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문제 정의
- 본 연구의 목적은 인도네시아 Citarum 상류에 위치한 Cisangkuy 유역내 다양한 시설물의 연계 운영 효과를 분석하여, 수자원의 효율적인 활용을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- Cisangkuy 유역 내의 Pataruman 유량관측소를 선정하여 유황분석을 하였다(그림 3 참조). 과업 지역 내 수문특성 분석을 위하여 획득한 자료 중 가장 장기간의 자료를 보유한 Chinchona 관측소의 자료 중 결측치가 대체로 없는 10개년(1994년～2003년)의 일강우자료와 Pataruman 유량관측소의 11개년(2002～2012년) 유량관측 자료를 분석하였다.
- 집중호우의 발생빈도 분석은 강우자료의 한계로 인해 간접방법으로 Pataruman 유량관측지점의 유출특성을 분석하였다. Pataruman 유량관측지점에서의 관측유량이 5㎥/s, 10㎥/s, 15㎥/s를 기준으로 설정하여 초과발생 일수를 도출하였으며, 이에 대해 2년, 5년 단위로 이동평균법을 적용하여 분석하였다.
- 집중호우의 발생빈도 분석은 강우자료의 한계로 인해 간접방법으로 Pataruman 유량관측지점의 유출특성을 분석하였다. Pataruman 유량관측지점에서의 관측유량이 5㎥/s, 10㎥/s, 15㎥/s를 기준으로 설정하여 초과발생 일수를 도출하였으며, 이에 대해 2년, 5년 단위로 이동평균법을 적용하여 분석하였다. 이동평균법에 의한 분석결과, 유출량은 Chinchona 우량관측소와는 달리 증가하는 현상을 타나내고 있는데, 이는 가용 자료한계로 인한 분석기간의 차이(Chinchona 1994～2003, Pataruman 2002～2012)에 따른 것으로 판단된다.
- 본 과업지역인 Cisangkuy 강 유역의 경우 Pataruman 유량관측소가 운영중에 있으며, 그 관측기록 년 수가 12개년(2001～2012년)으로 실측 자료를 유역별 대비 비유량법으로 적용하여 자연유출량을 산정하였다. Pataruman지점의 자연유량을 산정하기 위해 Cileunca 저수지의 방류량, 관개용수를 고려하여 산정하였으며, 산정방법은 아래와 같다.
- 현재 용수체계에 대해 현재 관측된 수위를 통해 도출된 연평균 대표운영곡선과 최적화 운영곡선 적용시 검토를 수행하였으며, 검토조건으로 모의기간은 2002~2012(11년, 일자료), 기존 저류지 대표운영곡선 및 최적화 운영곡선 적용, Cikalong 취수장에서 1.9m3/s 취수조건, 발전소 3개소 월평균 발전량 운영 자료를 적용하여 최대건조시기 발생시 저수지 이수안전도 100% 달성 및 최대 에너지 생산을 위해 가능한 많은 물을 유지하는 최적화된 저장 운영곡선을 시행착오법을 통해 검토하였으며, 검토된 운영 곡선 적용 시 물수지 변화 검토하였다.
- 대체로 우기시기인 12월～2월은 저수지의 수위를 최대한 끌어올려 건기시에 방류된 물을 보충하는 시기이며, 5월 까지도 건기가 발생되는 시기에 대비하여 우기시 보충된 물을 최대한 보존하였으며, 최악의 건기시기인 9월～11월은 방류하는 시기인 것으로 검토되어 에너지 생산을 위한 최적 운영면에서는 대체로 만족한 결과를 보이는 것으로 판단되나, 하류지역의 필요관개용수 공급측면에서는 9월～12월에 부족함을 발견하였다. 이에 따라 비록 현재 운영중인 저류지의 경우 주로 하류부 수력발전소 운영을 위해 운영되기는 하나 발전뿐만 아니라 하류부 용수공급 및 관개용수 면에서도 다각적으로 활용이 가능한 최적운영곡선을 시행착오를 통해 검토하였으며 검토결과는 표 2와 같다.
- 본 연구에서는 인도네시아 Cisangkuy 유역 내에 대하여 유역 현황, 수문 분석 및 각종 수리구조물들에 대한 현황 조사 및 운영자료들을 분석하였으며, 유역 내 위치한 Cipanunjang, Cileunca 댐과 3개의 발전소(Plengan, Lamajan, Cikalong) 및 취수장의 연계운영을 분석하였다. 연계운영 분석을 위한 모형은 KModSim을 적용하였으며, 분석결과, 저수지의 운영 수위를 검토한 결과, 건기와 우기에 따라 일정한 패턴을 가지고 있는 것으로 분석되었으며, 과업지역의 현재 용수체계에 대한 모형의 적정성 검토를 수행하였다.
대상 데이터
- 과업위치도와 주요시설물 현황은 <그림 1>과 같으며, 유역특성은 <표 1>과 같다. 과업대상 지역내의 주요 시설물로는 댐 2개소(Cipanunjang, Cileunca), 인공 터널 2개소(Salruran, Cilaki Beet), 수력발전소 3개소(Plengan, Lamajan, Cikalong), 취수장 1개소(Cikalong) 및 기타 부속 수리시설물 등으로 구성되어 있다. 상류에 위치한 2개의 댐은 Cisangkuy 상류 및 인근 Cilaki 및 주변유역으로 부터 터널 2개소를 통해 유입된 유량을 저류, 하류 발전소 3개소에 용수를 공급하고 있는 발전용수 전용댐이다.
- Cisangkuy 유역 내의 Pataruman 유량관측소를 선정하여 유황분석을 하였다(그림 3 참조). 과업 지역 내 수문특성 분석을 위하여 획득한 자료 중 가장 장기간의 자료를 보유한 Chinchona 관측소의 자료 중 결측치가 대체로 없는 10개년(1994년～2003년)의 일강우자료와 Pataruman 유량관측소의 11개년(2002～2012년) 유량관측 자료를 분석하였다. 우량관측 자료를 이용하여 강우량의 증감 추세를 분석하기 위하여 이동평균법을 적용하였으며, 적용결과 강우량이 뚜렷이 증가하는 패턴을 나타내고 있다고 판단하기는 어려운 것으로 검토되었다.
- Pataruman관측소의 자료보유기간은 2001년～2012년(일자료)으로 Saluran 터널(2002년～2012년, 일자료)과 Cilaki Beet(2002년～2012년, 일자료)의 관측유량보다 1개년이 많음에 따라 비유량법 적용시 2002년～2012년(11개년, 일자료) 자료를 최종 적용하여 물수지 분석을 수행하였다. 한편, Pataruman 지점의 2002년～2012년의 관측자료(일자료)분석결과 평균갈수량(Q355)인 3.
데이터처리
- 이것은 연 최대강우 자료가 이전 연도의 강우와 상관이 없는 독립적으로 발생하고 있음을 의미한다. 연최대강우 시계열 자료의 무작위성(randomness)을 분석하기 위하여 3개의 검정(Run 검정, Turning point 검정, Anderson exact 검정)을 수행하였다. 또한 강우자료의 경향성(trend) 분석을 위해 3개의 검정(Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, Wald-Wolfowitz 검정)을 수행하였다.
- 연최대강우 시계열 자료의 무작위성(randomness)을 분석하기 위하여 3개의 검정(Run 검정, Turning point 검정, Anderson exact 검정)을 수행하였다. 또한 강우자료의 경향성(trend) 분석을 위해 3개의 검정(Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, Wald-Wolfowitz 검정)을 수행하였다. 1일, 2일, 3일 연최대강우량 및 연강우량에 대하여 무작위성 및 경향성을 분석한 결과 모든 지속시간에서 공히 무작위성과 무경향성을 갖고 있는 것으로 검토되었다.
이론/모형
- Cisangkuy 유역에 대한 현 용수체계를 분석하기 위애 소유역을 토대로 KModSim 모형의 네트워크를 그림 4와 같이 구축하였다. 유역에 대한 유출분석을 수행하기 위해 분석대상지점 상 하류에 위치한 수위표 지점 등의 실측자료를 이용하는 방법, 강우-유출모형에 의한 방법이 있는데, 현재 조사된 일 강우의 경우 자료의 신뢰성 문제로 인해 금회 물수지 분석에서는 강우-유출 모형에 의한 유출량 산정을 보류하였다.
- 유역에 대한 유출분석을 수행하기 위해 분석대상지점 상 하류에 위치한 수위표 지점 등의 실측자료를 이용하는 방법, 강우-유출모형에 의한 방법이 있는데, 현재 조사된 일 강우의 경우 자료의 신뢰성 문제로 인해 금회 물수지 분석에서는 강우-유출 모형에 의한 유출량 산정을 보류하였다. 본 과업지역인 Cisangkuy 강 유역의 경우 Pataruman 유량관측소가 운영중에 있으며, 그 관측기록 년 수가 12개년(2001～2012년)으로 실측 자료를 유역별 대비 비유량법으로 적용하여 자연유출량을 산정하였다. Pataruman지점의 자연유량을 산정하기 위해 Cileunca 저수지의 방류량, 관개용수를 고려하여 산정하였으며, 산정방법은 아래와 같다.
- 본 연구에서는 인도네시아 Cisangkuy 유역 내에 대하여 유역 현황, 수문 분석 및 각종 수리구조물들에 대한 현황 조사 및 운영자료들을 분석하였으며, 유역 내 위치한 Cipanunjang, Cileunca 댐과 3개의 발전소(Plengan, Lamajan, Cikalong) 및 취수장의 연계운영을 분석하였다. 연계운영 분석을 위한 모형은 KModSim을 적용하였으며, 분석결과, 저수지의 운영 수위를 검토한 결과, 건기와 우기에 따라 일정한 패턴을 가지고 있는 것으로 분석되었으며, 과업지역의 현재 용수체계에 대한 모형의 적정성 검토를 수행하였다. 기존 수력댐 저수지 시스템 운영효율에 대하여 검토한 결과, 현 운영체계보다 최적 운영시 수력발전소 발전용량이 증가되는 것으로 검토되었다.
성능/효과
- Cisangkuy 유역 인근에 반둥시의 Bandung 기상관측소 자료를 분석한 결과, 월평균 기온은 23.3℃, 최고기온과 최저기온의 범위는 28.8℃～19.3℃를 나타내는 것으로 조사되었고, 일조율 및 상대습도는 각각 58.1%, 78.3%인 것으로 조사되었다.
- 우량관측 자료를 이용하여 강우량의 증감 추세를 분석하기 위하여 이동평균법을 적용하였으며, 적용결과 강우량이 뚜렷이 증가하는 패턴을 나타내고 있다고 판단하기는 어려운 것으로 검토되었다. Chinchona 관측소에 대하여 1일, 2일, 3일 최대강우량과 연강우량에 대한 계열상관도를 분석한 결과, 통계학적 신뢰수준 95%범위 내에서 모든 지속기간에 대하여 상관성이 없는 것으로 분석되었다. 이것은 연 최대강우 자료가 이전 연도의 강우와 상관이 없는 독립적으로 발생하고 있음을 의미한다.
- 또한 강우자료의 경향성(trend) 분석을 위해 3개의 검정(Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, Wald-Wolfowitz 검정)을 수행하였다. 1일, 2일, 3일 연최대강우량 및 연강우량에 대하여 무작위성 및 경향성을 분석한 결과 모든 지속시간에서 공히 무작위성과 무경향성을 갖고 있는 것으로 검토되었다.
- Pataruman 관측지점의 2002～2012년 일자료의 실측치와 ModSim 모의치를 비교한 결과 결정계수 (R²)는 0.999, 모형 효율성 계수(ME)는 0.999, 평균제곱근 오차(RMSE)는 13.65㎥인 것으로 검토됨에 따라 현재 운영체계에 대한 모형의 적정성을 확인하였다.
- Pataruman관측소의 자료보유기간은 2001년～2012년(일자료)으로 Saluran 터널(2002년～2012년, 일자료)과 Cilaki Beet(2002년～2012년, 일자료)의 관측유량보다 1개년이 많음에 따라 비유량법 적용시 2002년～2012년(11개년, 일자료) 자료를 최종 적용하여 물수지 분석을 수행하였다. 한편, Pataruman 지점의 2002년～2012년의 관측자료(일자료)분석결과 평균갈수량(Q355)인 3.18㎥/s보다 작은 유출량 발생일수는 1,228일로 조사되었으며 이수 안전도는 69.4%, Q95% 유량인 3.37㎥/s보다 작은 유출량 발생일수는 1,305일로 조사되었으며 이수 안전도는 67.5%인 것으로 검토되었다(그림 5와 6 참조)
- 과업지역의 현재 용수체계를 검토하기 위해서 검토조건으로 모의기간은 2002~2012 (11년, 일자료), 기존 저류지 Targe storage 우선순위 적용, Cikalong 취수장 1.9m3/s(현장조사 결과), 기존 저류지 2개소 운영 및 발전소 3개소 운영에 따른 9개년(2004~2012년) 월평균 발전량 발전량 자료를 적용하여 용수체계에 대한 물수지 분석결과 Pataruman 관측지점의 이수안전도는 Q95% 유량 기준 66.72%이고 Pataruman 관측유량 대비 Q95% 유량 기준 (+)0.78%의 오차를 보이고 있다. Pataruman 관측지점의 2002～2012년 일자료의 실측치와 ModSim 모의치를 비교한 결과 결정계수 (R²)는 0.
- Cipanunjang, Cileunca의 운영수위를 조사한 결과 건기와 우기에 따라 일정한 패턴을 나타냈다. 대체로 우기시기인 12월～2월은 저수지의 수위를 최대한 끌어올려 건기시에 방류된 물을 보충하는 시기이며, 5월 까지도 건기가 발생되는 시기에 대비하여 우기시 보충된 물을 최대한 보존하였으며, 최악의 건기시기인 9월～11월은 방류하는 시기인 것으로 검토되어 에너지 생산을 위한 최적 운영면에서는 대체로 만족한 결과를 보이는 것으로 판단되나, 하류지역의 필요관개용수 공급측면에서는 9월～12월에 부족함을 발견하였다. 이에 따라 비록 현재 운영중인 저류지의 경우 주로 하류부 수력발전소 운영을 위해 운영되기는 하나 발전뿐만 아니라 하류부 용수공급 및 관개용수 면에서도 다각적으로 활용이 가능한 최적운영곡선을 시행착오를 통해 검토하였으며 검토결과는 표 2와 같다.
- 연계운영 분석을 위한 모형은 KModSim을 적용하였으며, 분석결과, 저수지의 운영 수위를 검토한 결과, 건기와 우기에 따라 일정한 패턴을 가지고 있는 것으로 분석되었으며, 과업지역의 현재 용수체계에 대한 모형의 적정성 검토를 수행하였다. 기존 수력댐 저수지 시스템 운영효율에 대하여 검토한 결과, 현 운영체계보다 최적 운영시 수력발전소 발전용량이 증가되는 것으로 검토되었다.
- 과업 지역 내 수문특성 분석을 위하여 획득한 자료 중 가장 장기간의 자료를 보유한 Chinchona 관측소의 자료 중 결측치가 대체로 없는 10개년(1994년～2003년)의 일강우자료와 Pataruman 유량관측소의 11개년(2002～2012년) 유량관측 자료를 분석하였다. 우량관측 자료를 이용하여 강우량의 증감 추세를 분석하기 위하여 이동평균법을 적용하였으며, 적용결과 강우량이 뚜렷이 증가하는 패턴을 나타내고 있다고 판단하기는 어려운 것으로 검토되었다. Chinchona 관측소에 대하여 1일, 2일, 3일 최대강우량과 연강우량에 대한 계열상관도를 분석한 결과, 통계학적 신뢰수준 95%범위 내에서 모든 지속기간에 대하여 상관성이 없는 것으로 분석되었다.
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