소양강물은 춘천과 서울지역 시민의 중요한 수원이다. 2006년 태풍 에위니아로 악화된 탁수현상은 예년과 달리 280일 이상 지속되었으며 이로 인하여 춘천 및 서울지역 물 공급에 차질을 빚었다. 한편 소양강 유역의 약 55%에 해당하는 고랭지밭의 토사유출이 탁수현상의 주요원인으로 꼽히며 이와 함께 무분별한 산지개간, 도로의 확포장, 임도개설 등도 탁수를 가중시키는 것으로 알려진다. 본 연구에서 2006년 6월${\sim}$2008년 8월간의 소양강 유역의 탁도, 강수량, 댐수위 등을 분석한 결과 탁도는 일 강우와 49일의 지연시간을 두고 최대의 상관성(r = 0.28)을 보였으며 특히 댐 수위와는 4일의 지연시간에 대해 탁월한 상관성(r = 0.60)을 나타냈다. 그리고 2006년과 2007년 두 차례 발생한 탁수의 지속기간과 거리별 탁도 자료를 이용하여 분석한 결과 취수원인 팔당댐에 탁수(10 NTU)가 도달하기 위한 소양강댐의 기준 탁도는 약 31 NTU로 추정되었다. 또 분석을 통해 향후 탁수발생 시 지속기간을 예측할 수 있는 지배감쇠곡선(master recession curve)을 제시하였다.
소양강물은 춘천과 서울지역 시민의 중요한 수원이다. 2006년 태풍 에위니아로 악화된 탁수현상은 예년과 달리 280일 이상 지속되었으며 이로 인하여 춘천 및 서울지역 물 공급에 차질을 빚었다. 한편 소양강 유역의 약 55%에 해당하는 고랭지밭의 토사유출이 탁수현상의 주요원인으로 꼽히며 이와 함께 무분별한 산지개간, 도로의 확포장, 임도개설 등도 탁수를 가중시키는 것으로 알려진다. 본 연구에서 2006년 6월${\sim}$2008년 8월간의 소양강 유역의 탁도, 강수량, 댐수위 등을 분석한 결과 탁도는 일 강우와 49일의 지연시간을 두고 최대의 상관성(r = 0.28)을 보였으며 특히 댐 수위와는 4일의 지연시간에 대해 탁월한 상관성(r = 0.60)을 나타냈다. 그리고 2006년과 2007년 두 차례 발생한 탁수의 지속기간과 거리별 탁도 자료를 이용하여 분석한 결과 취수원인 팔당댐에 탁수(10 NTU)가 도달하기 위한 소양강댐의 기준 탁도는 약 31 NTU로 추정되었다. 또 분석을 통해 향후 탁수발생 시 지속기간을 예측할 수 있는 지배감쇠곡선(master recession curve)을 제시하였다.
Water in Soyang River is an essential source for citizens of Chuncheon and Seoul areas. In 2006, turbid water in Soyang River aggravated by the typhoon Ewiniar, sustained for over 280 days unlike conventional years, then which interrupted water supply of Chuncheon and Seoul areas. Soil erosion deriv...
Water in Soyang River is an essential source for citizens of Chuncheon and Seoul areas. In 2006, turbid water in Soyang River aggravated by the typhoon Ewiniar, sustained for over 280 days unlike conventional years, then which interrupted water supply of Chuncheon and Seoul areas. Soil erosion derived from high cool lands constituting about 55% of Soyang River area is considered one of main causes for the turbid water, including imprudent development of mountainous area, road expansion, and road construction for forestry. According to analysis of turbidity, precipitation and reservoir level in Soyang River region for June 2006${\sim}$August 2008, the turbidity showed a peak correlation (r = 0.28) at a lag time of 49 days and especially did an excellent correlation (r = 0.60) with the reservoir level at a lag of 4 days. In the meantime, a critical turbidity of 31 NTU at Soyanggang Dam was estimated, over which would cause turbid water at Paldang Dam. In addition, a master recession curve was suggested, from which sustaining time of turbid water can be predicted.
Water in Soyang River is an essential source for citizens of Chuncheon and Seoul areas. In 2006, turbid water in Soyang River aggravated by the typhoon Ewiniar, sustained for over 280 days unlike conventional years, then which interrupted water supply of Chuncheon and Seoul areas. Soil erosion derived from high cool lands constituting about 55% of Soyang River area is considered one of main causes for the turbid water, including imprudent development of mountainous area, road expansion, and road construction for forestry. According to analysis of turbidity, precipitation and reservoir level in Soyang River region for June 2006${\sim}$August 2008, the turbidity showed a peak correlation (r = 0.28) at a lag time of 49 days and especially did an excellent correlation (r = 0.60) with the reservoir level at a lag of 4 days. In the meantime, a critical turbidity of 31 NTU at Soyanggang Dam was estimated, over which would cause turbid water at Paldang Dam. In addition, a master recession curve was suggested, from which sustaining time of turbid water can be predicted.
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문제 정의
특히 시간 0과 최고 상관성을 보이는 시간간의 시차를 나타내는 지연시간(the delay)은 시스템의 충격 전파속도를 지시한다(Lee and Lee, 2000). 본 연구에서는 소양강 물의 탁도, 강수량, 댐 수위 및 댐 유입량에 대하여 상기의 시계열 함수 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 소양강 유역에서 발생하는 탁수현상을 이해하기 위하여 2008년 6월~2008년 8월에 관측한 소양강 댐물의 탁도, 댐 저수위, 댐 유입수량 및 일 강수량을 분석하였다. 자기상관 분석결과 댐 유입수량과 일 강수량은 임의 함수의 성격을 보였고 댐 저수위와 탁도는 자기 상관성이 매우 큰 것으로 나타났다.
84)을 보이나 전체적으로 소양강댐에서 측정한 강수량이 조금 크게 나타나는 경향이 있다. 본 연구에서는 탁도 자료가 소양강댐에서 측정한 것이므로 이에 준하여 소양강댐에서 측정한 강수량 자료를 기본으로 삼았다.
제안 방법
상기한 바와 같이 소양강댐의 탁수는 하류 청평댐과 취수원이 있는 팔당댐에 영향을 준다. 2006년과 2007년 탁수현상 발생 시 측정한 소양강댐(0 km), 청평댐(60 km), 팔당댐(88 km)의 탁도 자료(2006년 8월, 2006년 12월, 2007년 5월)를 이용하여 탁도의 유하거리에 따른 저감을 분석하였다(Fig. 9a). 산술적 유하거리에 따라 탁도는 지수 적으로 감소하는 것으로 나타났다.
개별 시계열 자료의 특성을 살펴보기 위하여 자기상관 성을 계산하였다(Fig. 7a). 기대한 바와 같이 일강수량은 자기상관성이 매우 빠르게 감소하여 임의함수(random function)의 성격을 보였다(Lee and Lee, 2000).
8%)은 결측 기간이 최장 연속 3일 이내여서 선형보간(linear interpolation)을 사용하였다. 그리고 대부분(94.2%)의 결측은 2008년 4월 2일에서 5월 29일 사이에 발생하였는데 이때는 탁도가 매우 낮은 수준이었으며(~1 NTU), 이 기간 전후에 모두 1 NTU의 탁도를 보인 것을 고려하여 결측을 모두 1 NTU로 설정하였다(Fig. 3).
한편 2006년에는 탁수지속기간이 285일이었고 2007년에는 73일 이었다. 두 번의 탁수현상 발생(outbreak)에 대하여 최고 탁도로부터 탁도 지속기간의 감쇠곡선을 도시 하였다(Fig. 10). 이를 위해 최고농도로 관측 탁도를 나누어 표준화하였다.
표준화 탁도(standardized turbidity)는 경과시간에 대하여 대수적으로(logarithmically) 감소하는 것으로 나타났다. 또 두 번의 탁수기간을 통합하는 대표 감쇠곡선을 제시하였다(Y=-0.2163 ln(X)+1.1852, Y: 표준화 탁도, X는 경과시간(일)). 이를 통해 향후 최고농도를 알 경우 일정 오차 범위 내에서 탁수가 얼마나 지속될 것인지를 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 소양강 유역에서 발생하는 탁수현상과 저감에 대한 수리학적 분석을 위하여 한국수자원공사(소양강댐관리단)가 2006년 6월 22일부터 2008년 8월 4일까지 관측한 소양강 유역의 강수량(precipitation), 소양강 댐 물의 탁도(turbidity), 댐 수위(reservoir level), 댐 유입수량(total inflow) 등의 수문자료를 분석하였고 이를 통해 탁수의 지속기간을 예측하는 지배감쇠곡선(master recession curve)을 추정하였다.
90의 결정계수). 세 가지 경우에 대하여 최고 탁도로 나누어 표준화(standardized)한 탁도(T/Tmax)를 거리에 대하여 도시하여 하나의 대표 탁도감소 곡선을 작성하였다(Fig. 9b). 이 결과 취수원인 팔당댐에 탁수가 도달하지 않기 위해서는 소양강댐에서 최대 31 NTU 이하를 유지하여야 하는 것으로 추정되었다.
10). 이를 위해 최고농도로 관측 탁도를 나누어 표준화하였다. 표준화 탁도(standardized turbidity)는 경과시간에 대하여 대수적으로(logarithmically) 감소하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
한국수자원공사 소양강댐 관리단에서는 소양강댐 물의 탁도 등을 포함한 수질, 댐 수위 및 댐 유입수량 등을 정기적으로 관측하고 있으며 이를 일반인들에게 공개하고 있다(한국수자원공사, 2007). 본 연구에서는 공개된 2006년 6월 22일~2008년 8월 4일의 일일자료(각각 775개 자료)를 이용하였는데 탁도의 경우에는 총 69개의 결측(8.9%)이 있다. 2008년 이전의 결측(총 결측의 5.
수문자료의 특성을 이해하기 위해서 본 연구에서는 주로 시계열적 해석방법(time series analysis)을 사용하였다. 해석에 사용한 함수는 자기상관(auto-correlation), 스펙트럼밀도(spectral density) 및 교차상관(cross-correlation) 함수이다. 자기상관 함수는 일정 시간에 대하여 연속적 자료의 선형적 의존성 및 기억효과(memory effect)를 정량화한다(Angelini, 1997; Larocque et al.
이론/모형
9%)이 있다. 2008년 이전의 결측(총 결측의 5.8%)은 결측 기간이 최장 연속 3일 이내여서 선형보간(linear interpolation)을 사용하였다. 그리고 대부분(94.
수문자료의 특성을 이해하기 위해서 본 연구에서는 주로 시계열적 해석방법(time series analysis)을 사용하였다. 해석에 사용한 함수는 자기상관(auto-correlation), 스펙트럼밀도(spectral density) 및 교차상관(cross-correlation) 함수이다.
성능/효과
한편 탁도는 강수와 일정지연 시간을 두고 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났으며 또 댐 수위와는 매우 큰 상관관계를 보였다. 거리에 따른 탁도의 분석 결과에 의하면 팔당댐에 탁수가 도달하지 않기 위해서는 소양강댐에서 최대 31~38 NTU 이하로 유지시켜야 하는 것으로 추정되었다. 또 2006년과 2007년 두 번의 탁수지속기간 자료를 분석한 결과 탁도는 시간에 대하여 대수적으로 감소하는 것으로 나타났으며 최고 탁도를 알 경우 탁수지속기간을 예측하는 대표 감쇠 곡선을 제시하였다.
이와 같은 양상은 댐 유입량도 비슷하게 나타났다. 그러나 댐 저수위와 탁도는 매우 강한 자기상관성을 보이며 긴 지연시간에도 높은 자기상관 계수를 보였고 조절시간도 각각 40.56일과 70.34일로 나타나 선행 값들이 후행 값들에 장기간 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러므로 나타난 시계열적 특성상 일강수량과 유입량을 한 그룹으로 그리고 댐 저수위 및 탁도를 또 다른 그룹으로 대별할 수 있다.
8은 댐 유입수량, 탁도 및 댐 저수위의 시계열적 상관관계를 보여준다. 댐 유입수량은 탁도와 22일의 지연 시간에 대하여 0.365의 비교적 높은 상관성을 보였다. 유입수량과 댐 수위는 지연시간 13일에 대하여 최고 0.
9a). 산술적 유하거리에 따라 탁도는 지수 적으로 감소하는 것으로 나타났다. 특히 탁수현상이 진행 중인 두 경우(2006년 8월과 2006년 12월)의 지수적 감소 현상은 탁월하다(각각 0.
9b). 이 결과 취수원인 팔당댐에 탁수가 도달하지 않기 위해서는 소양강댐에서 최대 31 NTU 이하를 유지하여야 하는 것으로 추정되었다. 또 탁수현상이 발생하지 않은 2007년 5월의 자료를 제외한다면 소양강댐에서 최대 38 NTU 이하로 유지하여야만 팔당댐에 탁수가 도달하지 않을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 소양강 유역에서 발생하는 탁수현상을 이해하기 위하여 2008년 6월~2008년 8월에 관측한 소양강 댐물의 탁도, 댐 저수위, 댐 유입수량 및 일 강수량을 분석하였다. 자기상관 분석결과 댐 유입수량과 일 강수량은 임의 함수의 성격을 보였고 댐 저수위와 탁도는 자기 상관성이 매우 큰 것으로 나타났다. 한편 탁도는 강수와 일정지연 시간을 두고 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났으며 또 댐 수위와는 매우 큰 상관관계를 보였다.
지연시간이 없을 경우에 무관해 보이던 일강수량과 탁도의 관계는 지연시간 49일에 대해 최고 0.284(p < 0.0001)의 유의할만한 상관성을 보였다 (Table 2).
0001)의 유의할만한 상관성을 보였다 (Table 2). 최고 상관관계는 49일에 보였지만 상관계수는 강우 후 점차적으로 상승하여 10일 이후부터는 0.20 이상의 비교적 큰 상관성을 보였다. 또 일강수량은 댐 유입량과는 1일의 지연시간에 대해 가장 높은 0.
이를 위해 최고농도로 관측 탁도를 나누어 표준화하였다. 표준화 탁도(standardized turbidity)는 경과시간에 대하여 대수적으로(logarithmically) 감소하는 것으로 나타났다. 또 두 번의 탁수기간을 통합하는 대표 감쇠곡선을 제시하였다(Y=-0.
즉 물은 강수와 연동하여 빠른 시간 내에 유하하여 댐의 유입수량에 영향을 미치지만 탁수는 고형물질이 이동하는 것이므로 물보다는 지연시간이 길다는 것을 알 수 있다. 한편 일강수량과 댐 수위도 비교적 의미있는 상관성을 보였다. 지연시간 50일에 대하여 0.
자기상관 분석결과 댐 유입수량과 일 강수량은 임의 함수의 성격을 보였고 댐 저수위와 탁도는 자기 상관성이 매우 큰 것으로 나타났다. 한편 탁도는 강수와 일정지연 시간을 두고 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났으며 또 댐 수위와는 매우 큰 상관관계를 보였다. 거리에 따른 탁도의 분석 결과에 의하면 팔당댐에 탁수가 도달하지 않기 위해서는 소양강댐에서 최대 31~38 NTU 이하로 유지시켜야 하는 것으로 추정되었다.
후속연구
1852, Y: 표준화 탁도, X는 경과시간(일)). 이를 통해 향후 최고농도를 알 경우 일정 오차 범위 내에서 탁수가 얼마나 지속될 것인지를 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소양강댐의 저수량은 얼마인가?
소양강댐은 1967년 착공 6년만인 1973년에 준공되었으며 저수량 269억톤으로 강원 및 서울지역의 주요 수원 (water source)이다. 소양강댐의 물은 유하하여 의암댐 (15 km), 청평댐(60 km) 및 팔당댐(88 km)에 이른다.
수문자료의 특성을 이해하기 위해서 본 연구에서는 주로 어떤 방법을 사용하였는가?
수문자료의 특성을 이해하기 위해서 본 연구에서는 주로 시계열적 해석방법(time series analysis)을 사용하였다. 해석에 사용한 함수는 자기상관(auto-correlation), 스펙트럼밀도(spectral density) 및 교차상관(cross-correlation) 함 수이다.
자기상관(auto-correlation), 스펙트럼밀도 함수는 무엇인가?
해석에 사용한 함수는 자기상관(auto-correlation), 스펙트럼밀도(spectral density) 및 교차상관(cross-correlation) 함 수이다. 자기상관 함수는 일정 시간에 대하여 연속적 자료의 선형적 의존성 및 기억효과(memory effect)를 정량화한다(Angelini, 1997; Larocque et al., 1998). 일 강수 (daily precipitation)와 같이 일반적으로 상호 자기연관성이 적은 함수는 자기상관 함수가 빠르게 감소하며 자기상관성이 큰 대기압과 같은 자료는 긴 지연시간(time lag)에 대해 높은 자기상관성을 보인다(Lee and Lee, 2000). 스펙트럼밀도 함수는 시계열 자료의 주기성을 보여주는 것으로 조절시간(regulation time)을 통해 해당 시스템(지하수 혹은 지표수 시스템)의 외부 충격(예를 들어 강우)에 대한 반응의 영향기간을 알 수 있다(Larocque et al., 1998).
참고문헌 (8)
김범철, 2007, 소양강 탁수발생 실태와 환경생태학적 영향, 워터저널, 파트 1
김복혜, 이나경, 정대교, 노진환, 이진용, 최헌영, 목종구, 2007, 소양강 탁수의 퇴적물 및 부유물질에 관한 광물 및 퇴적학적 연구, 2007 춘천물포럼, 강원대학교, p. 725-736
류찬희, 2007, 맑은 물 밝은 세상 (3) 비점오염원을 막아라. 서울신문 2007년 4월 16일자
정대교, 정희만, 2006, 소양강댐 건설 이후 소양호 저층퇴적물의 퇴적상 변화와 이의 환경퇴적학적 영향, 지질학회지, 42, 199-234
Larocque, M., Mangin, A., Razack, M., and Banton, O., 1998, Contribution of correlation and spectral analyses to the regional study of a karst aquifer (Charente, France). J. Hydrol., 205, 217-231
Lee, J.Y. and Lee, K.K., 2000, Use of hydrologic time series data for identification of recharge mechanism in a fractured bedrock aquifer system. J. Hydrol., 229, 190-201
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