1) 한강유황 분석 방법
현행 허가기준유량은 기준갈수량에서 하천유지유량을 제외한 양이다. 기준갈수량을 하천 수 배분 총량으로 설정함에 따라 하천의 유황이 최악인 시기를 고려하여 하천수를 배분한 다는 의미로 해석할 수 있다. 이와 같은 방식은 하천수의 사용·취수(이수)보다는 가뭄의 방지 즉, 재해 예방을 위한 기준에 해당한다.
더욱이 기준갈수량을 활용함으로 인해 하천수 허가량이 과소해지고 여기에 하천유지유량
을 제외하게 되면 하천수를 사용·취수하지 않음에도 허가기준유량이 없다고 평가되어지므
2) 한강유황 산정
(1) 팔당댐 하류 유황 및 서울시 취수 현황
① 팔당댐 운영
서울시는 팔당댐 하류에서부터 잠실수중보 사이의 4개 취수지점에서 일평균 약 320만㎥
의 하천수를 취수한다. 이 중 60만㎥는 기득수리권에 의해 하천수 허가를 받아 취수하며 260만㎥는 댐용수 계약에 의해 취수한다. 이때 「댐 건설법」에서 규정하고 있는 댐용수 사용료 징수대상은 다목적댐에 저류된 댐용수를 취수하는 사용자로 국한하고 있으므로 취수지점에서 가장 가까운 다목적댐인 충주댐의 건설·유지비용 부담을 목적으로 수자원 공사에 사용료를 납부하고 있다. 그러나 실질적으로 충주댐에서 방류된 댐용수는 남한강 을 거쳐 팔당댐에서 방류되어야 사용할 수 있으므로 팔당댐의 유입·방류량이 서울시 취수 지점의 유황에 직접적인 영향을 준다.
팔당댐은 남양주시와 하남시 사이, 남한강과 북한강이 합류되는 지점에 위치한 댐으로 1973년 준공되어 연간 2.6억kW를 생산하는 발전시설이자 2.4억㎥를 저수하여 홍수를 조 절하는 기능을 담당하고 있다.
팔당댐에서 유입·방류되는 하천수는 1980년대 이후 지속적으로 증가하였다. 국가수자원 관리종합정보시스템(http://www.wamis.go.kr)에 의하면 댐 운영시작기인 1974~1980년 연평균 유입량의 갈수량61)은 77㎥/sec이었지만 1990~2017년 연평균 유입량의 갈수량은 가동 초기보다 1.8배 증가한 140㎥/sec이었다. 또한, 1974~1880년 연평균 방류량의 갈 수량은 1990~2017년 127㎥/sec으로 가동 초기인 1974~1980년 연평균 방류량보다 21% 증가했다. 팔당댐 유입량과 방류량의 갈수량 발생시기는 1월에 집중되며 1월에 21~24일간 갈수량이 발생하는 것으로 조사되었다. 팔당댐 유입·방류량의 갈수량 발생일 은 [그림 5-1]과 같다.
61)1년 동안의 유입량 중 하위 10번째 최저 유입량을 의미함
[그림 5-1] 팔당댐 유입(상)·방류량(하)의 갈수 발생 현황
1974~2016년까지의 팔당댐 연평균 방류량 125㎥/sec은 팔당댐 하류지점의 기준갈 수량인 67.7㎥/sec보다 1.8배 크고 하천유지유량인 61.2㎥/sec에 비해 2배 정도의 수량이므로 팔당댐 하류의 하천유량 유지와 하천기능 유지에 기여하고 있다고 할 수 있다. 댐 운영 초기부터 2017년까지의 팔당댐 유입량과 방류량은 [그림 5-2]와 같다.
[그림 5-2] 팔당댐 지점 유입량과 방류량의 갈수량 비교결과
② 서울시 용수 수요량
서울시는 급격한 인구증가로 상수사용량이 급증함에 따라 1994년까지 상수생산량이 지 속적으로 증가하였다. 그러나 급수인구가 1992년 1,100만 명을 기점으로 지금까지 지속 적으로 감소하고 있으며, 유수율 제고사업을 통해 상수생산량은 1994년 5백만㎥/일 이후 로 크게 감소해 현재는 390만㎥/일 정도의 수준을 유지하고 있다.
2001년부터 2012년까지의 서울시 상수생산량 자료를 분석한 결과에서 각 연도의 월별 상수생산량은 차이가 있지만, 모든 연도에서 강수량과 기온이 높은 7월과 8월의 생산량이 가장 많았고 갈수기에 해당하는 12~3월까지의 생산량이 가장 적은 유사성이 나타났다 ([그림 5-3] 참고).
[그림 5-3] 분석대상기간 서울시 상수도 생산량 월 변화
그러나 상수생산량은 연도별로 최대·최소값의 차이가 크기 때문에 단순히 산술평균값을 활용하여 용수수요를 추정할 경우 물수급의 왜곡을 초래할 가능성이 있다. 또한 하천수 사용허가 신청시 취수장별로 수질·생산효율 등 취수여건을 고려해 허가량을 신청함에 따 라 실제 취수량(생산량)보다 허가량이 더 많은 것이 일반적이다. 그러므로 유황분석 및 물수지분석에 필요한 정보는 상수생산량보다 하천수 사용허가량이라고 할 수 있다.
다만, 하천수 허가량은 취수장별로 취수할 수 있는 최대량이므로 월별·시기별 상수생산량 변화를 고려할 수 없다. 따라서 2001~2012년까지 12년간의 월평균 상수생산량 중 7월의 상수생산량을 최대값으로 하고 최대값으로부터 월별 생산량 비율변화를 산출하여 하천수 허가량에 적용하는 방식으로 월별 용수 수요량을 추정하였다. 이와 같은 방식에 의해 산 출된 월별 취수량은 월별로 취수할 수 있는 최대 취수량인 동시에 월별 생산량을 고려한 용수 수요량의 의미로 해석할 수 있다.
2018년 현재 팔당댐 하류부터 한강하구까지의 표준유역별 하천수 허가량은 [표 5-2]와 같다. 해당 구간의 하천수 사용허가량은 총 1천만㎥/일로 서울특별시, 경기도에서 하천수 를 생활·공업·농업·환경개선 목적으로 취수하고 있다. 해당 구간의 하천수 허가량에 생산 량 비율변화를 적용하여 산출한 용수 수요량은 [표 5-3]과 같다.
표준유역명 2018년 하천수 허가량(㎥/일)1)
생활용수 공업용수 농업용수 환경용수 합계
팔당댐 하류 2,980 33 41 26 3,080
중랑천 합류 전 5,142 4 0 250 5,396
한강대교 수위표 10 0 0 0 10
홍제천 합류 전 0 1,040 0 97 1,137
행주대교 수위표 0 0 0 0 0
계양천 합류 후 0 0 407 6 413
임진강 합류 전 0 0 0 17 17
한강 하류 0 0 0 0 0
합계 8,132 1,077 448 396 10,053
주 1) 1천㎥/일 미만의 값은 제외
[표 5-2] 팔당댐 하류 이하 8개 표준유역의 2018년 하천수 사용허가량
월 월 구분
1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 2018년 허가량
(천㎥/일) 829 817 832 857 910 998 1,005 998 927 883 858 828 월별
상수생산량 비율(%)
0.83 0.81 0.83 0.85 0.91 0.99 1.00 0.99 0.92 0.88 0.85 0.82 [표 5-3] 팔당댐 하류 8개 표준유역의 2018년 월별 한강 하천수 사용허가량
(2) 한강 유황
① 자연유량 산정방식
자연유량을 산정하기 위한 수문모형62)은 산출하기 위한 목적, 활용데이터, 추정방식에 따라 다양한 방법론이 활용되고 있으나 기본적으로 지연유량을 산정하는 방법론은 강우
62)지표상에 존재하는 물의 순환과정에 영향을 미치는 다양한 현상을 수학적으로 모의하는 방법론으로 가용할 수 있는 정보와 목적에 따라 방법론을 달리 적용함
량 정보에 물의 순환과정에서 발생하는 침투, 유출 등의 과정변수를 적용해 최종적으로는 하천으로 유출되는 빗물의 양을 산출하게 되는 일련의 과정을 거치게 된다. 이때 활용하 는 정보, 정보의 적용방식 등에 따라 방법론이 구분되어진다.
2001년 「수자원장기종합계획」 수립 당시 물수지분석을 위한 자연유량 모의 방법으로 탱 크(TANK) 모형63)이 활용되었으나 2006년 수정·보완된 「수자원장기종합계획 제1차 수정 계획」에서는 PRMS(Precipitation Runoff Modeling System)64)가 활용되었다. 반면 소규 모 유역을 대상으로 하는 법정계획인 「하천기본계획」에서는 비유량법(Specific Discharge Measurement)을 통해 하천의 자연유량을 모의하였다. 전국 표준유역의 하천 갈수량은 이미 「전국유역조사 보고서」에 상세히 제시되어 있다. 따라서 이 연구에서는 비유량법에 의해 자연유량을 산정하고 「전국유역조사 보고서」에서 제시하고 있는 PRMS 방식으로 산 출된 자연유량과 비교하여 수문모형의 적합성을 1차적으로 검증하였다.
비유량법(Specific Discharge Measurement)은 계측되지 않은 유역의 하천유량을 산정하 기 위한 일반적인 수문모형이다. 이 방법론은 유역특성이 유사한 계측유역의 하천유량 측정 자료를 이용해 미계측유역의 하천유량을 분석하는 방식으로 계측유역의 하천유량과 유역 면적비를 미계측유역의 면적비와 대비하여 하천유량을 산정하게 된다. PRMS 방식은 활용 될 다양한 데이터를 통계적인 기법을 활용해 모의하는 반면, 비유량법은 관측된 자료를 직 접 활용한다는 점에서 차이가 있다.
서울시는 4개 취수장에서 충주댐의 댐용수 계약을 통해 하천수를 공급받고 있다. 현재 취수 지점의 자연유량을 산정하기 위해서는 유량의 인위적 조작이 없는 즉, 저류시설이 설치되지 않은 상류지역의 정보를 획득해야 한다. 영월1수문관측소는 충주댐 상류유역 중 저류시설 이 건설되어 있지 않은 수문관측소로65) 한강 상류 유역 중 유역 면적이 1,000㎢ 이상인
63)TANK 모형은 1961년 일본에서 개발된 수문모형으로 유역을 가상의 저류형 탱크로 가정한 강우-유출과정 모델로 유역별 탱크를 직렬 또는 병렬로 연결하여 유역의 수문을 표현하는 특징을 가짐(정일원, 2004)
64)PRMS 모형은 미국 지질조사국에서 개발 활용하고 있는 장기강우유출모델로 유역을 세분하여 기상·지리·토지이용정보를 토대로 유역반응(Hydrologic Response Unit)을 평가하는 모형임(김남원·김현준·박선호, 2005)
65)영춘수문관측소가 충주댐에 더욱 근접한 수문관측소이지만 유량의 결측값이 다수 확인됨에 따라 10년 이상의 데이터에서 결측값이 없는 영월1수문관측소의 관측유량 데이터를 활용함
자연하천유역에 설치되어 있고 측정된 유량정보가 충분하며, 충주댐과 인접한 수문관측소 이기 때문에 영월1수문관측소의 실측유량을 활용해 비유량법으로 자연유량을 산정하였다.
② PRMS 방식과 비유량법에 의한 자연유량의 갈수량 산정 비교
「전국유역조사 보고서」(2016)에 제시된 팔당댐 하류지점의 자연유량 갈수량과 비유량법에 의해 모의된 자연유량의 갈수량을 비교하면 [그림 5-4]와 같다. 한강권역에서 2001~2012년 까지 12년간의 기상요소66) 및 육상요소67)를 토대로 PRMS 방식에 의해 모의된 연평균 유 출량은 약 500㎥/sec이었으며, 장기유출량과 유역면적으로 이용하여 산정한 유출고68)는
「전국유역조사 보고서」(2016)에 제시된 팔당댐 하류지점의 자연유량 갈수량과 비유량법에 의해 모의된 자연유량의 갈수량을 비교하면 [그림 5-4]와 같다. 한강권역에서 2001~2012년 까지 12년간의 기상요소66) 및 육상요소67)를 토대로 PRMS 방식에 의해 모의된 연평균 유 출량은 약 500㎥/sec이었으며, 장기유출량과 유역면적으로 이용하여 산정한 유출고68)는