[논문]수문학적 가뭄지수와 가상가뭄훈련에 의한 저수지의 최적 물 공급 방안 연구

서형덕; 정상만; 김성준; 이주헌

doi:10.3741/jkwra.2008.41.10.1045

문제 정의

STELLA모형은 이미 미국 및 선진국에서 다양하게 이용되고 있는 모형으로 수자원 시스템공학 분야, 최적화기법 분야, 저수지 운영 분야 등에 널리 활용되고 있으며, 본 연구에서는 금강유역에 위치한 두 개의 댐을 이용하여 가뭄발생시 가뭄지수를 활용한 효과적인 댐 운영을 통하여 피해를 최소화시킬 수 있도록 최적의 물공급방안을 제시하기 위해 STELLA를 이용하여 개발한 저수지운영 전문가시스템인 물 공급 모형과 수문학적 가뭄지수와의 연계운영이 가능하도록 하였다. 또한 수문학적 가뭄지수의 모니터링 결과를 바탕으로 공영시각모형에 의한 가상가뭄모의운영을 통하여 가뭄강도에 따른 향후 저수지 운영방안을 제시하였다.
그러나 관측되는 수문인자의 양·질적인 문제와 하나의 가뭄지수로 대변하기 어려운 다양한 가뭄발생특성 등의 문제로 인하여 한가지의 가뭄지수로 가뭄특성을 정확하게 규명하고 평가하는 것은 현실적으로 불가능한 것으로 판단된다. 따라서 MSWSI 산정에 사용된 수문학적 가뭄평가에 사용되는 수문인자가 유역의 가뭄평가에 미치는 영향을 분석하여 금강유역의 가뭄특성을 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 금강유역을 대상으로 STELLA 모형을 이용하여 금강유역 가뭄의 향후 진행상황에 따른 최적의 물 공급 방안(water supply management)을 수립할 수 있도록 가뭄관리를 위한 물 공급 모형을 구축하였다. 물 공급 모형은 여러 가지의 가뭄시나리오를 가상으로 설정하여 모의운영을 함으로써 상황에 따른 대안의 도출이 가능하고 궁극적으로 가뭄발생시에 미리 설정된 대안을 활용하여 상황별 가뭄대책수립이 가능하다는 장점이 있다.
본 연구에서 개발한 물 공급 모형은 금강유역의 향후 가뭄의 진행상황에 따른 물 공급 대책을 수립할 수 있는 물 관리 모형개발에 초점을 맞춰 수행하였다. 또한 저수지의 유입량, 하천유지유량, 발전방류량, 용수공급량 등에 따른 저수지의 반응을 살펴볼 수 있도록 다양한 목적함수의 계산이 이루어졌다.
본 연구에서 개발한 물 공급 모형은 금강유역의 향후 가뭄의 진행상황에 따른 물 공급 대책을 수립할 수 있는 물 관리 모형개발에 초점을 맞춰 수행하였다. 또한 저수지의 유입량, 하천유지유량, 발전방류량, 용수공급량 등에 따른 저수지의 반응을 살펴볼 수 있도록 다양한 목적함수의 계산이 이루어졌다.
본 연구에서는 가뭄기간에도 탄력적으로 댐을 운영할 수 있는 방안을 마련하기 위하여 댐 운영을 위한 전문가시스템과 수문학적 가뭄지수와의 연계를 통한 가상 가뭄훈련(Virtual Drought Exercise)을 실시하는 개념과 방안을 도출하였으며 실제 금강 유역에 적용하여 도출된 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 수문학적 가뭄지수와 공영시각모형과의 연계운영을 실시하기 위하여 모니터링 결과에 의한 가뭄심도에 따라 댐을 동적으로 운영할 수 있는 방안을 제시하였다.

가설 설정

가뭄관리를 위하여 개발된 물 공급모형을 사용하여 과거의 극심한 가뭄기간이었던 1994년과 1995년 동안의 가뭄상황을 대상으로 대청댐에 대한 모형의 모의운영을 실시하였다. 해당기간의 실제 댐운영자료를 이용하여 모의운영을 실시하는 것이 타당한 방법이나 현존하는 자료가 미비한 실정이므로 해당기간 용담댐의 실측 자연하천유량과 대청댐의 실측 유입량이 유입되는 것으로 설정하였다. 용담댐은 1994년에는 건설전이기 때문에 용담댐건설 후 평균하천유지유량 방류량인 16CMS를 입력하였으며, 대청댐 하류의 하천유지유량은 1994∼1995년의 평균 하천유지유량인 12CMS를 입력하였다.

제안 방법

가뭄단계에 따라 여러 가지 댐 운영방안을 설정하여 가상가뭄모의운영을 실시하였다. 1994～1995의 실제가뭄사상에 대해 가뭄단계별로 댐 운영을 중간값과 최대값으로 하였을 때 각각에 대하여 발전방류량을 중간값으로 운영하였을 경우와 최소값으로 하였을 경우에 대하여 총 20가지의 가상의 시나리오를 구성하여 댐에 대한 가상가뭄모의훈련을 실시하였다. 이때 용담댐과 대청댐의 하천유지유량은 예년평균 하천유지유량 방류량은 16CMS와 12CMS로 설정하였으며, 초기저수량은 예년평균 저수량인 7억m³와 10억m³로 설정하였다.
MSWSI를 기존의 수문학적 지수인 SWSI와 비교하여 보면 식의 형태에서는 적설인자를 제외하고 저류량 인자를 댐 유입량 인자로 대체하였고 지하수위 인자를 추가하였다. 적용 형태에서는 기존의 전국을 4개의 대권역으로 가뭄을 평가하는 것이 아닌 유역의 물 공급 체계를 고려하여 크게 댐, 하천, 지하수, 강수유역의 4종류의 형태로 분류하고 유역을 보다 세분화하여 준분포형 형태로 평가하고 월단위에서 주단위로 평가하여 수문학적 가뭄평가에 대한 신뢰도가 향상되었다.
MSWSI를 평가하기 위하여 금강권역을 댐 유역, 하천유역, 지하수유역 그리고 강수유역으로 분류하였으며 댐 유역은 댐 유입량 인자를 포함하여 가뭄을 평가하는 유역이고 하천유역은 댐 유입량인자 없이 하천유량인자가 포함된 유역이고 지하수유역은 댐 유입량, 하천유량인자 없이 강수인자와 지하수위인자를 사용하는 유역이고 마지막으로 강수유역은 강수인자만을 사용하여 가뭄을 평가하는 유역이다.
MSWSI와 댐 유입량과의 관계를 분석하기 위하여 MSWSI를 가뭄심도별로 구분하여 가뭄상태를 분류한 후 가뭄심도에 해당하는 유입량의 평균값을 계산하여 예년 평균유입량과의 비율을 산정하였다. MSWSI 산정 결과에 따르면 용담댐유역은 분석기간 동안 심한가뭄 이상의 가뭄이 발생하지 않았으며, 대청댐유역은 극심한 가뭄이 발생하지 않아 가뭄심도에 따른 유입량을 산정하지 못하였다.
가뭄관리를 위하여 개발된 물 공급모형을 사용하여 과거의 극심한 가뭄기간이었던 1994년과 1995년 동안의 가뭄상황을 대상으로 대청댐에 대한 모형의 모의운영을 실시하였다. 해당기간의 실제 댐운영자료를 이용하여 모의운영을 실시하는 것이 타당한 방법이나 현존하는 자료가 미비한 실정이므로 해당기간 용담댐의 실측 자연하천유량과 대청댐의 실측 유입량이 유입되는 것으로 설정하였다.
가뭄단계에 따라 여러 가지 댐 운영방안을 설정하여 가상가뭄모의운영을 실시하였다. 1994～1995의 실제가뭄사상에 대해 가뭄단계별로 댐 운영을 중간값과 최대값으로 하였을 때 각각에 대하여 발전방류량을 중간값으로 운영하였을 경우와 최소값으로 하였을 경우에 대하여 총 20가지의 가상의 시나리오를 구성하여 댐에 대한 가상가뭄모의훈련을 실시하였다.
모형에 사용된 댐 유입량 자료는 1981년부터 2005년까지 25년간의 용담댐 유역의 자연하천유량과 대청댐의 유입량 자료를 사용하였다. 가뭄으로 인한 댐의 반응을 분석하기 위해서 시스템의 시간 프레임을 2년으로 설정하였으며 유입량 자료는 25년간의 과거 실측 유입량을 주별로 평균하여 사용하였다. 또한 실제 가뭄기간이었던 1994～1995년의 주별 실측 유입량을 모형에 별도로 입력하여 물 공급 모형 시스템을 검증하는데 사용하였다.
금강권역은 대청댐 상류지역으로 위치한 8개의 댐 유역과 3개의 하천유역, 1개의 지하수유역, 9개의 강수유역으로 구성되어 있다. 대상유역인 댐 유역은 대청댐 유입량 자료와 금산 기상관측소의 강수량 자료, 양강교 하천수위관측소의 하천유량 자료를 사용하여 가뭄을 평가하는 유역으로써 각 수문인자가 가뭄평가에 미치는 영향을 분석하였다.
댐 운영곡선(Dam rule curve)은 하류 하천유지유량, 발전방류량을 비롯한 농업용수를 포함한 가뭄 및 홍수조절기능을 하는 댐의 역할을 고려하여 계절적 인자, 즉 장마철을 대비한 댐의 여유량 확보와 가뭄을 대비한 저수지의 수량 확보를 기반으로 하여 작성하였다.
MSWSI를 산정함에 있어 가중계수를 결정하게 되는데 이는 유역의 특성에 따라 용수공급 수문인자가 달라지므로 가뭄을 평가할 때 고려되어야 하는 수문인자가 유역에 따라 달라지기 때문이다. 따라서, 본 연구에서는 각 수문인자들을 유역에 대한 기여도에 따라 달리 산정하여 적용하였다.
또한 대청댐 상류의 하천유지유량과 대청댐 하류의 하천유지유량을 제어할 수 있는 기능과 댐 운영곡선과 발전방류곡선의 변화에 따른 저수지의 변화량을 알 수 있도록 개발되었다.
또한 댐 운영실패시(모의운영기간 동안 1회라도 사수량이하로 내려가면 운영실패) 가뭄의 상태에 따라 발전방류량, 하천유지유량, 생·공용 수량 등 용수공급량을 줄여야 하는데 용수수요의 중요도 및 용수공급제한에 대한 가뭄극복효과 등을 고려하여 먼저 발전방류량을 제어하고, 다음에 하천유지유량, 마지막으로 생·공용수공급량을 제어하는 것으로 우선순위를 정하였다.
STELLA모형은 이미 미국 및 선진국에서 다양하게 이용되고 있는 모형으로 수자원 시스템공학 분야, 최적화기법 분야, 저수지 운영 분야 등에 널리 활용되고 있으며, 본 연구에서는 금강유역에 위치한 두 개의 댐을 이용하여 가뭄발생시 가뭄지수를 활용한 효과적인 댐 운영을 통하여 피해를 최소화시킬 수 있도록 최적의 물공급방안을 제시하기 위해 STELLA를 이용하여 개발한 저수지운영 전문가시스템인 물 공급 모형과 수문학적 가뭄지수와의 연계운영이 가능하도록 하였다. 또한 수문학적 가뭄지수의 모니터링 결과를 바탕으로 공영시각모형에 의한 가상가뭄모의운영을 통하여 가뭄강도에 따른 향후 저수지 운영방안을 제시하였다.
물 공급 모형은 여러 가지의 가뭄시나리오를 가상으로 설정하여 모의운영을 함으로써 상황에 따른 대안의 도출이 가능하고 궁극적으로 가뭄발생시에 미리 설정된 대안을 활용하여 상황별 가뭄대책수립이 가능하다는 장점이 있다. 또한 수문학적 가뭄지수인 MSWSI값의 주요인자로 사용되는 저수지유입량과 MSWSI의 가뭄심도와의 관계를 이용하여 물 공급 모형과 연계가 가능하도록 구축하였다.
가뭄으로 인한 댐의 반응을 분석하기 위해서 시스템의 시간 프레임을 2년으로 설정하였으며 유입량 자료는 25년간의 과거 실측 유입량을 주별로 평균하여 사용하였다. 또한 실제 가뭄기간이었던 1994～1995년의 주별 실측 유입량을 모형에 별도로 입력하여 물 공급 모형 시스템을 검증하는데 사용하였다.
이는 용담댐과 대청댐을 구분하여 구축하였다. 또한 유입량의 비율을 조절할 수 있는 제어기능을 삽입하여 가뭄발생시 유입량이 감소되는 현상을 모의할 수 있도록 하였다.
박명기 등(2001)은 금강수계 대청 다목적댐에 대한 물 공급의 부족심도(Vulnerability)를 줄여줄 수 있는 헤징(Hedging) 효과를 고려한 운영율을 개발하고 이를 이용 갈수대응 저수지 상황을 판단할 수 있는 트리거 용량(Trigger Volume)을 산정하였다. 또한 이용대 등(2002)이 UML(Unfified Modeling Langage) 을 이용한 객체지향기법을 이용하여 수자원 시스템을 분석하고, 이를 바탕으로 여러 수자원 시스템 분석 모형과 통합을 통해 종합 의사결정 지원시스템으로 확장 가능한 댐 군(群) 최적 연계운영 모형의 설계 및 개발방법론을 제시하였다.
발전방류곡선(Hydropower generation curve)은 댐운영곡선과 비슷한 개념으로 정의될 수 있으나 농업용수나 하천유지유량과는 상관없이 순수 발전방류량을 결정짓는 곡선으로서 댐 운영곡선과 같이 매년 일정한 경향을 나타내지는 않는다(정상만 등, 2003). 물 공급 모형에 입력된 대청댐의 발전 방류곡선은 댐 운영곡선과 마찬가지고 최대값, 중간값 그리고 최소값을 선택적으로 이용할 수 있도록 구축하였다. 한편 용담댐의 경우에는 2001년에 완공되어 저수지 운영실적이 없으므로 댐 운영지침 및 저수지의 크기와 계획 발전방류량을 바탕으로 본 연구에서 개발된 평균값을 적용하였다.
11은 물 공급모형의 사용자레벨의 제어판을 나타내고 있다. 사용자 레벨의 제어판에서는 가상의 가뭄에 대한 저수지 모의를 시행하기 위해 저수지로의 유입량을 사용자가 임의로 조절할 수 있는 기능을 모형에 구축하였다.
생․공용수의 제어는 중간 윗부분에 위치하고 있으며 이 제어판은 전주와 대전으로 공급되는 생·공용수의 용수량을 제어할 수 있는 장치로써 초기설정은 현재 용수수요를 만족하게 공급되는 것으로 되어있으며, 제어 막대를 좌우로 조절하여 주당 용수공급량을 설정할 수 있도록 하였다.
수문인자별 가뭄에 미치는 영향을 분석하여 각각의 수문인자들의 유역의 특성에 미치는 기여도를 알아보고자 최근 2001년 가뭄과 비교·분석하였다. 2001년 가뭄의 경우 중부지방을 중심으로 가뭄이 발생하였으며 다목적 댐의 수혜를 받는 지역과 그렇지 않은 지역의 가뭄편차가 매우 크게 나타나 2001년의 가뭄을 선정하였다.
여러 가지 수문학적인자 중 댐의 유입량인자인 rs로 인하여 MSWSI가 댐의 저류량과 어느 정도의 관계가 있는지를 분석하였으며, 그 비율을 정량화시키는데 초점을 맞추었다. 대청댐유역에서는 1981년에서 2001년, 용담댐유역에서는 1987년에서 2001년까지 주별 MSWSI를 산정하였으며 Fig.
5로 정하였다. 용담댐과 대청댐의 D4단계의 가뭄은 관측이 되지 않아 그에 따른 유입량을 알 수 없으므로 물 공급모형에서 유입량조절부의 최소값인 0.1로 정하였고 대청댐의 D3단계는 MSWSI산정시 1981년부터 2001년까지 1092주 중 2회만 관측되어 유입량이 과소산정된 경향이 있으므로 D2단계와 D1단계 가뭄의 중간값인 0.2로 정하였다. Table 1에 가뭄단계에 따른 공영시각모형의 유입량조절부 조정값이 나타나있다.
용담댐의 하천유지유량 8CMS와 대청댐의 하천유지 유량 6CMS는 하천의 정상적인 기능을 유지하기 위해서는 부족한 유량(과학기술부, 2003)이므로 용담댐과 대청댐의 하천유지유량을 각각 10CMS로 하고 생·공용수 공급량을 제어하여 모의훈련을 실시하였다.
운영의 초기 값으로써 용담댐과 대청댐의 예년 평균값이 유입량으로 설정되었으며, 제어판을 조정하여 용담 0.5 그리고 대청 0.8로 각각 조정하면 용담댐으로의 유입량이 예년평균유입량의 50%가 유입되고 대청댐의 유입량은 예년평균유입량의 80%가 유입되도록 조정하였고 이 수치가 1.5가 되면 150%의 유입량으로 설정되도록 구축하였다. 이 외에도 과거의 가장 심한 가뭄기간 동안의 유입량(1994∼1995년 가뭄시의 유입량)을 쉽게 설정할 수 있는 ‘가뭄 유입량’ 스위치기능이 포함되어 있으며 이 스위치를 켜면 유입량은 자동적으로 1994∼1995년의 유입량으로 재설정되고 또한 이때 유입량 비율을 재조정 가능하도록 하였다.
이 외에도 과거의 가장 심한 가뭄기간 동안의 유입량(1994∼1995년 가뭄시의 유입량)을 쉽게 설정할 수 있는 ‘가뭄 유입량’ 스위치기능이 포함되어 있으며 이 스위치를 켜면 유입량은 자동적으로 1994∼1995년의 유입량으로 재설정되고 또한 이때 유입량 비율을 재조정 가능하도록 하였다.
5.2 가뭄단계별 물 공급모형 유입량 조정

정상상태일 경우의 댐 유입량을 1로 가정하였을 때 MSWSI의 각각의 가뭄심도에 따른 물 공급모형의 댐 유입량조절부의 조정값을 MSWSI와 예년평균유입량과 비교하여 결정한 후 가상가뭄모의시행에 적용하였다. 이때 용담댐의 D2단계의 유입량은 D1단계보다 크게 산정되었는데 대청댐의 가뭄단계에 따른 유입량 감소비를 고려하여 0.
물 공급 모형에 입력된 대청댐의 발전 방류곡선은 댐 운영곡선과 마찬가지고 최대값, 중간값 그리고 최소값을 선택적으로 이용할 수 있도록 구축하였다. 한편 용담댐의 경우에는 2001년에 완공되어 저수지 운영실적이 없으므로 댐 운영지침 및 저수지의 크기와 계획 발전방류량을 바탕으로 본 연구에서 개발된 평균값을 적용하였다.

대상 데이터

모형에 사용된 댐 유입량 자료는 1981년부터 2005년까지 25년간의 용담댐 유역의 자연하천유량과 대청댐의 유입량 자료를 사용하였다. 가뭄으로 인한 댐의 반응을 분석하기 위해서 시스템의 시간 프레임을 2년으로 설정하였으며 유입량 자료는 25년간의 과거 실측 유입량을 주별로 평균하여 사용하였다.
본 연구에서 사용된 수문학적 가뭄지수를 산정하는데 사용되는 수위, 댐 유입량, 지하수 자료는 한국수자원공사에서 관리·운영하고 있는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 국가지하수정보센터(GIMS)의 데이터베이스와 연계하여 취득 체계를 구축하였으며, 기상 자료의 경우 기상청에서 제공되는 자료를 다운받아 데이터베이스에 저장될 수 있도록 구축되었다.
본 연구의 대상유역에 위치한 용담댐과 대청댐은 가뭄 및 홍수조절, 발전용수, 그리고 생·공·농업용수를 공급하는 기능을 담당하는 다목적댐이다.
본 연구의 대상유역은 금강유역으로 금강은 유역면적 9,810.4km²이고 유로연장은 399.79km로써 우리나라를 대표하는 5대강 중의 하나이다. 금강유역의 주요 시설물로는 상류부터 용담댐, 대청댐, 조정지댐, 금강하구둑이 위치하고 있다.
사용되는 수문인자의 종류와 개수가 많을수록 가뭄 특성을 규명하는데 유리하지만 앞서 언급하였듯이 사용 가능한 수문인자의 종류와 개수에는 한계가 있으므로 본 연구에서 가뭄을 평가하기 위하여 금강권역을 위 4가지 유역으로 구분하였으며 대상유역은 댐 유역에 해당한다. Fig.

이론/모형

가뭄의 심도를 결정하는 인자로써는 우리나라의 경우 적설이나 융설량의 모니터링 시스템이 없는 관계로 융설인자의 사용이 불가능하며 산지유역이나 해안에 인접한 유역의 경우 SWSI의 입력인자인 강수, 융설, 하천유출, 저수율 인자 중 대부분의 유역에서 강수인자를 제외하고 관측되는 수문인자가 없는 실정이므로 국내실정에 맞게 수정되어 개발된 지표 및 지표하 수문특성을 반영할 수 있으며 저수지의 유입량 자료를 사용하는 권형중 등(2006)이 기 개발한 수문학적 가뭄지수인 MSWSI를 사용하여 물 공급모형을 연계시키는데 사용하였다.

성능/효과

1) 가상가뭄훈련을 위하여 공영시각모형 기반으로 구축된 금강유역의 물 관리시스템은 과거의 댐 운영상황을 적절하게 재현하는 것으로 나타났으며 수문학적 가뭄지수와 연계되어 가상가뭄에 대한 모의운영에 매우 적절하게 적용되는 것으로 분석되었다.
2) D0, D1, D2, 가뭄단계에서는 댐 운영, 발전방류, 하천유지유량방류를 예년평균대로 하고 생·공용수를 수요량대로 공급하여도 2년간은 댐의 저수량이 사수량 이하로 내려가지 않는 것으로 분석되었다.
3) D3 가뭄단계에서는 댐 운영곡선을 최대로 하고 발전방류량을 최소로 하여도 저수량이 사수량 이하로 내려가므로 하천유지유량 방류제어를 실시하여야만 댐 운영에 문제가 없는 것으로 나타났다.
4) D4 가뭄단계에서는 하천유지유량 제어와 생·공용수 제한공급을 병행하여 댐을 운영해야만 댐 수위가 사수위 이하로 내려가지 않는 것으로 나타났으며, 일시적으로 수력발전을 하지 않는 등의 적극적인 무효방류의 제어가 추가된 댐 운영이 필요한 것으로 판단된다.
용담댐의 하천유지유량 8CMS와 대청댐의 하천유지유량 6CMS는 하천의 정상적인 기능을 유지하기 위해서는 부족한 유량(과학기술부, 2003)이므로 용담댐과 대청댐의 하천유지유량을 각각 10CMS로 하고 생·공용수 공급량을 제어하여 모의훈련을 실시하였다. 그 결과 용담댐은 용수수요량의 62%, 대청댐은 72%를 공급해야만 향후 2년간 저수량이 사수량 이하로 떨어지지 않는 것으로 모의되었다. 그러나 생·공용수를 수요량의 62%만 급수한다면 많은 문제점 및 불편이 따를 것이다.
따라서 D3단계의 가뭄에서는 하천유지유량도 제어하기 시작하였으며 하천유지유량 방류량을 조절해가면서 공영시각모형을 운영하였다. 그 중에 21번 시나리오에서 발전방류량을 최소로하고 용담댐과 대청댐의 저수량을 사수량 이상으로 끌어올릴 수 있었고, 용담댐 하천유지유량을 10CMS, 대청댐 하천유지유량을 10CMS로 방류하였을 경우 하천유지유량 방류량을 최소로 줄이면서 용담댐과 대청댐의 저수량을 사수량 이상으로 끌어올릴 수 있는 것으로 분석되었다. Table 3와 Fig.
댐 유역의 MSWSI와 댐 유입량 인자와의 R²는 0.47, 하천유량 인자와는 0.56, 강수량 인자와는 0.50을 나타내어 가뭄은 하천유량인자와 가장 밀접하게 반응하는 것으로 나타났다. 이는 하천유량이 적어지면 그에 따라 가뭄이 발생하며 반대로 하천유량이 많아지면 가뭄이 해갈되는 것을 의미한다.
또한 하천유지유량을 예년평균으로 방류하고 생·공용수공급량을 제어하면서 저수량의 변화를 살펴본 결과 용담댐은 생·공용수공급량을 0으로 하여도 사수량으로 내려가는 시기를 지체 시킬 뿐 사수량 이상으로 저수량을 확보하지는 못하였다.
Table 2는 가뭄단계별 시나리오 설정 및 운영결과를 나타낸다. 용담댐과 대청댐의 사수량은 각각 70백만m³,450백만m³으로써 초기설정 조건으로 가상가뭄모의훈련을 실시한 결과, D0, D1, D2단계의 가뭄에서는 2년의 모의기간에 사수량 이하로 내려가는 일은 없었으며, 댐 운영곡선을 최대값으로 하거나 발전방류량을 제어함으로써 추가적으로 저수량확보가 가능한 것으로 분석되었다.
유역의 용수수요는 용담댐과 대청댐의 용수공급 계획량 및 기득수리권 현황(한국수자원공사, 2005b)을 조사하여 사용하였는데 용담댐에서는 365,805m³/day의 용수공급이 계획되어있고 대청댐에서는 1,150,685 m³/day의 용수공급이 계획되어있는 것으로 나타났다. 이와 같은 용수공급 계획량을 주당 용수공급량으로 환산하여 용담댐에서는 2,560,635 m³/week, 대청댐에서는 8,054,809 m³/week를 입력하였다.
저수지운영곡선과 발전방류곡선을 구축되어있는 물 공급모형의 설정값인 최대값, 중간값, 최소값으로 바꾸어가며 저수지의 저류량 변화를 검토한 결과, 저수지운영곡선은 중간값, 발전방류곡선을 최소값으로 설정하여 운영하였을 때, Fig. 12와 같은 결과를 얻었으며 관측값과 모의값과의 R2은 0.835를 나타내어 1994년, 1995년 실제 가뭄시의 저류량 변화와 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 이것은 대청댐이 1994∼1995년에 저수지운영곡선을 중간으로, 발전방류는 최소로 운영하였다는 것을 의미하며 모형이 다양한 입력변수에 의한 금강유역의 가뭄을 모의하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
MSWSI를 기존의 수문학적 지수인 SWSI와 비교하여 보면 식의 형태에서는 적설인자를 제외하고 저류량 인자를 댐 유입량 인자로 대체하였고 지하수위 인자를 추가하였다. 적용 형태에서는 기존의 전국을 4개의 대권역으로 가뭄을 평가하는 것이 아닌 유역의 물 공급 체계를 고려하여 크게 댐, 하천, 지하수, 강수유역의 4종류의 형태로 분류하고 유역을 보다 세분화하여 준분포형 형태로 평가하고 월단위에서 주단위로 평가하여 수문학적 가뭄평가에 대한 신뢰도가 향상되었다.

후속연구

5) 금강유역을 대상으로 대청댐 및 용담댐의 댐 운영전문가시스템을 구축하고 구축된 전문가시스템을 가상가뭄에 대한 모의운영을 실시하여 가상의 가뭄시나리오별 대안을 제시한 본 연구의 결과는 향후 국가차원의 가뭄관리대책을 수립하는데 있어 크게 기여할 것으로 기대되며 가뭄이 발생하는 경우에 용수공급을 담당하고 있는 다목적 댐의 효율적인 운영을 통하여 가뭄피해를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에 MSWSI를 적용하기 위해서는 해당 유역에서의 모든 수문인자를 고려하고 가뭄기록을 통하여 비교·검증과정을 거쳐 평가하여야 한다. 그러나 관측되는 수문인자의 양·질적인 문제와 하나의 가뭄지수로 대변하기 어려운 다양한 가뭄발생특성 등의 문제로 인하여 한가지의 가뭄지수로 가뭄특성을 정확하게 규명하고 평가하는 것은 현실적으로 불가능한 것으로 판단된다.
이것은 대청댐이 1994∼1995년에 저수지운영곡선을 중간으로, 발전방류는 최소로 운영하였다는 것을 의미하며 모형이 다양한 입력변수에 의한 금강유역의 가뭄을 모의하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	STELLA모형은 어느 분야에서 활용되는가?	STELLA모형은 이미 미국 및 선진국에서 다양하게 이용되고 있는 모형으로 수자원 시스템공학 분야, 최적화기법 분야, 저수지 운영 분야 등에 널리 활용되고 있 으며, 본 연구에서는 금강유역에 위치한 두 개의 댐을 이용하여 가뭄발생시 가뭄지수를 활용한 효과적인 댐 운영을 통하여 피해를 최소화시킬 수 있도록 최적의 물공급방안을 제시하기 위해 STELLA를 이용하여 개발한 저수지운영 전문가시스템인 물 공급 모형과 수문학적 가뭄지수와의 연계운영이 가능하도록 하였다. 또한 수문학적 가뭄지수의 모니터링 결과를 바탕으로 공영시각모형에 의한 가상가뭄모의운영을 통하여 가뭄강도에 따른 향후 저수지 운영방안을 제시하였다.
	본 연구에서는 가뭄 기간에도 탄력적으로 댐을 운영할 수 있는 방안을 마련하기 위하여 댐 운영을 위한 전문가시스템과 수문학적 가뭄지수와의 연계를 통한 가상 가뭄훈련을 실시하는 개념과 방안을 도출하였으며 실제 금강 유역에 적용하였다, 이에 대한 결과는?	1) 가상가뭄훈련을 위하여 공영시각모형 기반으로 구축된 금강유역의 물 관리시스템은 과거의 댐 운영상황을 적절하게 재현하는 것으로 나타났으며 수문학적 가뭄지수와 연계되어 가상가뭄에 대한 모의운영에 매우 적절하게 적용되는 것으로 분석되었다. 2) D0, D1, D2, 가뭄단계에서는 댐 운영, 발전방류, 하천유지유량방류를 예년평균대로 하고 생·공용수를 수요량대로 공급하여도 2년간은 댐의 저수량이 사수량 이하로 내려가지 않는 것으로 분석되었다. 그러나 D2 단계는 댐 유입량이 감소하여 저수량이 지속적으로 줄어들고 있으므로 용수확보에 각별한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 3) D3 가뭄단계에서는 댐 운영곡선을 최대로 하고 발전방류량을 최소로 하여도 저수량이 사수량 이하로 내려가므로 하천유지유량 방류제어를 실시하여야만 댐 운영에 문제가 없는 것으로 나타났다. 4) D4 가뭄단계에서는 하천유지유량 제어와 생·공용수 제한공급을 병행하여 댐을 운영해야만 댐 수위가 사수위 이하로 내려가지 않는 것으로 나타났으며, 일시적으로 수력발전을 하지 않는 등의 적극적인 무효방류의 제어가 추가된 댐 운영이 필요한 것으로 판단된다. 5) 금강유역을 대상으로 대청댐 및 용담댐의 댐 운영전문가시스템을 구축하고 구축된 전문가시스템을 가상가뭄에 대한 모의운영을 실시하여 가상의 가뭄시나리오별 대안을 제시한 본 연구의 결과는 향후 국가차원의 가뭄관리대책을 수립하는데 있어 크게 기여할 것으로 기대되며 가뭄이 발생하는 경우에 용수공급을 담당하고 있는 다목적 댐의 효율적인 운영을 통하여 가뭄피해를 최소화할수 있을 것으로 기대된다.
	금강유역에는 어떤 시설물이 위치하고 있으며, 그중 대청댐의 주요 시설은 어떻게 구성되는가?	79km로써 우리나라를 대표하는 5대강 중의 하나이다. 금강유역의 주요 시설물로는 상류부터 용담댐, 대청댐, 조정지댐, 금강하구둑이 위치하고 있다. 금강 하구로부터 150km에 높이 72m, 길이 495m, 체적 123만 4,000m3의 콘크리트 중력식댐과 석괴식댐으로 구성된 복합형 댐인 대청다목적댐이 위치하고 있다. 대청댐의 주요시설로는 저수용량 14억 9,000만m3의 본댐과 조정지댐이 있으며, 본댐 주변에는 저수지의 물이 다른지역으로 넘치지 않게 해주는 3개의 보조댐이 있다. 대청다목적은 홍수기의 홍수 조절과 함께 대전과 충남·북 지역에 중요한 용수공급을 담당하고 있다.

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