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문제 정의
- 본 연구에서는 저수용량 100만 m3 이상의 농업용 저수지를 대상으로 저수지의 구조와 홍수기 제한수위에 따른 홍수기 홍수조절용량을 평가하고 홍수조절용량 증대를 위한 방안을 제시하였다.
- 이에 본 연구에서는 먼저 농업용 저수지가 갖는 홍수조절용량을 체계적으로 구분하고, 저수용량 100만 m3 이상의 저수지를 대상으로 홍수기 홍수조절용량을 평가하고자 한다.
제안 방법
- 먼저, 홍수기 홍수조절용량을 저수지의 구조 (수문 여부)와 수위 (홍수위, 만수위, 홍수기 제한수위)에 따라 3개의 홍수조절용량으로 세분하고, 각각의 홍수조절용량 산정방법을 제시하였다. 저수지의 제원, 홍수위와 홍수기 제한수위의 저수율은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS)의 자료를 기초로 하여 오류 및 결측 자료는 저수지 관리자 문의 및 현지 조사를 통하여 수정 보완하였다.
- 이상의 484개의 농업용 저수지로 하였다. 저수용량 100만 m3 이상의 저수지는 홍수조절용량 및 저수지 자료 취득의 가능성을 고려하여 결정하였다. 데이터 이중 수문이 없는 저수지가 351개, 수문 (혹은 러버보)이 있는 저수지가 133개로, 수문이 있는 저수지가 전체 저수지의 27 %을 나타냈다.
- 먼저, 홍수기 홍수조절용량을 저수지의 구조 (수문 여부)와 수위 (홍수위, 만수위, 홍수기 제한수위)에 따라 3개의 홍수조절용량으로 세분하고, 각각의 홍수조절용량 산정방법을 제시하였다. 저수지의 제원, 홍수위와 홍수기 제한수위의 저수율은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS)의 자료를 기초로 하여 오류 및 결측 자료는 저수지 관리자 문의 및 현지 조사를 통하여 수정 보완하였다. 홍수위, 수문 바닥표고, 홍수기 제한수위 등의 저수율은 RIMS 자료에 있는 저수지 내용적 (內容積) 조견표를 토대로 이차식을 이용하여 산정하였다.
- 홍수기 홍수조절용량을 ① 비홍수기 안정 홍수조절용량 (안정 1), ② 홍수기 제한수위 설정에 따른 안정 홍수조절용량 (안정 2), ③ 홍수기 제한수위 설정에 따른 불안정 홍수조절용량 (불안정)으로 구분하였다 (Fig 2).
- 저수지의 제원, 홍수위와 홍수기 제한수위의 저수율은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS)의 자료를 기초로 하여 오류 및 결측 자료는 저수지 관리자 문의 및 현지 조사를 통하여 수정 보완하였다. 홍수위, 수문 바닥표고, 홍수기 제한수위 등의 저수율은 RIMS 자료에 있는 저수지 내용적 (內容積) 조견표를 토대로 이차식을 이용하여 산정하였다. 내용적 조견표에는 사수위 저수율을 0 %, 만수위 저수율을 100 %로 하여 수위에 따른 저수율이 0.
대상 데이터
- 대상 저수지는 2014년 5월 현재, 저수용량 100만 m3 이상의 484개의 농업용 저수지로 하였다. 저수용량 100만 m3 이상의 저수지는 홍수조절용량 및 저수지 자료 취득의 가능성을 고려하여 결정하였다.
데이터처리
- 통계적 분석을 위해 Microsoft Excel 2007을 이용하였으며, 수문이 없는 저수지와 수문이 있는 저수지에서의 두 변수의 평균값을 비교하기 위하여 t검정을 실시하였고, 저수용량과 홍수 조절용량간의 상관관계를 파악하기 위해서 회귀분석을 실시하였다. 각각, P < 0.
성능/효과
- 각각, P < 0.05 인 경우, 평균값은 유의적인 차이가 있고 회귀식은 유의한 것으로 판단하였다.
- 많은 러버보 저수지의 경우 제한수위의 저수율이 90 % 이상으로 높고, 저수율 60 % 이하의 수위에서 관리되고 있는 저수지의 비율도 8 %로 나타났다. 낙동강 하류에 위치하며 서로 연결된 주남 및 가월 저수지에서는 인근 하천의 범람을 막기 위하여 홍수기 제한수위가 모두 저수율 25 % 이하의 수위로 낮게 관리되고 있어, 농업용 저수지가 홍수조절지의 역할을 하고 있는 것으로 나타났다.
- 대상 저수지의 총 저수용량은 20.3억 m3이며, 이 중 수문이 없는 저수지의 총 저수용량은 8.9억 m3, 수문이 있는 저수지의총 저수용량은 11.4억 m3으로 나타났다. 저수용량은 수문이 없는 경우, 철원군 토교 저수지가 25백만 m3로 가장 크게 나타났고, 수문이 있는 경우에는 나주 저수지가 108백만 m3로 가장 큰 것으로 나타났다.
- 저수용량 100만 m3 이상의 저수지는 홍수조절용량 및 저수지 자료 취득의 가능성을 고려하여 결정하였다. 데이터 이중 수문이 없는 저수지가 351개, 수문 (혹은 러버보)이 있는 저수지가 133개로, 수문이 있는 저수지가 전체 저수지의 27 %을 나타냈다. 대상 저수지의 도별 분포와 개수는 Fig.
- 3억 m3을 보여, 수문이 없는 경우보다 수문이 있는 경우에 2배 이상 큰 것으로 나타났다. 따라서 저수지의 홍수조절용량을 증가시키기 위해서는 저수용량의 증대가 필요하며, 안정 홍수조절용량을 증가시키기 위해서는 수문을 설치하여 홍수기 제한수위의 안정적 확보가 필요한 것으로 나타났다.
- 3억 m3로 비슷하게 나타났다. 또한, 안정 홍수조절용량은 4.3-4.7억 m3를 나타냈으며, 수문이 없는 경우 1.4억 m3, 수문이 있는 경우 2.9-3.3억 m3을 보여, 수문이 없는 경우보다 수문이 있는 경우에 2배 이상 큰 것으로 나타났다. 따라서 저수지의 홍수조절용량을 증가시키기 위해서는 저수용량의 증대가 필요하며, 안정 홍수조절용량을 증가시키기 위해서는 수문을 설치하여 홍수기 제한수위의 안정적 확보가 필요한 것으로 나타났다.
- 총 저수용량에 대한 총 홍수조절용량의 비(d/a)는 30-32 %로 나타났고, 수문이 없는 경우 36 %, 수문이 있는 경우 25-29 %로 수문이 없는 경우에 더 크게 나타났다 (Table 3). 또한, 총 저수용량에 대한 비홍수기 홍수조절용량의 비 (b/a)는 12 %로 나타났고, 수문이 없는 경우 16 %, 수문이 있는 경우 10 %로, 수문이 없는 경우에 더 크게 나타났다. 그러나, 총 저수용량에 대한 총 안정 홍수조절용량의 비 (c/a)는 21-23 %로 나타났는데, 이 값은 다목적댐인 충주댐 22 %와 비슷하고, 소양강댐 17 %, 대청댐 17 %, 안동댐 9% (K-Water, 2002)보다는 큰 값에 해당된다.
- 그러나, 총 저수용량에 대한 총 안정 홍수조절용량의 비 (c/a)는 21-23 %로 나타났는데, 이 값은 다목적댐인 충주댐 22 %와 비슷하고, 소양강댐 17 %, 대청댐 17 %, 안동댐 9% (K-Water, 2002)보다는 큰 값에 해당된다. 또한, 총 저수용량에 대한 총 안정 홍수조절용량의 비는 수문이 있는 경우 25-29%, 수문이 없는 경우 16 %를 보여, 수문이 없는 경우보다 수문이 있는 경우에 크게 나타났다. 따라서 안정 홍수조절용량을 증가시키기 위해서는 안정적인 수위를 확보할 수 있는 수문의 설치가 필수적이다.
- 비홍수기 안정 홍수조절용량은 수문이 없는 저수지의 경우, 고마, 백산 저수지 등의 양수장 저수지에서는 홍수위와 만수위를 같이 관리하여 0으로 나타났고, 미호 저수지에서는 5.7백만 m3로 가장 크게 나타났다. 수문을 가진 저수지의 경우, 함동, 백곡, 탑정, 대아, 예당, 장성, 나주 저수지 등과 같이 많은 레이디얼 게이트의 저수지나 보청, 수송 및 맹동 저수지와 같은 러버보 저수지, 주남 및 가월 저수지와 같이 연결되어 있는 경우에는 만수위를 홍수위와 같게 관리하여 0으로 나타났다.
- 7백만 m3로 가장 크게 나타났다. 수문을 가진 저수지의 경우, 함동, 백곡, 탑정, 대아, 예당, 장성, 나주 저수지 등과 같이 많은 레이디얼 게이트의 저수지나 보청, 수송 및 맹동 저수지와 같은 러버보 저수지, 주남 및 가월 저수지와 같이 연결되어 있는 경우에는 만수위를 홍수위와 같게 관리하여 0으로 나타났다. 그러나, 성주 저수지에서는 레이디얼 게이트에도 불구하고 홍수위를 만수위보다 높게 관리하여 최대 15.
- 4와 같다. 수문의 유무에 관계없이 저수용량이 증가함에 따라 비홍수기 안정 홍수조절용량은 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 수문이 없는 경우가 있는 경우보다 기울기는 큰 것으로 나타났다.
- 6과 같다. 저수용량이 증가함에 따라 불안정 홍수조절용량은 유의적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 불안정 홍수조절용량은 저수용량의 약 20 %로 나타났다.
- 5와 같다. 저수용량이 증가함에 따라 안정 홍수조절용량은 홍수기 제한수위의 상한선이나 하한선 모두의 경우에 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 5와 같다. 저수용량이 증가함에 따라 안정 홍수조절용량은 홍수기 제한수위의 상한선이나 하한선 모두의 경우에 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 저수지의 저수용량이 증가함에 따라 홍수기 안정홍수조절용량은 유의적으로(P < 0.001) 증가하는 것으로 나타났다.
- 제한수위 설정에 따른 하한선의 안정홍수조절용량은 마장 저수지에서 5.4만 m3으로 최솟값을 보였으며, 레이디얼 게이트를 가진 예당 등 4개의 저수지에서는 10백만 m3 이상을 보였다.
- 총 저수용량에 대한 총 홍수조절용량의 비(d/a)는 30-32 %로 나타났고, 수문이 없는 경우 36 %, 수문이 있는 경우 25-29 %로 수문이 없는 경우에 더 크게 나타났다 (Table 3). 또한, 총 저수용량에 대한 비홍수기 홍수조절용량의 비 (b/a)는 12 %로 나타났고, 수문이 없는 경우 16 %, 수문이 있는 경우 10 %로, 수문이 없는 경우에 더 크게 나타났다.
- 총 홍수조절용량은 홍수기 제한수위 상한선과 하한선에 따라 6.0-6.5억 m3의 범위를 나타냈고, 이중 수문이 없는 저수지에서 3.2억 m3, 수문이 있는 저수지에서 2.9-3.3억 m3로 비슷하게 나타났다 (Table 3). 한편, 총 안정 홍수조절용량은 4.
- 평균 저수용량에 대한 유효저수용량의 비는 t 검정결과, 수문이 없는 저수지에서 0.97, 수문이 있는 저수지에서 0.96을 보여 유의적인 차이를 보이지 않았다 (Table 2). 그러나, 수문이 없는 경우, 토교저수지가 0.
- 홍수기 제한수위의 평균 저수율은 t 검정결과, 수문이 없는 경우 80 %, 수문이 있는 하한선의 경우 77 %을 보여 수문 있는 경우보다 수문 없는 경우에 유의적으로 높게 나타났다 (Table 2).
- 홍수위와 만수위의 차이는 [안정 1]을 좌우하는 중요 요소이다. 홍수위와 만수위의 차이는 t 검정결과 수문이 없는 경우에 1.15 m, 수문이 있는 경우 1.13 m를 보여 유의적인 차이는 없는 것으로 나타났다 (Table 2).
후속연구
- 또한, 유역비 홍수량이 100 mm를 넘는 저수지는 수문이 있는 전체 저수지의 38 %를 차지하고 있어 수문이 있는 저수지의 상당수가 소유역의 홍수조절에 큰 역할을 하는 것으로 평가된다. 여기서 산정된 농업용 저수지의 홍수기 홍수조절용량은 향후 하천기본계획 수립 시 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
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