[논문]댐하류하천정비사업의 댐 운영개선 효과 경제성 분석 (I) -용수공급 및 발전생산 회복편익

이광만; 이을래; 유승훈

doi:10.3741/jkwra.2011.44.9.753

댐하류하천정비사업의 댐 운영개선 효과 경제성 분석 (I) -용수공급 및 발전생산 회복편익
Economic Analysis of Dam Operation Improvement by Dam Downstream River Improvement Works ( I )-Recovered Benefits of Water Supply and Hydropower Generation 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.44 no.9, 2011년, pp.753 - 763

이광만 (K-water연구원) , 이을래 (K-water연구원) , 유승훈 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원)

초록
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댐의 계획과 설계단계에서 설정된 유효저수용량은 여러 가지 이유로 운영단계에서 잘 지켜지지 못하는 경우가 있다. 어떤 댐은 운영과정에서 내 외적인 주변여건의 변화로 본연의 운영목적을 달성하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 이를 개선하기 위해서는 시설물의 목표 달성을 위한 기능회복이 적절히 이루어져야 하며, 관련 대안들이 마련되어야 한다. 특히댐 하류하천의 부적절한 관리는 댐의 홍수조절기능과 하천환경에 부정적인 영향을 미친다. 결국 댐의 다목적 기능을 정상화 시키고, 댐의 경제적 가치를 높이기 위한 댐하류하천정비가 댐사업자에 의해 진행되고 있다. 본 연구는 댐하류하천정비의 미흡으로 홍수조절을 위해 제약되었던 댐의 유효저수용량의 회복에 의한 이수편익을 분석하였다. 분석결과 임하, 대청 및 용담댐 등 3개댐에서 용수공급량은 19.9백만$m^3$/년 그리고 발전량은 20.8GWh/년이 증대되는 것으로 나타났다. 아울러 본 연구를 통해 얻어진 이수효과 정보는 댐직하류하천정비사업의 전체 경제성 평가 및 비용배분의 기초자료로 활용되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Allocated water storage of dam at the planning and design stage does not seem to be maintained well at the operation stage because of unexpected critical reasons. A dam is likely to be subject to negative effects caused by changes of dam operation conditions and it is hardly avoidable. Therefore, it must be timely improved to recover its original functions and looked for better alternatives to keep its original roles. Specifically the improper management of river condition degrades flood control capability in a dam and river eco-system. The dam downstream river improvement work is needed for normalizing dam functions and its valuations. This study focuses on estimating water use benefits from recovering its own effective storage buffer restricted for flood control. As the results, the water supply and the hydropower benefits in Imha, Daechung and Youngdam Dam are recovered totally by 19.9 million $m^3$/year and 20.8 GWh/year respectively. Also those results are used for the basic information of the economic analysis in the dam downstream river improvement work.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

통상적으로 홍수시 댐운영은 댐수위를 홍수기 말에 상시만수위 부근에서 유지될 수 있도록 홍수 조절을 하는 것이 가장 최적의 운영조건이다. 따라서 과거의 홍수조절 현황을 파악하고, 이러한 운영의 개선이 필요한지 분석하게 된다. 이러한 절차들을 수행한 후 하천정비사업 전 후의 수위저감효과를 분석하고 이에 따른 비용편익의 자료로 제공할 수 있다.
거시적으로는 유역 통합관리, 하천관리체계 합리화, 수자원시설물 기능개선 향상 및 기대편익 증진을 추구할 수 있다. 본 연구는 댐사업자가 시행하는 댐하류하천정비를 통해 발생하는 효과를 평가하기 위한 방법론을 개발하고자 하였다. 방법론은 낙동강수계 임하댐과 금강수계 대청 및 용담댐의 하천정비사업과의 연계에 따른 이수편익에 적용되었다.
본 연구는 이와 관련 하천정비사업에 의한 댐에서의 효과를 추정하고 경제적 분석을 실시하여 그 타당성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 하류의 하천조건을 고려한 댐의 홍수조절 정도에 따른 유효저수용량의 설정과 관련 접근방법을 개발하여 이수편익을 추정하고, 치수와 이수편익을 근거로 하천정비사업과 댐 운영편익에 대한 경제성 평가를 활용하였다.
이에 댐으로 인해 변화된 하천을 정비하고 기초 생태계를 복원하며 홍수피해를 저감시켜 사회적 안정성을 높이려는 사업이 추진되고 있다. 이에 댐의 정상적 기능을 확보하여 용수공급과 발전편익의 회복정도를 평가할 수 있는 방법론을 개발하고 3개댐에 대해서 제시하였다.

제안 방법

직하류하천정비사업을 통해 확보 가능한 유효저수용량을 추정하기 위하여 저수지 홍수추적 모형을 이용하여 홍수기 댐 운영 기준수위를 계산하였다. 각 댐들은 200년 빈도 홍수조건에서 최고수위가 계획홍수위를 초과하지 않는 범위에서 기준수위를 계산하였다. 임하댐의 경우 현재 무피해 방류 가능량이 500 m³/s에서 하천정비 후 1,885 m³/s으로 증가하게 된다.
평가방법은 댐하류하천의 홍수방어수준 상향 및 하천정비 미흡으로 야기된 안전홍수통수능을 유지하기 위해 제약된 댐의 유효저수용량의 회복효과를 대상으로 하였다. 따라서 편익은 유효저수용량의 회복정도에 따른 추가적 용수공급과 이로 인한 발전량 증가를 평가하였다. 아울러 얻어진 정보는 댐하류하천정비사업의 경제성 평가의 기초자료로 활용하였다.
댐직하류하천정비사업에 따른 초기 운영수위 저감효과를 분석할 수 있는 댐 운영모형을 적용하였다. 설계시의 유입량 및 방류량자료를 이용하여 무피해방류량 및 하천 계획홍수량을 적용하였다. 실질적으로 유입량 및 방류량 자료를 이용하여 무피해 방류량의 유하량이 가능하였을 경우 운영을 해야만 했던 수위가 하천정비사업을 수행하게 됨으로서 하천계획홍수량수준까지 하류하천으로 방류하는 것이 가능하게 되고, 이를 통하여 댐 운영수위가 상승하게 된다.
이와 관련 본 연구에서는 댐직하류하 천정비사업 대상 댐 중 임하, 대청 및 용담댐을 시범적으로 분석하였다. 이들 사업의 효과는 하천관리의 법적 주체 (국토해양부)와 사업의 주체(K-water)를 고려하여 사업자측면에서의 투자비 회수 등을 고려하여 계상이 가능한 부문의 편익을 중심으로 추정하였다. 하천에서의 홍수조절 효과는 공공편익으로 보아 경제성 분석에서만 적용하였고 수질개선효과나 환경생태개선효과는 제외하였다.
(10)과 같이 구성하였다. 이때 목적간의 우선순위를 절대적으로 고려하기 위해 가중치를 적용하였는데, 수력발전 목적함수의 값이 용수공급의 목적함수값보다 월등히 적게 계산되도록 하여 두 목적함수간의 순위를 명확히 하였다.
이때 WR_t는 댐에서의 방류량, 그리고 WD_t는 용수수요량을 의미한다. 이때 부족량이 1보다 적을 경우 민감도를 높이기 위해 상수값을 더하여 제공하도록 하였다.
본 연구는 이와 관련 하천정비사업에 의한 댐에서의 효과를 추정하고 경제적 분석을 실시하여 그 타당성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 하류의 하천조건을 고려한 댐의 홍수조절 정도에 따른 유효저수용량의 설정과 관련 접근방법을 개발하여 이수편익을 추정하고, 치수와 이수편익을 근거로 하천정비사업과 댐 운영편익에 대한 경제성 평가를 활용하였다. 적용결과 임하댐은 용수부문에서는 연간 11.
결국 하천의 치수사업을 통해 이를 해소하고 댐의 기능을 정상화시켜 댐과 하천의 관리효과를 극대화하는 것이 필요하였다. 이와 관련 본 연구에서는 댐직하류하 천정비사업 대상 댐 중 임하, 대청 및 용담댐을 시범적으로 분석하였다. 이들 사업의 효과는 하천관리의 법적 주체 (국토해양부)와 사업의 주체(K-water)를 고려하여 사업자측면에서의 투자비 회수 등을 고려하여 계상이 가능한 부문의 편익을 중심으로 추정하였다.
(8)～(12)를 이용하여 이수측면에서 추정하였다. 적용대상 3개의 댐에 대하여 하천정비사업에 의한 용수공급 증대는 계획공급량에 대한 공급부족량으로 산정하였으며, 정비 전 후의 발전량 증가효과도 검토하였다. 계산방법은 앞에서 추정한 운영 가능한 수위를 근거로 이수편익 증대효과를 분석하였는데, 각 댐의 사업 전 후의 용수공급량을 분석하여 차이를 개선효과로 정의하고 부문별 비율로 계산하여 Table 4에 제시하였다.

대상 데이터

본 연구에서 시범 적용 대상 댐으로 선정한 용담댐은 2008년 실시설계가 완료되었다. 따라서 새로 분석할 경우 결과에 차이가 있을 수 있어 실시설계보고서의 자료를 그대로 적용하였다(국토해양부/한국수자원공사, 2008).
따라서 편익은 유효저수용량의 회복정도에 따른 추가적 용수공급과 이로 인한 발전량 증가를 평가하였다. 아울러 얻어진 정보는 댐하류하천정비사업의 경제성 평가의 기초자료로 활용하였다.
즉 홍수기 무피해 방류 능력 증대 정도와 이를 기준으로 댐의 용량배분 개선을 유도할 수 있다. 평가방법은 댐하류하천의 홍수방어수준 상향 및 하천정비 미흡으로 야기된 안전홍수통수능을 유지하기 위해 제약된 댐의 유효저수용량의 회복효과를 대상으로 하였다. 따라서 편익은 유효저수용량의 회복정도에 따른 추가적 용수공급과 이로 인한 발전량 증가를 평가하였다.

이론/모형

댐직하류하천정비사업에 따른 초기 운영수위 저감효과를 분석할 수 있는 댐 운영모형을 적용하였다. 설계시의 유입량 및 방류량자료를 이용하여 무피해방류량 및 하천 계획홍수량을 적용하였다.
본 연구는 댐사업자가 시행하는 댐하류하천정비를 통해 발생하는 효과를 평가하기 위한 방법론을 개발하고자 하였다. 방법론은 낙동강수계 임하댐과 금강수계 대청 및 용담댐의 하천정비사업과의 연계에 따른 이수편익에 적용되었다. 즉 홍수기 무피해 방류 능력 증대 정도와 이를 기준으로 댐의 용량배분 개선을 유도할 수 있다.
는 운영기간 t의 댐내 취수량을 나타낸다. 본 연구에서는 이상의 이수부분 평가를 위해 동적계획기법(Dynamic Programming)모형을 개발하여 적용하였으며, 수치해석부분의 엔진은 CSU DP (Labadie, 1988)을 이용하였다.
직하류하천정비사업을 통해 확보 가능한 유효저수용량을 추정하기 위하여 저수지 홍수추적 모형을 이용하여 홍수기 댐 운영 기준수위를 계산하였다. 각 댐들은 200년 빈도 홍수조건에서 최고수위가 계획홍수위를 초과하지 않는 범위에서 기준수위를 계산하였다.

성능/효과

댐직하류하천정비사업은 기존의 하천사업이 갖고 있던 제방 위주의 홍수방어개념의 치수계획에서 벗어나, 댐의 홍수조절 기능 회복, 댐 하류 하천 상태에 따른 댐 운영 제약사항의 해소 및 하천의 홍수소통능력 향상을 위한 치수개념의 도입이다. 17개 다목적 댐의 경우 경작지 34건등 156건의 댐 운영 제약사항을 해소함에 따른 무피해 방류량 증대 및 댐의 홍수조절 기능 회복에 의한 효과를 정량적으로 검토할 수 있게 되었다. 사업시행 전 무피해 방류량이 여수로 설계방류량 대비 현재 약 16.
5배 증가한 것으로 분석되었다(건설교통부/한국수자원공사, 2007). 각 댐별로 살펴보면 한강권역의 소양강댐이 위치한 소양강은 사주와 식생 모두 증가하였고, 충주댐의 한강은 사주가 67% 감소한 반면, 식생은 1.4배 증가하였다. 금강, 섬진강, 영산강 및 낙동강의 사주면적은 13∼53% 감소하고, 식생면적은 1.
금강, 섬진강, 영산강 및 낙동강의 사주면적은 13∼53% 감소하고, 식생면적은 1.0∼6.8배 증가하였다.
3 GWh의 효과로 분석되었다. 대청댐의경우 용수부문에서는 연간 4백만m³의 증대효과가 나타났으며, 발전량도 연간 5.9 GWh의 증대 효과가 나타났다. 용담댐은 물수지 분석결과 정비 전 후 용수공급능력은 639.
6 GWh/년 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 3개댐 전체를 합하면 용수공급량은 19.9백만 m³/년 그리고 발전량은 20.8 GWh/년이 증대되는 것으로 분석되었다.
9 GWh의 효과가 나타났다. 용담댐은 물수지 분석결과 정비 전 후 용수공급능력은 639.9백만m³/년에서 644.3백만m³/년으로 연간 4.4백만m³ 용수공급능력이 증가하고 하천정비 후 발전량은 9.6 GWh/년 증가가 예상되었다.
용담댐은 물수지 분석결과 정비 전 후 용수공급능력은 639.9백만m3/년에서 644.3백만m3/년으로 연간 4.4백만m3 용수공급량이 증가하는 것으로 분석되었다.
4백만m³용수공급량이 증가하는 것으로 분석되었다. 용담댐의 발전효과는 제1발전소(180백만kWh/년)와 제2발전소(18백만kWh/년)에서 9.6 GWh/년 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 3개댐 전체를 합하면 용수공급량은 19.
이를 위해 하류의 하천조건을 고려한 댐의 홍수조절 정도에 따른 유효저수용량의 설정과 관련 접근방법을 개발하여 이수편익을 추정하고, 치수와 이수편익을 근거로 하천정비사업과 댐 운영편익에 대한 경제성 평가를 활용하였다. 적용결과 임하댐은 용수부문에서는 연간 11.5백만m³, 발전량부문에서 연간 5.3 GWh의 효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 대청댐의 경우는 용수부문에서 연간 4백만m³, 발전량부문은 연간 5.
적용결과를 분석해 보면, 임하댐은 용수부문에서는 연간 11.5백만m³의 용수공급량의 증대효과가 나타났으며, 발전량도 연간 5.3 GWh의 효과로 분석되었다. 대청댐의경우 용수부문에서는 연간 4백만m³의 증대효과가 나타났으며, 발전량도 연간 5.

후속연구

6%의 증가가 예상되었다(건설교통부/한국수자원공사, 2007). 따라서 댐직하류하천정비사업에 의한 치수효과와 댐운영관리 개선효과는 상당할 것으로 예상된다. 댐직하류하천정비사업 기본계획 조사와 댐운영실무편람(한국수자원공사, 2007)에 의한 시범 적용 대상 댐인 임하, 대청 및 용담댐의 홍수관련 제원은 Table 2와 같고, 이들 댐의 직하류 하천에서 200년 홍수량 기준 무피해 방류량과 하천정비사업 후 통수가능 목표홍수량은 Table 3과 같이 제시되었다.
이러한 유황변화는 유사차단으로 인한 하천의 장갑화 현상과 사주와 식생의 변화를 유발하며, 제방과 취수장 및 교량 등 하천시설물에도 영향을 미친다. 특히 하천부지내 경작은 통수능 저하뿐만 아니라 하천수질에도 나쁜 영향을 미치고 있어 이의 구체적인 조사와 개선이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다목적댐이 저수용량의 배분을 적절히 유지하기 위해 하는 것은?	다목적댐은 계획단계나 건설완료 후에 저수용량을 여러 목적별로 사용범위를 배분하고 이를 적절히 유지하기 위하여 댐 운영규정이나 방법을 정하고 있다. 이후 댐 운영초기에 설정된 운영규정이나 방법은 원래 목적을 지속적으로 충족시키거나 보다 효과적인 편익추구를 위하여 재조정하는 사례가 있다.
	댐이 건설된 이후 운영편익에서 목표달성하기 어려운 이유는?	댐이 건설된 이후 운영편익은 수문이나 운영조건이 변하지 않는다 하여도 여러 가지 이유로 원래의 목적이나 목표를 달성하기 어려운 상황이 발생하는 것이 일반적이다. 이는 댐 자체의 구조적인 문제라기보다는 계획 당시 예상하지 못했던 외부환경의 변화로 인해 여러 가지 제약 조건이 발생하기 때문이다. 어떤 경우는 원래의 목표를 초과하는 편익이 발생하는 경우도 있으나 대부분 수문량의 증가나 댐의 구조자체의 변경, 운영방법의 개선 등에의한다.
	저수용량의 재배분을 하는 경우는?	경우에 따라서는 새로운 목적의 추가도 가능하며 이럴 경우 기존용량을 목적별로 재배분하는 작업이 필요하다(McMahon and Farmer, 2004). 그러나 저수용량의 재배분은 편익의 확실한 증가를 신뢰할 수 있을 때, 운영환경이 변했을 때, 그리고 목적별 우선순위의 조정이 필요할 때 등이나 특별한 경우가 아니면 잘 시행하지 않는다(Wurbs and Carriere, 1988). 실제 댐의 유효저수용량이나 운영방법은 댐이 건설되기 전에 결정되어지는 것이 일반적이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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