댐 운영에 있어서 저수지 초기 담수 시 또는 집중호우 등에 의한 급격한 수위 상승 방지나 운영 중에 댐체 점검 및 수리 또는 자연재해로 인한 위급한 상황 발생 등 저수지를 비워야 할 상황이 발생할 수 있으며, 이에 대한 대책으로 비상 시 방류할 계획 및 설비가 필요하다. 그러나 현재 국내에는 이러한 비상방류에 대한 기준이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 댐 안정성 제고를 위해 유사시 저수지 저류량을 안전하게 배제시킬 수 있는 비상방류 설비를 저수지 모의 모형인 HEC-ResSim 모형을 이용하여 규모 및 배제일수에 대하여 모의하고 산정하였다. 저수지 규모에 따라 세 개의 댐에 대해 검토하였다. 대상댐은 저류용량을 기준으로 10억 $m^3$ 이상인 소양강댐과 1~10억 $m^3$ 댐으로 합천댐, 1억 $m^3$ 미만의 댐으로 대곡댐을 선정하여, 방류시설의 규모를 산정하고 배제일수를 모의하여 기준의 적정성과 적용 가능성에 대해 검토하였다.
댐 운영에 있어서 저수지 초기 담수 시 또는 집중호우 등에 의한 급격한 수위 상승 방지나 운영 중에 댐체 점검 및 수리 또는 자연재해로 인한 위급한 상황 발생 등 저수지를 비워야 할 상황이 발생할 수 있으며, 이에 대한 대책으로 비상 시 방류할 계획 및 설비가 필요하다. 그러나 현재 국내에는 이러한 비상방류에 대한 기준이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 댐 안정성 제고를 위해 유사시 저수지 저류량을 안전하게 배제시킬 수 있는 비상방류 설비를 저수지 모의 모형인 HEC-ResSim 모형을 이용하여 규모 및 배제일수에 대하여 모의하고 산정하였다. 저수지 규모에 따라 세 개의 댐에 대해 검토하였다. 대상댐은 저류용량을 기준으로 10억 $m^3$ 이상인 소양강댐과 1~10억 $m^3$ 댐으로 합천댐, 1억 $m^3$ 미만의 댐으로 대곡댐을 선정하여, 방류시설의 규모를 산정하고 배제일수를 모의하여 기준의 적정성과 적용 가능성에 대해 검토하였다.
Low-level outlets are necessary to empty reservoir storage in case of emergency such as abrupt storage level rise due to storm, dam body inspection as well as initial reservoir storage filling. However, the Korean standard for low-level outlet should be complemented. In this study, the HEC-ResSim mo...
Low-level outlets are necessary to empty reservoir storage in case of emergency such as abrupt storage level rise due to storm, dam body inspection as well as initial reservoir storage filling. However, the Korean standard for low-level outlet should be complemented. In this study, the HEC-ResSim model is utilized to simulate and calculate the capacity of the outlets and the days of release in order to evacuate reservoir storage safely. Three cases are analyzed according to its capacity. As a large dam with more than $1,000{\times}106m^3$ total capacity, Soyanggang Dam is selected and as a medium dam between $100{\times}106m^3$ and $1,000{\times}106m^3$ total capacity, Habcheon Dam is selected. Finally as a small dam with a total capacity less than $100{\times}106m^3$, Daegok Dam is selected. The size of low-level outlet and days of storage evacuation is estimated and the applicability of the analysis method is studied.
Low-level outlets are necessary to empty reservoir storage in case of emergency such as abrupt storage level rise due to storm, dam body inspection as well as initial reservoir storage filling. However, the Korean standard for low-level outlet should be complemented. In this study, the HEC-ResSim model is utilized to simulate and calculate the capacity of the outlets and the days of release in order to evacuate reservoir storage safely. Three cases are analyzed according to its capacity. As a large dam with more than $1,000{\times}106m^3$ total capacity, Soyanggang Dam is selected and as a medium dam between $100{\times}106m^3$ and $1,000{\times}106m^3$ total capacity, Habcheon Dam is selected. Finally as a small dam with a total capacity less than $100{\times}106m^3$, Daegok Dam is selected. The size of low-level outlet and days of storage evacuation is estimated and the applicability of the analysis method is studied.
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문제 정의
본 논문에서는 저수지 모의모형인 HEC-ResSim을 이용하여 비상방류설비를 통한 방류에 대해 검토하였다. 댐의 크기에 따라 대규모댐, 중규모댐, 소규모댐 등 3가지로 구분하고, 만수위에서 75%, 50%, 25% 높이, 그리고 저수위까지 방류하는 경우에 대하여 검토를 수행하였다.
본 연구에서는 우리나라에서 적용할 수 있는 비상방류설비 기준을 작성하기 위하여 댐의 규모에 따라 대규모, 중규모, 소규모댐으로 구분하여 적절한 비상방류기간을 산정하고자 하였다. 이를 위하여 HEC-ResSim 모의모형을 이용하여 다양한 경우에 대해 비상방류 상황을 검토하였다.
가설 설정
다섯째, 발전방류는 최대발전사용수량으로 방류하는 것으로 가정한다.
여덟째, 비상방류시설의 연장은 최소 연장으로 가정한다.
일곱째, 비상방류시설의 위치는 용수공급 가능수위로 설정한다.
첫째, 기존 비상방류설비 이외에 추가 비상방류설비의 설치는 저수지의 용량을 고려하고 현실적으로 타당한 규모의 설비를 가정하였다.
제안 방법
둘째, 비상방류를 통해 배제해야 하는 양은 여수로 월류부 높이부터 저수위까지의 저류량을 기준으로 한다. 단지, 75%, 50%, 25%에 해당하는 수위까지 우선 배제해야 하는 경우를 고려하여 해당수위까지 배제하는 데 소요되는 기간도 산정하였다.
본 논문에서는 저수지 모의모형인 HEC-ResSim을 이용하여 비상방류설비를 통한 방류에 대해 검토하였다. 댐의 크기에 따라 대규모댐, 중규모댐, 소규모댐 등 3가지로 구분하고, 만수위에서 75%, 50%, 25% 높이, 그리고 저수위까지 방류하는 경우에 대하여 검토를 수행하였다. 본 논문을 통해 얻은 결론을 정리하면 다음과 같다.
비상방류시설 규모 산정을 위해서 저수지 모의운영 및 수위 급강하에 의한 댐체 안정성을 검토해야 한다. 배제기간을 산정하기 위하여 댐 유역의 홍수기(6～9월) 동안의 평균 유입량을 고려하였다. 비상방류 원인 제거를 위한 후속조처(보수 및 보강 등)와 용수공급능력 회복기간 등을 고려하여 방류일수는 40～50일 이내를 원칙으로 하였다.
8 m3/sec로 비상방류 시 최대한 방류한다. 비상방류 시설은 기존 1,600 mm관에 신설 방류시설 4,500 mm 시설을 추가하는 경우와 3,000 mm 관을 2개 고려하는 경우에 대하여 모형을 구축하였다. 39년(1974∼2012년) 동안의 실적 유입량자료에 대한 홍수기(6∼9월) 월평균 유입량은 154.
배제기간을 산정하기 위하여 댐 유역의 홍수기(6～9월) 동안의 평균 유입량을 고려하였다. 비상방류 원인 제거를 위한 후속조처(보수 및 보강 등)와 용수공급능력 회복기간 등을 고려하여 방류일수는 40～50일 이내를 원칙으로 하였다.
상기 설정된 조건을 이용하여 소양강댐의 모의운영 모형을 다음과 같이 구축하였다. 소양강댐의 여수로 월류부 높이부터 저수위까지의 높이는 35.
5 m이고 저류량은 약 23백만m3이다. 상시발전방류량은 1.0 m3/sec로 비상방류 시 전량을 방류하며, 비상방류 시설은 기존 1,200 mm관에 대하여 모형을 구축하였다. 대곡댐 8년(2005∼2012년) 동안 실적 유입량 자료의 홍수기(6∼9월) 월평균 유입량은 2.
본 연구에서는 우리나라에서 적용할 수 있는 비상방류설비 기준을 작성하기 위하여 댐의 규모에 따라 대규모, 중규모, 소규모댐으로 구분하여 적절한 비상방류기간을 산정하고자 하였다. 이를 위하여 HEC-ResSim 모의모형을 이용하여 다양한 경우에 대해 비상방류 상황을 검토하였다.
0 m이고 저류량은 약 348 백만m3이다. 최대발전 사용수량은 119.0 m3/sec로 비상방류 시 최대한 방류하고, 비상방류 시설은 기존 1,250 mm관에 신설 방류시설 1,000 mm 시설을 추가하여 모형을 구축하였다. 24년(1989~2012년) 동안 실적 유입량 자료의 홍수기(6∼9월) 월평균 유입량은 49.
대상 데이터
본 연구에서는 비상방류시설 검토 대상댐은 저류용량을 기준으로 편의상 대규모댐, 중규모댐, 소규모댐으로 구분하여 선정하였다. 대규모댐은 저류용량 10억 m3 이상인 댐으로 29.5억 m3의 총저류량을 가지는 소양강 댐을 선정하고 분석하였다.
본 연구에서는 비상방류시설 검토 대상댐은 저류용량을 기준으로 편의상 대규모댐, 중규모댐, 소규모댐으로 구분하여 선정하였다. 대규모댐은 저류용량 10억 m3 이상인 댐으로 29.
소규모댐으로는 저류용량이 1억m3 미만인 댐으로 0.28억m3의 총저류량을 갖는 대곡댐을 분석하였다. 대곡댐은 태화강유역에 위치한 댐으로 2005년 준공된 용수전용댐이다.
저류용량이 10억m3을 초과하는 대규모댐의 경우에 대해 소양강댐을 대상으로 검토하였다. 소양강댐의 경우75% 수심까지 배재하는 경우 10일이 소요되었으며, 저수위까지 배제하는 경우 33일이 소요되었다.
소양강댐의 경우75% 수심까지 배재하는 경우 10일이 소요되었으며, 저수위까지 배제하는 경우 33일이 소요되었다. 저류용량이 1~10억m3인 중규모댐의 경우에 대해 합천댐을 대상으로 검토하였다. 합천댐의 경우 75% 수심까지 배재하는 경우 10일이 소요되었으며 저수위까지 배제하는 경우 34일이 소요되었다.
중규모댐은 저류용량 1∼10억m3인 댐 중에서 7.9억 m3의 총저류량을 갖는 합천댐을 선정하여 분석하였다.
이론/모형
비상방류시설의 적정 배제일수를 산정하기 위해 HEC-ResSim (USACE, 2007) 모형을 이용하였다. HEC-ResSim 모형은 미공병단 차세대 소프트웨어 개발 프로젝트의 일환으로 저수지를 모의할 수 있도록 개발된 프로그램이다.
아홉째, 다목적댐의 기존 비상방류시설 용량은 Dam Operation Handbook (K-Water, 2013)의 수위-방류량 값을 이용한다.
성능/효과
댐 붕괴 등 위기관리를 위하여 방류대상 수심의 상위 75% 수위에 해당되는 저류량은 최소한 7∼10일 이내 우선적으로 배제할 수 있어야 하며, 저수위 높이까지 가능한 40∼50일에 배제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다고 판단된다.
셋째, 관내 유속산정 시 관의 재질은 강관으로 설정하여 산정한다.
둘째, 댐 건설 시 배수를 위한 조건을 만족시켜야 한다. 셋째, 비상사태 발생, 또는 댐이나 부속시설물의 점검, 유지, 보수를 위해 저수지를 비워야 할 경우 필요한 조건을 만족시켜야 한다. 마지막으로 댐 건설 후 초기 담수 시 저수지의 상승속도를 조절하기 위한 조건을 만족시켜야 한다.
여섯째, 저수지 유입량은 6월부터 9월까지 기왕의 전체 실적자료를 이용하여 홍수기(6∼9월) 월평균 유입량을 사용한다.
비상방류설비 설계 시에도 댐이 유역에서 차지하는 상황에 따라 다음과 같은 조건들을 만족시켜야 하는 경우가 있다. 첫째, 하류의 용수공급 수요, 홍수조절 방안, 유사퇴적, 여가를 위한 조건, 어류 등 야생동물에 미치는 영향, 주운, 수질 등의 운영조건을 만족시켜야 한다. 둘째, 댐 건설 시 배수를 위한 조건을 만족시켜야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저수지의 방류설비 목적은?
저수지의 방류설비는 댐에 의해 저류된 물을 조절하거나 방류하기 위한 시설이다. 유입량을 지체시켜 방류하기도 하고, 도수로를 통해 다른 유역으로 보내기도 하며, 하류 상황에 맞추어 조절 방류하기도 한다.
비상방류설비 설계시 만족시켜야 하는 조건은?
비상방류설비 설계 시에도 댐이 유역에서 차지하는 상황에 따라 다음과 같은 조건들을 만족시켜야 하는 경우가 있다. 첫째, 하류의 용수공급 수요, 홍수조절 방안, 유사퇴적, 여가를 위한 조건, 어류 등 야생동물에 미치는 영향, 주운, 수질 등의 운영조건을 만족시켜야 한다. 둘째, 댐 건설 시 배수를 위한 조건을 만족시켜야 한다. 셋째, 비상사태 발생, 또는 댐이나 부속시설물의 점검, 유지, 보수를 위해 저수지를 비워야 할 경우 필요한 조건을 만족시켜야 한다. 마지막으로 댐 건설 후 초기 담수 시 저수지의 상승속도를 조절하기 위한 조건을 만족시켜야 한다.
저수지의 방류설비는 어떻게 분류되는가?
유입량을 지체시켜 방류하기도 하고, 도수로를 통해 다른 유역으로 보내기도 하며, 하류 상황에 맞추어 조절 방류하기도 한다. 저수지의 방류설비는 목적, 수리학적 운영방법, 물리적 혹은 구조적 특성에 따라 분류될 수 있다. 기본적으로 발전방류설비, 수문방류설비, 비상방류설비 등 세 가지 현태의 방류설비가 존재한다.
참고문헌 (9)
Alberta Environment. (1998). Inspection of Small Dams.
Iowa Department of Natural Resources. (1990). Design Criteria and Guidelines for Iowa Dams.
Korea Water Resources Association. (2011). Dam Design Standard.
K-water. (2013). Dam Operation Handbook.
Province of British Columbia, Water Management Branch (2011). Dam Safety Guidelines-Inspection & Maintenance of Dams.
USACE. (2003). Structural Design and Evaluation of Outlet Works.
USACE. (2007). HEC-ResSim-Reservoir System Simulation. User's Manual.
USBR. (1990). Criteria and Guidelines for Evacuating Storage Reservoirs and Sizing Low-Level Outlet Works.
Washington State Department of Ecology. (1993). Dam Safety Guidelines.
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