선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서 활용할 수치 모형의 경계조건을 고려하기 위하여 금강 중·하류부의 수리특성과 관련된 연구동향을 추가적으로 살펴보았다.
- 반면에 2016년 유량은 2014년 유량 보다는 작았 으나, 2015년 보다는 소폭 증가한 형태를 나타냈다. 이에 따라 본 연구에서는 2016년의 증가된 유량을 활용하지 않고, 2015년 12월부터 2016년 1월 28일까지의 10분 단위 유량자료를 활용하여 경과일수-감소유 량에 따른 비선형 회귀분석식을 구하여 2015년과 같은 가뭄이 지속적으로 유지되어, 상황이 점차 악화될 경우를 재현하고자 하였다. 아래 Fig.
제안 방법
- 이에 따라 본 연구에서는 하천유지유량과 더불어 2016년 2월 1일부터 5월 31일까지 가정 유량 18.53 m3/s를 기준으로 유량 산정과정의 불확실성 등을 감안 하여 표준편차인 ±5.80 m3/s 범위의 상한 유량과 하한 유량 등 4가지 조건을 선정하였다.
- 2014-2015년과 같이 가뭄이 발생하여 본류의 유량이 감소됨과 동시에 용수공급을 위한 도수 여부에 따른 수위에 미치는 영향을 모의하기 위하여, 상류단 경계조건인 진두수위표의 2014, 2015, 2016년도의 갈수기에 해당하는 9월~1월까지의 평균유량을 아래Table 6과 같이 분석하였으며, 괄호는 전년도 대비 감소 또는 증가율을 나타내고 있다.
- 2015년 유량을 포함하여 3장에서 산정한 4가지 유량 조건과 도수 여부를 고려하여 본류의 수위 분석 결과를 분석하고자 총 9가지 조건에 대하여 분석하였다. 결과의 정리는 취수 문제 발생 여부의 중점사항인 최 소 및 평균 수위 결과를 중점적으로 제시하였으며 Table 9와 같다.
- 금강하굿둑은 현재 한국농어촌공사 관할로 자체 운영하고 있으며 운영 방식을 고려하기 위하여 현장조사를 실시하였다. 조사 결과, 관리수위는 계절별로 달리 운영되는데, 최대용수가 필요한 시기인 3월~6월은 EL.
- 모의 결과가 실제 현상에 부합되어 나타나는지 재현성 검토를 위하여 모의 수위와 실측수위의 비교, 분석을 실시하였다. 금강홍수통제소에서 제공하는 금강 하굿둑, 입포, 강경, 규암, 백제보, 진두수위표 등 6개 의 수위표의 자료를 수집하여 모형의 검정을 시도하였다. 모의치와 실측치의 비교 분석 결과는 아래 Fig.
- 또한 용수 공급을 위한 취·양수장 등을 고려하기 위하여 금강홍수통제소로부터 하천수 사용허가를 받은 취수시설물을 문헌조사와 현장조사를 통하여 작성 하고, 백제보 소수력을 포함하여 24개소에 대하여 측방유출(lateral inflow hydrograph)로 처리하여 유량 유입과 손실을 모의에 반영하였다.
- 57 km 지점에 백제보가 2012년 06월 준공되어 운영자에 의해 인위적인 운영이 이루어지는 수리적 특성을 보이고 있다. 모의를 위하여 금강수계 하천기본계획보고서(MOLIT, 2011)의 하천 횡단 측량 자료를 사용하였고, 하굿둑부터 연안에 해당하는 구간은 전자해도와 위성지도를 사용하여 지형을 구축하였다. 연안 구간까지 추가적으로 지형 구축을 실시한 이유는 향후 염도를 포함한 수질 모의 시에 하굿둑 운영에 따른 해수 역류 조건을 모의하기 위함이다.
- 앞서 수행된 선행 연구를 바탕으로 본 연구에서는 금강 중·하류부 구간에 대하여 가뭄 발생에 따라 감소되는 본류 유입량 예측과, 도수터널의 취수량을 모의에 반영하여 취수량이 본류 수위에 미치는 영향을 비정상류 해석(unsteady flow analysis)이 가능한 1차원 모형인 HEC-RAS 모형으로 검토하였다. 본 논문은 도수터널 운영이 금강에 미치는 수리-수질적인 영향을 검토한 연구 중 수위와 관련된 내용을 중점적으로 정리한 것이며, 본 연구의 결과로 얻어지는 수위와 유속, 유량 등 수리적인 모의 결과를 이용하여 염도와 용존산소, 수온, 영양염류, 조류 등 수질에 미치는 영향을 분석한 내용은 별도의 논문으로 작성하였다.
- 본 연구에서는 금강 본류 총 85.0 km에 이르는 구간에 대하여 유량, 조위, 취수량 및 회귀수, 금강 배수갑문 운영과 도수 여부를 고려한 1차원 부정류 수리 모형을 구축하고, 유황분석을 통하여 본류 유량 감소와 도수 여부에 따른 금강 본류의 수위에 미치는 영향을 분석하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
- 앞서 수행된 선행 연구를 바탕으로 본 연구에서는 금강 중·하류부 구간에 대하여 가뭄 발생에 따라 감소되는 본류 유입량 예측과, 도수터널의 취수량을 모의에 반영하여 취수량이 본류 수위에 미치는 영향을 비정상류 해석(unsteady flow analysis)이 가능한 1차원 모형인 HEC-RAS 모형으로 검토하였다.
- 이에 따라 가정유량에 대한 하굿둑의 운영룰에 대하여 월별로 유지하고자 하는 목표 최저 수위의 하한 치를 상향시키는데 중점을 두고, 상류 유량 감소에 따른 방류량을 최소화하는 방법으로 결정하고, 시행착 오법에 의해 2015년 최저 목표 수위에 0.60 m를 더한 값을 채택하였다.
- 이에 따라 용수 공급의 안정성을 확보하고자 금강 본류의 중·하류부에 해당하는 백제보 하류 6.7 km 지점에서 보령댐까지 21.9 km의 도수터널을 신설하고, 금강 본류에서 보령댐으로 121,000 m3/day 를 통수하여 연계 운영하는 계획이 수립되었다.
- 0 km 지점에 해당하는 강경 비닐하우스 단지 등 인근 저지대의 내수배제가 불량하여 침수피해를 입을 수 있기 때문인 것으로 조사되었다. 현장조사 결과와 수위 변동 결과를 토대로 하굿둑을 모형 내에서 Inline structure로 지정하고, 시행착오법에 의해 실제 운영 실적과 유사한 결과를 얻을 수 있도록 입력하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상인 금강은 수자원 확보를 위하여 중상류부의 대청댐과 용담댐, 하류부에는 금강하굿둑이 있으며 최근 4대강 살리기 사업의 일환으로 세종보, 공주보, 백제보를 설치하여 운영하고 있다. 그러나 최근 2014년부터 2015년까지 전국적으로 가뭄에 의한 농업용수 부족 등 사회, 경제적 피해가 크게 발생하였고(Jang, 2016), 특히 충청남도 서·북부권 8개 지자체의 용수 공급을 담당하는 보령댐은 전국적인 가뭄을 피해갈 수 없어 홍수기 강우는 1/3수준, 2015년 11월의 댐 저수율은 역대 최저인 18.
- 025를 적용하였다. 상류단 경계조건은 갈수기 유황에 해당하는 2015년 2월 1일부터 5월 31일까지를 대상으로 금강홍수통제소의 진두수위 표의 시간별 유량을 수집하였으며, 하류단 경계조건은 국립해양조사원(http://www.khoa.go.kr)의 장항검조 소의 분 자료를 60분 단위로 필터링 처리한 시간별 조위를 사용하였다. 구간 내 주요 지류는 8개 하천으로 실측자료가 없기 때문에 Table 1과 같이 진두수위표와 유역 면적비를 적용하여 시간별 유량을 입력하였다.
- 연구 대상 주요 구간은 금강 중하류부로서, 총 연장은 85.0 km를 적용하였다. 아래 Fig.
데이터처리
- 모의 결과가 실제 현상에 부합되어 나타나는지 재현성 검토를 위하여 모의 수위와 실측수위의 비교, 분석을 실시하였다. 금강홍수통제소에서 제공하는 금강 하굿둑, 입포, 강경, 규암, 백제보, 진두수위표 등 6개 의 수위표의 자료를 수집하여 모형의 검정을 시도하였다.
이론/모형
- 모형의 성능평가 결과는 절대적인 기준이 없기 때문에 Moriasi et al.(2006)이 제시한 수문 모의에 대한 모형 성능 평가 가이드라인을 참고하였으며, 아래 Table 3과 같이 구분하고, 본 모형의 성능을 평가하여 Table 4에 제시하였다
- 모형의 성능 평가를 위하여 본 연구에서는 PBIAS (Percent bias), PEP(Percent Error of Peak stage)를 활용하였다. PBIAS는 평균적으로 모의치가 실측치 보다 크거나 작은 경향을 나타내는 지수로서 식(1)과 같다.
성능/효과
- 72 m, EL.(+)0.43 m로 하강될 것으로 예측되어 도수터널 운영 여부에 관계없이 일시적으로 농업용수를 비롯한 제반 취수시설 운영에 어려움이 생길 수 있을 것으로 분석되었다. 평균 수위도 이와 마찬가지 패턴을 보였는데, 2015년 4월과 5월의 평균 수위의 해당하는 EL.
- 4(a)와 같이 홍수기를 제외하고 금강하굿둑의 수위는 기점수위 역할로서 백제보까지 호소와 같은 레벨 풀(level pool) 상태가 되며 수위가 거의 일정해야 하는데, Fig. 4(b)의 입포수위표는 상하류 지점에 위치한 금강하굿둑과 강경에 비해 평균 0.76 m 낮게 분석되어 모형 보다는 실측 수위에 문제가 있는 것으로 보이며 이에 따라 불만족으로 판정된 것으로 분석되었다.
- 1. 2014년 대비 2015년의 유량은 가뭄 현상이 반영 되어 최소 41%~최대 58% 감소하였으며, 가뭄의 영향이 2016년 1월까지 반영되어 나타났다. 반면에 2016년 유량은 2014년 유량 보다는 작았으나, 2015년보다는 소폭 증가한 형태를 나타냈다.
- 2. 가정 유량은 2015년 유량의 21% 수준으로 기존 모형의 검정에 활용한 하굿둑 운영룰을 적용한 결과, 3 월 하순경부터 농업용수 공급이 본격화되면서 금강하굿둑 내수위가 점차 하강하여 5월말에는 EL(+)1.26 m 까지 하강하는 것으로 분석되어, 과대한 수위 하강이 발생하였다. 최저 수위 상향을 위한 운영룰 적용시는 4~5월 최저 수위가 EL(+)1.
- 결과의 정리는 취수 문제 발생 여부의 중점사항인 최 소 및 평균 수위 결과를 중점적으로 제시하였으며 Table 9와 같다. 2015년 유량과 4가지 조건 유량에 대한 수위차가 발생하는 이유는 앞서 분석한 금강하굿 둑의 운영룰 변경에 따른 영향이며, 금강하굿둑의 수위가 결정되면 상류의 입포, 강경, 규암수위표를 포함 하여 57.58 km에 위치한 백제보까지의 수위차가 발생 하지 않는 레벨 풀의 형태가 나타나 금강하굿둑~백제보 구간에 취수시설물의 취수문제 발생 여부는 하굿둑의 수위 결정이 가장 중점사항인 것으로 분석되었다. 위의 Table 2의 농업용수 공급시기인 2015년 4월과 5월의 하한 수위의 해당하는 EL.
- 3. 금강하굿둑의 수위가 결정되면 상류의 입포, 강경, 규암수위표를 포함하여 57.58 km에 위치한 백제 보까지의 수위차가 발생하지 않는 레벨 풀의 형태를 나타내어, 금강하굿둑~백제보 구간에 취수시설물의 취수문제 발생 여부는 하굿둑의 수위 결정이 가장 중점사항인 것으로 분석되었다. 상한 가정 유량과 가정 유량이 유입될 경우 보령댐으로 도수를 하는 경우에도 금강 하굿둑의 최저 수위는 EL(+)1.
- 55 m로 취수 시설의 문제 발생은 생기지 않을 것으로 분석되었다. 그러나 하천유지유량인 15.10 m3/s와 예측 하한 유량과 작거나 같은 유량인 12.73 m3/s가 유입되는 경우, 금강하굿둑의 최저 수위는 각각 EL(+)1.35 m, EL(+) 1.19 m로 하강될 것으로 예측되어 도수터널 운영 여부에 관계없이 일시적으로 농업용수를 비롯한 제반 취수시설 운영에 어려움이 생길 수 있을 것으로 분석되었다.
- 44 m 이상으로 금강 하류부의 취수에는 큰 문제가 없을 것으로 분석 되었다. 그러나, 하천유지유량(평균 15.1 m3/s)과 그이하의 하한 가정 유량 유지되는 상태에서는 보령댐으로 미 도수시와 도수시 금강하굿둑의 최저 수위는 각각 EL(+)0.94 m와 EL(+)0.72 m, EL(+)0.43 m, EL(+)0.14 m로 모의되어 기존 취수시설 뿐만 아니라 보령댐 도수시설의 운영에도 어려움이 생길 것으로 예측되었다.
- 70 m3/s을 대상으로 실제 운영 실적과 유사한 결과를 얻을 수 있도록 입력한 결과이나 가정 유량은 2015년 유량의 21%수준으로 기존의 작성했던 운영룰을 그대로 적용하는 것은 맞지 않을 것으로 판단하였다. 기존 운영룰을 적용하여 모의한 결과는 Fig. 6과 같으며, 3월 하순경부터 농업용수 공급이 본격화되면서 금강하굿둑 내수위가 점차 하강하여 5월말에는 EL(+)1.26 m까지 하강하는 것으로 분석되어 상류 유량 감소에 따라 금강하굿둑 내수 위의 과대한 하강이 발생하여 농업용수 취수에 영향 을 받을 수 있을 것으로 분석되었다. 특히 금강하굿둑 내수위가 지속적으로 하강하는 경향을 보이고 있는데 유입 유량이 가정 유량 보다 더 감소할 경우 심각한 용수 부족을 초래할 수도 있을 것으로 추정된다.
- 72 m를 유지하여 구간 내 취수시설의 취수에 문제가 없을 것으로 분석되었다. 또한 가정 유량이 유입되고, 도수를 실시하더라도 최저 수위는 EL(+)1.55 m로 취수 시설의 문제 발생은 생기지 않을 것으로 분석되었다. 그러나 하천유지유량인 15.
- 모형의 구축과 검정에 사용한 하굿둑의 조작 모의를 위한 운영룰은 2015년 2월~1일 5월 31일까지의 진두수위표의 평균 유량 89.70 m3/s을 대상으로 실제 운영 실적과 유사한 결과를 얻을 수 있도록 입력한 결과이나 가정 유량은 2015년 유량의 21%수준으로 기존의 작성했던 운영룰을 그대로 적용하는 것은 맞지 않을 것으로 판단하였다. 기존 운영룰을 적용하여 모의한 결과는 Fig.
- 58 km에 위치한 백제 보까지의 수위차가 발생하지 않는 레벨 풀의 형태를 나타내어, 금강하굿둑~백제보 구간에 취수시설물의 취수문제 발생 여부는 하굿둑의 수위 결정이 가장 중점사항인 것으로 분석되었다. 상한 가정 유량과 가정 유량이 유입될 경우 보령댐으로 도수를 하는 경우에도 금강 하굿둑의 최저 수위는 EL(+)1.44 m 이상으로 금강 하류부의 취수에는 큰 문제가 없을 것으로 분석 되었다. 그러나, 하천유지유량(평균 15.
- 강경, 규암, 백제보, 진두 지점은 모두 만족할 만한 결과가 도출되었으나 금강하굿둑과 입포수위표에서 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다. 이에 대한 원인 분석 결과, 금강하굿둑은 조위가 하강할 경우, 조위가 어느 시점까지 하강할 것인지 운영자가 사전에 알고 있기 때문에 내수의 최대 방류를 위하여 관리수위에 구애받지 않고 내수위를 최대한 낮추는 반면, 모형 내에 서는 외조위와 내수위의 차이만을 이용하여 운영하기 때문에 실질적인 운영을 반영하지 못하여 생기는 모형의 한계로 판단하였다. 또한 입포수위표의 성능평가의 불만족 원인 검토하기 위하여 Table 5와 같이 6개 수위 관측소의 실측 수위자료의 통계적 특성을 분석하고, Fig.
- 2015년 2월 1일~5월 31일까지의 10분 단위로 측정된 실측 유량과 회귀식에 의한 가정 유량의 일유량 자료를 아래 Table 7과 같이 비교하였다. 최소유량을 제외하고 모든 통계치에서 유량감소가 반영되어 11%~21% 수준으로 나타났으며, 본 연구에서 활용할 평균유량을 볼 때 과거 유량 89.70 m3/s 대비 18.53 m3/s으로 나타났다. 또한 국토해양부 (2011)(현 국토교통부)에서는 평균갈수량을 기준으로 본류 내 공주, 규암, 강경 지점의 하천유지유량을 제시 하였으며, 각각 15.
후속연구
- 본 연구 주제인 보령댐 도수터널은 댐과 댐 간의 운영이 아닌 하천과 댐의 연계 운영으로서, 2014-2015년과 같은 가뭄이 발생하여 본류의 유량이 감소됨과 동시에 보령댐 유역의 용수 공급을 위한 도수를 실시할 경우, 금강의 하굿둑과 보 운영을 포함하여 농·공용수 취수시설 운영의 문제 등 악영향이 발생할 가능성이 존재한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.