는 용수공급 실패가 발생한데 비해 대안으로 제시하는 기준곡선을 적용한 모의운영 결과에서는 용수공급을 실패한 경우가 없었다. 이는 대안으로 제시한 기준곡선이 K-water의 기준곡선에 비해 가뭄 대응에 보다 적합한 것을 의미한다. 그 이유로는 대안으로 제시한 기준곡선의 감량공급 실행 저수량이 댐 용수공급 조정 기준의 값들보다 커 미리 감량공급이 이루어지기 때문이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.414-414
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• 2018

농업용수에 대한 주요 물 공급원은 17,000 여개 이상의 시설이 운영되고 있는 농업용 저수지라 할 수 있다. 따라서 농업용수에 대한 갈수 상황 모니터링을 위해서는 농업용 저수지에 대한 모니터링이 필수적이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 농업용 저수지의 용수공급능력 평가 및 모니터링을 위한 방안으로 농업용 저수지의 현재 저수량과 해당 저수지에 요구되는 용수 수요량을 비교함으로써 현재의 저수량으로 향후 공급 가능한 기간을 추정하여 제시하는 방안을 검토하였다. 이를 위해서는 농업용 저수지의 일별 수요량을 추정할 필요가 있으며, 이를 위해 본 연구에서는 수자원장기종합계획(국토교통부, 2016)에서 제시된 논 용수 단위용수량 자료를 이용하였다. 논 용수 수요 추정 과정에서 제시된 수계별 수리답 면적 및 수요량을 이용하여 수계별 수리답의 단위용수량을 추정하여 활용하였다. 수계별 수리답의 단위용수량 추정 결과와 중권역별 논 용수에 대한 일별 수요 패턴을 이용하여 1월 1일부터 12월 31일까지 일 단위로 필요한 단위면적당 용수수요를 산정하였다. 산정된 일별 용수수요를 이용하여 1일부터 180일가지 누적할 경우에 대한 필요 용수수요량을 산정하였으며, 이를 이용하여 농업용 저수지의 용수공급능력을 평가하는 방안을 제시하였다. 용수공급능력을 모니터링하고자 하는 농업용 저수지의 수혜면적에 단위면적당 용수수요를 적용할 경우 저수지별로 필요한 일별 수요량 및 누적 수요량을 추정할 수 있으며, 이를 해당 저수지의 현재 저수량과 비교함으로써 향후 공급 가능한 기간을 추정할 수 있다. 추정된 공급 가능기간은 해당 저수지의 용수공급능력 모니터링 결과로 활용할 수 있으며, 이를 갈수관리를 위한 농업용 저수지 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.