[논문]하천유지유량 증대를 위한 용수공급계획 모의 시스템 개발

노재경

[국내논문] 하천유지유량 증대를 위한 용수공급계획 모의 시스템 개발
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노재경 (충남대학교 지역환경토목과)

생활수준이 향상되면서 물의 양과 질에 대한 국민의 요구수준은 높아지고 있으나, 우리의 하천유지유량은 일본의 1/3에 불과하며, 평갈수기의 하천유량 증대가 물관리의 주요 관심사로 떠오르고 있다. 댐 저수지의 저류와 생공용수의 회귀수에 의해 평갈수기의 하천유량을 크게 개선시킬 수 있는 바, 본 연구에서는 수계별로 그 현황과 향후 개선방안 도출을 위해 무수한 하천지점에서 용수수급 현황을 쉽게 분석, 평가할 수 있는 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 용수수요 추정 모듈, 일 유출 모의 및 하천 유황분석 모듈, 기존댐 저수량 변화 모의 모듈, 신규 댐 규모 모의 모듈 등으로 구성되어 있다(그림 1). 분석 대상 하천 지점 유역의 논 용수, 생활 용수, 공업 용수의 수요량을 일별로 추정할 수 있으며, 이들의 회귀수를 고려한 하천유량을 일별로 모의하여 유황을 분석할 수 있고, 상류에 기존 댐 및 저수지가 있는 경우 이의 저수량을 모의하여 하류 방류량을 고려한 하천유량을 분석할 수 있고, 하천유황이 목표 값에 미치지 못하는 경우 신규 댐 및 저수지를 계획하여 이로부터 유량을 공급받아 하천유황을 유기적으로 아주 쉽게 분석할 수 있도록 하였다. 또한 저수량 변화 모의의 필수 자료인 저수지 표고별 저수면적, 저수량 자료를 신속하게 수집, 정리할 수 있도록 DEM을 활용하는 모듈을 장착하였다(그림 2). 수계별로 수많은 하천 지점의 유지유량 확보를 위한 다양한 용수공급 시나리오를 신속하게 분석, 평가하는데 편리한 도구로 활용할 수 있을 것이다. 개발된 시스템은 금강 유역의 하천유지유량 확보 방안 수립에 활용하고 있으며, 향후 전 수계에 적용될 수 있도록 보완할 것이다.

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문제 정의

여기서는 하천구간별로 주요 지점에서 자연, 사회환경을 고려하여 하천유지유량이 설정된 경우, 유역내에서 기존댐, 신규댐 및 하수재이용의 운영에 의해 설정된 하천유지유량을 만족하도록 용수공급계획을 수립하는데 도움을 주는 모의 시스템을 개발하고자 하였다.

제안 방법

개발된 시스템을 이용하여 일 용수 수요량을 추정하고, 기존댐 및 신규댐의 저수량 변화를 모의하여 하류 방류량과 하수 재이용수를 고려한 하천 유출량을 모의하고 유황분석을 실시하여, 목표 하천유지유량을 달성하는 용수공급계획을 수립하는 도구로의 활용 가능성을 살펴보았다. 향후 계속 보완하여 전국 수계의 활용 도구로 발전시킬 것이다.
논용수, 생활용수, 공업용수를 일별로 추정하여 각각 35%, 65%, 65%의 회귀율을 반영하고 유출 모의를 실시하여 댐 방류량을 더한 값을 하천유출량으로 보았다. 모의 유출량을 관측 유출량과 비교, 검증 후 연도 별로 유황분석을 하고 평균 갈수량을 구해 목표 하천유지유량과 비교한다.
또한 하천유지유량 평가를 위해 유역의 유출량을 모의하고 유황을 분석해야 하며, 상류에 기존 및 신규댐이 있는 경우 각종 용수를 공급하며 하류하천 방류량을 모의하는 모듈을 갖춰야 한다. 따라서 그림 3과 같이 시스템을 용수수요 추정 모듈, 일 유출 모의 및 하천 유황분석 모듈, 기존댐 저수량 변화 모의 모듈, 신규 댐 규모 모의 모듈 등으로 구성하였다. 분석 대상 하천 지점 유역의 논 용수, 생활 용수, 공업 용수의 수요량을 일별로 추정하고, 이들의 회귀수를 고려한 하천유량을 일별로 모의하여 유황을 분석하고, 상류에 기존 댐 및 저수지가 있는 경우 이의 저수량을 모의하여 하류 방류량을 고려한 하천유량을 분석하고, 하천유황이 목표 값에 미치지 못하는 경우 신규 댐 및 저수지를 계획하여 이로부터 유량을 공급받아 하천유황을 유기적으로 아주 쉽게 분석할 수 있도록 구성하였다.
논용수, 생활용수, 공업용수를 일별로 추정하여 각각 35%, 65%, 65%의 회귀율을 반영하고 유출 모의를 실시하여 댐 방류량을 더한 값을 하천유출량으로 보았다. 모의 유출량을 관측 유출량과 비교, 검증 후 연도 별로 유황분석을 하고 평균 갈수량을 구해 목표 하천유지유량과 비교한다. 여기서 목표 하천유지유량은 단순화를 위해 0.
따라서 그림 3과 같이 시스템을 용수수요 추정 모듈, 일 유출 모의 및 하천 유황분석 모듈, 기존댐 저수량 변화 모의 모듈, 신규 댐 규모 모의 모듈 등으로 구성하였다. 분석 대상 하천 지점 유역의 논 용수, 생활 용수, 공업 용수의 수요량을 일별로 추정하고, 이들의 회귀수를 고려한 하천유량을 일별로 모의하여 유황을 분석하고, 상류에 기존 댐 및 저수지가 있는 경우 이의 저수량을 모의하여 하류 방류량을 고려한 하천유량을 분석하고, 하천유황이 목표 값에 미치지 못하는 경우 신규 댐 및 저수지를 계획하여 이로부터 유량을 공급받아 하천유황을 유기적으로 아주 쉽게 분석할 수 있도록 구성하였다.
비주얼베이직 6.0을 이용하여 하나의 폼에 4개의 탭을 갖게 설계하고 각 탭에 모듈 하나씩 할당하여 필요한 모든 기능을 발휘하도록 개발하였고, 모듈별 유기성을 극대화하여 수많은 하천의 대상 유역에서 목표로 하는 하천유지유량 공급계획을 원활히 수립할 수 있도록 하였다.
시스템 운영 시나리오로 첫째, 부강 지점에서 댐방류와 하수재이용이 있는 경우 둘째, 댐방류와 하수재이용이 없는 경우 셋째, 옥천 지점에서 용담댐의 현재 운영의 경우 넷째, 옥천 지점에서 목표를 달성하기 위한 용담댐 운영의 경우로 구분하여 분석한다.

대상 데이터

금강 수계의 부강 지점과 옥천 지점 등 2개 지점을 선정하여 개발된 시스템을 적용하였다. 부강 지점의 상류에는 대청댐과 대전시가 위치하여 댐방류수와 하수재이용수가 조합돼 유출이 나타나는 지점이고, 옥천 지점은 상류에 용담댐이 위치하여 유역외의 전주권으로 용수공급하고 하류방류로 유출이 나타나는 지점이다.

성능/효과

부강, 옥천 지점 유역의 논 용수, 생활용수, 공업용수를 일별로 추정하고 회귀율을 적용하고 각각 대청댐 용담댐의 방류량을 고려하여 일별 유출 모의한 결과는 각각 그림 8, 9와 같으며 관측값과 잘 일치하여 나타났다. 부강 지점에서 대청댐 방류량과 대전의 하수재이용이 있는 경우는 그림 10과 같이 하천유지유량이 0.42mm/d/㎢로 목표값을 달성하는 것으로 나타났고, 대전 하수재이용이 없는 경우는 그림 11과 같이 0.29mm/d/㎢로 목표값 0.40에 미치지 못하는 것으로 나타났다.
부강, 옥천 지점 유역의 논 용수, 생활용수, 공업용수를 일별로 추정하고 회귀율을 적용하고 각각 대청댐 용담댐의 방류량을 고려하여 일별 유출 모의한 결과는 각각 그림 8, 9와 같으며 관측값과 잘 일치하여 나타났다. 부강 지점에서 대청댐 방류량과 대전의 하수재이용이 있는 경우는 그림 10과 같이 하천유지유량이 0.
옥천 지점에서 용담댐의 방류량을 5.4㎥/s, 전주권 용수공급량 70만㎥/d로 한 경우 유황 분석한 결과는 그림 12와 같으며 하천유지유량은 0.27mm/d/㎢에 불과하여 목표값 0.40에 미치지 못하였으며, 목표값 0.40을 달성하기 위해서는 용담댐의 하류방류량을 10㎥/s로 한 경우로 이 때 용담댐의 저수량은 그림 13과 같이 모의되는 결과를 보여주어 신규 수원확보가 필요한 것으로 나타났다.
유역에서 하천유지유량을 확보하는 방안은 빗물저류탱크, 저류지, 저수지 및 댐에 의한 지표수 이용, 지하수 이용, 그리고 하수처리수 재이용 등 다양하다. 이 중에서 저수지 및댐에 의한 지표수 이용, 하수처리수 재이용에 의한 방안이 유량 증대에 크게 기여할 수 있는 것으로 보았다. 또한 하천유지유량 평가를 위해 유역의 유출량을 모의하고 유황을 분석해야 하며, 상류에 기존 및 신규댐이 있는 경우 각종 용수를 공급하며 하류하천 방류량을 모의하는 모듈을 갖춰야 한다.

후속연구

개발된 시스템을 이용하여 일 용수 수요량을 추정하고, 기존댐 및 신규댐의 저수량 변화를 모의하여 하류 방류량과 하수 재이용수를 고려한 하천 유출량을 모의하고 유황분석을 실시하여, 목표 하천유지유량을 달성하는 용수공급계획을 수립하는 도구로의 활용 가능성을 살펴보았다. 향후 계속 보완하여 전국 수계의 활용 도구로 발전시킬 것이다.
우리의 도시하천, 농촌하천의 유량이 평갈수기에 너무 적게 흘러 심한 경우는 악취가 나기도 한다. 향후 생활수준 향상에 따라 국민의 삶의 질 제고를 위해 하천유량의 양과 질에 대한 요구가 더욱 높아질 것으로 쉽게 예상할 수 있다.

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