용담댐의 건설에 따른 방류조건의 변화가 대청호의 유입수질에 미치는 영향을 파악하기 위하여 WASP5 모델을 이용하여 BOD, 총인 그리고 총질소 농도를 예측하였다. 수질 예측 시나리오는 크게 다음과 같이 세 가지로 구분하였다; 첫째, 금강의 유량이 대청댐의 운영이 시작된 이래 최대 갈수년(1994)과 최대 풍수년(1987)과 같다고 보는 두 가지 조건, 둘째 용담댐에서 방류되는 유량을 연구기간 중(1998년) 실측된 유량과 같다고 보는 경우와 용담댐 방류 계획안에 따라 각각 5.4, 8.9, 12.4, 16.4 ㎥/s로 방류되는 경우 등 다섯 가지 유량조건, 셋째, 용담호에서 방류되는 수질이 1998년에 실측된 수준을 유지하는 경우와 우리 나라 수질기준으로 1급수와 2급수에 해당되는 경우 등 세 가지 수질 조건. 수질 예측 결과 용담댐으로부터의 방류량의 변화는 금강의 수질과 밀접한 관계를 나타내었으며 금강의 수량이 적은 경우 용담호의 영향은 더욱 뚜렷하게 나타났다. 특히 총질소와 총인 농도의 경우는 각 조건에 대하여 용담댐으로부터의 방류량이 증가됨에 따라 점차로 수질이 개선되는 경향을 나타내었다. 그러나 BOD 농도의 경우는 실측 수질(98년 환경부 측정자료)이 1급수(1 mg/ι) 보다 양호한 수질을 나타내므로 1급수(1 mg/ι)와 2급수(3 mg/ι)의 수질로 방류되는 것을 가정하는 경우에는 방류량의 증가에 따라 용담호 하류의 수질은 오히려 악화되는 결과를 나타내는 것으로 예측되었다. 용담호 부근의 현재 수질은 총질소의 경우는 5급수의 기준(1.5 mg/ι)을 상회하며, 총인의 농도는 3급수 (0.03∼0.06 mg/ι) 정도의 수질을 나타낸다. 유역에서 영양염류의 오염부하를 관리하는 것이 기술적, 경제적으로 한계가 있는 것을 감안할 때, 용담호 방류수내의 영양염류 농도는 크게 개선되지 못할 것으로 예상된다. 따라서 용담호의 방류량 변화가 대청호의 수질에 미치는 영향은 용담호와 용담호 하류부의 수질 및 유량조건에 따라 각각 다르며, 합리적인 수자원의 관리를 위해서는 현실적인 자료 및 여건을 충분히 고려하여 분석하고 판단하는 것이 바람직하다.
용담댐의 건설에 따른 방류조건의 변화가 대청호의 유입수질에 미치는 영향을 파악하기 위하여 WASP5 모델을 이용하여 BOD, 총인 그리고 총질소 농도를 예측하였다. 수질 예측 시나리오는 크게 다음과 같이 세 가지로 구분하였다; 첫째, 금강의 유량이 대청댐의 운영이 시작된 이래 최대 갈수년(1994)과 최대 풍수년(1987)과 같다고 보는 두 가지 조건, 둘째 용담댐에서 방류되는 유량을 연구기간 중(1998년) 실측된 유량과 같다고 보는 경우와 용담댐 방류 계획안에 따라 각각 5.4, 8.9, 12.4, 16.4 ㎥/s로 방류되는 경우 등 다섯 가지 유량조건, 셋째, 용담호에서 방류되는 수질이 1998년에 실측된 수준을 유지하는 경우와 우리 나라 수질기준으로 1급수와 2급수에 해당되는 경우 등 세 가지 수질 조건. 수질 예측 결과 용담댐으로부터의 방류량의 변화는 금강의 수질과 밀접한 관계를 나타내었으며 금강의 수량이 적은 경우 용담호의 영향은 더욱 뚜렷하게 나타났다. 특히 총질소와 총인 농도의 경우는 각 조건에 대하여 용담댐으로부터의 방류량이 증가됨에 따라 점차로 수질이 개선되는 경향을 나타내었다. 그러나 BOD 농도의 경우는 실측 수질(98년 환경부 측정자료)이 1급수(1 mg/ι) 보다 양호한 수질을 나타내므로 1급수(1 mg/ι)와 2급수(3 mg/ι)의 수질로 방류되는 것을 가정하는 경우에는 방류량의 증가에 따라 용담호 하류의 수질은 오히려 악화되는 결과를 나타내는 것으로 예측되었다. 용담호 부근의 현재 수질은 총질소의 경우는 5급수의 기준(1.5 mg/ι)을 상회하며, 총인의 농도는 3급수 (0.03∼0.06 mg/ι) 정도의 수질을 나타낸다. 유역에서 영양염류의 오염부하를 관리하는 것이 기술적, 경제적으로 한계가 있는 것을 감안할 때, 용담호 방류수내의 영양염류 농도는 크게 개선되지 못할 것으로 예상된다. 따라서 용담호의 방류량 변화가 대청호의 수질에 미치는 영향은 용담호와 용담호 하류부의 수질 및 유량조건에 따라 각각 다르며, 합리적인 수자원의 관리를 위해서는 현실적인 자료 및 여건을 충분히 고려하여 분석하고 판단하는 것이 바람직하다.
Effects of Yongdam Dam discharge conditions on water quality of the Keum River and Daechung Lake inflow were analyzed for various scenarios using WASP5 water quality model. Three different groups of scenarios were tested: 1) Two different weather conditions; the lowest flow year and the highest flow...
Effects of Yongdam Dam discharge conditions on water quality of the Keum River and Daechung Lake inflow were analyzed for various scenarios using WASP5 water quality model. Three different groups of scenarios were tested: 1) Two different weather conditions; the lowest flow year and the highest flow year since the beginning of Daechung Dam operation in 1981, 2) Fine discharge flow rates; 5.4, 8.9, 12.4, 16.4 ㎥/s and field observed flow during the study period, 3) Three conditions of discharge water quality; first grade, second grade by Korean water quality standard and field observed water quality. Effect of changes in Yongdam Dam discharges was greater for dry year. The increase of discharge from the Yongdam Dam will improve water quality of downstream areas only when the water quality of the discharge is equal or better than that of downstream areas. Field observed water qualify data show that BOD concentrations are lower than first grade level but TN and TP concentrations are exceeding 5th and 3rd grade level in Korean standard, respectively. Considering that nutrient control methods in watershed areas of Yongdam dam are limited, it is expected that nutrient concentrations from Yongdam Dam discharge will be higher than 2nd grade water quality standard level. Therefore, it would be important to develop practical management strategies in the watershed area of Yongdam Dam based on field conditions for conservation of water quality in downstream areas.
Effects of Yongdam Dam discharge conditions on water quality of the Keum River and Daechung Lake inflow were analyzed for various scenarios using WASP5 water quality model. Three different groups of scenarios were tested: 1) Two different weather conditions; the lowest flow year and the highest flow year since the beginning of Daechung Dam operation in 1981, 2) Fine discharge flow rates; 5.4, 8.9, 12.4, 16.4 ㎥/s and field observed flow during the study period, 3) Three conditions of discharge water quality; first grade, second grade by Korean water quality standard and field observed water quality. Effect of changes in Yongdam Dam discharges was greater for dry year. The increase of discharge from the Yongdam Dam will improve water quality of downstream areas only when the water quality of the discharge is equal or better than that of downstream areas. Field observed water qualify data show that BOD concentrations are lower than first grade level but TN and TP concentrations are exceeding 5th and 3rd grade level in Korean standard, respectively. Considering that nutrient control methods in watershed areas of Yongdam dam are limited, it is expected that nutrient concentrations from Yongdam Dam discharge will be higher than 2nd grade water quality standard level. Therefore, it would be important to develop practical management strategies in the watershed area of Yongdam Dam based on field conditions for conservation of water quality in downstream areas.
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문제 정의
금강 상류에 위치한 용담댐은 2001년 11월에 준공되었으며 본격적인 가동이 시작되는 경우에는 전라북도 지역의 용수 공급을 위하여 기존에 대청호로 유입되던 유량^ 대폭 감소됨에 따라 용담호 하류의 금강 및 대청호의 수질에 상당한 영향이 발생될 것으로 예상되고 있다. 따라서 본 연구에서는 WASP5 모델을 이용하여 용담호의 유량 조건, 방류 조건 및 수질 조건의 변화에 따른 하류의 수질 변화를 예측하고자 하였으며, 이러한 수질 모의 결과는 용담대 금강 및 대청호의 합리적인 수질관리 대안 수립을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 용담댐 건설 후 방류량의 변화에 따른 금강의 수질 변화를 예측하고자 수질모의를 실시하였다. 용담호 유입 유량 조건은 1981년부터 2000년까지 대청호 유입유량을 분석하여 최대 갈수년인 1994년과 최대 풍수년인 1987년을 두 가지의 한계 조건으로 가정하였으며, 용담호로부터의 방류량은 실시 설계시 하천유지 용수량으로 산정된 5.
B0D 농도의 경우 2년 동안 검증기간에도 비교적 실측치와 유사한 모의 결과를 나타내고 있으며, 총인과 총질소 농도의 경우 일부 기간을 제외하면 실측농도를 잘 반영하고 있는 것으로 분석된다. 본 연구의 목적은 용담호의 방류조건 변화에 따른 금강의 상대적인 수질 변화를 예측하는 것이므로 위와 같은 보정 및 검증 결과를 이용하여 나타내는 데에는 큰 무리가 없을 것으로 판단된다. Table 5는 수질모델의 보정에 의허 결정된 매개변수값들을 나타낸다.
가설 설정
(a)와 같이 금강 본류에 인접하여 주요 지류의 유역면적에 포함되지 않는 유역에 대해서 강우시 유출이 가장 가까운 하류의 지류를 통해 본류의 각 소구간으로 유입하는 것으로 가정하여 전체 유입유량을 재분배하였다 이러한 가정 하에 재산정된 유역면적 및 구분을 Table 1과 Fig. 3
1987년은 년간 유입량이 4, 768x10° E로 수량기 가장 풍부하였던 시기였으며, 1994년은 년간 유입량이 827x10" m 로 가장 가뭄-이 심했던 시기로 나타났다. 본 연구에서는 위의 두 시기가 대청호의 최대 유량과 최소 유량을 각각 대표하는 것으로 가정하고 이들을 중심으로 수질모델링 시나리오를 구성하였다.
본 연구에서는 용담댐 건설 후 방류량의 변화에 따른 금강의 수질 변화를 예측하고자 수질모의를 실시하였다. 용담호 유입 유량 조건은 1981년부터 2000년까지 대청호 유입유량을 분석하여 최대 갈수년인 1994년과 최대 풍수년인 1987년을 두 가지의 한계 조건으로 가정하였으며, 용담호로부터의 방류량은 실시 설계시 하천유지 용수량으로 산정된 5.4 m7sec와 8.9 irf/sec, 12.4 m/sec, 16.4 m/sec, 그리고 실측유량이 방류되는 상황을 고려하였다. 용담호 방류수질은 1급수, 2급수 그리고 현재의 실측농도가 유지되는 경우를 구분하여 수질을 모의하였다 용담호의 현재 수질은 BOD 농도는 하천수 수질 기준으로 1급수보다 양호하나, 총인 농도의 경우는 하절기에 0.
6에 나타내었으며, 이를 이용하여 산정된 각 하천의 유입유량은 Table 3과 Table 4에 각각 나타내었다. 최대 풍수년인 1987년의 경우에는 풍수기인 7월부터 9 월에 대청호의 월류유량케 비례하여 용담댐의 여수로를 통해 잉여의 유량이 방류되는 것으로 가정하여 모의하였다.
제안 방법
4 m3/sec로 결정한 바 있다(한국수자원공사, 2000). 본 연구에서는 실시 설계 시 결정된 5.4 m'/sec로 방류하는 경우와 방류량을 8.9 m"/sec, 12.4 m7sec, 16.4 m7sec로 증가시켜 방류하는 조건 및 실측 유량 조건 등 총 5개의 방류량 조건이 하류에 미치는 영향에 대하여 모의하였다. 여기에서 용담호의 실측 유량은 1994년과 1987년의 대청호의 실제 유입량을 용담호의 유역면적비로 환산하여 산정한 월평균 유량을 의미한다.
4는 용담호 하류지점인 용포지점 및 각 유입지류의 수질농도를 나타내고 있다. WASP5 모델에서 사용된 각종의 계수들은 사용자 설명서(Ambrose 등, 1993)에 나타난 기본값 또는 문헌값(Bowie, 1985)을 우선적으로 사용하였으며 측정자료와 계산 결과를 비교하는 시행착오 과정을 통하여 보정하였다.
1998년 자료를 이용한 보정 결과를 검증하기 위하여 1999년과 2000년의 측정 자료를 이용하여 수질모의를 실시하였다. 검증을 위한 모의시에도 보정시와 같이 대청호 유입유량을 이용하여 지류별 유량을 산정하였으며 환경부의 측정 자료를 이용하였다.
용담댐 방류지점으로부터 대청호 입구에 해당되는 장계교 지점까지의 구간을 1차원 흐름 상태를 나타내는 하천구간으로 보고 수질모델링을 실시하였다. 모의를 위한 소구간 구분은 남대천 봉황천, 영동처 초강천 그리고 보청천 등의 유입 지류 및 하천의 지형을 고려하여 Fig.
용담호의 수질은 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 1998년 금강 본류의 용포지점에 대해 환경부에서 측정된 수질이 유지되는 경우, 용담댐 건설 후 용담호의 유역 및 수질 관리에 의해 호소수 수질 기준으로 1급수가 방류되는 경우, 그리고 2급수가 방류되는 조건에 대하여 구분하여 수질모의를 실시하였다.
대상 데이터
1998년 자료를 이용한 보정 결과를 검증하기 위하여 1999년과 2000년의 측정 자료를 이용하여 수질모의를 실시하였다. 검증을 위한 모의시에도 보정시와 같이 대청호 유입유량을 이용하여 지류별 유량을 산정하였으며 환경부의 측정 자료를 이용하였다.
용담댐 방류지점으로부터 대청호 입구에 해당되는 장계교 지점까지의 구간을 1차원 흐름 상태를 나타내는 하천구간으로 보고 수질모델링을 실시하였다. 모의를 위한 소구간 구분은 남대천 봉황천, 영동처 초강천 그리고 보청천 등의 유입 지류 및 하천의 지형을 고려하여 Fig. 2에 나타내었으며 총 8개의 소구간으로 구분하였다. 한국수자원공사(1992)에서는 각 하천의 유역면적 을 Table 1과 같이 제시하였으나 본 연구에서는 Fig.
그러나 QUAL2E 모 델은 정상상태 모델로서 계절 변화에 따른 수질 변화를 모의할 수 없는 단점이 있다. 본 연구에서는 계절별로 각기 다른 유량 및 수질 조건에 따른 하류의 수질변화를 모의할 수 있는 WASP5을 선택하였다.
용담댐하류 지천들의 시간별 유량은 지속적으로 실측된 자료가 없으므로 본 연구에서는 1998년 실측된 대청호 유입량과 각 지천의 유역면적을 고려하여 월평 균으로 분배된 각 지류의 유량을 해당 연구기간의 유량 자료로 사용하였으며, 본류 및 각 지류의 수질은 1998년 환경부의 상시측정자료를 이용하여 보정 자료로 사 용하였다 Fig. 4는 용담호 하류지점인 용포지점 및 각 유입지류의 수질농도를 나타내고 있다. WASP5 모델에서 사용된 각종의 계수들은 사용자 설명서(Ambrose 등, 1993)에 나타난 기본값 또는 문헌값(Bowie, 1985)을 우선적으로 사용하였으며 측정자료와 계산 결과를 비교하는 시행착오 과정을 통하여 보정하였다.
성능/효과
용담하류 하천수질은 용담호로부터의 방류수질과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. BOD의 경우 실측 농도 수준을 유지할 경우 용담호의 방류량이 최대 갈수 년을 기준으로 8.9 m/sec 이상이 되어야 대청댐 입구의 수질이 향상되는 것으로 예측되었으며 1급수의 수준을 유지할 경우는 최소 12.4 m/sec 이상을 유지하여야 하는 것으로 산정되었다. 총인과 총질소의 경우 용담호의 방류수질이 1급수 또는 2급수의 기준을 만족하는 양호한 수준을 유지할 경우 방류량의 증가에 따라 수질농도가 개선되나 방류수의 수질농도가 증가되는 경우 하류의 농도개선 폭이 현저하게 감소되고 있는 것을 알 수 있다
이는 금강 및 대청호의 수질 관리를 위해서는 반드시 용담호의 수질개선이 전제되어야 흐}는 것을 시사한다. 본 연구는 용담호의 수질이 영양염류를 포함하여 2급수 보다 양호한 수질로 대폭적으로 개선되어야만 비로소 용담호의 방류량이 증가함에 따라 용담 하류의 수질에 개선효과가 나 타날 수 있는 것으로 분석하고 있다. 따라서 유역의 오염원을 발생원에서부터 관리하는 등 용담호의 조건에 맞는 영양염류 관리 대책이 마련되어야 하며 이에 대한 연구 및 기초자료 확보에 힘을 기울여야 한다.
연구 기간중의 실측유량과 실측수질이 유지된다고 보았을 때, 최대 갈수년에는 8.9 m7sec 이상이 되어야 대청호 입구의 수질이 개선되는 것으로 산정되었으며 최대 풍수년에는 5.4 m7sec가 방류되어도 개선효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 각 경우에서 용담댐으로 유립되는 잉여 수량은 여수로를 통하여 방류되는 것으로 가정되어 있으므로 최대 풍수년의 실제 5.
후속연구
대청호 등 여타 대형 저수지의 수질변화 경향을 고려해 볼 때 용담호 방류수의 BOD 농도는 2급수의 수준까지 악화되지 않을 것으로 예상된다. 그러나 대청호의 COD 농도는 지속적으로 증가하는 경향이므로(서 동일, 1998b) 추후에는 용담호에서도 COD 농도 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. Fig.
본 연구는 용담호의 수질이 영양염류를 포함하여 2급수 보다 양호한 수질로 대폭적으로 개선되어야만 비로소 용담호의 방류량이 증가함에 따라 용담 하류의 수질에 개선효과가 나 타날 수 있는 것으로 분석하고 있다. 따라서 유역의 오염원을 발생원에서부터 관리하는 등 용담호의 조건에 맞는 영양염류 관리 대책이 마련되어야 하며 이에 대한 연구 및 기초자료 확보에 힘을 기울여야 한다.
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