[논문]소규모 저수지의 저류용량 결정에 관한 연구

정순돌; 김대형; 안승섭; 이증석; 장인수

문제 정의

본 연구에서는 소규모 저수지에서의 저류 용량 결정을 위한 저수지 운영기법을 비교. 검토함으로써 소규모 저수지의 용수공급능력의 효율적인 추정은 물론 향후 저수지 하류 지역의 수자원 관리계획 수립에 필요한 자료를 제공하는데 목적이 있다.
본 연구에서는 농어촌진흥공사에서 농촌 용수개발사업 목적으로 건설되어 운영 중인 낙동강 지류 대가 천 상류에 위치한 성주지를 대상으로 하여 소규모 저수지 저류 용량 결정에 관한 기법을 검토하였다. 분석에 있어서는 추계학적 방법(TPM방법), Simulation 법 (HEC-5모델) 및 최적화 기법(선형계획법)을 이용하였다.
본 연구에서는 소규모 저수지에서의 저류 용량 결정을 위한 저수지 운영기법을 비교. 검토함으로써 소규모 저수지의 용수공급능력의 효율적인 추정은 물론 향후 저수지 하류 지역의 수자원 관리계획 수립에 필요한 자료를 제공하는데 목적이 있다.

제안 방법

본 연구에서는 소규모 농업용 저수지인 성주 댐을 대상으로 TPM Method, Simulation Method(HEC~5 Model) 및 Linear Programming Method를 이용하여 최적 용수공급능력을 분석하였으며, 분석 결과를 비교 검토한 결과[Table 1] 및 [Fig. 4]와 같았다. 분석 방법에 있어서 성주 댐의 최적 용수공급능력 결정 시에 천이 확률 행렬법과 Simulation 기법에 의한 용수공급 신뢰도는 각각 90% 및 95%로 하였으나 선형계획기법에 의한 추정은 월별 필요 수량에 따라서 최적화 개념을 이용하여 최적 용수공급능력을 검토하기 때문에 신뢰도가 고려되지 않았다.
본 연구의 연구대상 댐이 위치한 성주 댐 유역 낙동강 수계의 제 1 지류로서 유역내에 는 1개의 강우관측소(대가 관측소, 건설교통부 T/M 우량관측소)가 설치되어 수문 관측에 이용되고 있으며, 이 중에서 댐 개발 예정지역에 대한 수문분석의 정도를 높이기 위하여 성주 댐 유역 유출에 영향을 미치는 인근 강우관측소에서 관측된 1966년부터 1995년까지 30개년간의 관측자료를 이용하여 댐 유역별 과거년별 강우량을 조사하여 댐 유역의 년별 월별 유출 특성을 Tank Model을 이용하여 분석하였다. 분석 결과 [Fig.

대상 데이터

본 연구의 대상 저수지는 농어촌진흥공사에서 농촌 용수개발사업 목적으로 건설되어 운영 중인 낙동강 지류 대가 천 상류에 위치한 성주지를 대상으로 하였으며, 용수공급능력 해석에 필요한 유입량 자료는 Tanlc모델을 이용하여 유출 계산을 한 결과를 입력자료로서 사용하였다.

이론/모형

먼저, 추계학적 방법으로는 Moran이 제안한 이론을 기초로 하여 Gould가 발전시킨 TPM(Transition Probability Matrix)기법을 이용하였다. 다음으로, Simulation 방법으로는 미국 육군공병단에서 개발하여 국내외에서 저 수지 해석에 많이 이용되고 있는 HEC-5(U. S. Army Corps of Eng., 1982 : Wurbs et al., 1985)모델을 이용하였으며, 마지막으로 최적화 기법으로는 유역의 한정된 수자원을 최적으로 이용하는 방법중 하나인 수리계획법에 의해서 최적 용수 배분 시스템을 구축하기 위하여 본 선형계획법을 이용하였다.
본 연구에서는 소규모 저수지의 저류 용량 결정을 위하여 추계학적 방법, Simulation 방법 및 최적화 기법(선형계획법)을 이용하였다. 먼저, 추계학적 방법으로는 Moran이 제안한 이론을 기초로 하여 Gould가 발전시킨 TPM(Transition Probability Matrix)기법을 이용하였다. 다음으로, Simulation 방법으로는 미국 육군공병단에서 개발하여 국내외에서 저 수지 해석에 많이 이용되고 있는 HEC-5(U.
본 연구에서는 소규모 저수지의 저류 용량 결정을 위하여 추계학적 방법, Simulation 방법 및 최적화 기법(선형계획법)을 이용하였다. 먼저, 추계학적 방법으로는 Moran이 제안한 이론을 기초로 하여 Gould가 발전시킨 TPM(Transition Probability Matrix)기법을 이용하였다.
본 연구에서는 농어촌진흥공사에서 농촌 용수개발사업 목적으로 건설되어 운영 중인 낙동강 지류 대가 천 상류에 위치한 성주지를 대상으로 하여 소규모 저수지 저류 용량 결정에 관한 기법을 검토하였다. 분석에 있어서는 추계학적 방법(TPM방법), Simulation 법 (HEC-5모델) 및 최적화 기법(선형계획법)을 이용하였다.
저수지의 소요 용량 결정이나 저수지 운영조작분석 등을 위해서 필요한 월별유출입 특 성분석은 여러가지 방법을 이용하고 있으나 본 연구에서는 우리나라의 수문 실무분석에 널리 이용되고 있는 Tank 모형을 이용하였다.

성능/효과

각 분석기법별로 용수공급능력을 분석한 결과, 동일한 조건의 유입량과 입력자료의 사용으로 최대한 동일 비교가 가능하도록 하였음에도 각기 운영 방법에 따라 조금씩 다른 결과치를 보여주고 있으며, 용수공급능력은 선형 계획법>Simulation 기법> 천이확률행렬법순으로 검토되어, 농업용 소규모 저수지의 용수공급능력은 저수지 유입량 계열 자료를 비교적 합리적으로 적용 가능하고, 중위 치를 나타내고 있는 Simulation 기법 이용하는 적합 할 것으로 판단된다.
검토 결과 [Table 1] 및 [Fig. 4]에서 나타낸 바와 같이 성주 저수지의 계획 용수공급량 50백만톤과 비교할 때 천이확률행렬 법에 의할 경우 최적 용수공급능력은 매월 동일 량의 용수확보개념이 적용된 것으로서 기존의 계획 용수공급량은 신뢰도 95%과 거의 일치하는 것으로 나타났다. 다음으로, Simulation 방법에 의한 추정 결과는 계획능력에 비해 10% 이상 크게 추정되어, 이러한 결과는 저수지 유입량 시계열 자료의 연속적인 모의가 이루어지므로 유입량의 변화에도 안정적으로 용수공급이 이루어질 수 있도록 운영됨을 알 수 있었다.
4]에서 나타낸 바와 같이 성주 저수지의 계획 용수공급량 50백만톤과 비교할 때 천이확률행렬 법에 의할 경우 최적 용수공급능력은 매월 동일 량의 용수확보개념이 적용된 것으로서 기존의 계획 용수공급량은 신뢰도 95%과 거의 일치하는 것으로 나타났다. 다음으로, Simulation 방법에 의한 추정 결과는 계획능력에 비해 10% 이상 크게 추정되어, 이러한 결과는 저수지 유입량 시계열 자료의 연속적인 모의가 이루어지므로 유입량의 변화에도 안정적으로 용수공급이 이루어질 수 있도록 운영됨을 알 수 있었다. 마지막으로, 선형계획법에 의한 최적 용수공급능력은 계획공급량 50백만톤 과 비교할 때, 약 25% 정도 증가되는 것으로 검토되었다.
또한, Simulation기법을 기준으로 할 경우 성주 저수지의 저류용량은 기존의 계획 용 수공급량 50백만 톤을 상향 조정하여 공급 신뢰도 95%와 90%일 때 각각 약 55.18백만 톤 및 63.7백만톤으로 조정하여 이용함으로서 , 댐 하류지역의 개발에 따른 수자원 이 용의 효율성을 제고할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 농업용 저수지에도 각 월별 운영기법과 효율적인 저수지 관리를 통하여 수자원의 확보가 가능할 것으로 판단되며, 안정적인 용수공급으로 인하여 농촌지역의 경제발전에 기여할 것으로 사료된다.
다음으로, Simulation 방법에 의한 추정 결과는 계획능력에 비해 10% 이상 크게 추정되어, 이러한 결과는 저수지 유입량 시계열 자료의 연속적인 모의가 이루어지므로 유입량의 변화에도 안정적으로 용수공급이 이루어질 수 있도록 운영됨을 알 수 있었다. 마지막으로, 선형계획법에 의한 최적 용수공급능력은 계획공급량 50백만톤 과 비교할 때, 약 25% 정도 증가되는 것으로 검토되었다.
본 연구의 연구대상 댐이 위치한 성주 댐 유역 낙동강 수계의 제 1 지류로서 유역내에 는 1개의 강우관측소(대가 관측소, 건설교통부 T/M 우량관측소)가 설치되어 수문 관측에 이용되고 있으며, 이 중에서 댐 개발 예정지역에 대한 수문분석의 정도를 높이기 위하여 성주 댐 유역 유출에 영향을 미치는 인근 강우관측소에서 관측된 1966년부터 1995년까지 30개년간의 관측자료를 이용하여 댐 유역별 과거년별 강우량을 조사하여 댐 유역의 년별 월별 유출 특성을 Tank Model을 이용하여 분석하였다. 분석 결과 [Fig. 3]에서 나타낸 바와 같이 년 평균 유출량은 576.29nf/s이며, 이 중에서 하기인 6~9월에 전체 유출량의 약 74%인 426.22n〃s가 발생하고 있어서 계절적 편차가 극심함을 알 수 있었다.
4]와 같았다. 분석 방법에 있어서 성주 댐의 최적 용수공급능력 결정 시에 천이 확률 행렬법과 Simulation 기법에 의한 용수공급 신뢰도는 각각 90% 및 95%로 하였으나 선형계획기법에 의한 추정은 월별 필요 수량에 따라서 최적화 개념을 이용하여 최적 용수공급능력을 검토하기 때문에 신뢰도가 고려되지 않았다.

후속연구

7백만톤으로 조정하여 이용함으로서 , 댐 하류지역의 개발에 따른 수자원 이 용의 효율성을 제고할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 농업용 저수지에도 각 월별 운영기법과 효율적인 저수지 관리를 통하여 수자원의 확보가 가능할 것으로 판단되며, 안정적인 용수공급으로 인하여 농촌지역의 경제발전에 기여할 것으로 사료된다.

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