수자원 계획에 있어 적정 용수공급량(계획공급량)을 결정하는 것은 매우 중요한 문제이다. 댐과 같은 중요 수자원시설물의 경우 한번 계획이 결정되면 이후 수십년간 국가 수자원 환경 전반에 영향을 미치게 된다. 실제 1980년대 이후, 보다 체계화된 수자원 계획이 시행되었음에도 여러 가지 문제점들이 내포되어 있는 것으로 지적되고 있다. 특히 대부분의 댐에 적용되어온 신뢰도 지표의 분석방법이나 기준에 대한 문제점이 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구는 수자원시스템의 용수공급량 결정방법의 신뢰도 지표 문제점을 진단하고 적정 적용방안을 제시하고자 하였다. 분석결과, 기간신뢰도의 경우 분석시간단위에 따른 차이는 크지 않았으며, 분석시간단위와 평가단위시간을 달리할 경우 큰 차이를 보였다. 양적신뢰도는 기간신뢰도보다 2~3% 큰 값을 보이며, 회복도와 취약도 역시 분석시간단위에 따라 차이를 보였다.
수자원 계획에 있어 적정 용수공급량(계획공급량)을 결정하는 것은 매우 중요한 문제이다. 댐과 같은 중요 수자원시설물의 경우 한번 계획이 결정되면 이후 수십년간 국가 수자원 환경 전반에 영향을 미치게 된다. 실제 1980년대 이후, 보다 체계화된 수자원 계획이 시행되었음에도 여러 가지 문제점들이 내포되어 있는 것으로 지적되고 있다. 특히 대부분의 댐에 적용되어온 신뢰도 지표의 분석방법이나 기준에 대한 문제점이 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구는 수자원시스템의 용수공급량 결정방법의 신뢰도 지표 문제점을 진단하고 적정 적용방안을 제시하고자 하였다. 분석결과, 기간신뢰도의 경우 분석시간단위에 따른 차이는 크지 않았으며, 분석시간단위와 평가단위시간을 달리할 경우 큰 차이를 보였다. 양적신뢰도는 기간신뢰도보다 2~3% 큰 값을 보이며, 회복도와 취약도 역시 분석시간단위에 따라 차이를 보였다.
In water resources planning, to decide proper water supply capacity is a very important task. Once water supply system such as a dam is decided, it will affect whole range of water resources circumstances for a long time. Even though systematic approaches have been implemented since 1980, many probl...
In water resources planning, to decide proper water supply capacity is a very important task. Once water supply system such as a dam is decided, it will affect whole range of water resources circumstances for a long time. Even though systematic approaches have been implemented since 1980, many problems are still prevail in reality. Especially some issues related to the reliability analysis method used in planning dams in Korea have been persistently brought up. This study is to diagnose problems on the reliability criterion in water supply capacity assessment of water resources systems and discuss a valid method. As a result, the estimates by the different analysis time intervals, in case of the temporal reliability, show no large difference, but there is a large difference when assessment time intervals are differently applied. The volumetric reliability accounts for 2~3% higher than that of the temporal reliability, and resiliency and vulnerability also show large differences by the analysis time intervals.
In water resources planning, to decide proper water supply capacity is a very important task. Once water supply system such as a dam is decided, it will affect whole range of water resources circumstances for a long time. Even though systematic approaches have been implemented since 1980, many problems are still prevail in reality. Especially some issues related to the reliability analysis method used in planning dams in Korea have been persistently brought up. This study is to diagnose problems on the reliability criterion in water supply capacity assessment of water resources systems and discuss a valid method. As a result, the estimates by the different analysis time intervals, in case of the temporal reliability, show no large difference, but there is a large difference when assessment time intervals are differently applied. The volumetric reliability accounts for 2~3% higher than that of the temporal reliability, and resiliency and vulnerability also show large differences by the analysis time intervals.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
아울러, iii) 과거 적용사례의 문제점을 분석하여 평가하였으며, iv) 현재 이와 관련 제기되고 있는 의문점에 대하여 상세한 사례분석을 실시하였다. 또한, v) 현재 수자원 평가와 관련, 논란이 되고 있는 신뢰도 지표 적용의 의문점에 대하여 심도 있는 분석을 통해 이수안전도 개선에 필요한 정보를 제공하고자 하였다.
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.
본 연구에서는 우리나라에서 수자원계획시 적용하고 있는 평가지표와 기준에 대한 의문점을 도출하고 평가방법에 따라 나타날 수 있는 불확실성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 우리나라 수자원시스템의 설계 혹은 계획 공급량 결정을 위해 지금까지 적용되어 오고 있는 평가방법에 대하여 i) 기존 15개 다목적댐을 대상으로 타당성, 기본설계 및 실시설계 보고서 등을 참조하여 정리하고, ii) 이들 자료를 바탕으로 신뢰도 지표의 적용 한계를 분석하였다.
다음은 분석단위기간과 평가단위기간을 달리할 경우에 대해 분석하였다. 이와 같은 분석은 분석기간과 평가기간을 달리할 경우에 대한 결과치의 차이를 분석하기 위한 것이다. Fig.
제안 방법
우리나라 저수지시스템의 용수공급 평가의 문제점을 분석하기 위하여 15개 다목적댐을 대상으로 적용하였다. 공급량은 각 댐의 월별 계획공급량을 순 및 일별로 배분하였으며, 유량자료는 댐 건설 이후부터 2009년까지의 일 유입량 자료를 이용하여 분석하였다. 각 댐의 주요 특성은 Table 2와 같다.
이를 확인하기 위하여 기존의 15개 다목적댐을 대상으로 분석단위기간별로 기간신뢰도를 추정하였다. 개별댐에 대한 상세 적용결과는 대청댐을 예로 들면 Table 3과 같다.
한편 분석단위기간에 따른 다목적댐의 용수공급 이행도를 종합적으로 평가하기 위하여 회복도와 취약도에 대한 분석을 실시하였다. Figs.
대상 데이터
우리나라 저수지시스템의 용수공급 평가의 문제점을 분석하기 위하여 15개 다목적댐을 대상으로 적용하였다. 공급량은 각 댐의 월별 계획공급량을 순 및 일별로 배분하였으며, 유량자료는 댐 건설 이후부터 2009년까지의 일 유입량 자료를 이용하여 분석하였다.
이론/모형
따라서 계획 댐 인근지점에 수위관측소가 없는 곳이 많았으며, 대하천 본류가 아닌 지류의 경우강우량 자료도 구하기 어려웠다. 이용 가능한 수위관측소가 없는 경우 강우관측자료의 신뢰도가 높은 경우에는 강우-유출 모형으로 모의하였고, 강우자료가 없는 경우는 유역면적비전이 등이 적용되었다. 특히 1980년 이전은 강우자료가 있는 경우 Table 1과 같이 강우-유출 경험식인가지야마 공식이 적용된 경우가 많았다.
한편 회복도와 취약도는 Hashimoto et al. (1982)과 Moy et al. (1986)가 제시한 것을 선정하였다. 우선 Hashimoto et al.
성능/효과
(2) ≤ Eq. (3) 의 관계를 잘 보여주고 있어 기간신뢰도로 평가할 경우에는 양적신뢰도의 평가는 의미가 없는 것으로 판단할 수 있다.
2는 일 단위 모의 결과를 순, 월 및 연 기간으로 평가한 것이다. 15개 댐의 순 단위 기간신뢰도 평균치는 96.7, 월 기간은 95.8 그리고 연 기간은 87.0%로 나타났다. 분석기간별 차이는(일)-(순)이 0.
주로 지적된 문제점은 i) 수자원시스템 평가모형에 적용되는 분석단위기간(일, 주, 순, 월 등)에 따라 평가 지표치(신뢰도, 회복도 및 취약도 등)가 큰 차이가 있다. ii) 기간신뢰도뿐만 아니라 양적신뢰도 역시 같이 평가되어야 한다.
회복도는 분석단위기간이 길어질수록 정상상태로 회귀하는 확률이 높았으나 취약도는 반대로 물 부족량이 크게 추정되었다. 결론적으로 수자원시스템의 용수공급을 평가하기 위해 신뢰도 지표를 적용하는 경우 수요의 계절적 변동성 등 영향인자의 특성을 파악한 후 분석단위기간을 정하고 기간신뢰도와 발생신되도의 차이를 확인하고 적정 평가단위기간을 선정하여야 한다. 양적신뢰도는 기간신뢰도에 비해 큰 값을 보이므로 취약도가 평가될 경우 두 지표를 같이 비교하는 것은 중복이 될 것으로 판단되었다.
섬진강댐, 횡성댐 및 남강댐은 순 단위 운영 결과가 회복력이 더딘 것으로 나타났다. 대청댐, 밀양댐, 안동댐, 임하댐 및 합천댐은 분석단위기간에 상관없이 회복이 늦은 것으로 분석되었다. 한편 취약도는 Fig.
따라서 수문자료의 취득 단위나 적용모형의 유연성 등을 고려하며 생·공용수와 같이 연중 큰 변화가 없는 용수공급을 평가할 때 타당할 것으로 판단된다.
우선 신뢰도 지표 간에도 양적신뢰도는 기간신뢰도보다 2～3% 큰 값을 보이며, 기간신뢰도는 발생신뢰도보다 큰 값을 보이고 있다. 또한 분석단위기간을 달리할 경우 기간신뢰도의 결과는 큰 차이를 보이지 않았으나 평가단위기간을 달리할 경우 큰 차이를 보였다. 회복도는 분석단위기간이 길어질수록 정상상태로 회귀하는 확률이 높았으나 취약도는 반대로 물 부족량이 크게 추정되었다.
따라서 수문자료의 취득 단위나 적용모형의 유연성 등을 고려하며 생·공용수와 같이 연중 큰 변화가 없는 용수공급을 평가할 때 타당할 것으로 판단된다. 분석기간과 평가기간에 따른 신뢰도의 계산값은 평가기간이 길어질수록 큰 차이를 보였다. 일 단위로 평가한 결과치와 일단위 운영 결과를 순 단위기간으로 평가한 결과치와는 0.
98 이상의 높은 값을 보였다. 상관회귀식에 따르면 양적신뢰도가 기간 신뢰도보다 일단위 분석보다2%, 순단위 운영은 3.5%그리고 월 단위 운영은 5% 높은 값을 보였다. 즉 분석단위 기간에 상관없이 양적신뢰도의 값이 크게 나타났으며, 분석 단위시간이 길어질수록 차이도 커지고 있다.
8과 같이 전체적으로 보령댐, 횡성댐 및 남강댐이 회복이 빠른 것으로 나타났다. 섬진강댐, 횡성댐 및 남강댐은 순 단위 운영 결과가 회복력이 더딘 것으로 나타났다. 대청댐, 밀양댐, 안동댐, 임하댐 및 합천댐은 분석단위기간에 상관없이 회복이 늦은 것으로 분석되었다.
3%로 분석되었다. 순 기간 평가에 대한 댐별 결과는 합천댐 및 횡성댐이 1% 이상의 차이를 보였고, 월 기간 평가에서는 횡성댐, 합천댐, 충주댐, 임하댐, 보령댐 등이 2% 이상의 차이를 보였다. 연 기간 평가는 보령댐, 임하댐, 충주댐, 합천댐 및 횡성댐이 10% 이상의 차이를 보였다.
결론적으로 수자원시스템의 용수공급을 평가하기 위해 신뢰도 지표를 적용하는 경우 수요의 계절적 변동성 등 영향인자의 특성을 파악한 후 분석단위기간을 정하고 기간신뢰도와 발생신되도의 차이를 확인하고 적정 평가단위기간을 선정하여야 한다. 양적신뢰도는 기간신뢰도에 비해 큰 값을 보이므로 취약도가 평가될 경우 두 지표를 같이 비교하는 것은 중복이 될 것으로 판단되었다. 지금과 같이 신뢰도를 기본 지표로 사용할 경우 회복도와 취약도는 절대적인 판단기준보다는 상대적 판단기준으로 적용하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.
본 연구를 통하여 얻어진 결과를 바탕으로 신뢰도 지표의 적용에 따른 문제점은 다음과 같다. 우선 신뢰도 지표 간에도 양적신뢰도는 기간신뢰도보다 2～3% 큰 값을 보이며, 기간신뢰도는 발생신뢰도보다 큰 값을 보이고 있다. 또한 분석단위기간을 달리할 경우 기간신뢰도의 결과는 큰 차이를 보이지 않았으나 평가단위기간을 달리할 경우 큰 차이를 보였다.
이상의 결과를 종합하면, 우선 분석단위기간에 따른 기간신뢰도의 평균치 차이는 0.4%에 불과하였다. Eq.
8%로 나타났다. 일 단위 운영에 의한 기간별 평가보다 차이는 줄었으나 월 기간에 대해서 1% 이상, 연 기간에 대해서는 9.8%의 값을 보여주고 있다. 댐별로는 임하댐, 충주댐, 합천댐, 횡성댐 및 대청댐이 큰 차이를 보였다.
5%그리고 월 단위 운영은 5% 높은 값을 보였다. 즉 분석단위 기간에 상관없이 양적신뢰도의 값이 크게 나타났으며, 분석 단위시간이 길어질수록 차이도 커지고 있다. 실제 Fig.
횡성댐, 섬진강댐, 임하댐 및 남강댐의 경우는 월 단위 분석이 높은 값을 보여주고 있어 분석기간에 따른 기간신뢰도 값이 일관성을 보이지는 않았다. 즉, 다목적댐의 경우 분석단위기간이 짧을수록 기간신뢰도 값이 크지 않았으며, 이와 같은 결과는 대부분의 다목적댐이 생활 및 공업용수의 비중이 높고 연중 일정량을 공급하는 유지용수가 배분되어 있어 분석단위기간의 영향이 적은 것으로 판단된다.
, 2006) 신뢰도 추정치가 차이를 나타날 수 있다. 즉, 동일조건에서 분석할 경우 용수공급이 충족되지 않더라고 공급량이 있을 경우 양적신뢰도가 기간신뢰도보다 크며, 년 중 몇 개월간 물 부족이 발생한 경우보다 그 해를 물 부족으로 처리하는 발생신뢰도는 기간신뢰도보다 적게 되는 것이다. 따라서 신뢰도 지표간 특성과 분석단위기간의 차이에 대한 정확히 이해가 필요하다.
양적신뢰도는 기간신뢰도에 비해 큰 값을 보이므로 취약도가 평가될 경우 두 지표를 같이 비교하는 것은 중복이 될 것으로 판단되었다. 지금과 같이 신뢰도를 기본 지표로 사용할 경우 회복도와 취약도는 절대적인 판단기준보다는 상대적 판단기준으로 적용하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.
6에서 알 수 있듯이 평균개념의 회복도는 용수 부족이 발생하지 않은 댐을 제외하면 분석단위기간이 짧을수록(일 단위) 회복되는 확률이 낮으며, 월단위로 갈수록 빨라지는 것을 알 수 있다. 특히 보령댐, 황성댐 및 남강댐은 분석단위기간이 길어질수록 회복이 빠른 것으로 나타났다. 또한 Fig.
또한 분석단위기간을 달리할 경우 기간신뢰도의 결과는 큰 차이를 보이지 않았으나 평가단위기간을 달리할 경우 큰 차이를 보였다. 회복도는 분석단위기간이 길어질수록 정상상태로 회귀하는 확률이 높았으나 취약도는 반대로 물 부족량이 크게 추정되었다. 결론적으로 수자원시스템의 용수공급을 평가하기 위해 신뢰도 지표를 적용하는 경우 수요의 계절적 변동성 등 영향인자의 특성을 파악한 후 분석단위기간을 정하고 기간신뢰도와 발생신되도의 차이를 확인하고 적정 평가단위기간을 선정하여야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과거 우리나라 수자원시스템의 용수공급 계획이나 저수용량 배분 사업에서 이용된 이론은 어디에 근거하고 있는가?
과거 우리나라 수자원시스템의 용수공급 계획이나 저수용량 배분 사업에서 주로 적용된 이론은 보장공급량(firm supply) 기준을 제외하면 대부분 신뢰도 지표에 근거하고 있다. 이의 개념은 Kritskiy and Menkel (1952)가 정의한 신뢰도라 할 수 있다.
신뢰도를 평가하는 방법은 어떻게 구분하는가?
신뢰도는 적용이 간편하고 수요와 공급의 상호관계(수요가 증가하면 지표가 나빠지고 저수용량이 증가하면 지표가 좋아지는)를 잘 나타내고 있어오래전부터 적용해오고 있는 지표 중 하나이다. 신뢰도를 평가하는 방법은 여러 가지가 있는데 크게 발생신뢰도, 기간신뢰도 그리고 양적신뢰도로 구분한다(Klemes, 1969).
과거 건설된 용수공급시설들에 대한 계획공급량 결정은 어떠한 문제가 있었나?
과거 건설된 용수공급시설들에 대한 계획공급량 결정은 개별 사업마다 나름대로의 특징과 이유가 존재한다. 과거에는 수문조사가 제대로 이루어지지 못했고 이용 가능한 정보 역시 매우 제한적이었다. 그 결과 계획 시설물의 용수공급량을 정하는 방법이나 과정도 당시의 여건을 고려하여 이루어질 수밖에 없었다. 이러한 문제점들은 지금까지도 분석절차나 방법의 오류를 유발하고 이로 인해 용수공급량 결정에 문제점으로 작용하고 있다.
참고문헌 (16)
Hashimoto, T., Stedinger, J.R., and Loucks, D.P. (1982). Reliability, resiliency and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation." Water Resources Research, Vol. 18, No. 1, pp. 14-20.
Jinno, K., Zongxue, X., Kawamura, A., and Tajiri, K. (1995). "Risk assessment of a water supply system during drought." Water Resources Research, Vol. 11, No. 2, pp. 185-204.
Kritskiy, S.N., and Menkel, M.F. (1952).Water Management Computation, GIMIZ, Leningrad, pp. 392.
Kundzewicz, Z.W., and Kindler, J. (1995). "Multiple criteria for evaluation of reliability aspects of water resources systems." Modelling and management of Sustainable Basin-scale water Resources Systems (proceedings of a Boulder Symposium), IAHS Publication No. 231, pp. 217-224.
Kundzewicz, Z.W., and Laski, A. (1995). Reliabilityrelated criteria in water supply system studies. In: New Uncertainty Concepts in Hydrology and Water resources (ed. by Z. W. Kundzewicz). Cambridge University Press.
Lee, G.M., Cha, K.U., and Yi, J. (2013). "Analysis of Non-monotonic Phenomena of Resiliency and Vulnerability in Water Resources Systems." Journal of Korean Water Resources Association, KWRA, Vol. 46, No. 2, pp. 183-193.
Lee, S.H., and Kang, T.U. (2006). "An Evaluation Method of Water Supply Reliability for a Dam by Firm Yield Analysis." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 39, No. 5, pp. 467-478.
Ministry of Construction and Transportation. (2006). National Water Resources Plan (Revirsion).
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. (2011). National Water Resources Plan (2011-2020).
Moy, W.-S., Cohon, J.L., and ReVelle, C. (1986). "A programming model for analysis of the reliability, resilience and vulnerability of a water supply reservoir." Water Resources Research, Vol. 22, pp. 489-498.
Safe Yield Committee. (2011). Safe Yield Committee of St. Helena City.
Srinivasan, K., Neelakantan, T.R., Shyamnarayan, P., and Nagarajukumar, C. (1999). "Mixed-integer programming model for reservoir performance optimization." Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 125, No. 5, pp. 298-301.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.