수자원시스템의 설계공급량을 결정하기 위한 평가지표의 선택은 수자원기술자가 직면한 중요한 문제이다. 대부분 신뢰도, 회복도 그리고 취약도를 대상으로 평가하게 된다. 그러나 각 지표 간에는 중복성이 있고 회복도와 취약도는 용수공급 여건이 나빠져도 개선되는 증감현상이 나타날 수 있다. 실제 적용에서는 이와 같은 문제점을 인지하지 못하고 한번 계산된 추정치로 판단하는 경우가 대부분이다. 이런 현상에 대한 원인은 수자원시스템의 다양한 특성에 의해 나타나고 있는데 수문 및 수요의 계절적 변동성이 대표적이다. 본 연구에서는 우리나라 댐 설계시 일반적으로 적용하고 있는 신뢰도 지표에 추가하여 다기준 적용을 위한 회복도 및 취약도의 적용성을 분석하였다. 분석방법은 계절적 변동성이 큰 농업용수의 구성비율을 기준으로 7개댐을 선정하여 각 지표 간 상관성과 증감현상을 분석하였다. 분석 결과, 연중 일정량을 공급하는 용담댐은 일반적 추세를 보였으나 농업용수를 공급하는 충주, 안동 및 남강댐 등은 회복도와 취약도에서 증감현상이 뚜렷이 나타났다.
수자원시스템의 설계공급량을 결정하기 위한 평가지표의 선택은 수자원기술자가 직면한 중요한 문제이다. 대부분 신뢰도, 회복도 그리고 취약도를 대상으로 평가하게 된다. 그러나 각 지표 간에는 중복성이 있고 회복도와 취약도는 용수공급 여건이 나빠져도 개선되는 증감현상이 나타날 수 있다. 실제 적용에서는 이와 같은 문제점을 인지하지 못하고 한번 계산된 추정치로 판단하는 경우가 대부분이다. 이런 현상에 대한 원인은 수자원시스템의 다양한 특성에 의해 나타나고 있는데 수문 및 수요의 계절적 변동성이 대표적이다. 본 연구에서는 우리나라 댐 설계시 일반적으로 적용하고 있는 신뢰도 지표에 추가하여 다기준 적용을 위한 회복도 및 취약도의 적용성을 분석하였다. 분석방법은 계절적 변동성이 큰 농업용수의 구성비율을 기준으로 7개댐을 선정하여 각 지표 간 상관성과 증감현상을 분석하였다. 분석 결과, 연중 일정량을 공급하는 용담댐은 일반적 추세를 보였으나 농업용수를 공급하는 충주, 안동 및 남강댐 등은 회복도와 취약도에서 증감현상이 뚜렷이 나타났다.
Selecting the evaluation index to determine water resources system design yield is an important problem for water resources engineers. Reliability, resilience and vulnerability are three widely used indices for yield analysis. However, there is an overlap region between indices as well as resilience...
Selecting the evaluation index to determine water resources system design yield is an important problem for water resources engineers. Reliability, resilience and vulnerability are three widely used indices for yield analysis. However, there is an overlap region between indices as well as resilience and vulnerability can show improvement in non-monotonic phenomena although yield condition becomes worse. These problems are usually not recognized and the decisions are made according to calculated estimates in real situation. The reason for this is caused by a diverse characteristics of water resources system such as seasonal variability of hydrologic characteristics and water demands. In this study, the applicability of resilience and vulnerability for multi indices application in addition to reliability which is applied generally is examined. Based on highly seasonal irrigation water demand ratio, the correlation and non-monotonic phenomena of each index are analyzed for seven selected reservoirs. Yongdam reservoir which supplies constant water supply showed the general tendency, but Chungju, Andong, Namgang and other reservoirs which supplies irrigation water showed clear non-monotonic phenomena in resilience and vulnerability.
Selecting the evaluation index to determine water resources system design yield is an important problem for water resources engineers. Reliability, resilience and vulnerability are three widely used indices for yield analysis. However, there is an overlap region between indices as well as resilience and vulnerability can show improvement in non-monotonic phenomena although yield condition becomes worse. These problems are usually not recognized and the decisions are made according to calculated estimates in real situation. The reason for this is caused by a diverse characteristics of water resources system such as seasonal variability of hydrologic characteristics and water demands. In this study, the applicability of resilience and vulnerability for multi indices application in addition to reliability which is applied generally is examined. Based on highly seasonal irrigation water demand ratio, the correlation and non-monotonic phenomena of each index are analyzed for seven selected reservoirs. Yongdam reservoir which supplies constant water supply showed the general tendency, but Chungju, Andong, Namgang and other reservoirs which supplies irrigation water showed clear non-monotonic phenomena in resilience and vulnerability.
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문제 정의
공급량이 일정할 때 수요량이 증가함에 따라 각 평가지표는 악화되는 추세를 보일 것이라는 일반적 현상을 지표간 상관관계 분석을 통해 확인하고자 하였다. 이는 항시 일반적 추세를 따르는 신뢰도와의 상관성이 낮아질 경우 지표치의 증감현상이 나타나고 있음을 간접적으로 확인할 수 있다.
본 연구에서는 각 댐을 단일운영조건으로 계획공급량의 충족여부를 판단하기 위해 모의모형을 개발하여 적용하였다. 저수지 모의 운영을 위해서는 상태변수의 변화를 시간에 따라 추적하기 위한 상태방정식을 수립하여야 한다.
실제 대부분의 사례에서 제시하고 있는 회복도와 취약도 평가치는 증감현상에 대한 분석없이 제시되고 있다. 본 연구에서는 수자원시스템 평가에서 대표적으로 적용되고 있는 신뢰도와 회복도 그리고 취약도를 대상으로 상호 상관성 분석을 실시하고 계절적 변동성이 큰 농업용수를 기준으로 회복도와 취약도의 증감현상을 해석하고자 하였다. 이를 위해 기존의 15개 다목적댐을 대상으로 계획공급량의 농업용수 공급비율을 기준으로 7개댐을 선정하고 이들 댐을 대상으로 공급량을 변화시키면서 이들 지표의 변화추이와 증감현상을 분석하였다.
특히 어떤 평가지표를 적용하느냐에 따라 공급 가능량이 달라질 수 있으며, 궁극적으로는 용수공급의 안전성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 현재까지 주로 적용해 오던 신뢰도 지표에 더해 다기준 평가지표를 구성할 때 가장 많이 선호되고 있는 회복도와 취약도의 적용성을 평가하였다. 분석 결과, 수요의 계절적 변동성이 큰 농업 용수가 포함되어 있을 경우 연중 일정량을 공급하는 경우보다 신뢰도-회복도, 신뢰도-취약도 및 회복도-취약도간의 상관성이 크게 떨어졌다.
제안 방법
농업용수 시나리오의 구분은 농업용수공급 비율이 없는 경우와 1～3, 10, 20, 30 및 40%인 경우로 설정하고 이에 근사하는 댐을 선정하였다. 가상 댐에 대해 농업용수의 수요량을 변경하여 적용할 수도 있으나 실제 추세를 분석하기 위하여 기존 다목적댐을 대상으로 하였다.
또한 회복도와 취약도의 증감현상을 확인하기 위해 Table 2에서 제시된 각 댐의 계획공급량을 기준으로 생활, 공업, 농업 및 유지용수 등 모든 수요에 대해 2%씩 일정비율로 증감을 시행한 후 용수부족이 발생하는 비율을 기준시점으로 정하고 공급량을 늘려 12개의 수요조건을 구성하였다. 즉 계획공급량 기준으로 충주댐, 안동댐, 대청댐은 88%로부터, 용담댐은 92%부터, 보령댐은 96%부터, 남강댐은 98%, 소양강댐은 126%부터 2%씩 수요를 증가시켜 분석하였다.
모의기간단위는 회복도와 취약도의 증감현상을 용이하게 분석하기 위하여 일단위로 하였다. 용수수요조건은 각 댐의 월별 계획공급량을 일단위로 배분하여 적용하였다.
본 연구에서는 수자원시스템 평가에서 대표적으로 적용되고 있는 신뢰도와 회복도 그리고 취약도를 대상으로 상호 상관성 분석을 실시하고 계절적 변동성이 큰 농업용수를 기준으로 회복도와 취약도의 증감현상을 해석하고자 하였다. 이를 위해 기존의 15개 다목적댐을 대상으로 계획공급량의 농업용수 공급비율을 기준으로 7개댐을 선정하고 이들 댐을 대상으로 공급량을 변화시키면서 이들 지표의 변화추이와 증감현상을 분석하였다. 적용 결과 생활 및 공업용수와 같이 계절적으로 변동성이 없는 경우 지표치의 증감현상은 나타나지 않았으나 농업용수가 포함되어 계절적 변동성이 있는 경우 증감현상이 나타났다.
적용조건은 각 댐의 모의기간은 정상적 운영 개시 시점부터 2009년 말까지 적용하였으며, 이 기간 동안 댐으로 유입된 유량을 수문조건으로 하였다. 모의기간단위는 회복도와 취약도의 증감현상을 용이하게 분석하기 위하여 일단위로 하였다.
또한 회복도와 취약도의 증감현상을 확인하기 위해 Table 2에서 제시된 각 댐의 계획공급량을 기준으로 생활, 공업, 농업 및 유지용수 등 모든 수요에 대해 2%씩 일정비율로 증감을 시행한 후 용수부족이 발생하는 비율을 기준시점으로 정하고 공급량을 늘려 12개의 수요조건을 구성하였다. 즉 계획공급량 기준으로 충주댐, 안동댐, 대청댐은 88%로부터, 용담댐은 92%부터, 보령댐은 96%부터, 남강댐은 98%, 소양강댐은 126%부터 2%씩 수요를 증가시켜 분석하였다. 이와 같은 조건 설정은 공급조건을 일정하게 하고 수요조건을 변화시킴으로서 평가지표가 악화되는 반응을 평가하기 위해서다.
대상 데이터
농업용수 시나리오의 구분은 농업용수공급 비율이 없는 경우와 1～3, 10, 20, 30 및 40%인 경우로 설정하고 이에 근사하는 댐을 선정하였다. 가상 댐에 대해 농업용수의 수요량을 변경하여 적용할 수도 있으나 실제 추세를 분석하기 위하여 기존 다목적댐을 대상으로 하였다. 이에 의거 선정된 분석 대상 댐은 생활 및 공업용수와 유지용수를 공급하는 용담댐과 농업용수비율이 극히 적은 소양강 및 보령댐, 10%에 근접하는 충주댐, 농업용수비율이 20%에 근접하는 대청, 및 30% 수준인 안동댐 그리고 40%에 근접하는 남강댐을 대상으로 하였다.
이중생활 및 공업 그리고 유지용수는 연중 일정량을 공급하는 것으로 계획하나 농업용수는 계절적 변동성이 커 회복도와 취약도의 증감현상에 대해 어느 정도 영향을 미칠 것으로 판단하였다. 이를 위해 Table 1과 같이 15개 다목적댐을 대상으로 농업용수 공급 비율을 구하여 7개 댐을 분석대상으로 선정하였다.
가상 댐에 대해 농업용수의 수요량을 변경하여 적용할 수도 있으나 실제 추세를 분석하기 위하여 기존 다목적댐을 대상으로 하였다. 이에 의거 선정된 분석 대상 댐은 생활 및 공업용수와 유지용수를 공급하는 용담댐과 농업용수비율이 극히 적은 소양강 및 보령댐, 10%에 근접하는 충주댐, 농업용수비율이 20%에 근접하는 대청, 및 30% 수준인 안동댐 그리고 40%에 근접하는 남강댐을 대상으로 하였다. 선정된 댐들의 주요특징은 Table 2와 같고 농업용수의 계절적 분포는 Table 3과 같다.
성능/효과
(1986)의 개념이며, 전체부족기간과 부족량은 모의 대상기간 전체에 걸쳐 발생한 용수부족사상을 합한 것으로 수요량이 증가함에 따라 단조로운 추세를 보였다. 결과는 역시 용수공급량 중 농업용수배분이 없거나 적은 용담댐과 소양강 및 보령댐의 경우 -0.95 이상의 높은 상관관계를 보여주었다. 안동댐과 남강댐은 신뢰도-최대연속부족일 및 신뢰도-연속최대부족량의 관계에서 다른 댐에 비해 비교적 낮은 결과치를 보였으나 충주댐의 경우 Hashimoto et al.
즉, 용담댐이나 농업용수 비율이 적은 보령댐의 경우 연중 일정량을 공급하는 조건에서는 수요에 대한 반응이 단조로운 추세를 보였으나 수요량의 변동성이 있는 다른 댐들에서는 모두 증감현상을 나타내고 있다. 따라서 연중 수요량이 일정할 경우 각 지표들을 개별 혹은 다기준으로 적용할 수 있을 것으로 판단되나 농업용수와 같이 공급량의 계절적 변동성이 있는 경우 회복도와 취약도의 적용에 주의가 필요한 것으로 분석되었다.
이중 신뢰도를 살펴보면, 소양강 댐의 경우 용수부족이 발생하지 않았고 남강댐의 경우 100%에 근접하고 있다. 또한 모든 댐들이 95% 이상의 값을 보여주고 있어 계획 당시 적용된 신뢰도 수준을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 회복도와 취약도는 안동과 대청댐이 낮은 값을 보여주고 있다.
분석 결과, 수요의 계절적 변동성이 큰 농업 용수가 포함되어 있을 경우 연중 일정량을 공급하는 경우보다 신뢰도-회복도, 신뢰도-취약도 및 회복도-취약도간의 상관성이 크게 떨어졌다. 또한 수요량의 증가에 따라 지표가 악화되는 일반적 현상과 달리 회복도와 취약도는 증감현상을 나타내었다. 반면 회복도와 취약도의 증감현상은 연중 일정량을 공급하는 용담댐에서는 나타나지 않았고 농업용수 비중이 극히 적은 보령댐에서는 미세한 현상을 보였다.
또한 수요량의 증가에 따라 지표가 악화되는 일반적 현상과 달리 회복도와 취약도는 증감현상을 나타내었다. 반면 회복도와 취약도의 증감현상은 연중 일정량을 공급하는 용담댐에서는 나타나지 않았고 농업용수 비중이 극히 적은 보령댐에서는 미세한 현상을 보였다. 또한 지표간의 상관성도 용담댐은 모든 경우에 높게 나타난 반면 다른 댐들은 비교적 낮게 나타났다.
본 연구에서는 현재까지 주로 적용해 오던 신뢰도 지표에 더해 다기준 평가지표를 구성할 때 가장 많이 선호되고 있는 회복도와 취약도의 적용성을 평가하였다. 분석 결과, 수요의 계절적 변동성이 큰 농업 용수가 포함되어 있을 경우 연중 일정량을 공급하는 경우보다 신뢰도-회복도, 신뢰도-취약도 및 회복도-취약도간의 상관성이 크게 떨어졌다. 또한 수요량의 증가에 따라 지표가 악화되는 일반적 현상과 달리 회복도와 취약도는 증감현상을 나타내었다.
과거 우리나라의 수요조건은 크게 생활 및 공업, 농업 그리고 유지용수로 구분된다. 이중생활 및 공업 그리고 유지용수는 연중 일정량을 공급하는 것으로 계획하나 농업용수는 계절적 변동성이 커 회복도와 취약도의 증감현상에 대해 어느 정도 영향을 미칠 것으로 판단하였다. 이를 위해 Table 1과 같이 15개 다목적댐을 대상으로 농업용수 공급 비율을 구하여 7개 댐을 분석대상으로 선정하였다.
이를 위해 기존의 15개 다목적댐을 대상으로 계획공급량의 농업용수 공급비율을 기준으로 7개댐을 선정하고 이들 댐을 대상으로 공급량을 변화시키면서 이들 지표의 변화추이와 증감현상을 분석하였다. 적용 결과 생활 및 공업용수와 같이 계절적으로 변동성이 없는 경우 지표치의 증감현상은 나타나지 않았으나 농업용수가 포함되어 계절적 변동성이 있는 경우 증감현상이 나타났다.
후속연구
공급과 수요관계에서 물 부족현상이 발생할 조건은 무한의 조합이 가능하므로 특정 원인으로 결론짓기는 어려운 실정이다. 다만 본 연구에서와 같이 많은 원인 중에서 수요량의 계절적 변동성도 회복도와 취약도의 증감현상에 영향을 미치는 것으로 확인되어 이들 지표의 적용에 주의가 필요하다. 실제 적용에서 잘못 선정된 지표는 결과를 왜곡할 수 있으므로 지표값이 일정 추세를 보이는 신뢰도를 기준으로 하고, 회복도와 취약도는 증감현상을 확인한 후 적용하는 것이 필요하다.
다만 본 연구에서와 같이 많은 원인 중에서 수요량의 계절적 변동성도 회복도와 취약도의 증감현상에 영향을 미치는 것으로 확인되어 이들 지표의 적용에 주의가 필요하다. 실제 적용에서 잘못 선정된 지표는 결과를 왜곡할 수 있으므로 지표값이 일정 추세를 보이는 신뢰도를 기준으로 하고, 회복도와 취약도는 증감현상을 확인한 후 적용하는 것이 필요하다.
또한 지표간의 상관성도 용담댐은 모든 경우에 높게 나타난 반면 다른 댐들은 비교적 낮게 나타났다. 이런 결과를 종합하여 볼 때 수요량에 계절성이 있을 경우 회복도와 취약도의 평가는 신중을 기할 필요가 있으며, 증감현상에 대한 분석 후 판단이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
안전공급량이란 무엇인가?
수자원시스템을 통한 물 공급의 안정성 혹은 피해정도를 평가하기 위한 지표는 다양한 형태로 제시되어 왔다. 이중 안전공급량(safe yield)은 과거 발생했던 최대가뭄 사상 조건에서도 용수공급이 가능한 양으로 정의하고 있다. 이에 더해 물 부족발생시 이용자에게 미치는 피해를 최소화하기 위해 용수공급 부족량의 크기, 빈도 및 기간 등을 분석하는 지표들이 적용되고 있다.
용수공급 시스템의 구성요소 중 수자원시스템에 해당하는 것은 무엇인가?
용수공급 시스템은 크게 하천이나 저류시설, 송수시설 그리고 정수처리시설 등으로 구분할 수 있다. 이 시스템의 구성요소 중 하천이나 저류시설을 수자원시스템이라 할 수 있다. 수자원시스템은 물의 이용관리를 위해 구성되며, 현대사회에서는 용수공급 목적이 가장 중요한 부분을 차지한다.
용수공급 시스템은 어떻게 구분되는가?
용수공급 시스템은 크게 하천이나 저류시설, 송수시설 그리고 정수처리시설 등으로 구분할 수 있다. 이 시스템의 구성요소 중 하천이나 저류시설을 수자원시스템이라 할 수 있다.
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