초록

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우리나라에서 장기지속가뭄의 사례는 문헌을 통하여 쉽게 찾아볼 수 있는데 "증보문헌비고"에 따르면 조선시대에는 100건 이상의 가뭄이 발생하였는데 평균 5년에 한번정도 발생한 것으로 나타났다. 이중 2년연속 가뭄이 15회, 3년연속가뭄이 4회, 4년연속가뭄이 1회 및 6년연속가뭄이 2회 기록되어 있다. 그러나 역사적 고증이 어려워 실제 가뭄사례는 더 심했을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 장기지속가뭄에 대한 평가를 통하여 안정적 용수공급의 수준을 평가하고 용수공급부족 심도를 추정하기 위하여 한강수계를 대상으로 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하여 용수공급에 기여하고 있는 저수지 시스템에 적용하였다. 이중 장기지속가뭄수문시나리오는 한강수계를 팔당댐 상류에 대해 5개 소유역으로 구분하여 1,000년의 월 유량자료를 모의하여 30, 60, 90개월의 지속기간에 대해 50, 100 및 200년빈도에 대하여 개발하였다. 개발된 장기지속가뭄 수문시나리오에 대한 수자원평가는 화천, 소양, 충주, 충주조정지 및 팔당댐을 소유역과 수자원 시설물 구성요소로 하는 시스템을 만들어 팔당댐 기준 2011, 2016 및 2020년의 용수수요에 대하여 평가하였다. 평가모형은 동적 계획기법을 이용하였으며, 월 단위 운영을 실시하였다. 평가결과는 지속기간이 짧을수록 재현빈도가 길수록 용수공급측면에서 가뭄강도가 심한 것으로 나타났다.

우리나라에서 장기지속가뭄의 사례는 문헌을 통하여 쉽게 찾아볼 수 있는데 "증보문헌비고"에 따르면 조선시대에는 100건 이상의 가뭄이 발생하였는데 평균 5년에 한번정도 발생한 것으로 나타났다. 이중 2년연속 가뭄이 15회, 3년연속가뭄이 4회, 4년연속가뭄이 1회 및 6년연속가뭄이 2회 기록되어 있다. 그러나 역사적 고증이 어려워 실제 가뭄사례는 더 심했을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 장기지속가뭄에 대한 평가를 통하여 안정적 용수공급의 수준을 평가하고 용수공급부족 심도를 추정하기 위하여 한강수계를 대상으로 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하여 용수공급에 기여하고 있는 저수지 시스템에 적용하였다. 이중 장기지속가뭄수문시나리오는 한강수계를 팔당댐 상류에 대해 5개 소유역으로 구분하여 1,000년의 월 유량자료를 모의하여 30, 60, 90개월의 지속기간에 대해 50, 100 및 200년빈도에 대하여 개발하였다. 개발된 장기지속가뭄 수문시나리오에 대한 수자원평가는 화천, 소양, 충주, 충주조정지 및 팔당댐을 소유역과 수자원 시설물 구성요소로 하는 시스템을 만들어 팔당댐 기준 2011, 2016 및 2020년의 용수수요에 대하여 평가하였다. 평가모형은 동적 계획기법을 이용하였으며, 월 단위 운영을 실시하였다. 평가결과는 지속기간이 짧을수록 재현빈도가 길수록 용수공급측면에서 가뭄강도가 심한 것으로 나타났다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구에서는 장기지속가뭄에 대한 평가를 통하여 안정적 용수공급의 수준을 평가하고 용수공급부족 심도를 추정하기 위하여 한강수계를 대상으로 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하고 저수지 시스템에 적용하였다. 이중 장기지속가뭄 수문시나리오는 한강수계를 팔당댐 상류에 대해 5개 소유역으로 구분하여 1,000년의 월 유량자료를 모의하여 30, 60, 90개월의 지속기간에 대해 50, 100 및 200년빈도에 대해 개발하였다.
• 본 연구는 장기가뭄수문시나리오에 근거한 한강수계 다목적 댐의 용수공급능력을 평가하였다. 분석결과는 가뭄기간이 장기화됨에 따라 용수공급 부족량이 감소하고 있는데 이는 댐의 저류능력과 Carryover효과에 따른 것이다.
• 이들 댐에서 저류된 후 방류된 유량은 팔당댐에 모여서 수도권의 각처로 공급된다. 본 연구에서는 이와 같은 특징을 고려하여 한강유역의 장기가뭄에 대한 수자원 공급체계를 평가하기 위하여 Fig 2와 같이 수자원시설물을 기준으로 상류의 충주댐, 소양강댐 그리고 화천댐 등 3개 대규모 댐과 충주댐 하류의 조절지댐(달천유입), 그리고 이들 하류 유역인 팔당댐 유역 등 5개 소유역으로 구분하였다. 장기 가뭄 수문시나리오 개발에 필요한 과거 수문자료 역시 이들 5개 소유역을 대상으로 월 유량자료로 정리하였다.

가설 설정

• 는 팔당지점을 기준으로 한강수계에서 방류량으로 간주되는 인자의 총합을 의미한다. 단, 팔당댐 내에 저류는 발생하지 않으며 유입량은 모두 방류된다고 가정한다. 한편, (flow)_p와 (outflow)_p는 다시 다음과 같이 정의 할 수 있다.

제안 방법

• 한강 수계 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하기 위해 과거 수문기록자료의 통계적 특성을 이용하는 추계학적 수문시계열 모형을 적용하여 합성 수문계열을 모의하는 것으로 다음과 같은 절차를 적용하였으며, 이를 도식화하면 Fig 1과 같다. 우선 한강수계를 대상으로 화천댐, 소양강댐, 충주댐, 중주조절지댐 및 팔당댐을 하류지점으로 하는 5개 소유역에 대한 과거 월 유량자료를 조사한다.
• 구성한 시스템을 평가하기 위한 목적함수는 팔당댐에서의 용수부족을 최소화하는 목적함수를 사용하였고, 화천댐, 소양강댐, 충주댐의 초기해(initial trajectory)는 과거 운영실적을 참고하여 월별 평균값으로 설정하였다. 이와 같은 설정을 통하여 한강유역의 장기 가뭄 시나리오에 의해 용수 부족량을 계산하였다. 지속기간별 빈도에 따른 결과를 Table 1에 나타내었다.
• 본 연구에서는 장기지속가뭄에 대한 평가를 통하여 안정적 용수공급의 수준을 평가하고 용수공급부족 심도를 추정하기 위하여 한강수계를 대상으로 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하고 저수지 시스템에 적용하였다. 이중 장기지속가뭄 수문시나리오는 한강수계를 팔당댐 상류에 대해 5개 소유역으로 구분하여 1,000년의 월 유량자료를 모의하여 30, 60, 90개월의 지속기간에 대해 50, 100 및 200년빈도에 대해 개발하였다. 장기지속가뭄 수문시나리오에 대한 수자원평가는 화천, 소양, 충주, 충주조정지 및 팔당댐을 시스템으로 구성하여 팔당댐 기준 2011, 2016 및 2020년의 용수수요에 대하여 평가하였다.
• 이중 장기지속가뭄 수문시나리오는 한강수계를 팔당댐 상류에 대해 5개 소유역으로 구분하여 1,000년의 월 유량자료를 모의하여 30, 60, 90개월의 지속기간에 대해 50, 100 및 200년빈도에 대해 개발하였다. 장기지속가뭄 수문시나리오에 대한 수자원평가는 화천, 소양, 충주, 충주조정지 및 팔당댐을 시스템으로 구성하여 팔당댐 기준 2011, 2016 및 2020년의 용수수요에 대하여 평가하였다. 평가모형은 동적계획기법을 이용하였으며, 월단위 운영을 실시하였다.
• 다음으로 5개 소유역의 월 유량자료를 이용하여 추계학적 수문모형을 이용하여 5개 소유역에 대한 월 단위 합성유량을 모의하며, 모의된 월 기간 합성유량을 대상으로 팔당댐 기준(소유역 유량을 모두 합한 값) 전체 유량을 대상으로 지속기간별, 빈도별 가뭄빈도를 해석한다. 마지막으로 과거 유량자료 계열의 지속기간별, 빈도별 가뭄유량과 합성유량의 지속기간별, 빈도별 가뭄유량을 비교하여 합치여부를 판단한 후 지속기간별, 빈도별 수문시나리오를 합성유량계열에서 선택한다.
• 다음으로 5개 소유역의 월 유량자료를 이용하여 추계학적 수문모형을 이용하여 5개 소유역에 대한 월 단위 합성유량을 모의하며, 모의된 월 기간 합성유량을 대상으로 팔당댐 기준(소유역 유량을 모두 합한 값) 전체 유량을 대상으로 지속기간별, 빈도별 가뭄빈도를 해석한다. 마지막으로 과거 유량자료 계열의 지속기간별, 빈도별 가뭄유량과 합성유량의 지속기간별, 빈도별 가뭄유량을 비교하여 합치여부를 판단한 후 지속기간별, 빈도별 수문시나리오를 합성유량계열에서 선택한다.
• 평가모형은 동적계획기법을 이용하였으며, 월단위 운영을 실시하였다. 구성한 시스템을 평가하기 위한 목적함수는 팔당댐에서의 용수부족을 최소화하는 목적함수를 사용하였고, 화천댐, 소양강댐, 충주댐의 초기해(initial trajectory)는 과거 운영실적을 참고하여 월별 평균값으로 설정하였다. 이와 같은 설정을 통하여 한강유역의 장기 가뭄 시나리오에 의해 용수 부족량을 계산하였다.

대상 데이터

• 한강 수계 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하기 위해 과거 수문기록자료의 통계적 특성을 이용하는 추계학적 수문시계열 모형을 적용하여 합성 수문계열을 모의하는 것으로 다음과 같은 절차를 적용하였으며, 이를 도식화하면 Fig 1과 같다. 우선 한강수계를 대상으로 화천댐, 소양강댐, 충주댐, 중주조절지댐 및 팔당댐을 하류지점으로 하는 5개 소유역에 대한 과거 월 유량자료를 조사한다. 이어 조사된 5개 소유역 월 유량자료에 대한 통계분석을 실시하고, 팔당댐 기준(소유역 유량을 모두 합한 값)의 전유역의 월 유량자료를 대상으로 지속기간별, 빈도별 유량을 가뭄분포모형을 이용하여 추정한다.

데이터처리

• 우선 한강수계를 대상으로 화천댐, 소양강댐, 충주댐, 중주조절지댐 및 팔당댐을 하류지점으로 하는 5개 소유역에 대한 과거 월 유량자료를 조사한다. 이어 조사된 5개 소유역 월 유량자료에 대한 통계분석을 실시하고, 팔당댐 기준(소유역 유량을 모두 합한 값)의 전유역의 월 유량자료를 대상으로 지속기간별, 빈도별 유량을 가뭄분포모형을 이용하여 추정한다.

이론/모형

• 장기지속가뭄 수문시나리오에 대한 수자원평가는 화천, 소양, 충주, 충주조정지 및 팔당댐을 시스템으로 구성하여 팔당댐 기준 2011, 2016 및 2020년의 용수수요에 대하여 평가하였다. 평가모형은 동적계획기법을 이용하였으며, 월단위 운영을 실시하였다. 평가결과는 지속기간이 짧을수록 재현빈도가 길수록 용수공급측면에서 가뭄강도가 심한 것으로 나타났다.
• 한편 충주 및 소양강댐 연계운영을 평가하기 위한 모형은 DP를 이용하였으며, 목적함수와 과련 제약조건은 다음과 같다.

성능/효과

• 평가모형은 동적계획기법을 이용하였으며, 월단위 운영을 실시하였다. 평가결과는 지속기간이 짧을수록 재현빈도가 길수록 용수공급측면에서 가뭄강도가 심한 것으로 나타났다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
관측 유량자료 계열이 짧은 경우를 대상으로 장기지속가뭄의 영향을 평가	관측 유량자료 계열이 짧은 경우를 대상으로 장기지속가뭄의 영향을 평가하기 위해서는 무엇이 효과적인가?	관측 유량자료 계열이 짧은 경우를 대상으로 장기지속가뭄의 영향을 평가하기 위해서는 가뭄수문시나리오의 개발이 효과적이다. 특히 재현기간 100년 이상의 빈도해석을 위해서는 상당기간의 자료가 축척되어 있어야 하며 자료 취득기간에 걸쳐 인위적 영향을 거의 받지 않아야 한다.
우리나라에서 장기지속가뭄의 사례	우리나라에서 장기지속가뭄의 사례 중, 조선시대의 사례는 어떠한가?	우리나라에서 장기지속가뭄의 사례는 문헌을 통하여 쉽게 찾아볼 수 있는데 "증보문헌비고"에 따르면 조선시대에는 100건 이상의 가뭄이 발생하였는데 평균 5년에 한번정도 발생한 것으로 나타났다. 이중 2년연속 가뭄이 15회, 3년연속가뭄이 4회, 4년연속가뭄이 1회 및 6년연속가뭄이 2회 기록되어 있다. 그러나 역사적 고증이 어려워 실제 가뭄사례는 더 심했을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 장기지속가뭄에 대한 평가를 통하여 안정적 용수공급의 수준을 평가하고 용수공급부족 심도를 추정하기 위하여 한강수계를 대상으로 장기지속가뭄 수문시나리오를 개발하여 용수공급에 기여하고 있는 저수지 시스템에 적용하였다.
합성유량자료 계열을 이용하는 것	합성유량자료 계열을 이용하는 것은 어떻게 하는 것인가?	이를 극복하기 위한 방법중 하나는 합성유량자료 계열을 이용하는 것이다 (Yevjevich, 1975). 즉 과거 관측 자료의 추계학적 특성에 의거하여 수문시나리오를 개발하는 것으로, 방법론은 추계학적 시계열 모형을 이용하여 분석에 필요한 다양한 수문사상이 포함될 수 있도록 희망하는 수문계열을 인위적으로 생성하는 것이다. 실제, Tarboten (1995)은 이와 같은 개념을 이용하여 미국 주요 하천의 장기 가뭄에 따른 수자원 평가를 위하여 연 단위의 합성유량을 만들어 적용한 예가 있다.

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