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문제 정의
- 통합 물 수급 네트워크에서 다목적댐은 시스템을 구성하는 다른 댐과의 연계를 고려하여 운영되어야 하며, 이를 통해 보다 정확한 물 공급 안정성에 대한 평가가 가능할 것이다. 따라서 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)의 물 수급 네트워크를 기반으로 deficit-supply 방식 및 유효 저수율을 고려한 댐 연계 운영을 통해 16개 다목적댐에 대한 유역별 연계 모의 운영을 수행하였다. 모의 운영 결과를 통해 확보된 댐 저수량을 이용하여 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability)를 평가할 수 있는 지표를 제시하였으며, 16개 다목적댐에 대한 평가를 수행하였다.
- 이때 deficit-supply 방식이 이상적인 운영 방식이라는 점은 댐 저수지로의 미래 유입 상황을 알고 있는 상황에서 하류 물 부족에 대한 공급을 수행한다는 점에서 현실적으로 적용하기 어려운 운영 방식이라는 점을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 유역별 통합 물 수급 네트워크를 기반으로 deficitsupply 방식의 다목적댐 모의 운영을 수행하고 그 결과를 이용하여 현재 운영 중에 있는 다목적댐의 물 공급 안정성 평가를 수행하였다. 댐별 물 공급 안정성 평가를 위해 모의 운영을 통해 얻어진 저수지 저수량을 이용하였으며, 저수량을 통해 다목적댐의 물 공급 안정성을 간접적으로 평가할 수 있는 방안을 제시하였다.
- 본 연구에서는 deficit-supply 방식 및 유역의 물 수급 네트워크를 기반으로 다목적댐을 모의 운영하기 위한 운영 규칙을 설정하였다. 모의가 시작되는 시점에 해당하는 1966년 10월 첫 번째 반순의 댐별 초기 저수량은 상시만 수위에 해당하는 저수량으로 설정하였으며, 홍수기 제한 수위가 설정되어 있는 댐에 대해서는 매년 6월 21일부터 9월 20일(6월 다섯 번째 반순～9월 네 번째 반순)까지의 기간에 대해 홍수기 제한수위를 고려하였다.
- 두 번째 지표 (Res2)는 연 단위로 저수지 운영 상황을 고려할 때 41개년 중 9월말 저수량이 가장 낮았던 결과를 이용하여 해당 저수량이 상시만수위 대비 저수용량의 몇 %에 해당하는 가를 산정하였다. 이는 기존 연구에서 이용하고 있는 회복도 개념과는 다르다고 할 수 있으나 우리나라의 댐 운영 방식을 고려하여 댐별로 저수량의 회복 능력을 판단하기 위한 지표로 고려하였다. 두 가지 지표(Res1과 Res2) 에 대한 산정 관계식은 Eqs.
- (2012)은 수자원 시스템에 대한 이수안전도 평가는 단일 기준만으로 이루어질 수 없으며, 신뢰도 (reliability), 회복도(resiliency) 및 취약도(vulnerability) 등 여러 가지 지표를 함께 고려하는 다기준 평가 방법이 타당하다고 제안하고 있다. 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 물 수급 네트워크를 기반으로 모의 운영된 다목적댐의 저수량을 이용하여 댐의 물 공급 안정성을 평가하기 위한 지표를 설정하였다. 설정된 지표는 각각의 지표가 갖는 의미를 고려하여 신뢰도(reliability), 회복도 (resiliency) 및 취약도(vulnerability)로 구분하였으며, 설정된 지표에 대한 세부 내용은 다음과 같다.
제안 방법
- Eq. (2)와 같은 관계식을 이용하여 연 단위 분석 결과와 반순 단위 분석 결과를 이용하여 지표를 산정하였으며, 댐별로 산정된 결과를 비교하여 댐별 물 공급 신뢰도를 평가하였다.
- Eq. (5)를 이용하여 반순별 저수량 모의 결과에 적용하였으며, 그 결과에 대한 검토를 통해 다목적댐별 취약도 분석을 수행하였다.
- 16개 다목적댐에 대한 모의 운영 결과를 이용하여 저수량 기반 신뢰도 분석을 수행하였다. Eq.
- K-WEAP에서는 연계 운영 대상 댐의 유효저수율이 동일한 값을 가질 수 있도록 운영함을 원칙으로 하고 있으며, 이는 유효저수율이 상대적으로 높은 댐에서 우선적으로 하류 물 공급을 수행하게 됨을 의미한다(KICT, 2007). 그러므로 본 연구에서는 하류 물 부족 상황을 바탕으로 댐별 유효저수율에 대한 검토를 통해 유효저수율이 높은 댐에서 우선적으로 공급을 수행하는 과정을 통해 댐 군의 연계 운영을 고려하였다.
- 그러나 섬진강댐의 경우에는 동진강유역으로 공급되는 농업용수와 같이 저수지 용량에 비해 하류 물 수요가 많아 안정적인 물 공급이 어려운 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 나머지 12개 다목적댐에 대해서도 모의 운영 후 얻어진 저수량 자료를 이용하여 본 연구에서 설정한 방법으로 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability) 평가를 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 우리나라의 유역별 통합 물 수급 네트워크를 기반으로 deficitsupply 방식의 다목적댐 모의 운영을 수행하고 그 결과를 이용하여 현재 운영 중에 있는 다목적댐의 물 공급 안정성 평가를 수행하였다. 댐별 물 공급 안정성 평가를 위해 모의 운영을 통해 얻어진 저수지 저수량을 이용하였으며, 저수량을 통해 다목적댐의 물 공급 안정성을 간접적으로 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 설정한 방법을 우리나라의 주요 다목적댐의 저수량 모의 결과에 적용하였으며, 댐별 물 공급 안정성을 비교⋅평가하였다.
- 모의가 시작되는 시점에 해당하는 1966년 10월 첫 번째 반순의 댐별 초기 저수량은 상시만 수위에 해당하는 저수량으로 설정하였으며, 홍수기 제한 수위가 설정되어 있는 댐에 대해서는 매년 6월 21일부터 9월 20일(6월 다섯 번째 반순～9월 네 번째 반순)까지의 기간에 대해 홍수기 제한수위를 고려하였다. 댐별 총 저수용량 중 사수량을 제외한 양을 공급할 수 있는 것으로 고려하였으며, 저수위부터 사수위까지의 구간에 해당하는 저수용량, 즉 비상용수공급량에 대해서는 조절 방류를 고려하였다. 조절 방류는 댐에 대한 모의 운영 과정에서 저수지 수위가 저수위 이하로 하강할 경우 적용되며, 하류 생활 및 공업용수만을 제한적으로 공급하는 방식을 채택하였다.
- 먼저 첫 번째 지표(Res1)는 ‘failure’ 사상의 수와 ‘failure’ 상태의 지속기간을 이용하여 댐별 ‘failure’ 상태가 발생하였을 경우 평균적으로 어느 정도 기간 동안 지속되었는가를 산정하였으며, 이는 기존 연구에서 회복도 평가를 위해 일반적으로 이용하고 있는 개념이라 할 수 있다. 두 번째 지표 (Res2)는 연 단위로 저수지 운영 상황을 고려할 때 41개년 중 9월말 저수량이 가장 낮았던 결과를 이용하여 해당 저수량이 상시만수위 대비 저수용량의 몇 %에 해당하는 가를 산정하였다. 이는 기존 연구에서 이용하고 있는 회복도 개념과는 다르다고 할 수 있으나 우리나라의 댐 운영 방식을 고려하여 댐별로 저수량의 회복 능력을 판단하기 위한 지표로 고려하였다.
- 따라서 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)의 물 수급 네트워크를 기반으로 deficit-supply 방식 및 유효 저수율을 고려한 댐 연계 운영을 통해 16개 다목적댐에 대한 유역별 연계 모의 운영을 수행하였다. 모의 운영 결과를 통해 확보된 댐 저수량을 이용하여 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability)를 평가할 수 있는 지표를 제시하였으며, 16개 다목적댐에 대한 평가를 수행하였다.
- 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시하고 있는 목표년도 2020년의 기준수요 수요량과 권역별 통합 물 공급 네트워크를 이용하여 1967～2007년까지 41개년에 대해 물수지 분석을 수행하고 그 과정에서 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하였다. 모의 운영을 위한 시간 단위는 반순(5일) 단위 분석을 기준으로 하였으며, 전년도 10월부터 당해년도 9월까지를 1년으로 고려하는 수문년을 기준으로 분석을 수행하였다.
- 모의 저수량을 이용하여 16개 다목적댐에 대한 취약도를 평가하였다. Eq.
- 본 연구에서 설정한 방법을 우리나라의 주요 다목적댐의 저수량 모의 결과에 적용하였으며, 댐별 물 공급 안정성을 비교⋅평가하였다.
- 본 연구에서는 댐 저수량을 이용하여 다목적댐별 회복도를 평가하기 위해 두 가지 지표(Res1과 Res2)를 설정하여 이용하였다. 이때 ‘failure’의 개념은 신뢰도 평가 지표에서 설정한 기준과 동일하게 고려하였다.
- 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 물 수급 네트워크를 기반으로 모의 운영된 다목적댐의 저수량을 이용하여 댐의 물 공급 안정성을 평가하기 위한 지표를 설정하였다. 설정된 지표는 각각의 지표가 갖는 의미를 고려하여 신뢰도(reliability), 회복도 (resiliency) 및 취약도(vulnerability)로 구분하였으며, 설정된 지표에 대한 세부 내용은 다음과 같다.
- 한국형 통합수자원평가계획 모형인 K-WEAP(Korea Water Evaluation And Planning system)을 이용하여 다목적댐 모의 운영 및 유역의 통합 물 수급 네트워크를 바탕으로 댐 군에 대한 연계 운영을 수행하였다. 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시하고 있는 목표년도 2020년의 기준수요 수요량과 권역별 통합 물 공급 네트워크를 이용하여 1967～2007년까지 41개년에 대해 물수지 분석을 수행하고 그 과정에서 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하였다. 모의 운영을 위한 시간 단위는 반순(5일) 단위 분석을 기준으로 하였으며, 전년도 10월부터 당해년도 9월까지를 1년으로 고려하는 수문년을 기준으로 분석을 수행하였다.
- 1967～2007년까지의 중권역 기준 자연유량 자료와 목표년도 2020년 기준수요 수요량을 이용하였으며, 광역상수도 공급 관련 제원도 함께 분석에 활용하였다. 수자원장기종합계획(MLTM, 201에서 댐 상류 유역에 대한 자연유량 자료는 실측 댐 유입량 자료가 있을 경우 이를 이용하여 자연유량을 구성하고 있으므로 댐 저수지에서의 수면증발량은 별도로 고려하지 않았으며, 댐 저수지 모의 운영을 위한 초기 저수위는 상시만수위로 설정하고 41개년에 대한 연속 모의를 수행하였다. Fig.
- 댐별 총 저수용량 중 사수량을 제외한 양을 공급할 수 있는 것으로 고려하였으며, 저수위부터 사수위까지의 구간에 해당하는 저수용량, 즉 비상용수공급량에 대해서는 조절 방류를 고려하였다. 조절 방류는 댐에 대한 모의 운영 과정에서 저수지 수위가 저수위 이하로 하강할 경우 적용되며, 하류 생활 및 공업용수만을 제한적으로 공급하는 방식을 채택하였다. 이와 함께 댐별로 광역상수도를 통한 물 공급이 설정되어 있을 경우 하류 물 부족 공급에 우선하여 광역상수도 공급을 수행하는 것으로 고려하였다.
- 지금까지 16개 다목적댐에 대해 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability)를 평가하고 그 결과를 비교하였다. 신뢰도 등 지표 분석 과정에서 댐 저수량을 기반으로 물 공급의 안정성을 평가하였을 때 소양강댐, 충주댐, 횡성댐, 안동댐, 임하댐 및 합천댐의 안정성이 가장 높은 것으로 판단할 수 있으며, 부안댐의 물 공급 안정성이 가장 낮은 것으로 판단된다.
- 하류 물 부족을 고려하는 deficit-supply 방식의 댐 운영과 유효저수율 기반 댐 군의 연계 운영을 고려한 다목적댐 모의 운영을 수행하고 그 결과를 이용하여 다목적댐별 물 공급의 안정성을 평가하였다. 본 연구에서 설정한 방법을 적용하기 위한 대상 다목적댐은 현재 운영 중에 있는 16개 다목적댐이며, Table 1은 댐운영실무편람(Kwater, 2011)에 나타나있는 16개 댐의 저수용량 관련 현황을 정리하여 나타낸 것이다.
- 본 연구에서 설정한 방법을 우리나라의 주요 다목적댐의 저수량 모의 결과에 적용하였으며, 댐별 물 공급 안정성을 비교⋅평가하였다. 한국형 통합수자원평가계획 모형인 K-WEAP(Korea Water Evaluation And Planning system)을 이용하여 다목적댐 모의 운영 및 유역의 통합 물 수급 네트워크를 바탕으로 댐 군에 대한 연계 운영을 수행하였다. 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시하고 있는 목표년도 2020년의 기준수요 수요량과 권역별 통합 물 공급 네트워크를 이용하여 1967～2007년까지 41개년에 대해 물수지 분석을 수행하고 그 과정에서 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하였다.
대상 데이터
- 1967～2007년까지 41개년에 대한 다목적댐 모의 운영을 수행하였다. Fig.
- 통합 물 수급 네트워크를 기반으로 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하기 위해서는 네트워크와 함께 물 수요 및 자연유량 자료가 필요하며, 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시된 자료를 이용하였다. 1967～2007년까지의 중권역 기준 자연유량 자료와 목표년도 2020년 기준수요 수요량을 이용하였으며, 광역상수도 공급 관련 제원도 함께 분석에 활용하였다. 수자원장기종합계획(MLTM, 201에서 댐 상류 유역에 대한 자연유량 자료는 실측 댐 유입량 자료가 있을 경우 이를 이용하여 자연유량을 구성하고 있으므로 댐 저수지에서의 수면증발량은 별도로 고려하지 않았으며, 댐 저수지 모의 운영을 위한 초기 저수위는 상시만수위로 설정하고 41개년에 대한 연속 모의를 수행하였다.
- 하류 물 부족을 고려하는 deficit-supply 방식의 댐 운영과 유효저수율 기반 댐 군의 연계 운영을 고려한 다목적댐 모의 운영을 수행하고 그 결과를 이용하여 다목적댐별 물 공급의 안정성을 평가하였다. 본 연구에서 설정한 방법을 적용하기 위한 대상 다목적댐은 현재 운영 중에 있는 16개 다목적댐이며, Table 1은 댐운영실무편람(Kwater, 2011)에 나타나있는 16개 댐의 저수용량 관련 현황을 정리하여 나타낸 것이다. 통합 물 수급 네트워크를 기반으로 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하기 위해서는 네트워크와 함께 물 수요 및 자연유량 자료가 필요하며, 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시된 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서 설정한 방법을 적용하기 위한 대상 다목적댐은 현재 운영 중에 있는 16개 다목적댐이며, Table 1은 댐운영실무편람(Kwater, 2011)에 나타나있는 16개 댐의 저수용량 관련 현황을 정리하여 나타낸 것이다. 통합 물 수급 네트워크를 기반으로 다목적댐에 대한 모의 운영을 수행하기 위해서는 네트워크와 함께 물 수요 및 자연유량 자료가 필요하며, 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에서 제시된 자료를 이용하였다. 1967～2007년까지의 중권역 기준 자연유량 자료와 목표년도 2020년 기준수요 수요량을 이용하였으며, 광역상수도 공급 관련 제원도 함께 분석에 활용하였다.
이론/모형
- 하류에서 발생한 물 부족량을 어떠한 댐으로부터 공급할 것인가에 대한 판단이 필요하기 때문이다. 본 연구에서 다목적댐 모의 운영을 위한 모형으로 고려하고 있는 KWEAP에서는 병렬로 연결된 댐 군의 연계 운영을 위해 유효저수율(effective storage rate, ESR) 기준을 고려하고 있다. 유효저수율(ESR)은 Eq.
성능/효과
- 6개 댐을 제외한 나머지 댐의 경우에는 1회 이상 ‘failure’ 상황이 발생하고 있으며, 이를 통해 10개 댐에 대한 상대적인 취약도를 판단할 수 있다. 10개 다목적댐 중 용담댐과 밀양댐에서 취약도 지표가 가장 낮은 것으로 나타나고 있으며, 신뢰도와 회복도 측면에서 가장 취약한 것으로 나타났던 부안댐 또한 취약도 지표에서도 좋지 않은 결과를 나타내고 있다. 10개 댐 중 취약도 측면에서 상대적으로 양호한 결과를 보이고 있는 댐은 섬진강댐, 보령댐, 장흥댐이라고 판단할 수 있으며, 특히 섬진강 댐의 경우에는 신뢰도와 회복도 지표에서는 물 공급 안정성이 취약한 것으로 나타나고 있으나 취약도 지표에서는 상대적으로 좋은 결과를 주고 있음을 알 수 있다.
- 10개 다목적댐 중 용담댐과 밀양댐에서 취약도 지표가 가장 낮은 것으로 나타나고 있으며, 신뢰도와 회복도 측면에서 가장 취약한 것으로 나타났던 부안댐 또한 취약도 지표에서도 좋지 않은 결과를 나타내고 있다. 10개 댐 중 취약도 측면에서 상대적으로 양호한 결과를 보이고 있는 댐은 섬진강댐, 보령댐, 장흥댐이라고 판단할 수 있으며, 특히 섬진강 댐의 경우에는 신뢰도와 회복도 지표에서는 물 공급 안정성이 취약한 것으로 나타나고 있으나 취약도 지표에서는 상대적으로 좋은 결과를 주고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 섬진강댐은 ‘failure’ 상황이 비교적 자주 발생하나‘failure’ 상황에서의 심도는 크지 않으며, 효율적인 댐 운영을 위한 대책을 통해 물 공급 안정성을 향상시킬 수 있는 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
- 6개 댐을 제외하고 ‘failure’ 상황이 1회 이상 발생한 10개 댐에 대한 결과에서는 주암댐과 주암조절지댐의 값이 가장 높게 나타나고 있었다.
- Fig. 6의 결과를 통해 소양강댐 등 6개 댐에서는 ‘failure’상황이 발생하지 않았으므로 취약도 지표 역시 0에 해당하는 값으로 나타나고 있으며, 6개 댐의 취약도 또한 전체 16개 다목적댐 중 가장 좋은 결과를 보이고 있는 것으로 판단할 수 있다.
- 두 번째로 9월말 저수량을 기준으로 41개년 중 가장 낮은 저수량을 이용하여 산정된 Res2 지표의 결과를 살펴보면, 소양강댐 등 6개 댐에서는 80% 이상의 저수율을 나타내고 있어 저수량 회복 능력이 매우 양호한 것으로 나타나고 있다. 그러나 남강댐 등 8개 댐의 경우에는 9월말 저수량 최소값이 상시만수위 저수용량 대비 40% 미만인 것으로 나타나고 있어 과거 최대 가뭄 상황에서의 저수량 회복 능력이 상대적으로 취약한 것으로 평가되었다. 특히, 신뢰도 분석에서 상대적으로 낮은 지표를 보였던 부안댐과 섬진강댐은 Res2 지표의 결과에서도 가장 낮게 나타나고 있어 신뢰도와 함께 회복도 역시 매우 취약한 것으로 판단된다.
- 일반적으로 우리나라에서의 댐 운영은 기후 특성을 고려하여 상대적으로 많은 홍수기 유량을 저류하여 이용 가능 수자원이 부족한 겨울철과 봄철에 물을 공급하는 패턴으로 이루어지고 있다. 그러므로 9월말 저수량 중 최악의 상황에서 나타난 저수량과 상시만수위 저수용량과의 비율을 산정하였을 때 그 결과가 높게 나타나는 댐은 저수지의 저수량 회복력이 뛰어나다고 판단할 수 있다. 이는 가뭄상황에서 얼마나 안정적으로 물을 확보할 수 있는 가에 대한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단되며, 댐의 물 공급 및 저수지 운영에 있어 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 댐 저수량을 기반으로 물 공급 안정성에 대한 평가를 수행한 결과, 한강유역에 위치하고 있는 소양강댐, 충주댐, 횡성댐 및 낙동강유역의 안동댐, 임하댐, 합천댐의 안정성이 가장 높은 것으로 나타났으며, 섬진강댐과 부안댐의 안정성이 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 신뢰도 측면에서는 대부분의 댐에서 90% 이상의 신뢰도를 보이고 있어 양호한 물 공급 안정성을 확보하고 있는 것으로 나타났으나 회복도 측면에서는 섬진강댐 및 부안댐과 함께 주암댐, 주암조절지댐, 밀양댐 등 취약한 댐이 다수 존재하는 것으로 나타났다.
- 0 반순/회) 등은 저수위 기준 저수용량 이상의 저수량으로 회복되는데 소요되는 기간이 평균 3개월 이상인 것으로 나타나 상대적으로 낮은 회복도를 갖는 댐인 것으로 평가되었다. 두 번째로 9월말 저수량을 기준으로 41개년 중 가장 낮은 저수량을 이용하여 산정된 Res2 지표의 결과를 살펴보면, 소양강댐 등 6개 댐에서는 80% 이상의 저수율을 나타내고 있어 저수량 회복 능력이 매우 양호한 것으로 나타나고 있다. 그러나 남강댐 등 8개 댐의 경우에는 9월말 저수량 최소값이 상시만수위 저수용량 대비 40% 미만인 것으로 나타나고 있어 과거 최대 가뭄 상황에서의 저수량 회복 능력이 상대적으로 취약한 것으로 평가되었다.
- 두 번째로 반순 단위 분석결과에서는 연 단위 분석결과에 비해 신뢰도가 모든 댐에서 높아진 결과를 보이고 있다. 이는 시간 단위를 세분화함에 따라 나타나는 결과이며, 1년 동안 한번 저수위 이하로 저수량이 떨어진 경우나 여러 번 하강한 경우가 연 단위 분석에서는 모두 1회‘failure’로 평가되지만 반순 단위 분석에서는 그 횟수가 정확하게 반영되기 때문이다.
- 또한 섬진강댐은 신뢰도와 회복도 측면에서는 취약한 것으로 나타나고 있으나 취약도 지표에서는 상대적으로 양호한 결과를 주고 있으며, 이를 통해 ‘failure’ 상황의 출현 빈도에 비해 그 심도는 크지 않음을 확인할 수 있었다.
- 반순 단위 분석 결과에서도 연 단위 분석에서 높은 신뢰도를 보인 다목적댐들은 97% 이상의 높은 신뢰도를 나타내고 있으며, 보령댐의 경우에는 전체 2,952 반순 중 1회 ‘failure’가 나타나 거의 100%에 근접한 신뢰도를 보이고 있다. 또한 연 단위 분석에서 가장 낮은 신뢰도를 나타내고 있었던 부안댐은 반순 단위 분석에서도 77%의 신뢰도로 가장 낮은 결과를 나타내고 있으며, 연 단위 분석에서 71%의 신뢰도를 보였던 섬진강 댐은 94%의 신뢰도를 나타내어 크게 증가한 결과를 보이고 있다.
- 먼저 연 단위 신뢰도 분석 결과를 살펴보면, 한강유역에 위치하고 있는 소양강댐, 충주댐, 횡성댐과 낙동강유역의 안동댐, 임하댐, 합천댐은 저수위 이하로 저수량이 하강한 경우가 발생하지 않아 가장 높은 신뢰도를 보이고 있는 것으로 평가되었다. 이에 반해 부안댐의 경우에는 전체 41개년 중 26개년에서 저수위 이하 저수량이 나타나고 있는 것으로 분석되어 가장 낮은 신뢰도를 나타내고 있었다.
- 4는 모의 운영을 수행한 16개 다목적댐 중 유역별로 대표적인 4개 댐의 저수량 곡선을 도시한 것으로 굵은 점선으로 표시된 직선은 댐별로 저수위에 해당하는 저수용량을 표시한 것으로 본 연구에서 ‘failure’를 판단하기 위한 기준에 해당한다. 모의 운영 후 나타난 4개 댐의 저수량 곡선을 살펴보면, 먼저 소양강댐과 안동댐의 경우 분석 기간에서 저수위 저수용량 이하로 저수량이 하강한 경우가 나타나고 있지 않으며, 분석 기간 동안 안정적인 댐 운영이 이루어졌음을 확인할 수 있다. 그러나 대청댐에서는 1994～1995년 가뭄 기간 동안 저수위 저수용량 이하로 저수량이 하강한 경우가 나타나고 있으며, 섬진강댐의 경우에는 4개 댐 중 가장 높은 빈도로 저수위 이하 저수량 상황이 나타나는 것으로 분석되었다.
- 반순 단위 분석 결과에서도 연 단위 분석에서 높은 신뢰도를 보인 다목적댐들은 97% 이상의 높은 신뢰도를 나타내고 있으며, 보령댐의 경우에는 전체 2,952 반순 중 1회 ‘failure’가 나타나 거의 100%에 근접한 신뢰도를 보이고 있다.
- 이에 반해 부안댐의 경우에는 전체 41개년 중 26개년에서 저수위 이하 저수량이 나타나고 있는 것으로 분석되어 가장 낮은 신뢰도를 나타내고 있었다. 부안댐과 함께 섬진강유역의 섬진강댐 또한 약 71%의 신뢰도를 보여 다른 댐들에 비해 상대적으로 낮은 신뢰도를 나타내고 있는 것으로 분석되었다.
- 지금까지 16개 다목적댐에 대해 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 취약도(vulnerability)를 평가하고 그 결과를 비교하였다. 신뢰도 등 지표 분석 과정에서 댐 저수량을 기반으로 물 공급의 안정성을 평가하였을 때 소양강댐, 충주댐, 횡성댐, 안동댐, 임하댐 및 합천댐의 안정성이 가장 높은 것으로 판단할 수 있으며, 부안댐의 물 공급 안정성이 가장 낮은 것으로 판단된다. 또한 섬진강댐은 신뢰도와 회복도 측면에서는 취약한 것으로 나타나고 있으나 취약도 지표에서는 상대적으로 양호한 결과를 주고 있으며, 이를 통해 ‘failure’ 상황의 출현 빈도에 비해 그 심도는 크지 않음을 확인할 수 있었다.
- 댐 저수량을 기반으로 물 공급 안정성에 대한 평가를 수행한 결과, 한강유역에 위치하고 있는 소양강댐, 충주댐, 횡성댐 및 낙동강유역의 안동댐, 임하댐, 합천댐의 안정성이 가장 높은 것으로 나타났으며, 섬진강댐과 부안댐의 안정성이 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 신뢰도 측면에서는 대부분의 댐에서 90% 이상의 신뢰도를 보이고 있어 양호한 물 공급 안정성을 확보하고 있는 것으로 나타났으나 회복도 측면에서는 섬진강댐 및 부안댐과 함께 주암댐, 주암조절지댐, 밀양댐 등 취약한 댐이 다수 존재하는 것으로 나타났다. 회복도 측면에서 취약한 것으로 나타난 댐들은 취약도 지표에서도 좋지 않은 결과를 나타내고 있으며, 특히 부안댐의 경우에는 신뢰도와 회복도, 취약도 지표 모두 가장 낮은 수준인 것으로 나타나 이에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
- 이러한 기준으로 ‘failure’ 상황이 1회 이상 발생했던 댐들의 결과를 살펴보면, 보령댐(1.0 반순/회), 장흥댐(2.7반순/회), 남강댐(5.1 반순/회)은 ‘failure’ 상황이 발생했더라도 1개월(6 반순) 이내에 회복된 것으로 나타나고 있어 상대적으로 높은 회복도를 갖는 댐이라 할 수 있다.
- 이를 통해 섬진강댐은 ‘failure’ 상황이 비교적 자주 발생하나‘failure’ 상황에서의 심도는 크지 않으며, 효율적인 댐 운영을 위한 대책을 통해 물 공급 안정성을 향상시킬 수 있는 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
- 그러나 대청댐에서는 1994～1995년 가뭄 기간 동안 저수위 저수용량 이하로 저수량이 하강한 경우가 나타나고 있으며, 섬진강댐의 경우에는 4개 댐 중 가장 높은 빈도로 저수위 이하 저수량 상황이 나타나는 것으로 분석되었다. 저수량 곡선에 대한 검토를 통해 소양강댐과 안동댐의 물 공급 안정성이 상대적으로 높다고 판단할 수 있으며, 대청댐의 경우에도 비교적 양호한 물 공급 안정성을 확보하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 그러나 섬진강댐의 경우에는 동진강유역으로 공급되는 농업용수와 같이 저수지 용량에 비해 하류 물 수요가 많아 안정적인 물 공급이 어려운 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
- 그러나 남강댐 등 8개 댐의 경우에는 9월말 저수량 최소값이 상시만수위 저수용량 대비 40% 미만인 것으로 나타나고 있어 과거 최대 가뭄 상황에서의 저수량 회복 능력이 상대적으로 취약한 것으로 평가되었다. 특히, 신뢰도 분석에서 상대적으로 낮은 지표를 보였던 부안댐과 섬진강댐은 Res2 지표의 결과에서도 가장 낮게 나타나고 있어 신뢰도와 함께 회복도 역시 매우 취약한 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구에서 고려한 댐 운영 방식인 deficit-supply 방식은 앞서서도 설명한 바와 같이 이상적인 댐 운영 방식이며, 이를 통해 제시된 물 공급 안정성은 해당 댐이 확보할 수 있는 최대 능력이라고 할 수 있으므로 실제 상황에서는 본 연구의 결과보다 취약한 상황이 발생할 가능성이 높다. 따라서 본 연구를 통해 물 공급 안정성이 취약한 것으로 나타난 댐에 대해서는 이를 향상시키기 위한 대책 마련과 함께 각 댐별로 할당되어 있는 공급계획에 대한 재평가가 필요할 것으로 판단된다. 이와 같이 본 연구에서 제시된 다목적댐별 물 공급 안정성에 대한 상대적인 비교 평가 결과는 향후 다목적댐에 대한 용수공급계획 재평가나 이수안전도 제고를 위한 대책 마련 과정에서 기반 정보로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한 섬진강댐은 신뢰도와 회복도 측면에서는 취약한 것으로 나타나고 있으나 취약도 지표에서는 상대적으로 양호한 결과를 주고 있으며, 이를 통해 ‘failure’ 상황의 출현 빈도에 비해 그 심도는 크지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구의 분석을 통해 물 공급의 안정성이 가장 낮은 것으로 나타난 부안댐의 경우에는 낮은 물 공급 안정성을 향상시키기 위한 대책 마련이 필요한 것으로 판단할 수 있으며, 지표에 따라 상대적으로 낮은 결과를 보이는 댐에 대해서도 효과적인 대책 마련이 필요하다고 판단할 수 있다.
- 다목적댐은 유역의 물 수급 네트워크를 구성하는 하나의 공급 시설물이므로 유용한 정보를 제공하기 위해서는 유역의 통합 물 수급 네트워크를 중심으로 물 공급 안정성이 평가될 필요가 있다. 또한 다목적댐을 모의 운영함에 있어 이상적인 형태의 운영 방식이라 할 수 있는 deficit-supply 방식의 모의 운영을 수행하고 그 결과를 검토함으로써 댐별로 보장할 수 있는 물 공급 안전도의 상한을 제시할 수 있으며, 이는 효과적인 수자원 관리 대책을 수립하는데 있어 중요한 정보로 활용될 수 있다. 이때 deficit-supply 방식이 이상적인 운영 방식이라는 점은 댐 저수지로의 미래 유입 상황을 알고 있는 상황에서 하류 물 부족에 대한 공급을 수행한다는 점에서 현실적으로 적용하기 어려운 운영 방식이라는 점을 의미한다.
- 이와 같이 본 연구에서 제시된 다목적댐별 물 공급 안정성에 대한 상대적인 비교 평가 결과는 향후 다목적댐에 대한 용수공급계획 재평가나 이수안전도 제고를 위한 대책 마련 과정에서 기반 정보로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다목적댐의 물 공급 안정성을 평가하는 과정에서 공급량을 이용하는 방법은 firm-supply 방식의 댐 운영이나 단일 댐에 대한 평가에서는 충분히 이용할 수 있으나 통합물 수급 시스템을 기반으로 댐 군에 대한 연계 운영을 검토하는 과정에서는 공급량을 이용하기 보다는 각 댐의 저수량 상황을 바탕으로 평가를 수행하는 것도 충분히 이용 가능할 것으로 판단된다. 오히려 댐 저수량을 기반으로 물 공급 안정성을 평가하는 방법은 적용이 쉽고 보다 직관적으로 현상을 판단할 수 있을 것으로 보여 향후 효과적인 수자원 관리 대책 수립 과정에서 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
- 또한 다목적댐의 물 공급 안정성을 평가하는 과정에서 공급량을 이용하는 방법은 firm-supply 방식의 댐 운영이나 단일 댐에 대한 평가에서는 충분히 이용할 수 있으나 통합물 수급 시스템을 기반으로 댐 군에 대한 연계 운영을 검토하는 과정에서는 공급량을 이용하기 보다는 각 댐의 저수량 상황을 바탕으로 평가를 수행하는 것도 충분히 이용 가능할 것으로 판단된다. 오히려 댐 저수량을 기반으로 물 공급 안정성을 평가하는 방법은 적용이 쉽고 보다 직관적으로 현상을 판단할 수 있을 것으로 보여 향후 효과적인 수자원 관리 대책 수립 과정에서 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
- 그러므로 9월말 저수량 중 최악의 상황에서 나타난 저수량과 상시만수위 저수용량과의 비율을 산정하였을 때 그 결과가 높게 나타나는 댐은 저수지의 저수량 회복력이 뛰어나다고 판단할 수 있다. 이는 가뭄상황에서 얼마나 안정적으로 물을 확보할 수 있는 가에 대한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단되며, 댐의 물 공급 및 저수지 운영에 있어 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 이러한 결과를 통해 연 단위 분석과 반순 단위 분석에서 모두 가장 낮은 신뢰도를 나타낸 부안댐이 상대적으로 낮은 물 공급 신뢰도를 갖는 것으로 판단할 수 있으며, 물 공급 신뢰도를 제고할 수 있는 대책이 필요할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구를 통해 물 공급 안정성이 취약한 것으로 나타난 댐에 대해서는 이를 향상시키기 위한 대책 마련과 함께 각 댐별로 할당되어 있는 공급계획에 대한 재평가가 필요할 것으로 판단된다. 이와 같이 본 연구에서 제시된 다목적댐별 물 공급 안정성에 대한 상대적인 비교 평가 결과는 향후 다목적댐에 대한 용수공급계획 재평가나 이수안전도 제고를 위한 대책 마련 과정에서 기반 정보로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다목적댐의 물 공급 안정성을 평가하는 과정에서 공급량을 이용하는 방법은 firm-supply 방식의 댐 운영이나 단일 댐에 대한 평가에서는 충분히 이용할 수 있으나 통합물 수급 시스템을 기반으로 댐 군에 대한 연계 운영을 검토하는 과정에서는 공급량을 이용하기 보다는 각 댐의 저수량 상황을 바탕으로 평가를 수행하는 것도 충분히 이용 가능할 것으로 판단된다.
- 이와 함께 다목적댐과 같은 물 공급 시설의 성능을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 통합 물 수급 시스템을 고려할 수 있는 조건에서 댐 운영을 수행하는 것이 타당할 것이다. 통합 물 수급 네트워크에서 다목적댐은 시스템을 구성하는 다른 댐과의 연계를 고려하여 운영되어야 하며, 이를 통해 보다 정확한 물 공급 안정성에 대한 평가가 가능할 것이다. 따라서 본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)의 물 수급 네트워크를 기반으로 deficit-supply 방식 및 유효 저수율을 고려한 댐 연계 운영을 통해 16개 다목적댐에 대한 유역별 연계 모의 운영을 수행하였다.
- 신뢰도 측면에서는 대부분의 댐에서 90% 이상의 신뢰도를 보이고 있어 양호한 물 공급 안정성을 확보하고 있는 것으로 나타났으나 회복도 측면에서는 섬진강댐 및 부안댐과 함께 주암댐, 주암조절지댐, 밀양댐 등 취약한 댐이 다수 존재하는 것으로 나타났다. 회복도 측면에서 취약한 것으로 나타난 댐들은 취약도 지표에서도 좋지 않은 결과를 나타내고 있으며, 특히 부안댐의 경우에는 신뢰도와 회복도, 취약도 지표 모두 가장 낮은 수준인 것으로 나타나 이에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
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