[논문]남강댐에 대한 EFDC 모델의 수리학적 적용성 검토

안기홍; 이규탁; 반양진; 손병용

[국내논문] 남강댐에 대한 EFDC 모델의 수리학적 적용성 검토
Evaluation for Hydraulic Application of EFDC model in Namgang Dam Reservoir 원문보기

안기홍 (K-water 댐.유역관리처) , 이규탁 (K-water 댐.유역관리처) , 반양진 (K-water 댐.유역관리처 수질환경팀) , 손병용 (K-water 댐.유역관리처)

강우강도의 증가와 식생대의 변화 등 기후변화로 인한 저수지내 대형탁수와 조류대발생으로 사회적 문제가 야기되고 있다. 이에 유역대책 평가와 저수지내 유체거동 및 영향평가를 위한 수단 확보가 절실한 상황이다. 본 연구에서는 국내 저수지에 대한 3차원 수리해석기술의 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 낙동강의 주요지류 중 하나인 남강에 위치한 남강댐에 대해 미 EPA의 오염총량지원도구인 EFDC 모델을 적용하였다. 저수지내 퇴사량 조사시 측정된 실측치와의 지형 재현성 검토, 실측수위와 모의결과의 비교를 그래프와 통계지표를 활용하여 실시하였고 염료 추적 모의를 통해 도달시간 등을 산정하였다.

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문제 정의

국내의 경우 2차원모형인 CE-QUAL-W2를 주로 이용하여 의사결정을 지원하고 있다. 이에 본 연구에서는 남강댐에 대해 EFDC 모델을 이용하여 향후 국내 저수지에 대한 수질관리 지원도구로서의 3차원 수리해석기술의 적용성을 검토하였다.
본 연구에서는 EFDC 모델을 이용하여 남강댐에 대한 수리학적 적용성을 검토해 보았다. 2008년 호우사상의 관측수위와 계산수위를 그래프 및 통계지표를 통해 비교·검토한 결과 높은 재현성을 보여주었으며 유속 및 염료 추적모의를 통해 수체의 흐름양상, 흐름의 도달시간과 정체구간 등을 산정할 수 있었다.

제안 방법

저수지내 지형자료의 형성은 남강댐 퇴사량 조사용역보고서(한국수자원공사, 2004)의 결과를 활용하여 수평방향 100m 간격으로 총 2745개의 Cartesian coordinate의 격자망을 구성하였다. 모의 기간은 2008년 6월 25일부터 7월 5일까지이고, 한국수자원공사 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 남강댐 운영자료를 바탕으로 남강댐의 유입·유출량을 산정하였다.
남강댐의 유입유량은 유입·유출의 물수지와 남강댐의 전체 유역 면적에 대한 유입지류의 유역면적 비율을 고려하여 산정되었다.
2008년 6월～7월 호우사상을 대상으로 실제 관측 유입량에 대한 모형의 수리학적 재현성을 검토하였다. 수치모의시 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)조건을 만족하도록 계산 단위시간은 1초로 하였고 댐 내 조도계수는 0.
모의 기간은 2008년 6월 25일부터 7월 5일까지이고, 한국수자원공사 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 남강댐 운영자료를 바탕으로 남강댐의 유입·유출량을 산정하였다.

데이터처리

연구모형의 지형 재현성은 AME, RMSE 및 결정계수 등의 통계지표를 이용하여 그 신뢰도를 평가하였다. AME와 RMSE는 2.

성능/효과

AME와 RMSE는 2.389×106㎥, 3.683×106㎥, 그리고 결정계수는 0.999로 나타났고 이는 총 저수용량 대비 약 1%의 오차에 해당하는 것으로 매우 높은 지형 재현성을 나타내었다.
07m로 나타났다. 그리고 AME와 RMSE는 각각 0.065m, 0.088m이고, 결정계수는 0.99로서 매우 높은 수위재현성을 보였다.
그림 6은 염료를 이용하여 유입량이 증가할 시기의 수체의 흐름을 추적해 본 결과이다. 모의 시작 약 3.8일인 6월 28일에 1시간 동안 염료를 주입하여 수체의 흐름을 추적해 본 결과 남강의 경우 3일만에 댐축에 도달하였으며 덕천강으로 유입되는 수체는 남강의 흐름에 의해 정체가 이루어짐을 알 수 있었다. 염료 추적자 모의결과는 염료의 농도와 유입시기에 따라 다소 차이가 발생할 수는 있으나 유속 계산결과를 고려해 볼 때 전반적인 염료 이동경로는 물리적인 타당성을 지닌 것으로 판단된다.

후속연구

2008년 호우사상의 관측수위와 계산수위를 그래프 및 통계지표를 통해 비교·검토한 결과 높은 재현성을 보여주었으며 유속 및 염료 추적모의를 통해 수체의 흐름양상, 흐름의 도달시간과 정체구간 등을 산정할 수 있었다. 현재 정교한 3차원 수리모형을 이용한 수질예측시스템 구축이 절실한 상황을 고려할 때 본 연구에서 도출된 결과는 중요한 사전자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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