현재 우리나라에서 홍수조절 업무에 황용하고 있는 홍수관리시스템은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류부 수문현상들을 고려하여 방류계획을 수립할 수 없으며, 예측 강우량에 의한 댐으로의 유출상황을 고려한 예비방류에 관한 지침이 마련되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 댐의 제약조건 댐 상.하류의 유출상황을 고려하여 홍수기 댐을 운영 할 수 있는 모의기법에 의한 모형을 개발하였다. 개발된 모형(EV ROM이라 명명)은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류 지류에 의한 하류 홍수제어 지점의 Cumulative Lateral Flow Hydrograph를 고려하여 방류계획을 수립한다. EV ROM에서는 댐하류 지역의 첨두홍수량 경감을 위하여 홍수제어지점의 수문곡선 상승부에서 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 수문곡선 하강부에 다시 방류를 수행하는 특징이 있다. EV ROM을 강우-유출모형에 결합하여 금강수계 대청댐을 중심으로 3개 홍수사상에 적용해 본 결과, 기존의 Rigid ROM이나 Technical ROM 보다 우수한 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하기 때문이다. 따라서, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용, 예측강우량의 정확도 개선 및 프로그램의 보완이 이루어진다면, 현재보다 한차원 높아진 저수지운영을 기대 할 수 있을 것이다.
현재 우리나라에서 홍수조절 업무에 황용하고 있는 홍수관리시스템은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류부 수문현상들을 고려하여 방류계획을 수립할 수 없으며, 예측 강우량에 의한 댐으로의 유출상황을 고려한 예비방류에 관한 지침이 마련되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 댐의 제약조건 댐 상.하류의 유출상황을 고려하여 홍수기 댐을 운영 할 수 있는 모의기법에 의한 모형을 개발하였다. 개발된 모형(EV ROM이라 명명)은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류 지류에 의한 하류 홍수제어 지점의 Cumulative Lateral Flow Hydrograph를 고려하여 방류계획을 수립한다. EV ROM에서는 댐하류 지역의 첨두홍수량 경감을 위하여 홍수제어지점의 수문곡선 상승부에서 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 수문곡선 하강부에 다시 방류를 수행하는 특징이 있다. EV ROM을 강우-유출모형에 결합하여 금강수계 대청댐을 중심으로 3개 홍수사상에 적용해 본 결과, 기존의 Rigid ROM이나 Technical ROM 보다 우수한 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하기 때문이다. 따라서, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용, 예측강우량의 정확도 개선 및 프로그램의 보완이 이루어진다면, 현재보다 한차원 높아진 저수지운영을 기대 할 수 있을 것이다.
The dam operation system of KOWACO for flood control doesn't have capability to account for the downstream hydrologic conditions and any feasible index to decide the pre-release from the forecasted rainfall and inflow. In this study, a dam operation model for flood control was developed to account f...
The dam operation system of KOWACO for flood control doesn't have capability to account for the downstream hydrologic conditions and any feasible index to decide the pre-release from the forecasted rainfall and inflow. In this study, a dam operation model for flood control was developed to account for the flood flow condition of its downstream to give users the dam release schedules. Application test of EV ROM to Keum River showed that EV ROM is superior to the Rigid ROM and Technical ROM which are currently used by KOWACO. EV ROM developed in this study provides a release schedule accounting for the cumulative lateral flow hydrograph at the downstream control points where the discharge does not depend only on the dam operation. but also on lateral inflow from the tributaries. In order to reduce the peak discharge at the control points, it suggests the preliminary release during the early rising phase of the predicted hydrograph, holding the flood flow inside the dam during a peak phase, and afterward resuming the release. Three case studies of flood control by the operation of Daechung Multipurpose Dam in Geum River Basin show that the EV ROM is superior to the Rigid ROM and Technical ROM. This must be due to its nature to account for the downstream flow condition as well as the inflow and water level of the dam. It was also conceived that further case studies of EV ROM and more accurate rainfall prediction would improve the dam operation for flood control.ontrol.
The dam operation system of KOWACO for flood control doesn't have capability to account for the downstream hydrologic conditions and any feasible index to decide the pre-release from the forecasted rainfall and inflow. In this study, a dam operation model for flood control was developed to account for the flood flow condition of its downstream to give users the dam release schedules. Application test of EV ROM to Keum River showed that EV ROM is superior to the Rigid ROM and Technical ROM which are currently used by KOWACO. EV ROM developed in this study provides a release schedule accounting for the cumulative lateral flow hydrograph at the downstream control points where the discharge does not depend only on the dam operation. but also on lateral inflow from the tributaries. In order to reduce the peak discharge at the control points, it suggests the preliminary release during the early rising phase of the predicted hydrograph, holding the flood flow inside the dam during a peak phase, and afterward resuming the release. Three case studies of flood control by the operation of Daechung Multipurpose Dam in Geum River Basin show that the EV ROM is superior to the Rigid ROM and Technical ROM. This must be due to its nature to account for the downstream flow condition as well as the inflow and water level of the dam. It was also conceived that further case studies of EV ROM and more accurate rainfall prediction would improve the dam operation for flood control.ontrol.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 홍수기 저수지 운영기법을 개발하기 위해 홍수유출 모형인 저류함수법에 기초하여 홍수기 저수지 운영기법을 검토하였다. 그 결과 Technical, Rigid ROM 등과 같은 기존의 저수지 운영방법과는 다른 저수지 운영기법을 개발하였다.
본 연구에서 개발된 홍수기 저수지 운영 기법인 EV ROM을 선정된 3개 홍수사상에 적용하는 주된 목적은 과연 본 연구에서 개발된 EV ROM에 의한 하류 주요 조절점인 공주지점에서의 효과가 어느 정도인지를 추정하는 것이다.
본 연구의 최종 목표는 홍수기 댐 하류의 홍수피해를 최소화 할 수 있는 저수지 운영기법을 개발하는데 있다. 따라서, 본 연구에서는 홍수기 저수지 운영기법을 개발하기 위해 홍수유출 모형인 저류함수법에 기초하여 홍수기 저수지 운영기법을 검토하였다.
가설 설정
76.5m인 댐의 홍수기제한수위로 가정하였다. Technical ROM, Rigid ROM 및 EV ROM에 의한 대청댐의 운영은 저수지 첨두수위가 계획홍수위에 도달하도록 운영하였다.
。댐방류량이 0일 때 유량수문곡선의 종거값(A) < 목표유량(B) 일 때 목표유량은 B이다.
。댐방류량이 0일 때 유량수문곡선의 종거값(A) > 목표유량(B) 일 때 목표유량은 A이다
따라서 댐운영자는 댐에서 조절이 불가능한 댐하류 지류에 의한 하류 홍수제어지점의 Cumulative Lateral Flow Hydrograph를 고려하여 방류계획을 수립하는 것이 바람직 할 것이다. 즉 댐방류량이 0인 상태에서 댐하류 지류에 의한 Cumulative Lateral Flow Hydrograph# 참조하여 수문곡선의 상승부에서는 최대한 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 수문곡선의 하강부에서 다시 방류를 수행한다면 효율적일 것이다. 또한 전술한 일련의 과정을 도시하면 그림 1과 같다.
제안 방법
본 연구에서 저류함수 모형의 매개변수 보정을 위해 이용한 저류함수 모형의 유역 및 하도저류상수는 한국수자원공사(1997)의 "금강하류 홍수유출을 고려한 대청댐 저수지 운영모형 개발 연구” 보고서에 제시된 값을 기본으로 하여 각 호우사상별로 관측치와 계산치 간의 첨두유량 및 첨두유량 발생시각의 오차를 최소화할 수 있도록 매개변수의 보정을 실시하였다. 또한, 저류 함수 모형의 각 매개변수는 호우사상에 대해 독립적인 변화 양상을 보였으며, 매계산치 마다 관측치 수문곡선과의 시각적 비교(그래프 이용)를 통해 최적의 매개변수 조합을 찾아가는 과정을 반복하였다
3. 개발된 홍수기 저수지운영 모형(EV ROM) 을 적용하기 위해 3개의 홍수사상을 선정하였고 이들에 대한 강우-유출모형의 매개변수를 보정하였다.
따라서, 본 연구에서는 홍수기 저수지 운영기법을 개발하기 위해 홍수유출 모형인 저류함수법에 기초하여 홍수기 저수지 운영기법을 검토하였다. 그 결과 Technical, Rigid ROM 등과 같은 기존의 저수지 운영방법과는 다른 저수지 운영기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 홍수기 저수지 운영기법에 관한 운영절차 및 이론에 대하여 정리하면 다음과 같다.
것이다. 대청댐의 첨두방류량에 대한 제어는 사용자가 설정 할 수 있도록 하였다 즉 대청댐의 첨두방류량 설정은 대청댐 상류의 소유역 유출량에 의한 대청댐 첨두유입량에 일정비율로 곱한 값을 적용하였다. 즉, 각 댐의 첨 두 방류량=첨두유입량x0.
따라서 본 연구에서는 전 절에서 선정된 3개의 홍수 사상에 대하여, 저류함수모형 프로그램의 각 매개변수를 소유역군별로 보정하였다. 그러나 매개변수 보정시 금강 본류의 일부 수위표지점에서 관측유량과 계산유량간의 차이를 최소화하는데 많은 어려움이 따랐다.
따라서, 본 연구에서는 한국수자원공사에서 단독댐에 대한 홍수기 저수지 운영기법으로 많이 사용되는 Technical ROM 과 Rigid ROM을 선정된 호우사상별로 대청댐에 적용한 결과와 본 연구에서 개발된 EV ROM의 적용 결과와 비교 분석하였다.
선정하였다. 또한 수위-유량 곡선 검토는 본류의 주요 지점인 매포, 금남, 공주 규암 및 강경의 5개소와 지류 주요지점인 석화에 대해서도 이루어졌다.
모의기법으로 개빌하였다. 본 연구에서 개발한 모의기법인 EV(equivalence) ROM의 적용 가능성을 가늠하고자 현재 한국수자원공사에서 홍수기 저수지 운영에 주로 사용하는 Technical ROM과 Rigid ROM 등을 실제의 과거 홍수사상을 대상으로 대청댐에 적용하여 비교하였다.
본 연구에서는 수계전반에 대해 실시간으로 신뢰성 있는 수자원 정보를 취득하여 수문 분석에 활용하고, 이를 근거로 댐의 방류량을 결정하여 우리나라의 홍수기 물관리 기술을 개선하기 위한 주요성과를 요약하면 아래와 같다.
본 연구에서는 홍수기 댐의 수문량과 제약조건은 물론 댐하류에 위치한 지류의 영향을 받는 주요 홍수제어지점(control point)의 홍수수문곡선을 함께 고려하여 댐의 방류계획을 결정하는 홍수기 저수지 운영모형을 모의기법으로 개빌하였다. 본 연구에서 개발한 모의기법인 EV(equivalence) ROM의 적용 가능성을 가늠하고자 현재 한국수자원공사에서 홍수기 저수지 운영에 주로 사용하는 Technical ROM과 Rigid ROM 등을 실제의 과거 홍수사상을 대상으로 대청댐에 적용하여 비교하였다.
셋째 홍수기 예비방류시 기준을 마련하기 위하여 저수지에서 용수공급을 위해 확보해야할 저수용량의 설정과 하류 홍수제어지점의 무피해 방류량 등의 기초자료가 조사.검토되어야 한다.
저류함수 모형의 적용은 먼저 관측유량의 초기값과 선행강우 등을 고려하여 기저유량을 가정하고 기지의 저류함수 계수를 토대로 K, P, Ti을 조정하면서 관측치와 계산치의 시각적 비교를 통해 첨두유량의 발생 시간, 첨두유량을 일치시키는 방법으로 분석 작업을 수행하였다.
저류함수 모형의 매개변수는 유역 및 하도의 저류 상수인 K, p, 지체시간 T1과 1차 유출률 fl 및 포화우량 Rsa등 8개가 있다. 현재 한국수자원공사에서 사용하는 저류함수 모형의 매개변수 보정기법은 유역의 수문기상 및 지형적 특성을 반영해 소유역군별로, 혹은 유역전체를 출구에서 일괄 보정하는 방법 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있는데, 본연구에서 댐의 상류는 후자의 방법으로, 댐의 하류는 전자의 방법을 이용하여 홍수사상별 매개변수를 보정하였다.
대상 데이터
따라서 본 연구에서 홍수기 저수지 운영시 대청댐 하류의 홍수제어 지점으로는 공주지점을 선정하였다. 또한 수위-유량 곡선 검토는 본류의 주요 지점인 매포, 금남, 공주 규암 및 강경의 5개소와 지류 주요지점인 석화에 대해서도 이루어졌다.
선정된 홍수는 1987년 7월 21일부터 7월 29일까지의 홍수, 1995년 8월 30일부터 9월 2일까지의 홍수와 1997년 8월 3일부터 8월 10일까지의 홍수로서, 1981 〜1997년 사이에 금강수계에서 발생한 홍수 사상들 중 비교적 규모가 큰 홍수들이다. 본 연구에서는 각각의 홍수사상을 홍수-1, 홍수-2, 홍수-3으로 명명하였으며, 선정된 대상홍수 기간의 대청댐 상류 및 하류 수문상황을 요약하면 표 1과 같다
이론/모형
대청댐 하류는 18개 소유역과 18개 하도구간으로 분할되었으며, 대청댐 상류는 소유역 21개와 하도구간 13개로 분할되었다(한국수자원공사, 1997). 금강 수계의 소유역 구분은 현재 한국수자원공사 댐관리처 물관리 종합상황실에서 운영중인 금강 수계 홍수관리 시스템의 기본 모형을 근간으로 구성하였다.
최종적인 방류계열과 목표유량 결정은 댐의 최대 저수위가 홍수위에 도달할 때까지 시행착오법으로 구하였다. 즉, 결정된 임의의 유량인 목표유량을 유지하다 보면 댐에서 저수위가 계획홍수위를 초과할 수 있다 이런 경우에는 목표유량을 증가시켜 댐의 방류량을 재조정하게 되며, 이와 반대의 경우는 목표유량을 줄여댐의 방류량을 재조정하게 되며 댐방류량 결정을 위한 상세한 흐름도는 그림 2와 같다.
성능/효과
1. 개발된 홍수기 저수지운영 모형은 수계단위의 복잡한 문제 및 가변성을 포함한 문제를 다루기 편리하고 실무적 접근이 손쉬워 홍수기 실시간 저수지 운영 방법으로 많이 채택하는 모의기법을 선택하였다.
2. 댐방류량이 0인 상태에서 댐하류 지류에 의한 Cumulative Lateral Flow Hydrograph# 침조하여수문곡선의 상승부에서는 최대한 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 하강부에서 다시 댐방류를 수행하는 기본 Logic을 정립하고, 전산프로그램을 개발하여 금강수계의 저류함수법에 의한 강우-유출모형과 결합하여 실제 운영이 가능하도록 하였다
4. 강우-유출모형과의 운영 체계인 EV ROM을 기존의 저수지 운영방법인 Technical ROM 및 Rigid ROM과에 의한 결과와 비교·검토한 결과 3개 홍수 사상 모두에서, 각각의 저수지 운영 기법의 적용을 통해 산정된 홍수제어지점인 공주지점에서의 첨두유량이 Technical ROM 및 Rigid ROM에 의한 것보다 EV ROM에 의한 첨두유량이 낮은 것#로 나타났다. 본연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐 하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하기 때문이다 따라서, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용, 예측강우량의 정확도 개선 및 프로그램의 보완이 이루어진다면, 현재보다 한차원 높아진 저수지운영을 기대 할 수 있을 것이다.
둘째, 댐의 저수위는 구조물의 안전을 위해 계획홍수위를 넘지 않도록하며, 댐의 방류량은 여수로의 계획방류량을 넘지 않도록 운영하고 있다.
둘째는 EV ROM에 의해 결정된 각 댐의 방류량은 그림 6과 같이 평활한 방류계열로 형성되지 않고 일종의 불규칙한 방류계열을 이루고 있다. 따라서 현업의 댐 운영자의 수문조작을 원활하게 하기 위해 최초 결정된 불규칙한 방류계열에 대한 평활화 과정은 필수적이라고 할 수 있다.
따라서 하류 제어지점인 공주 지점의 홍수로 인한 피해를 줄이기 위해서는 본 연구에서 개발된 EV ROM에 의한 저수지 운영이 Technical ROM과 Rigid ROM에 의한 것보다 우수한 것으로 나타났다.
수 있도록 매개변수의 보정을 실시하였다. 또한, 저류 함수 모형의 각 매개변수는 호우사상에 대해 독립적인 변화 양상을 보였으며, 매계산치 마다 관측치 수문곡선과의 시각적 비교(그래프 이용)를 통해 최적의 매개변수 조합을 찾아가는 과정을 반복하였다
본 연구에서 개발된 EV ROM에서 사용된 목표유량은 댐 하류 본류의 제어지점에서 시간별로 조절하고자 하는 유량을 의미한다 이 목표유량은 적용 홍수에 따라 일정한 값일 수도 있고 시간별로 다를 수도 있다 즉 홍수제어지점에서 목표유량이 댐방류량 0일 때 유량 수문곡선의 첨두유량보다 크면 목표유량은 각 시간별로 일정한 값을 갖는다. 그러나 반대의 경우에는 시간별로 다른 목표유량을 갖는데, 이를 요약하면 다음과 같다.
이상의 결과, 3개의 홍수사상 전부에서 각 댐의 방류량은 EV ROM에 의한 것이 Technical ROM과 Rigid ROM에 의한 것보다 크게 산정되었으나 이들 방류량의 영향을 받는 공주 지점의 첨두유량은 EV ROM에 의한 첨두유량이 Technical ROM과 Rigid ROM에 의한 첨두유량보다 작게 산정되었다. 이러한 결과는 본 연구에서 개발된 EV ROM은 하류 홍수제어지점인 공주 지점의 수문상황을 고려하여 댐에서 방류 패턴을 결정하였기 때문인 것으로 판단된다.
첫째 홍수기에는 홍수조절이 주목적이므로 홍수기 제한수위를 넘지 않도록 저수위를 유지하며 홍수 발생기 홍수조절용량을 최대한 이용한다.
첫째, EV ROM 적용시 공주 지점의 수문상황을 고려하여 댐의 운영을 실시 할 때, 본 프로그램에서 선정한 제어지점 이외의 다른 제어지점의 수문상황은 고려되지 않았다. 따라서 향후에는 여러 개의 제어지점의 수문상황을 동시에 고려 할 수 있는 알고리즘의 개발과 최적운영이 이루어 질 수 있도록 하는 최적화 기법 등을 이용하여 본 프로그램을 개선하여야 할 것이다.
후속연구
그 밖의 나머지 사항들은 위에서 언급한 바와 같이 본 프로그램을 많은 홍수사상에 적용하여 실무자의 경험과 이론적인 배경을 바탕으로 지속적인 보완 및 개선을 하여야 할 것이다.
검토되어야 한다. 더나아가 수계단위로 최적의 홍수조절 대안을 설정하기 위한 빈도별-홍수위 -홍수피해액 등의 경제지표에 대한 조사가 이루어져야 한다.
둘째, 상기의 방류량 계열의 평활화 과정을 본 연구에서 사용한 방법에만 의존하지 말고, 다른 평활화 방법에 의해 방류량을 결정할 수 있도록 함으로써 보다 실무에 접근 할 수 있는 방법을 강구 하여야 할 것이다
의해 파악할 수 있다. 따라서 댐운영자는 댐에서 조절이 불가능한 댐하류 지류에 의한 하류 홍수제어지점의 Cumulative Lateral Flow Hydrograph를 고려하여 방류계획을 수립하는 것이 바람직 할 것이다. 즉 댐방류량이 0인 상태에서 댐하류 지류에 의한 Cumulative Lateral Flow Hydrograph# 참조하여 수문곡선의 상승부에서는 최대한 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 수문곡선의 하강부에서 다시 방류를 수행한다면 효율적일 것이다.
않았다. 따라서 향후에는 여러 개의 제어지점의 수문상황을 동시에 고려 할 수 있는 알고리즘의 개발과 최적운영이 이루어 질 수 있도록 하는 최적화 기법 등을 이용하여 본 프로그램을 개선하여야 할 것이다. 또한 본 연구 성과를 토대로 수계단위 댐군의 방류량을 결정하기 위한 연계운영 모형의 검토가 필요할 것이다.
따라서 향후에는 여러 개의 제어지점의 수문상황을 동시에 고려 할 수 있는 알고리즘의 개발과 최적운영이 이루어 질 수 있도록 하는 최적화 기법 등을 이용하여 본 프로그램을 개선하여야 할 것이다. 또한 본 연구 성과를 토대로 수계단위 댐군의 방류량을 결정하기 위한 연계운영 모형의 검토가 필요할 것이다.
강우-유출모형과의 운영 체계인 EV ROM을 기존의 저수지 운영방법인 Technical ROM 및 Rigid ROM과에 의한 결과와 비교·검토한 결과 3개 홍수 사상 모두에서, 각각의 저수지 운영 기법의 적용을 통해 산정된 홍수제어지점인 공주지점에서의 첨두유량이 Technical ROM 및 Rigid ROM에 의한 것보다 EV ROM에 의한 첨두유량이 낮은 것#로 나타났다. 본연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐 하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하기 때문이다 따라서, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용, 예측강우량의 정확도 개선 및 프로그램의 보완이 이루어진다면, 현재보다 한차원 높아진 저수지운영을 기대 할 수 있을 것이다.
FOR라 하였다. 이 프로그램은 앞으로 실무에 적용되는 과정에서 많은 보완과 검토를 거쳐야 할 것이다. 그 중에서도 특히 중점적으로 개선하여야 할 부분을 언급하면 다음과 같다.
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