본 연구에서는 네트워크 물수지 모형인 MODSIM을 이용하여 36개년(1967-2002) 동안의 물수지 분석을 수행하여 농업용수 공급능력을 평가하였다. 금강권역을 21개의 중권역으로 분할하고 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)을 고려한 물수지 네트워크를 구성하였다(Fig.1). 농업용 수리시설의 공급량 및 운영 자료도 추가로 고려하였다. 물수지 분석 결과, 과거 가뭄발생 기간에 농업용수 부족량이 다른 기간에 비해 많이 발생함을 확인할 수 있었으며, 대표적인 가뭄 년인 1994, 1995, 2001년의 부족량은 745.8$(10^6m^3)$, 661.1$(10^6m^3)$, 696.8$(10^6m^3)$로 분석되었다. 또한 36개년 동안의 소유역 평균 용수공급능력은 생 공용수의 경우 99.1%, 농업용수의 경우 84.4%로 비교적 낮은 공급능력을 보였으며, 1994, 1995, 2001년의 농업용수 공급능력은 74.8%, 79.2%, 77.9%로 소유역 평균보다 낮은 수준으로 분석되었다. 농업용 수리시설물의 기여도 평가를 수행한 결과 양수장과 보의 기여율은 32.5%, 집수암거와 관정의 기여율은 4.0%로 분석되었으며, 집수암거와 관정은 양수장과 보에 비해서 상당히 적은 기여율을 갖지만 농업가뭄 해소에 어느 정도 도움을 주는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 네트워크 물수지 모형인 MODSIM을 이용하여 36개년(1967-2002) 동안의 물수지 분석을 수행하여 농업용수 공급능력을 평가하였다. 금강권역을 21개의 중권역으로 분할하고 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)을 고려한 물수지 네트워크를 구성하였다(Fig.1). 농업용 수리시설의 공급량 및 운영 자료도 추가로 고려하였다. 물수지 분석 결과, 과거 가뭄발생 기간에 농업용수 부족량이 다른 기간에 비해 많이 발생함을 확인할 수 있었으며, 대표적인 가뭄 년인 1994, 1995, 2001년의 부족량은 745.8$(10^6m^3)$, 661.1$(10^6m^3)$, 696.8$(10^6m^3)$로 분석되었다. 또한 36개년 동안의 소유역 평균 용수공급능력은 생 공용수의 경우 99.1%, 농업용수의 경우 84.4%로 비교적 낮은 공급능력을 보였으며, 1994, 1995, 2001년의 농업용수 공급능력은 74.8%, 79.2%, 77.9%로 소유역 평균보다 낮은 수준으로 분석되었다. 농업용 수리시설물의 기여도 평가를 수행한 결과 양수장과 보의 기여율은 32.5%, 집수암거와 관정의 기여율은 4.0%로 분석되었으며, 집수암거와 관정은 양수장과 보에 비해서 상당히 적은 기여율을 갖지만 농업가뭄 해소에 어느 정도 도움을 주는 것으로 분석되었다.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 MODSIM 모형을 이용하여 농업용수 공급능력을 평가하고자 농업용 수리시설을 고려하여 물수지 네트워크를 구성하고, 물수지 분석을 수행하였다. 또한 농업용 수리시설물의 고려 유·무에 따른 농업용수 공급능력과 기여도를 평가하였다.
본 연구에서는 가뭄 시 권역별 용수공급 안전도를 평가하기 위해서 MODSIM 네트워크 모형을 이용하여 농업용 수리시설을 고려한 네트워크를 구성하고, 농업용수 공급측면에서의 물수지 분석체계를 구축하여 다양한 시나리오에 따른 농업용수 공급능력을 평가하였다.
본 연구에서는 농업용 수리시설의 운영여부에 따라 소유역별 농업용수 공급의 안전도를 평가하기 위하여 3가지 경우로 나누어 비교분석하였다. 가뭄년인 1994, 1995, 2001년에 대하여 첫 번째로 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)을 모두 운영하는 조건(RPDCW), 두 번째로 저수지, 펌프, 보만 운영하는 조건(RPD)에서 첫 번째 경우와 비교하여 집수암거와 관정(지하수)의 공급능력을 평가하였다.
또한 하천유지유량, 회귀율, 광역 물 이동량, 공급 우선순위, 댐 운영자료 등이 필요하다. 본 연구의 목적은 농업용수 공급능력을 평가하는 것으로 다목적 댐 운영자료 외에 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정 등)을 추가로 고려하여 이들 공급량 및 운영자료 등을 입력 자료로 추가하였다.
가설 설정
2. 농업용 수리시설을 고려한 물수지 네트워크를 구성은 지류와 본류를 구분하고, 금강권역 내 농업용 수리시설 각각에 대해서 소유역별 하나의 큰 시설물로 가정하여 구성하였다.
금강유역 내 농업용 저수지는 2611개소, 양수장은 1337개소, 보는 2883개소, 집수암거는 593개소, 관정은 3120개소로 이들 농업용 수리시설물을 모두 고려하는 것은 무리가 있다. 따라서 해당 소유역별로 속해있는 모든 수리시설물의 각각의 저수용량, 양수량, 취수량, 채수량 등을 합산하여 소유역 하나당 하나의 수리시설물로 가정하였다. 양수장, 보의 공급량 자료는 하루 10시간 1년에 120일(5월~8월) 동안 가동하는 것으로 가정하였으며, 집수암거, 관정은 자료는 1년에 270일(2월~10월) 동안 가동하는 것으로 가정하여 이들 년 자료를 월 자료로 변환하였다.
따라서 해당 소유역별로 속해있는 모든 수리시설물의 각각의 저수용량, 양수량, 취수량, 채수량 등을 합산하여 소유역 하나당 하나의 수리시설물로 가정하였다. 양수장, 보의 공급량 자료는 하루 10시간 1년에 120일(5월~8월) 동안 가동하는 것으로 가정하였으며, 집수암거, 관정은 자료는 1년에 270일(2월~10월) 동안 가동하는 것으로 가정하여 이들 년 자료를 월 자료로 변환하였다.
제안 방법
MODSIM 네트워크 모델링을 위한 입력자료 구축을 위해 금강권역을 21개의 중권역 단위로 분할하여 물수지 분석을 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 농업용 수리시설의 운영여부에 따라 소유역별 농업용수 공급의 안전도를 평가하기 위하여 3가지 경우로 나누어 비교분석하였다. 가뭄년인 1994, 1995, 2001년에 대하여 첫 번째로 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)을 모두 운영하는 조건(RPDCW), 두 번째로 저수지, 펌프, 보만 운영하는 조건(RPD)에서 첫 번째 경우와 비교하여 집수암거와 관정(지하수)의 공급능력을 평가하였다. 세 번째로 농업용 저수지만을 운영하는 조건(R)에서 저수지의 공급능력을 파악하고 두 번째 경우와 비교하여 양수장과 보의 공급능력을 평가하였다.
기본적으로 요구되는 자료로 유출량 자료는 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)에서 강우-유출 모형인 탱크모형을 이용하여 중권역 단위로 산정한 자연유출량자료(1967-2002)를 월평균하여 소유역별로 준비하였다. 단 소유역별로 자체 물 공급원인 농업용 저수지를 고려하기 위해 전체 소유역 유출량에서 농업용 저수지유역의 유출량을 농업용 저수지유역 비율을 계산하여 분리하였다(Fig. 2). 평균 면적비율은 소유역 유출량이 73%, 농업용 저수지유역 유출량이 27%로 산정되었다.
대표적인 가뭄년인 1994, 1995, 2001년을 선정하여 물수지 분석결과에 대한 용수공급 안전도를 평가해 보았다. Table 1에는 농업용수 수요량, 공급량, 공급능력, 부족량, 부족비율에 대해 소유역별로 정리하였다.
또한 생·공용수, 농업용수, 하천유지유량의 순으로 우선 공급하고 광역상수도에 의한 물 이동은 우선순위를 가장 높게 부여하였다. 댐의 목표저수량 유지보다 농업용 저수지의 용수 수요 공급의 우선순위를 높게 하여 자체공급원에서 먼저 수요 공급이 이루어지도록 하였다. 용담댐과 대청댐은 수자원의 최적화 연구(Ⅲ)(건설교통부, 1999)의 연구를 토대로 저수량의 회복능력이 큰 댐을 우선 공급하였다.
또한 농업용 수리시설물의 고려 유·무에 따른 농업용수 공급능력과 기여도를 평가하였다.
농업용수 수요량 노드 (3001_agr)에 농업용수를 공급하는 다른 수리시설물로 양수장 노드 (3001_agr_p)와 보 노드 (3001_agr_d)는 농업용 저수지 유입량이 하천수로 흘러들어가는 것을 다시 역으로 끌어들여 공급하도록 하였고, 집수암거 노드(3001_agr_c)와 관정 노드(3001_agr_w)는 지하수의 물을 이용하는 것이기 때문에 따로 노드를 연결해주었다. 만약 해당유역에 소유역간 물이동이 있을 경우 추가노드를 통하여 유역간 물이동이 이루어지도록 하였다.
2002)간의 시계열 자연유출량과 기준년도(2006)의 용수수요량을 기준으로 월별 모의를 수행하여 물 부족량을 산정하였다. 물수지 분석결과는 용수공급 안전도를 평가하기 위해 연도별, 소유역별로 수요량, 공급량, 부족량, 수요량에 대한 부족량의 비율에 대하여 평가하였다. 부족량이 600(106m³)이상 발생한 연도는 1988, 1982, 1973, 1994, 1977, 2001, 1992, 1995, 1976, 1968, 1996년 순으로 나타났으며 최대 부족량이 발생한 년도는 1988년으로 부족량이 893.
물수지 분석은 36년(1967~2002)간의 시계열 자연유출량과 기준년도(2006)의 용수수요량을 기준으로 월별 모의를 수행하여 물 부족량을 산정하였다. 물수지 분석결과는 용수공급 안전도를 평가하기 위해 연도별, 소유역별로 수요량, 공급량, 부족량, 수요량에 대한 부족량의 비율에 대하여 평가하였다.
가뭄년인 1994, 1995, 2001년에 대하여 첫 번째로 농업용 수리시설(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)을 모두 운영하는 조건(RPDCW), 두 번째로 저수지, 펌프, 보만 운영하는 조건(RPD)에서 첫 번째 경우와 비교하여 집수암거와 관정(지하수)의 공급능력을 평가하였다. 세 번째로 농업용 저수지만을 운영하는 조건(R)에서 저수지의 공급능력을 파악하고 두 번째 경우와 비교하여 양수장과 보의 공급능력을 평가하였다. 1994, 1995, 2001년 총 부족량이 RPDCW(저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)의 경우 각각 611.
댐의 목표저수량 유지보다 농업용 저수지의 용수 수요 공급의 우선순위를 높게 하여 자체공급원에서 먼저 수요 공급이 이루어지도록 하였다. 용담댐과 대청댐은 수자원의 최적화 연구(Ⅲ)(건설교통부, 1999)의 연구를 토대로 저수량의 회복능력이 큰 댐을 우선 공급하였다. 댐 운영에 필요한 자료는 최대 저수용량, 최소 저수용량, 저수지 운영 초기수위의 저수용량, 목표저수량(Target Storage) 등이 있으며 댐 설계 및 관리 자료인 다목적댐 운영 실무 편람(한국수자원공사, 1998)을 이용하였다.
용수 수요량은 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)의 2006년 기준수요량 자료를 이용하였고 목적별로 생·공용수, 농업용수, 하천유지유량으로 구분하여 적용하였다(Fig. 3).
이후 각 농업용 수리시설이 가뭄 완화에 미치는 영향을 평가하고자 기여량과 기여도를 분석하였다. 그 결과 1994년에 PD(양수장과 보)의 공급 기여도는 33.
대상 데이터
1. MODSIM 네트워크 모델링을 위해 금강권역을 21개의 중권역으로 분할하고, 입력 자료로는 유출량, 용수 수요량 및 용수공급시설에 의한 공급량, 하천유지유량, 광역 물 이동량, 공급 우선순위, 댐 운영자료 등을 준비하였다.
기본적으로 요구되는 자료로 유출량 자료는 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)에서 강우-유출 모형인 탱크모형을 이용하여 중권역 단위로 산정한 자연유출량자료(1967-2002)를 월평균하여 소유역별로 준비하였다. 단 소유역별로 자체 물 공급원인 농업용 저수지를 고려하기 위해 전체 소유역 유출량에서 농업용 저수지유역의 유출량을 농업용 저수지유역 비율을 계산하여 분리하였다(Fig.
농업용 수리시설은 저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정 등을 고려하였다. 농업용 저수지 운영 자료는 한국농촌공사의 농업기반시설관리시스템(RIMS)의 자료와 금강유역조사 보고서(건설교통부, 2006)를 이용하였고 나머지 양수장, 보, 집수암거, 관정 등의 자료는 금강유역조사 보고서(건설교통부, 2006)의 자료를 이용하였다. 금강유역 내 농업용 저수지는 2611개소, 양수장은 1337개소, 보는 2883개소, 집수암거는 593개소, 관정은 3120개소로 이들 농업용 수리시설물을 모두 고려하는 것은 무리가 있다.
용담댐과 대청댐은 수자원의 최적화 연구(Ⅲ)(건설교통부, 1999)의 연구를 토대로 저수량의 회복능력이 큰 댐을 우선 공급하였다. 댐 운영에 필요한 자료는 최대 저수용량, 최소 저수용량, 저수지 운영 초기수위의 저수용량, 목표저수량(Target Storage) 등이 있으며 댐 설계 및 관리 자료인 다목적댐 운영 실무 편람(한국수자원공사, 1998)을 이용하였다.
전체 수요량 중 생·공용수는 26%, 농업용수는 74%이며, 전체 수요량의 5~9월의 농업용수가 대부분을 차지한다. 하천 유지유량과 광역 물 이동량은 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)의 자료를 적용하였다.
이론/모형
MODSIM은 미국 텍사스의 수자원 개발부(1972)가 개발했던 네트워크 모형인 SIMYLD를 미 콜로라도 주립대학교 Labadie교수가 수정하여 개발한 모형이다. 이모형은 일반화된 하천유역 네트워크 모형(river basin network model)으로 네트워크 최적화기법인 Lagrangian relaxation알고리즘을 사용하여 실수계산 보다는 효율이 매우 좋은 정수계산 방식을 선형네트워크의 해법으로 적용하였으며, 매트릭스 계산은 개량된 simplex method를 확장한 표준선형프로그램을 사용하여 정수계산방식이 필요한 정도의 정확도를 갖는 해를 계산할 수 있도록 하였다. 하천유역 관리에 있어서 물리적 수문학적, 제도적인 측면에서 물이 배분될 수 있고, 유역 수자원관리 시실의 전체적인 배치 및 운영조건을 다양하게 반영할 수 있도록 구축되어 있다.
성능/효과
3. 모형의 불수지 분석 결과 1967년부터 2002년까지의 농업용수 부족은 1988, 1982, 1973, 1994, 1977, 2001, 1992, 1995, 1976, 1968, 1996년 순으로 나타났으며 1988년에 부족량이 893.5(106 m³), 부족비율이 25.5%로 최대 부족량이 발생하였다.
4. 농업용 수리시설물 고려 유·무에 따른 기여도를 평가한 결과 양수장과 보의 기여율은 32.5%, 집수암거와 관정의 기여율은 4.0%로 분석되었으며, 양수장과 보에 비해서는 적은 공급량이지만 집수암거와 관정도 농업가뭄 해소에 어느 정도 영향을 주는 것으로 분석되었다.
이후 각 농업용 수리시설이 가뭄 완화에 미치는 영향을 평가하고자 기여량과 기여도를 분석하였다. 그 결과 1994년에 PD(양수장과 보)의 공급 기여도는 33.6%이며 CW(집수암거와 관정)의 공급 기여도는 4.3%로 나타났고 1995년에는 PD(양수장과 보)의 공급 기여도는 29.3%이며 CW(집수암거와 관정)의 공급 기여도는 3.3%로 나타났다. 2001년에는 PD(양수장과 보)의 공급 기여도는 34.
또한 생·공용수, 농업용수, 하천유지유량의 순으로 우선 공급하고 광역상수도에 의한 물 이동은 우선순위를 가장 높게 부여하였다.
8(106m³)로 분석되었다. 저수지, 양수장, 보를 고려한 경우(RPD)와 저수지만을 고려한 경우(R)를 비교했을 때 부족량이 가장 크게 차이가나는 것으로 분석되어 양수장(P)과 보(D)의 역할이 크다는 것을 알 수 있었다. Fig.
최대 부족량이 발생한 소유역은 1994, 1995, 2001년 모두 동일하게 금강공주(3012)로 부족량이 각각 116.6, 86.2, 125.5(106m³)로 분석되었다.
2). 평균 면적비율은 소유역 유출량이 73%, 농업용 저수지유역 유출량이 27%로 산정되었다. 용수 수요량은 수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)의 2006년 기준수요량 자료를 이용하였고 목적별로 생·공용수, 농업용수, 하천유지유량으로 구분하여 적용하였다(Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MODSIM는 무엇을 제공하는가?
MODSIM은 유역시스템의 물리적 특성을 모형에 유사하게 재현하기 쉽도록 유역도의 입력기능을 제공하며, 노드(저류노드, 비저류노드, 수요노드, 통과노드)와 링크 혹은 아크를 제공한다. 비록 노드와 링크만으로 유역의 물리적, 수문학적 특성들을 똑같이 재현할 수는 없지만, 사용자는 수자원운영을 모형화하기 위하여 이들을 가상적 혹은 개념적으로 요소로 상징화 하여 사용할 수 있다.
농업용 수리시설로는 어떤 것들이 있는가?
MODSIM 네트워크 모델링을 위해 금강권역을 21개의 중권역으로 분할하고, 입력 자료로는 유출량, 용수 수요량 및 용수공급시설에 의한 공급량, 하천유지유량, 광역 물 이동량, 공급 우선순위, 댐 운영자료 등을 준비하였다. 또한 농업용 수리시설 (저수지, 양수장, 보, 집수암거, 관정)의 공급량 및 운영 자료를 추가로 고려하였다.
MODSIM의 특징은?
MODSIM은 미국 텍사스의 수자원 개발부(1972)가 개발했던 네트워크 모형인 SIMYLD를 미 콜로라도 주립대학교 Labadie교수가 수정하여 개발한 모형이다. 이모형은 일반화된 하천유역 네트워크 모형(river basin network model)으로 네트워크 최적화기법인 Lagrangian relaxation알고리즘을 사용하여 실수계산 보다는 효율이 매우 좋은 정수계산 방식을 선형네트워크의 해법으로 적용하였으며, 매트릭스 계산은 개량된 simplex method를 확장한 표준선형프로그램을 사용하여 정수계산방식이 필요한 정도의 정확도를 갖는 해를 계산할 수 있도록 하였다. 하천유역 관리에 있어서 물리적 수문학적, 제도적인 측면에서 물이 배분될 수 있고, 유역 수자원관리 시실의 전체적인 배치 및 운영조건을 다양하게 반영할 수 있도록 구축되어 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.