본 연구에서는 댐의 효율적인 계획 및 운영을 위해 댐 저수지의 최적 퇴사위 결정 방법에 대해 고찰하였다. 현재 우리나라는 안전한 설계에 의거하여 댐 저수지 사수위 내의 퇴사위 결정 방법은 비교적 높게 산정되는 수평퇴사법을 주로 적용하고 있지만, 댐 저수지의 퇴사위는 정확하게 계획되어야 하며, 이는 댐 생애주기 평가 차원에서도 중요한 요소이다. 댐 저수지의 퇴사위 결정을 위해 대표적인 방법으로는 RMA-2와 연계된 SED-2D의 모형에 의한 방법, 수평퇴사법, 면적증분법(area increment method), 경험적면적감소법(empirical area reduction method)이 있다. 본 연구에서는 최적 퇴사위 결정을 위해 이를 산정하여 2007년 기준 실측 퇴사위와 비교하였다. 또한, 현재 및 미래 퇴사위를 예측하여 각 방법별로 경향과 추이를 분석하였다. 실측 퇴사위와 산정된 퇴사위를 비교한 결과, 경험적면적감소법이 실측값과 가장 근사하게 산정된 것을 확인할 수 있었으며, 현재 및 미래의 퇴사위는 전반적으로 과거 퇴사위의 경향과 추이를 따라가는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 연구의 결과를 토대로 보면 경험적 면적감소법의 이용이 적절할 것으로 판단되고, 모형에 의해 분석 결과의 타당성을 검정하는 것이 합리적이라 생각된다.
본 연구에서는 댐의 효율적인 계획 및 운영을 위해 댐 저수지의 최적 퇴사위 결정 방법에 대해 고찰하였다. 현재 우리나라는 안전한 설계에 의거하여 댐 저수지 사수위 내의 퇴사위 결정 방법은 비교적 높게 산정되는 수평퇴사법을 주로 적용하고 있지만, 댐 저수지의 퇴사위는 정확하게 계획되어야 하며, 이는 댐 생애주기 평가 차원에서도 중요한 요소이다. 댐 저수지의 퇴사위 결정을 위해 대표적인 방법으로는 RMA-2와 연계된 SED-2D의 모형에 의한 방법, 수평퇴사법, 면적증분법(area increment method), 경험적면적감소법(empirical area reduction method)이 있다. 본 연구에서는 최적 퇴사위 결정을 위해 이를 산정하여 2007년 기준 실측 퇴사위와 비교하였다. 또한, 현재 및 미래 퇴사위를 예측하여 각 방법별로 경향과 추이를 분석하였다. 실측 퇴사위와 산정된 퇴사위를 비교한 결과, 경험적면적감소법이 실측값과 가장 근사하게 산정된 것을 확인할 수 있었으며, 현재 및 미래의 퇴사위는 전반적으로 과거 퇴사위의 경향과 추이를 따라가는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 연구의 결과를 토대로 보면 경험적 면적감소법의 이용이 적절할 것으로 판단되고, 모형에 의해 분석 결과의 타당성을 검정하는 것이 합리적이라 생각된다.
This study examined how to determine the optimal sediment level in dam reservoir for efficient plan and operation of dam. Currently, Korea is applying a horizontally accumulated method for sediment level estimation for the safety design of dam and so the method estimated relatively higher level than...
This study examined how to determine the optimal sediment level in dam reservoir for efficient plan and operation of dam. Currently, Korea is applying a horizontally accumulated method for sediment level estimation for the safety design of dam and so the method estimated relatively higher level than others. However, the sediment level of dam reservoir should be accurately estimated because it is an important factor in assessing life cycle of a dam. The sediment level in dam reservoir can be determined by SED-2D model linked with RMA-2, horizontally accumulated method, area increment method, and empirical area reduction method. The estimated sediment level from each method was compared with the observed sediment level measured in 2007 in Imha dam reservoir, Korea and then the optimal method was determined. Also, the future sediment level was predicted by each method for the future trend analysis of sediment level. As the results, the most accurate sediment level was estimated by the empirical area reduction method and the future trend of sediment level variation followed the past trend. Therefore, we have found that the empirical area reduction method is a proper one for more accurate estimation of sediment level and it can be validated by the results from a numerical model of SED-2D linked with RMA-2 model.
This study examined how to determine the optimal sediment level in dam reservoir for efficient plan and operation of dam. Currently, Korea is applying a horizontally accumulated method for sediment level estimation for the safety design of dam and so the method estimated relatively higher level than others. However, the sediment level of dam reservoir should be accurately estimated because it is an important factor in assessing life cycle of a dam. The sediment level in dam reservoir can be determined by SED-2D model linked with RMA-2, horizontally accumulated method, area increment method, and empirical area reduction method. The estimated sediment level from each method was compared with the observed sediment level measured in 2007 in Imha dam reservoir, Korea and then the optimal method was determined. Also, the future sediment level was predicted by each method for the future trend analysis of sediment level. As the results, the most accurate sediment level was estimated by the empirical area reduction method and the future trend of sediment level variation followed the past trend. Therefore, we have found that the empirical area reduction method is a proper one for more accurate estimation of sediment level and it can be validated by the results from a numerical model of SED-2D linked with RMA-2 model.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
본 연구에서는 임하댐 저수지를 대상으로 RMA-2 & SED-2D 모형과 대표적인 퇴사위 분포 추정 방법인 수평퇴사법, 경험 적면적감소법, 면적증분법에 대하여 퇴사위를 산정한 뒤, 이를 실측 퇴사위와 비교하였다. 또한, 각 방법들에 대한 현재 및 미래 퇴사위 예측을 통해, 퇴사량의 경향 및 추이를 제시하였으며, 모든 분석은 정확한 비교를 위해 댐 직상류부의 퇴사위만을 고려하였다. 그 결과를 요약 및 고찰하면 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 임하댐 수몰지 내의 저수지를 대상으로 대표적인 퇴사위 결정 방법인 RMA-2 & SED-2D 모형에 의한 방법, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법에 대하여 산정한 뒤, 이를 비교하고 2007년 기준 실측 퇴사위에 가장 근사한 방법을 도출하였다. 또한, 각 방법들에 대한 현재 및 미래 퇴사위 예측을 통해, 퇴사량의 경향 및 추이에 대하여 고찰하였다.
또한, 모형이 아닌 댐 퇴사위 결정 방법으로 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법을 이용하여 퇴사위를 산정하였으며, RMA-2 & SED-2D 모형에서 사용한 동일한 자료를 이용하였다.
본 연구에서는 모형 및 퇴사위 결정 방법에 의한 퇴사위 산정 결과를 실측값과 비교하였다. 다만, 댐 저수지 누가거리별 퇴사위 산정과의 비교시 퇴사위 결정 방법간의 비교가 다소 어려울 수가 있어서 모든 산정 결과는 댐 직상류 중심부의 퇴사위만을 고려하였다.
본 연구에서는 임하댐 저수지를 대상으로 RMA-2 & SED-2D 모형과 대표적인 퇴사위 분포 추정 방법인 수평퇴사법, 경험 적면적감소법, 면적증분법에 대하여 퇴사위를 산정한 뒤, 이를 실측 퇴사위와 비교하였다.
앞서 분석한 방법과 동일하게 산정 방법별로 퇴사위를 예측하였으며, 퇴사 예측 분석은 현재(2017년) 및 현재 기준으로 50년 후(2067년), 100년 후(2117년)의 기간으로 설정하였다. 임하댐의 현재 실측 퇴사위는 존재하지 않기 때문에 사실상 산정 방법에 따른 결과와 비교할 수는 없지만, RAM-2의 SED-2D 모형을 비롯한 퇴사위 산정 방법들은 과거 자료를 바탕으로 현재 및 미래의 퇴사위를 예측할 수 있다.
이에 본 연구에서는 임하댐 수몰지 내의 저수지를 대상으로 대표적인 퇴사위 결정 방법인 RMA-2 & SED-2D 모형에 의한 방법, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법에 대하여 산정한 뒤, 이를 비교하고 2007년 기준 실측 퇴사위에 가장 근사한 방법을 도출하였다.
퇴사위 결정 방법별 분석을 위해 RMA-2 & SED-2D 모형, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법을 이용하여 퇴사 위를 산정하였다.
대상 데이터
SED-2D는 GFGEN과 RMA-2를 실행한 후에 그 결과를 이용하여 하상변동을 모의한다. GFGEN 입력자료는 지형자료이며, RMA-2 입력자료는 상류경계유량조건 및 하류경계 수위 조건, 난류확산계수와 조도계수값 등이다. SED-2D 입력자료는 기본적으로 부유사농도, 하상재료에 대한 자료들로 구성되어 있다.
RMA-2 & SED-2D 모형의 구축을 위해 기존의 측량자료를 바탕으로 자료를 구성 하였으며, 저수지 유입량은 1995~2007년까지 관측된 저수지 일 유출량 자료를 이용하였다.
본 연구는 임하댐 유역의 수몰지내의 저수지를 대상으로 하였다. 임하댐은 국내에서 9번째로 준공된 대표적인 다목적 댐으로 경북 안동시 사의동 협곡으로 낙동강 하구로부터 약 347 km에서 합류하는 낙동강 제1지류인 반변천 상류 약18 km 지점에 위치한다.
퇴사위 결정 방법별 분석을 위해 RMA-2 & SED-2D 모형, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법을 이용하여 퇴사 위를 산정하였다. 저수지의 퇴사위는 2007년 기준 110.00 El.m에 해당되기 때문에 실측값이 존재하는 2007년을 기준으로 하였으며, 자료의 수집기간은 1995~2007년으로 설정하였다
현재 퇴사위(2017년) 분석을 위해 2008~2017년 저수지 유입량 및 유사 농도 자료를 이용하였으며, 추가적으로 50년을 포함한 100년까지 확장하여 미래 퇴사위를 예측하였다. 분석 결과, 2017년 현재 기준으로 RMA-2 & SED-2D 모형, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법의 퇴사위는 각각 111.
이론/모형
마찰력은 Manning 방정식의 조도계수나 Chezy 방정식의 평균유속계수로 계산되고, 와점성계수는 난류의 특성을 정하는데 사용되며, 정상류 뿐 아니라 부정류에서도 모의가 가능하다. RMA-2 모형의 지배방정식은 수심 적분한 유체의 연속방정식과 2차원 운동량 방정식을 이용하며, 지배방정식은 다음과 같다(US. Army Corps of Engineers, 2005).
경험적 면적감소법의 기본식은 Moody의 유사분포 방정식이며 그 식은 다음과 같다.
RMA-2 모형은 2차원 동수역학적 모형으로 계산시 수심평균 보간기법을 적용한 유한요소 수치모형으로서 2차원 흐름 영역에서 자유표면, 상류흐름의 수평방향 유속성분과 수위를 계산하며, Navire-Stokes 방정식에 난류의 흐름을 고려한 Reynolds 방정식으로 유한요소의 해를 계산한다. 마찰력은 Manning 방정식의 조도계수나 Chezy 방정식의 평균유속계수로 계산되고, 와점성계수는 난류의 특성을 정하는데 사용되며, 정상류 뿐 아니라 부정류에서도 모의가 가능하다. RMA-2 모형의 지배방정식은 수심 적분한 유체의 연속방정식과 2차원 운동량 방정식을 이용하며, 지배방정식은 다음과 같다(US.
RMA-2 & SED-2D 모형의 구축을 위해 기존의 측량자료를 바탕으로 자료를 구성 하였으며, 저수지 유입량은 1995~2007년까지 관측된 저수지 일 유출량 자료를 이용하였다. 유사농도는 동일한 기간동안 관측된 저수지 일 유출량 자료를 바탕으로 임하댐 인근 월 포지점의 유량-유사량 관계식을 이용하였다(Fig. 3).
성능/효과
1) 2007년 퇴사위 산정 결과를 실측값(110.0 El.m, 2007년 기준)과 비교한 결과, 경험적면적감소법이 110.25 El.m로 가장 근사하게 산정되었으며, 그다음 RMA-2 & SED-2D 모형, 면적증분법, 수평퇴사법 순으로 이어졌다.
2) 현재(2017년) 및 미래(50년 후, 100년 후)의 퇴사위 예측 결과, 전반적으로 과거의 증가량에 대비하여 증가하였으며 과거 퇴사위 실측값과의 결과와 비교시 우선순위의 역전 현상은 이루어지지 않았다. 다만, 수평퇴사법은 여전히 과도하게 산정되었으며, 미래 년수가 증가할수록 다른 산 정방법에 비해 퇴사위의 증가폭이 커지는 걸 알 수 있었다.
2) 현재(2017년) 및 미래(50년 후, 100년 후)의 퇴사위 예측 결과, 전반적으로 과거의 증가량에 대비하여 증가하였으며 과거 퇴사위 실측값과의 결과와 비교시 우선순위의 역전 현상은 이루어지지 않았다. 다만, 수평퇴사법은 여전히 과도하게 산정되었으며, 미래 년수가 증가할수록 다른 산 정방법에 비해 퇴사위의 증가폭이 커지는 걸 알 수 있었다. 임하댐의 고려된 산정방법별 100년 후의 퇴사위의 예측을 통한 결과는 모두 안전하다고 볼 수 있지만, 예측값이 심각 하게 상이할 수 있는 문제점이 도래될 수 있다고 판단된다.
36 m로 산정되었다. 또한, 50년, 100년 후의 퇴사위는 대체적으로 과거의 증가량에 대비하여 증가하였고, 미래년수가 증가할수록 대체적으로 과거 실측 값과의 비교 결과의 경향대로 이어졌으며 우선순위의 역전 현상은 이루어지지 않았다(Table 6, Figs. 6 and 7).
분석 결과, 2017년 현재 기준으로 RMA-2 & SED-2D 모형, 수평퇴사법, 경험적면적감소법, 면적증분법의 퇴사위는 각각 111.21 m, 114.78 m, 110.79 m, 112.36 m로 산정되었다.
비교 결과, RMA-2 & SED-2D 모형이 110.58 El.m, 수평퇴사법이 113.70 El.m, 경험적면적감소법이 110.25 El.m, 면적증분법이 111.95 El.m으로 경험적면적감소법이 실측값과 가장 근사하게 산정되었다.
수평퇴사법의 50년 및 100년 후 퇴사위는 각각 118.53 m, 126.48 m로 여전히 과도하게 산정되었으며, 미래년수가 증가할수록 다른 산정방법에 비해 퇴사위의 증가폭이 커지는걸 알 수 있었다. 다만, 수평퇴사법은 과거 실측값과 다소 차이가 있는 결과를 보여주었기 때문에 미래 퇴사위 결과에 대해서도 신빙성을 확보하지 못하였을 것으로 예상된다
과도한 퇴사위의 산정은 안전성을 넘어서 댐의 계획시에 불필요한 재정 낭비를 초래할 수 있다. 우리나라를 제외한 국외에서는 수평퇴사법이라는 방법이 존재하지 않으며, 미국과 일본 등 여러 선진 국가에서는 경험적면적감소법을 주로 채택하여 사용한 것을 감안하면 본 연구에서 제시한 경험적면적감소법은 결과로써 그 효용성을 증명한다고 판단된다. 또한, 면적증분법에서의 유사는 일반적으로 모든 표고에서 동일량만큼의 저수면적을 감소시키지 않으므로 가정에 문제점을 지니고 있으며, 100년 퇴사량이 저수용량의 15%가 넘는 경우에는 적용 곤란한 방법이다.
임하댐 저수위(사수위)의 표고가 137.0 EL.m 임을 감안하 면 본 연구에서 제시한 결과는 모든 방법이 미래 100년 후에도 안전하다고 볼 수는 있다. 하지만 실측값과 예측값이 심각하게 상이할 수 있는 문제점이 도래할 수 있기 때문에 댐 저수지의 퇴사위는 정확하게 산정 및 예측되어 댐의 생애주기를 재 평가해야 할 것으로 사료된다.
후속연구
댐의 생애주기가 잘못 산정되는 결과로 이어질 것이다. 댐 저수지의 퇴사위 산정시 무조건적인 수평퇴사법의 채택은 지 양해야 할 것으로 사료되며, 본 연구에서 제시한 퇴사위 산정 결과를 댐 계획 및 운영시 참고해야 할 것으로 판단된다. 또한, 댐 설계 기준 개정시 이러한 사항을 수정 및 보완해야 할 것이다.
댐 저수지의 퇴사위 산정시 무조건적인 수평퇴사법의 채택은 지 양해야 할 것으로 사료되며, 본 연구에서 제시한 퇴사위 산정 결과를 댐 계획 및 운영시 참고해야 할 것으로 판단된다. 또한, 댐 설계 기준 개정시 이러한 사항을 수정 및 보완해야 할 것이다. 하지만, 본 연구는 임하댐 1개소 및 기존의 퇴사위 산정 방법들에 국한하여 제시한 결과이며, 향후에는 댐 저수지의 퇴사위를 비롯한 퇴사 현상을 보다 더 정확하게 산정할 수 있는 추가적인 방안 및 개선안이 계속해서 모색되어야 할 것이다.
7m의 차이를 보임으로써 과도하 게 산정되었으며, 이는 안전성을 넘어 댐 계획시에 불필요 한 재정적 낭비를 초래할 수 있을 것으로 판단된다. 실측값 을 비교하여 내린 최적 퇴사위 결정 방법은 경험적면적감 소법을 위주로 퇴사위를 결정하되, RMA-2의 SED-2D 모 형을 차선책으로 비교하여 결정해야 할 것으로 사료된다.
이에, 임하댐의 산정 방법별 결과에 따른 최적의 퇴사위 결정 방법은 경험적 면적감소법을 위주로 퇴사위를 결정하되, RMA-2 & SED-2D 모형을 차선책으로 비교하며 결정해야 할 것으로 사료된다
m 임을 감안하 면 본 연구에서 제시한 결과는 모든 방법이 미래 100년 후에도 안전하다고 볼 수는 있다. 하지만 실측값과 예측값이 심각하게 상이할 수 있는 문제점이 도래할 수 있기 때문에 댐 저수지의 퇴사위는 정확하게 산정 및 예측되어 댐의 생애주기를 재 평가해야 할 것으로 사료된다.
또한, 댐 설계 기준 개정시 이러한 사항을 수정 및 보완해야 할 것이다. 하지만, 본 연구는 임하댐 1개소 및 기존의 퇴사위 산정 방법들에 국한하여 제시한 결과이며, 향후에는 댐 저수지의 퇴사위를 비롯한 퇴사 현상을 보다 더 정확하게 산정할 수 있는 추가적인 방안 및 개선안이 계속해서 모색되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수평퇴사법이란 무엇인가?
수평퇴사법은 우리나라에만 존재하는 방법으로 퇴사가 댐 축 하상으로부터 차곡차곡 쌓인다고 보는 방법이며 현실적으로는 불가능한 가정에 해당된다. 하지만 소규모댐의 안전성 확보차원에서 이 방법을 채택하기도 한다(Jeong et al.
댐 저수지의 퇴사위 예측을 하는 이유는 무엇인가?
전 세계적으로 댐 저수지의 퇴사위 예측에 대한 문제는 오래 전부터의 기술적 과제이며, 댐의 계획 및 생애주기 산정을 위해 정확한 측정이 요구되고 있다. 또한, 유지관리 차원에서 이러한 퇴적토사의 저감을 위해 배사나 재활용 등의 종합적인 퇴사대책을 필요로 하고 있다.
댐의 효율적인 계획 및 운영을 위한 퇴사위 결정 방법은 무엇인가?
현재 우리나라는 안전한 설계에 의거하여 댐 저수지 사수위 내의 퇴사위 결정 방법은 비교적 높게 산정되는 수평퇴사법을 주로 적용하고 있지만, 댐 저수지의 퇴사위는 정확하게 계획되어야 하며, 이는 댐 생애주기 평가 차원에서도 중요한 요소이다. 댐 저수지의 퇴사위 결정을 위해 대표적인 방법으로는 RMA-2와 연계된 SED-2D의 모형에 의한 방법, 수평퇴사법, 면적증분법(area increment method), 경험적면적감소법(empirical area reduction method)이 있다. 본 연구에서는 최적 퇴사위 결정을 위해 이를 산정하여 2007년 기준 실측 퇴사위와 비교하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.