소수력은 신재생에너지 중에서도 온실가스 배출량이 가장 적은 청정에너지중의 하나이며, 국내 부존량이 매우 풍부하기 때문에 최근 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 그러나 국내에서 소수력 개발을 위한 자원조사나 연구는 1990년대 이후 매우 미흡한 상황이어서 체계적인 연구가 뒷받침 되어야 할 것이다. 본 연구의 목적은 소수력 개발의 계획단계에서 입지분석을 위한 방법론을 제시하는 것이다. 이를 위해서 제약기준과 입지기준을 설정하고 가중치를 부여하였으며, 각 요인들의 정량화 방법을 제시하였다. 특히, 최근 시설물 입지분석에 광범위하게 사용되고 있는 지형공간정보체계를 활용하는 분석절차를 수립하고 자동탐색이 가능한 시스템모형을 개발하여 분석의 객관성과 정밀성을 제고하는데 중점을 두었다. 개발된 방법론은 금강수계의 보청천에 적용하였으며 분석결과, 댐식 4개소, 수로식 2개소를 입지로 선정하였다. 본 연구는 향후 소수력 개발 활성화에 대비한 기초연구로서 의의가 있다.
소수력은 신재생에너지 중에서도 온실가스 배출량이 가장 적은 청정에너지중의 하나이며, 국내 부존량이 매우 풍부하기 때문에 최근 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 그러나 국내에서 소수력 개발을 위한 자원조사나 연구는 1990년대 이후 매우 미흡한 상황이어서 체계적인 연구가 뒷받침 되어야 할 것이다. 본 연구의 목적은 소수력 개발의 계획단계에서 입지분석을 위한 방법론을 제시하는 것이다. 이를 위해서 제약기준과 입지기준을 설정하고 가중치를 부여하였으며, 각 요인들의 정량화 방법을 제시하였다. 특히, 최근 시설물 입지분석에 광범위하게 사용되고 있는 지형공간정보체계를 활용하는 분석절차를 수립하고 자동탐색이 가능한 시스템모형을 개발하여 분석의 객관성과 정밀성을 제고하는데 중점을 두었다. 개발된 방법론은 금강수계의 보청천에 적용하였으며 분석결과, 댐식 4개소, 수로식 2개소를 입지로 선정하였다. 본 연구는 향후 소수력 개발 활성화에 대비한 기초연구로서 의의가 있다.
Small hydropower is the one of the cleanest one among new and renewable energy with less green house gas emissions. Recently, the necessity of developing small hydropower is emerging since its remaining potential resources in this country are abundant. However, a survey or research on the small hydr...
Small hydropower is the one of the cleanest one among new and renewable energy with less green house gas emissions. Recently, the necessity of developing small hydropower is emerging since its remaining potential resources in this country are abundant. However, a survey or research on the small hydropower development has been hardly performed since the 1990#s. These circumstances encourages a systematic approach for the small hydropower development. The purpose of this study is to propose a methodology of the location analysis for developing small hydropower. To this end, constraint and location criteria with weights are established and quantification method of each factor is presented. Especially, the analysis procedure is established on the basis of GSIS. Also the study focus on raising the objectivity and precision of analysis by developing system model with automatic search. The proposed methodology is applied to Bochung stream in Keum Riverbasin. The result selects the four and two locations of dam type and run-of-river type respectively. This study will be beneficial to the future activation of small hydropower development as a fundamental work.
Small hydropower is the one of the cleanest one among new and renewable energy with less green house gas emissions. Recently, the necessity of developing small hydropower is emerging since its remaining potential resources in this country are abundant. However, a survey or research on the small hydropower development has been hardly performed since the 1990#s. These circumstances encourages a systematic approach for the small hydropower development. The purpose of this study is to propose a methodology of the location analysis for developing small hydropower. To this end, constraint and location criteria with weights are established and quantification method of each factor is presented. Especially, the analysis procedure is established on the basis of GSIS. Also the study focus on raising the objectivity and precision of analysis by developing system model with automatic search. The proposed methodology is applied to Bochung stream in Keum Riverbasin. The result selects the four and two locations of dam type and run-of-river type respectively. This study will be beneficial to the future activation of small hydropower development as a fundamental work.
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문제 정의
본 연구의 목적은 소수력 개발의 입지분석에서 GSIS를 활용하여 과거 현장답사와 수작업에 의존했던 입지 분석 방법을 객관화, 정밀화하는 데에 있다. 따라서 본 연구의 입지분석은 많은 대안들 중에서 최적지를 선정하는 적지분석(site suitability analysis)과는 구별되는 것으로서 대안이 될 수 있는 입지들을 탐색하는 기준과 방법론 구축에 초점을 둔 것이다. 개발된 방법론을 적용한 결과, 넓은 유역을 단시간에 정밀하게 탐색할 수 있었으며 사용자 편의성을 개선함으로써 소수력 개발을 위한 정책의사결정시 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 그동안 현장답사와 수작업에 의존했던 소수력 자원조사를 ‘입지분석’이라는 체계적 틀 내에서 새롭게 정의하고자 하였다.
본 연구는 입지분석의 전 과정을 시스템모형으로 개발함으로써 절차를 체계화 하고 결과의 정밀도를 제고 하였다. 이러한 합리성은 소수력 개발시 입지분석을 통한 의사결정 결과에 타당성과 신뢰성을 부여할 것이다.
본 연구의 목적은 소수력 개발의 입지분석에서 GSIS를 활용하여 과거 현장답사와 수작업에 의존했던 입지 분석 방법을 객관화, 정밀화하는 데에 있다. 따라서 본 연구의 입지분석은 많은 대안들 중에서 최적지를 선정하는 적지분석(site suitability analysis)과는 구별되는 것으로서 대안이 될 수 있는 입지들을 탐색하는 기준과 방법론 구축에 초점을 둔 것이다.
제약기준 설정의 목적은 탐색된 지점이 경제적, 기술적으로 타당성이 충분한 곳이라 하더라도 대안으로서 현실적으로 실현가능한지를 판별하기 위한 것이다. 따라서 제약기준은 입지분석 과정에서 우선적으로 고려되어야 하는 요인이다.
제안 방법
입지의 개발형식은 댐식과 수로식 각각을 별도로 분석하였는데, 두 형식이 중복되면 댐-수로식으로 개발 하게 된다. GIS 분석도구로는 ESRI사의 ArcView GIS 3.2a를 사용하였고, Script 언어인 Avenue를 이용하여 Fig. 9와 같은 자동탐색이 가능한 입지분석 시스템을 개발하였다. 분석방법은 제약기준으로 설정된 구역이나 일정범위의 공간 내에 위치한 탐색지점들을 우선 제외 하였고, 입지기준에 따라 낙차, 저류용량, 보상면적, 환경⋅생태를 차례로 계산하여 평점 하였다.
과거에는 소수력 자원조사를 위하여 많은 시간과 비용을 들여 답사를 하거나 종이지도에 의존하여 지형분석을 수행하였다. 그러나 이는 광범위한 유역을 분석할 때 장시간을 요하고 객관성이 떨어지는 단점이 있으며, 수작업에 의한 실수와 주관적 판단개입 및 개인오차와 같은 요인들이 분석결과의 신뢰성을 저하시킬 가능성이 크다.
저류 용량 산정시 댐 높이에 비해 저류용량이 지나치게 큰 지점은 일반적으로 하폭이 넓고, 주변에 인문 활동이 많은 평탄지일 확률이 크기 때문에 경제적, 환경적 비용이 과대할 수 있다. 그러나 보상면적을 직접 산정하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하므로 인문 활동이 많거나 평탄지일 것으로 추정되는 토지이용 상태를 파악하여 간접적으로 추정하는 방식을 사용하였다. Fig.
두 가지 목표를 충족시키는 방법론 도출을 위해서 전자의 경우, 제약기준과 입지기준을 설정하고 각 기준하위의 요인들을 정량화 혹은 지수화 하는 방법을 제시 하였다. 후자를 위해서는 GSIS를 활용하는 분석절차를 수립하고 필요한 공간자료들을 제시하였으며, 제약기준 및 입지기준의 각 요인들의 자동탐색이 가능한 시스템 모형을 개발하였다.
일반적으로 유역변경식 수로는 수리권 문제나 건천화 가능성 등 부정적 영향을 야기할 수 있다. 따라서 Fig. 5와 같이 하도구간(stream link)마다 코드명을 부여하여 유역변경식 수로가 생성되는 것을 방지할 수 있도록 고안하였다. a1, a2, a3 등은 임의로 부여한 동일 차수 하도구간들의 일련번호이고, a, b, c 등은 특정 하도구간이 높은 차수의 하류로 연결되는 경로를 나타내는 경로코드의 속성이다.
그러나 우리나라의 수문 특성상 안정적인 유량확보는 어려운 점이 있으므로 대개의 경우 취수댐 또는 저수댐을 이용하는 방식으로 소수력 개발이 이루어진다. 따라서 소수력 입지분석시 댐과 관련된 입지요인을 충분히 고려하여야 하며 본 연구에서는 저류용량과 보상면적을 선정하였다.
본 연구에서는 소수력 입지분석에 환경⋅생태적인 영향을 고려하였고, 이를 위해 국토환경성평가지도를 활용하였다.
수로식 소수력발전의 성능에 절대적인 영향을 미치는 요인은 자연낙차(natural head)이다. 본 연구에서는 하천을 따라 하류방향으로 수로의 시점을 이동시키면서 수로길이의 변화에 따른 시점과 종점 사이의 표고차이(자연낙차)를 계산하였다. 수로길이를 변화시키는 이유는 최대한 짧은 길이의 수로로 최대한의 낙차를 얻을 수 있는 입지를 탐색하여 경제성을 높이기 위함이다.
본 연구의 소수력 개발 입지분석은 대상유역의 DEM 을 이용하여 하천망 격자(stream network grid)를 생성하고, 개개의 격자들을 대상으로 입지를 탐색하였다. 그러나 소수력 개발과 같이 입지요인이 까다로운 시설물의 입지분석에서는 제약기준에 의해 부적합한 지점들을 먼저 제거한 뒤, 입지기준을 이용하여 탐색하는 것이 효율적이다.
분석방법은 제약기준으로 설정된 구역이나 일정범위의 공간 내에 위치한 탐색지점들을 우선 제외 하였고, 입지기준에 따라 낙차, 저류용량, 보상면적, 환경⋅생태를 차례로 계산하여 평점 하였다.
입지분석에서는 사용된 방법론의 검증과 실제 결과물에 대한 확인 작업이 반드시 필요하므로 분석과정 및 결과에 대하여 목적에 부합되는지 여부를 판단하기 위한 환류과정(feedback)을 포함하고 있어야 한다(허윤경, 1997). 이를 위해 본 연구는 Fig. 2와 같이 7단계의 입지분석 절차에 환류과정을 포함시켜 기준들의 적정성을 검토하고 입지기준간의 상대적 가중치를 조정하도록 하였다. 즉, Table 1에 나타낸 입지기준과 그 가중치는 금강유역을 대상으로 절차에 따라 선정된 입지들을 경제성분석을 통해 평가하는 동시에, 기존 자원조사에서 제안된 8개 입지가 포함되도록 입지기준과 가중치를 시행착오적으로 조정하여 도출된 것이다.
그러나 소수력 개발과 같이 입지요인이 까다로운 시설물의 입지분석에서는 제약기준에 의해 부적합한 지점들을 먼저 제거한 뒤, 입지기준을 이용하여 탐색하는 것이 효율적이다. 이를 위해 우선적으로 법적제한지역이나 분쟁(갈등)의 소지가 높은 지점을 제거하기 위해 국립 공원, 상수원보호구역, 농업시설물, 주거지역 등을 제약 기준의 항목으로 설정하였다. 입지기준의 항목은 수문학적, 지형적 및 환경⋅생태적 요인 등으로 설정하였으며 탐색대상 지점별로 평점(scoring)한 결과를 바탕으로 우선순위에 따라 최종 입지를 선정하였다.
입지기준의 항목은 수문학적, 지형적 및 환경⋅생태적 요인 등으로 설정하였으며 탐색대상 지점별로 평점(scoring)한 결과를 바탕으로 우선순위에 따라 최종 입지를 선정하였다.
두 가지 목표를 충족시키는 방법론 도출을 위해서 전자의 경우, 제약기준과 입지기준을 설정하고 각 기준하위의 요인들을 정량화 혹은 지수화 하는 방법을 제시 하였다. 후자를 위해서는 GSIS를 활용하는 분석절차를 수립하고 필요한 공간자료들을 제시하였으며, 제약기준 및 입지기준의 각 요인들의 자동탐색이 가능한 시스템 모형을 개발하였다. 개발된 방법론을 보청천유역에 적용한 결과, 댐식 4개소와 수로식 2개소의 입지를 선정하였는데 이는 수계 내 하천 전체에 대하여 30m 간격(DEM 격자크기)으로 설정한 5만 5천여 탐색지점을 제약기준과 입지기준에 따라 5시간 이내에 분석한 결과이다.
대상 데이터
분석방법은 제약기준으로 설정된 구역이나 일정범위의 공간 내에 위치한 탐색지점들을 우선 제외 하였고, 입지기준에 따라 낙차, 저류용량, 보상면적, 환경⋅생태를 차례로 계산하여 평점 하였다. 최종적으로 총점기준 상위 100개 탐색지점에 대하여 총점에 의한 우선순위와 더불어 입지의 중복 및 근접정도, GIS 자료의 오류로 인한 선택 가능성, 시공의 난이도 등을 종합 판단하여 Fig. 10에 나타낸 것과 같이 댐식 4개 지점, 수로식 2개 지점을 최종 입지로 선정하였다.
이론/모형
본 연구는 금강수계 대청댐 상류유역의 보청천을 대상유역으로 선정하고 개발된 입지분석 방법론을 적용하였다. 금강의 제1지류인 보청천은 유역면적 553.
성능/효과
후자를 위해서는 GSIS를 활용하는 분석절차를 수립하고 필요한 공간자료들을 제시하였으며, 제약기준 및 입지기준의 각 요인들의 자동탐색이 가능한 시스템 모형을 개발하였다. 개발된 방법론을 보청천유역에 적용한 결과, 댐식 4개소와 수로식 2개소의 입지를 선정하였는데 이는 수계 내 하천 전체에 대하여 30m 간격(DEM 격자크기)으로 설정한 5만 5천여 탐색지점을 제약기준과 입지기준에 따라 5시간 이내에 분석한 결과이다. 이처럼 입지분석 이론의 적용과 GSIS의 활용으로 인해 본 연구의 방법론은 과거에 비해 광범위한 유역을 빠른 시간 안에 정밀하게 탐색할 수 있었으며 사용자의 편의성도 크게 개선한 것으로 판단된다.
그러나 이는 광범위한 유역을 분석할 때 장시간을 요하고 객관성이 떨어지는 단점이 있으며, 수작업에 의한 실수와 주관적 판단개입 및 개인오차와 같은 요인들이 분석결과의 신뢰성을 저하시킬 가능성이 크다. 반면, 본 연구의 입지분석 방법은 과거에 비해 광범위한 유역을 빠른 시간 안에 정밀하게 탐색할 수 있었으며 사용자 편의성도 크게 개선한 것으로 판단된다.
따라서 앞서 논하였던 일반적인 상⋅하류 특성이 복합적으로 나타날 수 있기 때문에 단편적인 현상만으로 결과를 해석할 수는 없을 것으로 생각된다. 오히려 본 연구의 입지분석 방법은 제약기준이나 입지기준에 따라 다양한 유역의 특성을 잘 반영하기 때문에 충분한 설명력을 갖춘 것으로 판단된다.
개발된 방법론을 보청천유역에 적용한 결과, 댐식 4개소와 수로식 2개소의 입지를 선정하였는데 이는 수계 내 하천 전체에 대하여 30m 간격(DEM 격자크기)으로 설정한 5만 5천여 탐색지점을 제약기준과 입지기준에 따라 5시간 이내에 분석한 결과이다. 이처럼 입지분석 이론의 적용과 GSIS의 활용으로 인해 본 연구의 방법론은 과거에 비해 광범위한 유역을 빠른 시간 안에 정밀하게 탐색할 수 있었으며 사용자의 편의성도 크게 개선한 것으로 판단된다.
후속연구
따라서 본 연구의 입지분석은 많은 대안들 중에서 최적지를 선정하는 적지분석(site suitability analysis)과는 구별되는 것으로서 대안이 될 수 있는 입지들을 탐색하는 기준과 방법론 구축에 초점을 둔 것이다. 개발된 방법론을 적용한 결과, 넓은 유역을 단시간에 정밀하게 탐색할 수 있었으며 사용자 편의성을 개선함으로써 소수력 개발을 위한 정책의사결정시 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
만일 동일 수로길이(직선거리)에서 여러 지점이 만날 경우에는 가장 큰 낙차를 가지는 지점을 남기고, 나머지는 제외한다. 결국 이러한 과정은 대상유역에 생성된 탐색지점의 수에 따라 시점을 이동시키면서 수천 또는 수만 번의 반복연산을 수행한다. 이렇게 산정된 수로 길이별 낙차는 여러 개의 셀 단위로 구성하여 저장하였다가 최종 입지선정을 위해 평점(scoring)하여 사용된다.
이론의 객관화를 위해서는 분석과정에 경험적 요소를 최소화시켜 입지요인들을 정량화(quantification), 지수화(indexation)해야 한다. 또한 수단의 정밀화는 결과의 정확도에 대해 필요조건이므로 효율적인 범위 내에서 최대한 정밀한 자료와 도구를 사용해야 한다.
다만, GIS 자료 및 도구의 활용은 사용자가 기초적인 이론과 사용방법을 숙지하고 있어야 구현이 가능하며, 각종 수치지도 자료의 정확도가 분석에 큰 영향을 미치므로 자료에 대한 사전 검증도 중요한 부분을 차지할 것으로 판단된다. 향후에는 제약기준과 입지기준이 될 수 있는 요인에 대한 지속적 연구를 통해 공간적인 정밀도를 높일 수 있는 지표를 개발하여 소규모 유역에서도 탐색지점 간에 변별력을 높이는 것도 중요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소수력의 입지분석을 위해서는 무엇이 합리적인가?
그러므로 소수력의 입지분석이란 개발 초기의 조사단계에서 사업상 장애가 적고 경제성이 있다고 판단되는 다수의 후보 입지를 탐색하는 과정으로 정의할 수 있다. 이를 위해서는 시간과 비용이 상대적으로 적은 기존의 지형 및 수문자료를 활용하는 것이 합리적이다. 과거에는 이러한 분석이 현지답사와 종이지도에 의존하여 이루어져왔다.
입지분석이란 무엇인가?
입지분석(location analysis)이란 적절한 토지의 평가를 바탕으로 하여 시설입지의 다양한 요구를 평가하여 그 대안을 제시해 주는 것이다(허윤경, 1997). 그러므로 소수력의 입지분석이란 개발 초기의 조사단계에서 사업상 장애가 적고 경제성이 있다고 판단되는 다수의 후보 입지를 탐색하는 과정으로 정의할 수 있다.
입지분석 과정에서 제약기준 설정의 목적은 무엇인가?
제약기준 설정의 목적은 탐색된 지점이 경제적, 기술적으로 타당성이 충분한 곳이라 하더라도 대안으로서 현실적으로 실현가능한지를 판별하기 위한 것이다. 따라서 제약기준은 입지분석 과정에서 우선적으로 고려되어야 하는 요인이다.
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