• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.6-6
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• 2019

상수관망시스템은 공급원으로부터 수요처까지의 용수공급을 위해 구축된 관수로 기반의 사회기반시설물로서, 주로 생활 및 산업 용수를 공급하므로 대규모 사회 경제적 피해를 방지하기 위해서는 안정적인 용수공급 능력이 요구된다. 네트워크의 다양한 특성에 의해 표현되는 상수관망시스템의 신뢰도(reliability)는 크게 시스템 내 구성요소의 안정성(mechanical reliability)과 용수공급의 기능적 안정성(hydraulic reliability)으로 구분할 수 있다. 특히, 시스템의 용수공급 안정성에 주목한 수리학적 신뢰도 연구는 많은 연구자들에 의해 지속적으로 수행된 바 있으며, 다양한 평가방법 및 지표들이 제시되어 활용 중에 있다. 기존의 수리학적 신뢰도 지표들은 주로 수요절점(demand node)에서의 공급가능 수량 및 수압을 바탕으로 산정되었다. 그러나, 절점(node)에서의 공급 상태는 결과에 해당하며, 원인 분석을 위해서는 관로(pipe)의 배치 및 규격을 분석해야 하는 번거로움이 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 본 연구에서는 직접 관로(pipe)의 공급 특성을 분석하여 네트워크의 신뢰도를 평가함으로써, 신뢰도 저하의 원인 분석 및 시스템 개선에 효율적으로 활용할 수 있는 신뢰도 지표를 산정하고자 하였다. 본 연구에서는 상수관로 내 수리학적 기울기가 전반적으로 균등할수록 설계 비용대비 공급 신뢰도, 즉 용수공급 효율이 개선되는 특징을 바탕으로, 네트워크 내 총 에너지 손실로부터 각 관로의 길이, 유량 등의 특성을 고려한 등가 수리경사(Equivalent hydraulic gradient)를 유도하여 모든 관로의 적정 수리경사로 제안하였다. 따라서 각 관로의 실제 수리경사를 대상으로 관로별 수리학적 균등성 지수(pipe hydraulic uniformity index)를 산정하였으며, 더 나아가 전체 시스템의 균등성 지수(system hydraulic uniformity index)를 산정하였다. 제안된 신뢰도 지표는 가상의 네트워크에서 지역 내 용수 사용량이 증가하는 등 용수공급 안정성을 저해하는 몇 가지 시나리오를 바탕으로 검증하였으며, 또한 기존 지표들의 신뢰도 평가 결과와 비교, 분석하였다. 본 연구는 향후 네트워크 최적 설계의 목적함수로 활용하거나, 네트워크의 보강계획 수립에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.298-298
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• 2022

최근 우리나라는 과거에 비해 기후변화 등의 사유로 가뭄과 홍수가 증가하는 추세에 있으며, '90년대에 들어서는 대규모의 홍수와 극심한 가뭄이 거의 매년 되풀이 되고 있어 지역간 물수급·공급의 불균형이 심각하여 국민이 활용가능한 수자원확보량과 공급가능량이 많은 차이를 보이고 있다. 기후패턴 변화 및 지속적인 용수수요 증가로 인해 가뭄 발생 위험이 커지고 있으나, 신규 수자원개발은 지역갈등 유발 등 사회적 여건에 따라 불가하므로, 기존댐을 평가하고 효율적으로 활용한다는 것은 기존 수자원을 최대한 활용하여 그 가치를 재조명하고 감춰져 있는 수자원을 다시 찾아내어 활용한다는 점에서 큰 의미가 있다. 허나, 댐 용수공급 안정성을 재평가하기 위한 그간 수많은 노력이 이루어지고 있으나, 용수공급 안정성(이수안전도) 기준은 댐 건설 당시 시대적 여건 등에 따라 다르게 적용되어 표준화된 기준이 전무한 실정이다. 이에 따라 국민의 물이용 보장 등 수요자 입장을 고려한 댐별 표준화된 이수안전도 기준 마련이 시급하다고 판단되며, 본 과업을 통해 댐마다 달리 적용된 이수 안전도를 개선하여 형평성을 고려한 국민 물이용 보장 등을 구현할 수 있는 댐 이수안전도 표준화 및 개선방안을 도출하고자 한다. 표준화된 기준을 통하여 신규댐 설계, 기존댐 평가, 갈수 대책용량 결정 등과 관련하여 용수공급 능력 평가 시 혼란을 사전에 예방하고, 본 연구에서는 수자원 시스템의 용수공급 안정성(이수안전도)을 평가하고 표준화 방안을 마련하기 위한 정량적이고 객관적인 지표를 개발하였고 이를 댐설계 기준 등 국가계획에 반영하여 지침 화할 수 있는 방안을 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2017

상수관망 시스템(Water Distribution System, WDS)은 원활한 용수 공급을 위해 구축된 사회기반시설물로써, 물 공급절차에 따라 그 구성요소를 공급원, 공급 경로, 수요지 등의 범주로 구분할 수 있다. 원활한 물 공급이란 수요지에서 요구하는 수량과 압력 수준을 충족시키는 것을 의미하며, 따라서 상수관망의 용수공급능력은 요구 수량 및 압력과 실제 공급 결과를 비교함으로써 가늠할 수 있다. 과거에는 두 가지 기준을 별도로 산정하여 이를 평가하였으나, 유량과 압력을 함께 고려할 수 있는 에너지 기반의 평가 방법이 제시되면서 시스템 내 에너지 분포를 정량화하여 시스템의 용수공급능력을 평가하는 연구가 주목받고 있다. 세계적으로 많은 연구자들은 시스템 내 에너지 흐름 상태를 정량화함으로써 다양한 형태의 상수관망의 신뢰도지수(Reliability Index)를 제안한 바 있다. 이 때, 대부분의 신뢰도 지수 연구에서는 수요지에 공급된 에너지를 기본적으로 유지해야 하는 최소요구 에너지(Required Energy)와 비상 상황에 대응하기 위한 잉여 에너지(Surplus Energy)로 구분하고 있으며, 잉여 에너지를 상수관망의 공급 안정성을 나타내는 핵심 요소로 활용하고 있다. 확보된 잉여 에너지는 비상시 최소요구 에너지를 대체하는 개념에서 복원력으로 표현되어, 잘 알려진 Resilience Index(RI)를 비롯해 많은 복원력 지수가 존재한다. 본 연구에서는 복원력 지수를 포함한 세 가지의 신뢰도 지수를 적용하여 상수관망의 용수공급 상황 변화에 따른 시스템의 안정성을 분석하였다. 특히, 절점별 복원력 지수를 산정하고 그 분포를 공간적으로 도시하여 파악함으로써, 비상시 효율적인 운영을 위한 판단기준으로써 신뢰도 지수를 폭 넓게 활용할 수 있음을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.430-430
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• 2023

2020년 4월, 기후변화로 발생하는 가뭄과 수도권 용수 수요 증가에 대비하기 위해 기 운영중인 발전용댐을 수도권 용수공급의 수원으로 활용하는 『한강수계 발전용댐 다목적 활용 협약』이 체결되었다. 이에 따라, 화천댐은 발전뿐만 아니라 용수공급을 목적으로 22.2 m³/sec를 상시 공급하는 운영을 수행하고 있다. 본 연구에서는 화천댐의 용수공급 효과 분석을 위해 화천댐의 수도권 용수공급 기여도와 상시 용수공급에 따른 화천댐 하류의 유황 및 수질의 변화를 분석하였다. 화천댐의 수도권 용수공급 기여도 분석을 위해 한강수계 댐 운영 모형을 구축하였다. 모의 운영 결과를 활용하여 팔당댐 유입량 중 화천댐, 소양강댐, 충주댐의 방류량과 자연유량이 차지하는 정도를 산정하여 용수공급 기여도로 제시하였다. 또한, 화천댐의 상시 용수공급이 하류에 미치는 영향을 분석하였다. 시범운영 전후 화천댐의 무방류일을 비교하였으며 하류 변화를 분석하는 요소로 유황과 수질을 선정하고 시범운영 전후 화천댐 하류의 유황과 수질을 비교 및 분석하였다. 화천댐 용수공급의 양적 기여도 및 하류의 유황 안정성 분석과 하류 수질 개선 변화 등을 분석함에 따라 화천댐의 용수공급 효과를 다방면에서 검증할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.122-122
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• 2019

가뭄위험도(Drought Risk)는 위해성(Hazard), 취약성(Vulnerability), 민감도(Sensitivity) 및 적응능력(Adaptive Capacity) 등 여러 가지의 지표를 활용하여 평가가 가능하다. 가용한 자료와 분석기법에 따라서 위해성과 취약성만으로도 평가가 가능하며, 유역내의 가용한 수자원인프라에 의한 적응능력을 포함하여 평가할 수도 있다. 본 연구에서는 미래 가뭄위험도를 평가하기 위하여 기후학적 인자인 가뭄 위해성과 사회 경제적 인자인 취약성 인자 그리고 유역내의 수자원 인프라시설(용수공급 시설)에 의한 적응능력과 관련된 지표를 조합하였다. 특히, 물수요와 공급가능량을 고려한 물수지분석을 통하여 미래 용수공급 안정성을 평가하였으며 다양한 기후변화 시나리오 기반 가뭄 위해성 인자를 Rating 기법을 활용하여 산정하였으며, 취약성의 경우 인구밀도, 농경지 면적 등의 민감도와 적응능력을 동시에 고려할 수 있는 용수 부족량을 시나리오별로 산정하였다. 본 연구를 통하여 도출된 한반도의 미래 가뭄위험도 평가 결과는 유역별 가뭄대책을 수립하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2018

수자원 시스템의 용수공급의 안정도를 평가하는 지표로 국내에서는 이수안전도 혹은 안전채수량(safety degree for water shortage or safe yield)의 개념이 이용된다. 아울러 공급 측면에서는 기준갈수량, 공급신뢰도, 저수용량 등이 분석되고 있으며, 수요 측면에서는 용수공급 보장일수, 최소 부족량, 갈수 조정기간 및 용수부족에 따른 피해정도 등을 고려하고 있다. 전통적으로 수자원 시스템의 평가는 용수공급 실패기간의 통계적 특성을 분석하여 이루어진다. 용수공급 실패기간으로부터 분석되는 통계적 특성은 용수부족 발생빈도, 용수부족 지곡기간 및 용수부족 총 양 등 세 가지로 정량화되는 것이 일반적이다. 수자원 시스템이 수요를 만족시키는 정도인 신뢰도(reliability), 용수부족 발생 후 얼마나 빨리 회복하는지를 나타내는 회복도(resilience) 및 용수부족의 양적 크기를 나타내는 취약도(vulnerability)의 지표는 앞서 언급된 세 가지 통계 특성으로부터 계산된다. 본 연구에서는 Copula 기반 이변량 빈도해석 개념을 적용하여 댐 용수공급 취약성 평가 방법을 개선한 후, 국내 남강 댐 유역의 용수공급 취약성을 평가해보고자 한다. 이를 위해, 국내외에서 이용되고 있는 용수공급 평가지표들의 특성들을 정리하였다. 다음으로는, 취약성 평가 방법에 Copula 기반 이변량 빈도해석 방법을 적용하는 방법을 제안하였다. 본 연구의 분석은 용수공급 실패 사상을 기준으로 수행되었으며, 용수공급 실패 사상의 발생확률은 포아송 분포, 총 부족량은 대수정규분포로 모의되었다. 최종적으로는 남강 댐의 재현기간별 취약성 평가 결과를 도출하여 본 연구에서 제안한 취약성 평가방법의 적용성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.314-318
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• 2008

물은 인간생활에 있어 없어서는 안 될 매우 중요한 요소로서 물 수요에 대한 안정적인 공급은 국가 및 지역의 수자원 계획에 있어 주요 목표가 되어 왔다. 최근 사회, 경제의 발전과 함께 국민 생활수준의 향상으로 물 수요는 점차 증가하는 추세에 있으며, 용도 또한 다양화 되고 있다. 그러나 우리나라의 기후 및 지형조건은 효율적인 수자원 관리에 매우 어려운 상황으로 이를 극복하기 위해 다양한 대책이 마련되어 시행되고 있다. 과거 우리나라에서는 부족한 수자원을 확보하고 안정적인 물 공급이 가능하도록 하기 위하여 다목적댐을 건설하여 운영하여 왔으나 댐을 통해 확보할 수 있는 물 공급 안정성에 대한 정량적인 평가가 상대적으로 미흡하여 보다 효과적인 수자원 관리의 제약으로 작용하고 있다. 물공급능력지수(Water Supply Capacity Index, WSCI)는 극심한 기상조건 하에서 저수지가 수요량에 대해 어느 정도의 기간동안 용수를 공급할 수 있는 가를 평가할 수 있도록 개발된 정량적인 지표이다. 물공급 능력지수는 가뭄기간 동안 저수지의 용수공급능력을 모니터링 할 수 있도록 하기 위한 목적으로 개발되었으며, 가뭄기간의 저수지 운영 의사결정에 대해 유용한 정보를 제공할 수 있고 저수지에서 용수를 공급받는 지역의 가뭄단계 설정에 활용될 수 있는 지표이다. 본 연구에서는 다목적댐에 대한 물공급능력지수를 산정하여 분석하였으며, 이를 통해 각 댐의 물 공급 안정성을 평가하였다. 물 공급 안정성의 평가는 각 댐별로 산정된 물공급능력지수의 과거 시계열 자료를 검토하고 각 댐의 월별 지수에 대한 변동 분석을 통해 댐별 물 공급 안정성을 판단하였다. 또한 월별로 산정된 각 댐별 물공급능력지수를 비교하여 월별 각 댐의 물 공급 수준을 판단하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.43-43
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• 2017

기후변화에 따른 강수의 시 공간적 변동성 및 패턴변화는 다목적댐 등 수자원시설물을 이용한 용수공급 및 미래 용수공급의 안정성에 많은 어려움을 줄 것으로 전망되고 있다. 여름철 홍수기 유입량에 의존하고 있는 기존 다목적댐 저수지 운영기준으로는 더 이상 안정적인 용수공급을 만족하기 어렵다. 주요 취수원인 다목적댐에서의 가뭄단계는 기준저수량에 의해서 결정되어지며 가뭄단계는 관심, 주의, 경계, 심각 총 4단계로 구분되며, 해당 기준저수량 이하로 저수량이 저하될 경우 가뭄단계가 발령 및 용수제한공급이 시행된다. 그러나 가뭄단계별 해제의 경우, 정상 용수공급 환원기준에 도달하여야만 용수공급이 정상으로 회복되는 보수적인 기준을 적용하고 있어 정상환원공급 기준에 도달할 때까지 가장 심각한 단계의 용수공급 제한을 감수하여야 한다. 반면, 미국 등 선진국의 경우 가뭄대응 단계 발령 및 해제기준을 기상 및 수문조건 그리고 저수지 수위의 유지 상태 등 다양한 조건을 분석하여 제시하고 있다. 본 연구에서는 일단위 실시간 가뭄(유입량) 지수(SFI, Standard Flow Index)와 단계별 저수지 수위의 유지 기간을 통합한 가뭄대응 단계별 해제기법을 개발하였다. 최적 해제기준 도출을 위해 낙동강 다목적댐을 대상으로 다양한 가뭄해제 시나리오를 선정하고 가뭄대응 단계별 해제기준에 대한 정량적 효과를 분석하여 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.437-437
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• 2012

현재 우리나라에는 63,000개가 넘는 농업수리시설 구조물이 있으며, 그 중 70%가 넘는 시설물이 저수지이다. 이러한 저수지의 주 목적은 갈수시 안정적인 관개용수 공급과 하류의 생활용수를 공급함에 있다. 특히, 농업용 저수지의 경우에는 농번기에 물을 충족하게 공급함과 동시에 생활용수 및 유지용수의 공급이 동시에 이루어 질 수 있도록 고려하여야 하는 특수성을 가지고 있다. 그러나, 20세기 후반부터 우리나라에는 기후변화에 따른 전 지구적인 온난화 추세를 상회하는 경향을 보이고 있고, 강수량 및 집중호우의 증가추세도 보고되고 있다. 기온과 강수량이 과거와 다른 변화를 보임에 따라 물 공급의 안정성을 확보하기 위해 저수지를 통한 수자원 확보가 이루어지고 있으나, 용수공급능력이 어떻게 변화할 것인지에 대한 정량적 정보가 부족한 상태이다. 또한, 논벼의 생육에 있어 저수지의 적절한 용수공급은 필수적이기 때문에 저수지의 효율적 운영이 필요한 시점이다. 따라서 농업용수에 대한 기후변화의 영향을 이해하고 안정적이고 지속가능한 작물생산에 부정적인 역할을 최소화하기 위한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 1981년부터 2100년까지 기후변화에 따른 농업용 저수지의 용수공급능력을 평가하고자 하였다. 본 연구를 위하여 각 도별 대표 저수지를 한발빈도 10년을 기준으로, 그 이상인 저수지와 그 미만인 저수지로 각각 선정하였다. 다음으로 미래 기상자료는 IPCC 5차 보고서에서 제시할 RCP(Representative Concentration Pathways) 기반의 GCM/RCM 자료를 기상청으로부터 제공받아 활용하였다. 이 기상자료를 이용하여 물수지방법으로 현재저수량을 산정하고, 기준저수량을 현재저수량 중 하위 10% 저수량으로 가정하여 기준저수량에 미치지 못하는 기간과 저수량을 도출하였다. 산정된 자료를 활용하여 한발빈도별 농업용 저수지의 용수공급능력 불능을 파악하고자 하였다.