Comparison of Water Supply Reliability by Dam Operation Methods

韓國水資源學會論文集 第47卷 第6號 2014年 6月 pp. 523～536

댐 운영방식에 따른 이수안전도의 비교

Comparison of Water Supply Reliability by Dam Operation Methods 최 시 중^* / 이 동 률^** / 문 장 원^***

Choi, Si Jung / Lee, Dong-Ryul / Moon, Jang Won

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Abstract

A water supply reliability is mainly influenced by water demand, reservoir storage, and inflow change caused from drought. The water supply reliability can vary depending on the method of dam operation. In Korea, the deficit-supply method which complements water deficit as water shortage occurs in downstream areas has been used for the national water resources master plan using K-WEAP, but the prime flow method, an alternative approach, would show different results of water supply reliability in comparison to the deficit-supply method. The objective of this research is to compare and analyze differences in water supply reliability according to dam operation methods. These results can be used to re-evaluate water supply reliability of dam in a circumstance considering steady dam release for instreamflow in downstream and hydroelectric power generation.

Keywords : water supply reliability, dam operation, deficit supply, prime flow, K-WEAP

...

요 지

댐의 이수안전도는 물 수요량, 저수량, 가뭄에 의한 유입량에 의해서 주로 영향을 받는다. 그러나 댐 운영방식에 따라 댐의 이수안전도는 차이가 발생할 수 있다. 우리나라의 수자원장기종합계획은 K-WEAP모형을 이용하여 댐 하류의 물 부족이 발생하면 물 부족량만큼 공급하는 부족량공급(Deficit supply) 방식을 이용하고 있으나 일정방류(Prime flow) 방 식을 적용하면 이수안전도가 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 댐 운영방식에 따른 댐의 이수안전도의 변화를 분석하는 것이다. 이들 결과는 하류의 유지유량공급, 수력 발전을 위하여 일정방류가 고려되는 환경에서 댐의 이수안전도를 재평 가하는데 활용될 수 있을 것이다.

핵심용어 : 이수안전도, 댐운영, 부족량공급 방법, 일정방류 방법, K-WEAP

...

* 한국건설기술연구원 수자원연구실 수석연구원 (e-mail: [email protected])

Senior Researcher, Korea Institute of Construction Technology, Water Resources Research Division

** 교신저자, 한국건설기술연구원 수자원연구실 선임연구위원 (e-mail: [email protected], Tel: 82-31-910-0253)

Corresponding Author, Senior Research Fellow, Korea Institute of Construction Technology, Water Resources Research Division, 283 Goyangdae-ro, Ilsanseo-gu, Goyang-si, Gyeonggi-do 411-712, Korea

*** 한국건설기술연구원 수자원연구실 수석연구원 (e-mail: [email protected])

Senior Researcher, Korea Institute of Construction Technology, Water Resources Research Division

J. KOREA WATER RESOURCES ASSOCIATION Vol. 47, No. 6:523-536, Jun 2014 http://dx.doi.org/10.3741/JKWRA.2014.47.6.523

pISSN 1226-6280 • eISSN 2287-6138

1. 서 론

우리나라는 강우특성상 6∼9월에 전체 강수의 60% 이

상이 내리기 때문에 이를 저류하였다가 갈수기에 안정적 인 물을 공급할 수 있도록 댐과 같은 수자원시설물을 건 설하여왔다. 하지만 강우, 댐 저수량 등은 다양한 불확실

성을 가지고 있기 때문에 하류의 수요량을 만족시키지 못 하는 경우가 발생하게 되며 이 시기에 사회 및 경제적 막 대한 피해가 예상되기도 한다.

지금까지 국내에서 건설된 용수공급시설물, 즉 댐들의 운영방식과 계획공급량은 계획당시의 유역, 사회, 경제적 환경 등을 바탕으로 설정되었다. 최근 들어 당시와 다른 수자원관리 환경, 유역의 변화, 수요량의 증가 등으로 인 해 장래용수공급계획을 수립하거나 합리적인 물이용을 위한 신규공급량 결정에 있어 제약조건으로 작용한다. 또 한 향후 기후변화 등 다양한 요인으로 인해 장래 물 부족 이 예상되고 이에 따라 신규 수자원 확보의 필요성이 대 두되고 있어 기존 댐에 대한 물공급 능력에 대한 재평가 가 필요한 실정이다.

일반적으로 물 수급계획에서는 목표 수요량에 대한 공 급량 또는 확보량의 결정, 즉 계획 이수안전도의 결정이 중요한 요소이다. 따라서 다목적댐의 연계운영에 의한 이 수안전도의 변화를 파악함으로써 향후 수자원시설물의 계획 및 운영에 대한 정보를 제공할 필요가 있다. 주어진 목표공급량에 대한 물 공급 안전도가 평가되면 신규 수자 원시설의 필요 여부를 파악할 수 있게 되며, 평가된 수자 원시설물의 물 공급 안전도가 매우 높을 경우에는 새로운 국토 이용의 가능성을 뒷받침하게 되어 기존 댐의 효율적 인 운영을 통한 보다 합리적인 수자원 이용을 꾀할 수 있 으리라 판단된다.

국내 다목적댐들에 대한 신뢰도, 회복도 및 취약도 분 석을 통해 이수안전도 평가지표의 변화, 용수공급능력 재 평가, 이수안전도의 재정의 및 댐 용량 재할당 방법론 개 발 등 다양한 연구를 수행하였다(Lee and Kang, 2006; Yi and Kwon, 2007; Lee and Yi, 2012; Lee et al., 2012; Lee et al., 2013). Kang and Park (2005)은 최적화 모형과 댐 운영모형을 결합한 댐 최적운영 모형을 개발하여 섬진강 댐에 대해 용수수요 증가에 따른 용수공급능력 평가를 수 행하였으며, Chae et al. (2012)은 댐에 대해 물부족이 발 생하지 않은 최대 용수공급능력을 보다 쉽게 찾을 수 있 도록 2단계의 목표계획기반 최적화 모형을 개발하여 댐의 용수공급능력을 산정하였다. Cha and Park (2004)은 용수 공급의 효율화를 최대화하고 비상시 수자원시스템의 최 적운영을통한댐의 용수공급능력을 평가하기 위해 안동 다목적댐을 대상으로 용수공급능력 평가지표(신뢰도, 복 원도, 취약도)를 적용한 바 있다.

Hashimoto et al. (1982)과 Moy et al. (1986)은 댐의 용 수공급 능력을 3가지 용수공급능력 평가지표인 신뢰도, 복 원도, 취약도 관점에서 평가하였으며 각 지표간의 관계에

대한 분석을 수행한 바 있다. 이 외에도 여러 연구자들에 의해 댐 공급량에 대한 평가가 이루어졌으며 가뭄의 정도 와 기간에 따른 저수량 회복특성 및 용수공급능력 평가, 댐 공급량과 신뢰도 관계, 회복도와 신뢰도를 이용한 공급 능력 평가 등 다양한 접근방법으로 연구가 활발히 진행 중 에 있다(Smithers and Walker, 1997; Park et al., 2001; Park et al., 2002; Rittima and Vudhivanich, 2003).

본 연구에서는 기존의 댐 이수안전도 평가 방법과는 달 리 독립된 단일 댐의 운영분석이 아닌 댐이 포함되어 있 는 유역 전체에 대한 통합 댐 운영분석 및 물수지 분석을 통해 댐의 이수안전도를 평가하고자 하였다. 또한 최대갈 수년에 대해서만 분석한 것이 아니라 1967∼2007년까지 41개년에 대한 분석을 수행하였다. 대상 다목적댐으로는 댐군이 병렬로 연결되어 있는 한강권역의 소양강댐과 충 주댐, 댐군이 직렬로 연결되어 있는 금강권역의 용담댐과 대청댐을 대상으로 댐의 개별운영과 통합연계운영의 영 향을 평가하기 위하여 K-WEAP모형을 이용하여 댐에서 부족량 공급방식(deficit supply method)과 일정량공급방 식(prime supply method)을 모두 적용하여 분석하였다.

평가방법으로는 댐 운영방식과 물수지 분석을 통해 얻어 진 댐 저수량 분석, 이수안전도 평가지표 분석 및 댐의 용 수공급량, 유역의 물 부족량 분석의 결과들을 동시에 고 려하여 댐의 이수안전도를 비교·평가하였다. 분석 결과는 향후 다목적댐의 용수공급능력 재평가 계획을 수립하는 데 있어 방법론과 함께 중요한 정보를 제공할 것으로 기 대된다.

2. 이수안전도 평가 2.1 국내 이수안전도 평가

댐의 용수공급능력이란 어떤 기간 동안에 댐으로부터 용수를 공급받을 수 있는 양을 의미하며 최대 갈수시간동 안에도 공급 보장할 수 있는 최대공급량을 안전공급량 (safe yield) 혹은 보장공급량(firm yield)이라 정의하고 있다(MOCT, 1998). 이론상 기존 다목적댐의 용수공급능 력은 댐의 유효저수용량에 최대 갈수기간 동안 댐으로 유 입되는 유입량을 합한 것이라 할 수 있으나 항상 상시만 수위를 기준으로 댐을 운영하기 어려우며 홍수기의 경우 월류방류량이 존재할 수 있기 때문에 이보다는 적은 것이 통상이다. 따라서 기존 댐의 용수공급능력을 평가하기 위 해서는 댐유입량, 증발손실량, 댐상 강수량, 목적별 계획 용수 수요량 및 홍수시 월류방류량 등을 고려하여 물수지 계산절차에 따른 댐 모의분석을 통해 댐의 실제 공급량을

계산하게 된다.

이수안전도에 대해서는 수자원 공급시설이 그 시설로부 터 기대되는 용수수요를 충족시킬 수 있는 물 공급의 안전 성 정도를 표시하는 지표, 또는 설정된 수요량을 공급할 수 있는 확실성 정도로 정의하고 있다. 그러나 현재까지 국내 의 이수안전도에 관한 명확한 기준은 없으며 크게 기왕의 최대갈수 시에도 용수공급이 가능한 보장공급량 기준과 전 체 계획기간 중에서 일정 기간 동안은 물 부족을 허용하는 신뢰도 기준으로 분류할 수 있다(Yi and Song, 2002).

국내의 경우 1970년대까지 과거 최대갈수년의 유입조 건을 기준으로 할 때의 보장공급량을 댐의 용수공급가능 량으로 산정하였으며, 1970년에서 1980년에는 20개년 내 외의 유입조건에 대한 보장공급량을 용수공급가능량으로, 1980년대부터 현재까지는 전체 분석기간 중에서 일정기 간 동안의 물 부족을 허용하는 신뢰도 개념으로 용수공급 가능량을 산정하여 왔다. 댐 설계기준(MLTM, 2011)에서 는 댐의 용수공급 능력을 판단하기 위해 댐 모의운영을 실시하며, 실측유량 또는 강우-유출모형의 일 단위 자료 를 이용하여 보통 월 단위 기준으로 분석하고, 유역 및 수 문특성 등을 고려하여 월 단위 이하 기간단위로도 분석할 수 있다고 하였으며, 댐 모의기간은 장기간일수록 신뢰성 이 높아지므로 최소 20년 이상의 자료를 이용하여 분석하 라고 제시하였다. 환경부 제정 상수도시설기준(KWWA, 2010)에서는 계획취수량을 취수하기 위해서 필요한 저수 용량의 결정에 사용하는 계획기준년은 원칙으로 10개년 에 제1위 상당의 갈수를 표준으로 한다고 제시하고 있다.

Table 1에는 국내의 다목적댐들 중 본 연구에서의 분석대 상인 댐들의 이수안전도 현황을 제시하였으며 각 댐들이 서로 상이한 기준으로 계획된 것을 확인할 수 있다.

또한, 수자원관련 최상위 계획인 수자원장기종합계획 에서는 이수안전도를 평가하기 위해 2001년 계획 이전에 는 1967∼1968년 갈수년을 기준으로 물 부족을 산정하였 으며, 2001년 계획에서는 1967∼1998년까지의 기간에 대 한 이수안전도를 평가하였다. 2006년 계획에서는 1967∼

2003년까지의 기간에 대해 물수지 분석 후 최대 물 부족 량을 산정하였다. 2011년 계획에서는 권역별 기준갈수년 이 상이하기 때문에 이를 보완하기 위해 권역에 따라 연 도별 물 부족량을 산정한 후 최대 물 부족이 발생하는 연 도를 기준갈수년으로 결정하여 분석을 수행하고 있다. 다 시 말해, 최근 들어 기준갈수년에 대한 분석이 아닌 가용 할 수 있는 최대 자료를 활용하여 이수안전도를 평가하고 있으며, 권역 또는 유역별 기준갈수년이 상이하다는 것을 전제로 하고 있다.

2.2 이수안전도 평가방법

보통 이수안전도는 홍수의 발생빈도와 같은 계획기준 년 갈수의 발생빈도(frequency), 물 부족의 발생빈도를 나 타내는 공급의 신뢰도(reliability) 또는 위험도(risk), 물 부족의 크기를 나타내는 취약도(vulnerability) 및 물 부족 의 지속기간과 회복기간을 나타내는 회복도(resiliency) 등으로 표현된다(MOCT, 1999). 본 연구에서는 대부분의 이수안전도에 대한 분석 시 이용하는 지표로써 신뢰도, 회복도 그리고 취약도를 대상으로 평가를 수행하였으며 추가로 JWRDPC (1977)에서 물 부족량과 지속기간을 평 가하기 위해 개발한 일일용수공급부족지표(water deficit per day, DPD)를 평가하였다. 이는 수자원 공급시설 계획 결정의 지표로서 적절하고, 계산방법이 간단하고 이해하 기 쉬운 지표라고 할 수 있다(MOCT, 1999).

2.2.1 신뢰도(reliability)

Hashimoto et al. (1982)에 의하면 신뢰도란 그 시스템 의 상태가 만족스러운 경우의 빈도 또는 확률이라고 할 수 있으며 신뢰도 분석기준은 크게 빈도기준, 시간기준, 양적기준 신뢰도로 구분된다. 일반적으로 신뢰도 평가만 으로는 물 부족에 대한 심각도를 만족스럽게 표현할 수 없으며 추가로 회복도 및 취약도의 평가기준이 필요하다 (Cha and Park, 2004).

빈도기준 신뢰도(occurrence-based reliability)는 전체 계획기간에 대한 댐에서의 계획공급량을 공급할 수 있는 연수로 분석할 수 있으며 Eq. (1)과 같이 나타낼 수 있다.

_   _

^ ₍₁₎

여기서, ^는 빈도기준 신뢰도, 는 전체 계획기간 중 댐에서 계획공급량을 공급하지 못한 연수, 는 전체 계 획기간(년)을 의미한다.

시간기준 신뢰도(time-based reliability)는 전체 계획 기간에 대한 분석기간 수(일, 반순, 순, 월)에 대한 댐에서 의 계획공급량을 공급할 수 있는 기간 수로 정의되며, Eq.

(2)로 표현된다.

_   ^_^ ₍₂₎ 여기서, ^는 시간기준 신뢰도, 은 전체 계획기간에 대한 분석기간(일, 반순, 순, 월) 중 댐에서 계획공급량을 공급하지 못한 기간 수, 는 전체 계획기간에 대한 분석

Dam Design

Completion Water Supply

(10⁶㎥/yr) Data for Analysis Water Supply Safety

Soyanggang 1973 1,213 ’15∼’39 Firm yield of 36 ㎥/s

Chungju 1986 3,380 ’66∼’83 Reliability 95%

Yongdam 1999 650 ’63∼’88 Drought stream flow of

’67∼’68, ’83∼’85

Daechung 1981 1,649 ’58∼’70 Firm yield during 13 years

Table 1. Water Suply Reliability of Multipurpose Dams 기간 수를 나타낸다.

양적기준 신뢰도(quantity-based reliability)는 전체 계 획기간에 대한 분석기간 동안의 댐으로부터 공급해야 할 계획공급량에 대한 실제 용수공급량의 비로 정의할 수 있 으며, Eq. (3)으로 표현된다.

_   

^

^ ₍₃₎

여기서, ^는 양적기준 신뢰도, 은 전체 계획기간에 대한 분석기간(일, 반순, 순, 월, 년) 중 댐에서 공급해야 할 계획공급량과 실제 용수공급량과의 차이, 즉 계획용수 공급 부족량, 는 전체 계획기간에 대한 분석기간(일, 반 순, 순, 월, 년) 동안 용수공급계획량을 의미한다.

2.2.2 회복도(resiliency)

Hashimoto et al. (1982)이 제안한 회복도는 용수공급 실패가 발생한 후 실패로부터 얼마나 빨리 만족상태로 회 복되는가를 나타내는 지표로써 Eq. (4)와 같이 전체 용수 공급 실패 발생사상을 대상으로 용수공급 실패 사상의 지 속기간 평균값의 역수와 같다.

_^{ }  



^{  (4)}

여기서, ^은 Hashimoto et al. (1982)이 제안한 회복 도, 은 용수공급 실패사상의 수,^는 용수공급 실패 상태의 지속기간을 나타낸다. 또한 Moy et al. (1986)은 최대연속 용수공급 실패기간을 고려한 회복도(^)를 Eq. (5)와 같이 제안한 바 있다.

_  ^{ } (5)

2.2.3 취약도(vulnerability)

취약도는 발생 가능한 물부족의 크기를 의미하는 것으

로서 수자원 시스템의 신뢰도가 높아 물 부족이 발생할 확률이 작더라도 물 부족의 양이 많을 경우에 중요한 평 가지표로 활용되고 있다. 주로 Hashimoto et al. (1982)이 제안한 취약도가 이용되고 있으며 용수공급 부족량과 용 수공급 실패사상 발생확률의 곱의 총합으로 나타낼 수 있 다. 이를 보다 간단하게 산정하기 위해 용수공급 실패기 간 동안의 평균 용수공급 부족량으로 정의하고 있으며 Eq. (6)과 같이 나타낼 수 있다.

_ 

 

  



 (6)

여기서, ^은 Hashimoto et al. (1982)이 제안한 취약도,

는 용수공급 실패사상의 지속기간 동안 공급하지 못 한 용수공급 부족량을 나타낸다. 또한 Moy et al. (1986) 은 최대값을 통한 평가가 평균보다 합리적이라고 판단하 여 회복도와 마찬가지로 최대부족량을 고려한 취약도 (^)를 Eq. (7)과 같이 제안하였다.

_   (7)

2.2.4 일일용수공급부족지표(water deficit per day, DPD)

일일용수공급부족지표(DPD)는 일단위 분석을 통해 용 수공급 부족량(계획공급량-실제공급량)과 분석기간(일) 의 곱으로 표현되며, 신뢰도가 표현하지 못하는 이수안전 도를 평가할 수 있는 지표로 Eq. (8)과 같이 정의된다.

^^^

__

×  ⁽⁸⁾

여기서,^는 분석시간단위(일), 는^일 댐으로부터의 계 획용수공급량, 는^일 댐으로부터의 실제용수공급량을 나타낸다.

Fig. 1. Description of Water Level and Capacity in Dam 3. K-WEAP모형

댐의 용수공급능력 및 이수안전도 평가를 위해서는 댐 운영분석(Behavior Analysis)을 수행해야 하며 독립된 단 일 댐에 대한 분석 혹은 댐이 속한 수자원 시스템에 대한 물수지 분석을 통해 이루어질 수 있다. 이러한 댐 운영분 석을 통한 용수공급능력 및 이수안전도 평가를 위해서는 다양한 형태의 시뮬레이션 모형이나 최적화 모형을 활용 한다(Dandy et al., 1997; Labadie, 2004).

물수지 분석은 장래 용수부족을 해결하기 위한 댐건설 의 규모, 시기 및 위치 등을 결정할 수 있으며 유역의 장 래 용수수급계획 수립 시 가장 기본적인 선행 작업으로 분석의 신뢰도를 높이기 위해 유역을 일관한 통합 물수지 분석이 필요하다. 특히 댐군의 연계운영이 수반되는 경우, 댐의 저수상황, 유입량 그리고 공급량을 고려하여 댐의 저수상황을 기준으로 통합적인 댐 운영이 필요하다. 이는 수계를 하나의 시스템으로 볼 때 시스템의 각기 다른 요 소들을 단독으로 운영한다면 그 효율성이 떨어질 뿐만 아 니라, 수계 내 상류댐에서의 방류량이 유역의 지류에서 유입되는 유입량에 더해 하류 댐의 유입량이 되는 상황에 서 독립적인 운영이 어렵기 때문이다.

이를 위해 본 연구에서는 물수지 분석 및 댐 운영분석이 가능한 통합수자원평가계획 모형인 K-WEAP (Korea- Water Resources Evaluation and Planning System)모형 을 이용하였다. K-WEAP모형은 하천, 댐, 지하수 등 공 급원과 수요처 및 광역상수도 등 유역의 물리적인 물이용 순환체계를 컴퓨터 화면지도상에서 구현하고, 수량, 수질,

생태환경, 수요관리 및 수자원 정책 시나리오 분석 등을 종합적으로 고려하여 통합수자원계획 수립을 지원하는 전문 모형이다. 다양한 시간단위의 물수지 분석모의, 물 공급의 신뢰도 분석, 댐군의 통합운영 모의 등을 평가할 수 있다. 또한, 공급우선순위 시스템과 내장된 선형계획 모듈을 통한 합리적인 용수배분을 모의할 수 있다(Choi et al., 2010). 특히, K-WEAP모형은 Fig. 1과 같이 구분된 댐별 특성을 반영한 댐 운영분석과 함께 다양한 댐 운영 조작방식(Deficit supply 방식과 Prime flow 방식)에 따른 물수지 분석을 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있으며 최적화 모형이 내제되어 있어 댐에 대한 이수안전도 평가 에 적합한 모형이라 할 수 있겠다.

K-WEAP모형은 수요처의 수요량 공급을 최대화하고 공급우선순위와 수요처의 수원선호도, 물수지 및 기타 제 약조건을 고려하여 물배분 문제를 풀기 위해 표준선형계 획법이 사용된다. K-WEAP모형은 수요처의 수요량에 대 한 공급충족률(공급량/수요량)을 최대화하고 동일 우선순 위를 갖는 수요처에 동일한 충족률을 보장하기 위해 선형 계획법을 이용한다. 이 때 물수급 체계에서 수요처, 공급 원, 댐, 취입수로, 회귀수로 등의 노드(Node)와 링크(Link) 는 물수지 원리에 의한 제약조건이 추가된다. 물 배분 모 의 시 유역에 댐군이 존재할 경우 수요처의 공급충족률을 최대로 하기 위해 각 댐들이 동일한 저수율(모의단위 저 수량/유효저수용량)을 가지도록 모의함으로써 각 댐들의 최대공급능력을 평가할 수 있다. 댐 수위가 저수위 이하 로 내려갈 경우 조절방류 방식을 적용할 수 있도록 함으 로써 비상용수공급량의 효율적인 활용이 가능하도록 모

의할 수 있다. 이와 같은 최적화를 통한 댐 운영은 Deficit supply 방식이라 할 수 있다. 만약 Prime flow 방식을 모 의하기 위해서는 최적화 기법이 아닌 분석기간동안 계획 공급량만을 공급해야 하기 때문에 입력자료 및 모형의 수 정을 통해 분석할 수 있다(KICT, 2007).

4. 댐 운영 방식

댐 운영조작방식에는 용수공급기준에 따라 Deficit supply 방식과 Prime flow 방식이 있다. Deficit supply 방식은 유 역 내 대규모 댐의 개발 적지가 없고 물 수요량에 비해 공 급량이 비교적 부족한 유역에 적용하는 방법으로써 댐으 로부터 하류유역의 물 부족량만큼만 공급하는 방법이다.

이는 수자원 시스템 운영에 있어 이상적인 방법으로 강우 및 하천유량의 예측, 수요처 수요량의 정밀한 분석 등을 통해 가능한 것이기 때문에 현실적으로는 불가능하나 각 댐들의 용수공급 최대가능량을 고려한다는 점에서 수자 원 계획을 수립할 때 주로 이용하는 방식이다.

Prime flow 방식은 비교적 수량이 풍부하고 수력발전이 상대적으로 중요한 유역에 적용하는 방식으로 댐에서 이 미 정해진 방류량(하천유지용수, 첨두발전수량 등)을 의무 적으로 방류해 주는 것이다. 이 방식은 경우에 따라 무효 방류가 생길 가능성도 있으며 이는 댐 하류의 유량이 풍부 하여 수요처의 수요량을 충분히 충족시킬 수 있는 경우에 도 댐에서 계획공급량을 방류함으로써 발생할 수 있다.

본 연구에서는 앞서 기술한 2가지 댐 운영방식을 모두 적용하여 분석을 수행하고자 하며, 이 때 적용한 개별 댐 의 상태를 나타내는 물수지 방정식은 Eq. (9)와 같다.

__{  }____ (9) 여기서, 는 댐 저류량, 는 댐 유입량, 는 댐 방류량,

_는 지방상수도 및 광역상수도를 통한 댐으로부터의 직 접취수량, 는 손실량으로 댐의 수면증발량, 댐체의 누 수량, 조작손실량 등이 있다. 누수량은 매우 적은 양이라 판단하여 고려하지 않았고, 수면증발량의 경우 댐의 관측 유입량 자료를 이용하였기 때문에 제외하였다. 다만 댐 조작손실의 경우 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)의 조작손실계수를 동일하게 적용하였다.

2가지 댐 운영방식의 차이는 댐 유입량, 직접취수량 및 댐 방류량에 있다. 댐 유입량의 경우 금강권역과 같이 용 담댐과 대청댐이 직렬로 연결된 경우 상류 용담댐의 방류 량에 의해 대청댐의 유입량이 변하기 때문에 댐 운영방식 에 따라 값이 달라진다. 직접취수량 및 댐 방류량의 경우

Prime flow 방식에서는 계획공급량만큼을 댐으로부터 수 요처 및 댐 하류로 공급한다. 그러나 Deficit supply 방식 은 댐 하류 및 댐으로부터 직접 취수하는 수요처에 대한 부족량만큼을 공급하기 때문에 두 방식이 큰 차이를 나타 낼 수 있다.

2가지의 댐 운영방식은 Eq. (9)에 따라 댐의 저수량이 변화하면서 용수를 하류 및 수요처로 공급하게 된다. 두 방식에서의 큰 차이는 댐군의 연계에 있다. Prime flow 방식의 경우 유역에 여러 댐이 존재하더라도 댐 자체에서 설정된 계획공급량을 하류 및 수요처로 공급하기 때문에 댐군의 연계는 고려되지 않는다. 하지만 Deficit supply 방식의 경우 댐 하류 및 수요처의 부족분만을 공급하며 수요처의 충족률을 최대화하기 위해 댐을 최적운영한다.

이 때 제약조건으로 모의단위별 댐들의 저수율을 동일하 게 유지한다. 다시 말해 댐저수량의 여유가 있는 댐에서 용수를 더 공급함으로써 댐군의 연계가 이루어진다.

5. 분석대상 유역 및 댐 현황

현재까지 댐의 이수안전도 평가는 주로 독립된 단일 댐 운영분석을 통해 이루어졌으며 댐의 유입량, 계획방류량 등의 댐 운영룰을 적용한 연구가 대부분이다. 하지만 Deficit supply 방식을 통한 댐의 이수안전도 평가를 위해 서는 댐 하류 및 댐으로부터 직접 용수를 공급받는 수요 처의 부족량을 계산해야 하며 이는 댐이 존재하는 수자원 시스템, 즉 유역 전체에 대한 통합물수지 분석을 통해 가 능하다. 따라서 본 연구에서는 유역 전체에 대한 통합물 수지 분석을 위해 수자원장기종합계획(MLTM, 2011)에 서 분석한 5개 대권역 중 한강권역과 금강권역을 선정하 였다. 한강권역의 경우 대표적 다목적댐인 소양강댐과 충 주댐이 병렬로 연결되어 있으며, 금강권역의 경우 용담댐 과 대청댐이 직렬로 연결되어 있어 댐 운영방식에 따른 이수안전도의 차이를 파악하기에 적합하다고 판단하였 다. 분석에 적용된 다목적댐들의 제원을 댐운영실무편람 (K-water, 2011)에 제시된 내용을 토대로 Table 2에 나타 내었다.

댐 운영분석 및 물수지 분석을 위해서는 물수급 네트워 크를 구축해야 하며, 권역에 위치하고 있는 수자원 시설 물의 제원(댐, 농업용저수지, 지하수, 광역상수도 등) 관련 자료가 필요하다. 또한 자연유량 및 각 수요처의 수요량, 회귀율 등을 산정하여 입력자료로 활용하여야 한다. 본 연구에서는 댐의 운영방식에 따른 이수안전도 평가를 위 해 필요한 물수급 네트워크 및 자료 등은 수자원장기종합

Section Soyanggang Chungju Yongdam Daechung

Total Capacity of Dam (10⁶㎥) 2,900 2,750 815 1,490

Active Capacity of Dam (10⁶㎥) 1,900 1,789 672 790

Normal High Water Level (EL.m) 193.5 141 263.5 76.5

Restricted Water Level (EL.m) 190.3 138 261.5 -

Low Water Level (EL.m) 150 110 228.5 60.0

Dead Water Level (EL.m) 1,983 2,001 226.5 49.0

Base Yield (10⁶㎥) 1,213 3,380 650.43 1,649

Catchment Area (km²) 2,703 6,648 930 3,204

Table 2. Specification of Multi-purpose Dams

계획(MLTM, 2011)의 분석 자료를 활용하였다. 물수지 분석을 위한 목표연도는 2020년, 수요 시나리오는 기준수 요 수요량 자료를 활용하였다. 모의단위는 5일을 선택하 여 분석을 수행하였다.

분석은 1967∼2007년까지 41개년에 대해 수행하였다.

2007년 이후 국지적으로 가뭄이 발생하기도 했으나 1967

∼2007년 사이 더 극심한 가뭄이 존재하였기 때문에 이수 안전도를 평가하기에는 2007년까지의 분석을 통해서도 큰 무리가 없다고 판단되어 수자원장기종합계획 자료를 그대로 활용하였다. 장래 물수지 분석을 위해서는 장래 정확한 수요량 및 기후자료의 예측이 필요하다. 최근 들 어 기후변화 시나리오 자료 등을 제공하고는 있으나 수요 량 예측 및 기후변화 자료의 불확실성으로 인해 이를 통 한 댐의 이수안전도 분석보다는 국내 수자원계획에서 주 로 적용하고 있는 방법으로써 과거 기후자료를 활용하여 장래에도 과거와 동일한 패턴의 기후에 댐들의 이수안전 도가 어떻게 변화하는지를 분석하고자 하였다.

댐 유입량은 자료의 양이 많고 질이 확보된 경우에는 실측자료를 사용하였으며, 분석기간 중 자료가 존재하지 않는 유입량 자료는 강우-유출 모형인 TANK 모형을 이 용하여 생성하였다. 기준갈수년을 설정하여 1개년만 분석 하는 경우에는 초기저수위의 영향이 크므로 갈수기준년 앞에 1개년을 두어 2개년으로 분석하여 초기저수위에 대 한 문제점을 완화하기도 한다(Jeong and Yoon, 2009). 그 러나 본 연구의 분석기간이 41개년임을 감안할 때 초기저 수위의 영향이 미미할 것으로 판단되어 초기 저수위는 각 댐들의 상시만수위로 설정하였다.

6. 이수안전도 평가 결과 비교

한강권역과 금강권역에 대해 댐 운영분석과 물수지 분

석을 41개년에 대해 Deficit supply 방식과 Prime flow 방 식을 적용하여 수행하였다. 분석결과는 이수안전도 평가 지표 산정결과, 댐 용수공급량 및 물 부족량을 제시함으 로써 다목적댐의 이수안전도 및 용수공급 효과를 분석하 여 제시하였다. 용수공급 부족 산정에 있어서는 Prime flow 방식의 경우 계획공급량을 공급하지 못한 경우에 대 해, Deficit supply 방식은 댐 하류 수요처와 댐으로부터 직접 공급받는 수요처에서 물 부족이 발생한 경우에 대해 고려하였다.

6.1 물 수급 네트워크 검증

구축된 물 수급 네트워크가 현재의 물수급 체계를 적절 히 반영하고 있는가를 판단하기 위해 검증을 수행하였다.

검증을 위해 2007년의 수요량과 공급 관련 자료를 입력하 고 모의를 수행한 후 한강권역의 여주지점, 금강권역의 공주지점에 대한 관측유량과 비교를 통해 물수급 네트워 크 및 K-WEAP 모형의 적정성을 평가하였다. Fig. 2는 2 개 지점의 관측유량과 모의유량 시계열을 도시한 결과이 다. 또한 평가결과에 대한 통계분석을 수행하여 Table 3 에 제시하였다. 사용한 평가지표는 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)와 체적비(ROV) 및 상관계수를 이용하였다.

NSE와 ROV에 대한 산정식은 Eqs. (10) and (11)과 같다.

  

  



_^ _^^

  



_^ _^ ^ (10)



  



_^

  



_^ (11)

여기서, ^

는 관측유량, ^

는 모의유량,^

 는 관측유 량의 평균값이다. Fig. 2와 Table 3에 제시된 분석결과 2 개 지점 모두 관측유량과 모의유량이 유사한 변동 패턴을 나타내고 있으며, NSE와 ROV 분석결과에서도 2개 지점

(a) Yeoju (b) Gongju Fig. 2. Verification Results of Water Budget Analysis

Statistics Station

Mean (㎥/s) Std (㎥/s)

NSE ROV R

Obs Sim Obs Sim

Yeoju 375 289 553 501 0.84 0.77 0.93

Gongju 159 193 241 352 0.70 1.22 0.98

Table 3. Statistics Comparison of Observed and Simulated Discharge

에서 모두 0.7 이상의 결과를 나타내고 있다. 또한 상관계 수에서는 모두 0.93 이상의 결과를 보이고 있어 모의유량 이 관측유량의 변동패턴을 잘 반영하고 있다고 할 수 있 다. 따라서 본 연구를 위해 구축된 물수급 네트워크, 회귀 율 등의 가정사항 및 K-WEAP 모형의 적정성을 확인할 수 있다.

6.2 댐별 저수량 변동 분석

1967∼2007년까지 41개년에 대한 댐 저수량 분석결과 를 Fig. 3에 나타내었다. 소양강댐의 경우 댐 운영방식에 따라 저수위 이하로 댐저수량이 내려가는 경우가 없었으 며 이는 댐하류에 대한 용수공급이 충분하였다는 것을 나 타내고 있다. 반면에 충주댐의 경우 Deficit supply 방식 에 의한 댐 운영 결과 저수위 이하로 댐저수량이 내려가 는 기간이 없었으나 Prime flow 방식의 경우 저수위 이하 로 내려가는 사상이 16개나 발생하여 이 기간 동안 용수 공급에 문제가 발생한 것으로 분석되었다.

용담댐은 Deficit supply 방식으로 댐을 운영하였을 경 우 1994∼1995년 가뭄 기간 동안만 저수위 이하로 댐저수 량이 하강한 반면 Prime flow 방식에서는 충주댐보다 많 은 20개의 사상이 저수위 이하로 하강한 것으로 분석되었 다. 대청댐의 경우는 다른 댐들과는 다르게 두 가지의 댐 운영방식에 따라 저수량이 비슷한 패턴을 보이고 있으며

저수위 이하의 댐저수량을 보인 사상도 2개로 동일하게 나타났다.

소양강댐의 경우 댐 하류로 보다 많은 양의 용수를 공급 할 수 있는 여력을 가지고 있다고 판단할 수 있으며 충주 댐의 경우는 계획공급량을 충분히 공급하지 못하는 것으 로 판단할 수 있다. 소양강댐과 충주댐의 연계 및 Deficit supply 방식으로 운영하였을 경우 충주댐의 저수량이 저 수위 이하로 하강하지 않는다는 것은 충주댐의 공급량 일 부를 소양강댐에서 공급한다고 할 수 있다. 용담댐에 대한 저수량 분석 결과에서는 현재 계획되어 있는 공급량을 충 분히 공급하지 못하며 무효방류량도 다수 존재한다는 것 을 알 수 있었다. 대청댐의 경우는 앞서 기술한 바와 같이 댐 운영방식에 따라 저수량이 크게 변하지 않지만 1994∼

1995년 가뭄 기간이 재현된다면 현재의 용담댐과 대청댐 의 용량으로는 금강권역의 용수공급에 한계가 있다고 판 단할 수 있다.

6.3 이수안전도 평가지표 분석

4개 다목적댐에 대한 이수안전도 평가지표(신뢰도, 회 복도, 취약도 및 DPD) 분석결과를 Tables 4 and 5에 제시 하였다. Prime flow 방식의 댐 운영결과에서 소양강댐의 경우 신뢰도, 회복도, 취약도 및 DPD 모두 최상의 결과를 나타냄으로써 댐하류로의 용수공급에 대한 충분한 이수

(a) Soyanggang (b) Chungju

(c) Yongdam (d) Daechung

Fig. 3. Dam Storgae of Multi-purpose Dams

Dam _

(%)

_ (%)

_

(%) _ _ _

(10⁶㎥)

_ (10⁶㎥)



(%·day)

Soyanggang 100.0 100.0 100.0 1.000 1.000 0.0 0.0 0

Chungju 78.0 96.0 97.4 0.027 0.009 226.4 749.3 9,825.9

Yongdam 68.3 88.9 92.2 0.017 0.004 74.6 384.6 25,840.7

Daechung 97.6 99.2 99.2 0.026 0.014 187.4 399.4 9,545.9

Table 4. Estimates of Water Supply Assessment Indices (Prime flow)

Dam _

(%)

_ (%)

_

(%) _ _ _

(10⁶㎥)

_ (10⁶㎥)



(%·day)

Soyanggang 100.0 100.0 100.0 1.000 1.000 0.0 0.0 0

Chungju 100.0 100.0 100.0 1.000 1.000 0.0 0.0 0

Yongdam 97.6 99.6 99.8 0.016 0.016 63.6 63.6 2,164.1

Daechung 95.1 99.1 99.7 0.028 0.011 45.8 175.5 1,743.5

Table 5. Estimates of Water Supply Assessment Indices (Deficit supply)

안전도를 확보하고 있다고 판단할 수 있다. 빈도기준 신뢰 도의 경우 대청댐은 97.6%로 비교적 높은 결과를 나타내 고 있으나 충주댐 및 용담댐은 78.0%, 68.3%로 낮은 값을 나타내고 있다. 시간기준 신뢰도 및 양적기준 신뢰도의 경

우 모든 댐들이 89% 이상의 값으로 산정되었다. 신뢰도의 평가에 있어 분석단위기간의 설정이 짧을수록 신뢰도는 향상된다는 기존 연구결과와 마찬가지로 충주댐의 경우 빈도기준에서는 78.0%, 시간기준 신뢰도의 경우 96.0%로

(a) Prime flow (b) Deficit supply Fig. 4. Annual Water Supply and Water Shortage in Han River Basin 나타나 신뢰도 평가에 있어 분석단위기간의 기준 설정은

매우 중요한 일이라 할 수 있다. 충주댐의 설계 당시 신뢰 도 95%임을 감안할 때 분석단위기간이 연단위일 경우 신 뢰도에 따른 용수공급능력의 재평가가 절실하나 반순(5 일) 단위로 분석하였을 경우 신뢰도를 만족하고 있다. 회 복도의 경우 용담댐이 가장 낮은 값을 나타내고 있으며 취 약도는 충주댐이 가장 높은 값을 나타내고 있는 것을 확인 하였다. 지속기간과 용수공급 부족심도를 동시에 고려한 DPD의 경우 용담댐이 25,841%·day를 나타내고 있어 다른 댐보다 물 공급 안정성이 낮은 것으로 분석되었다.

Deficit supply 방식을 통한 이수안전도 평가지표 산정 결과는 Prime flow 방식과는 많은 차이를 보이고 있다. 이 는 Fig. 3에서도 제시된 바와 같이 Deficit supply 방식의 경우 무효방류량이 없기 때문에 갈수기에 충분한 용수를 공급할 여력이 있다는 것을 의미한다. 댐 운영방식에 의한 이수안전도 변화에서 가장 두드러지는 결과는 충주댐이라 할 수 있다. Prime flow 방식의 신뢰도, 회복도, 취약도 및 DPD에서 낮은 이수안전도 값을 나타난데 반해 Deficit supply 방식에서는 높은 이수안전도 값으로 산정되었다.

이는 댐별 저수량 분석에서 제시한 원인에 기인한 것이라 판단된다. 용담댐의 경우 대부분의 지표에서 향상된 결과 를 제시하고 있으나 회복도(^)에서만 더 낮은 이수안 전도를 나타내고 있다. 이는 Yi et al. (2012)이 제시한 바 와 같이 Hashimoto et al. (1982)가 제시한 회복도는 용수 공급 실패 사상의 지속기간 평균값의 역수로 산정되기 때 문에 전체 기간 중 실패 비율은 표현할 수 없다는 단점에 기인한 것이다. Prime flow 방식의 경우 28개 사상의 328 개 반순에서 용수공급을 실패하였지만 Deficit supply 방 식의 경우 1개 사상의 12개 반순에서 실패하여 실패비율은 현저히 낮지만 회복도는 높게 산정된 것이다.

다른 댐들과는 달리 대청댐의 경우 빈도기준 및 시간기 준 신뢰도에서 Deficit supply 방식이 다소 낮은 값으로

계산되었다. 이는 직렬로 연결된 금강권역에 있어 용담댐 에서 공급해야 할 용수를 대청댐에서 공급하였으며 용수공 급 실패기간(1994∼1995)에 대해 Prime flow 방식은 1995 년에 대해서만 Deficit supply 방식의 경우 1994, 1995년에 대해 용수공급을 실패하였기 때문에 이와 같은 결과가 나 타난 것으로 판단된다. 하지만 회복도, 취약도 및 DPD 측 면에서는 Deficit supply 방식이 향상된 이수안전도를 나 타내고 있다.

6.4 용수공급 및 물수지 분석 결과를 통한 이수안 전도 평가

연도별 댐의 용수공급량과 그에 따른 물 부족 현황을 분석하여 제시하였다. Fig. 4에 나타낸 한강권역의 경우 Prime flow 방식에 의한 소양강댐은 계획공급량을 하류 로 공급하는데 아무 문제가 발생하지 않는 것으로 분석되 었으며, 충주댐의 경우 전체 41개년 중 9개년에 대해 계획 공급량에 대한 용수공급 실패를 나타내었다. 자연유량 및 실측된 댐유입량 자료를 통한 유출분석에서 충주댐의 경 우 1982, 2001, 1977, 1973년 순으로 댐유입량이 적은 것으 로 분석되었으나 댐 공급량에서는 1978년, 1983년, 1984년 순으로 용수 공급이 적게 나타나 댐유입량과는 다른 결과 를 나타내었다. 이는 최대갈수년 1개년도에 대한 분석만 으로는 댐의 이수안전도 평가를 합리적으로 할 수 없다는 것을 보여주는 사례이다.

충주댐에서 용수를 적게 공급한 1978, 1983, 1984년의 경우 최대갈수년(1982년)을 포함하고 있지는 않지만 몇 년간 지속적으로 댐유입량이 평년보다 적은 것에 기인한 것이다. 따라서, 향후 다목적댐의 용수공급능력 재평가 계 획을 수립할 경우 최대갈수년 분석보다는 가용할 수 있는 최대 기간의 자료를 통해 댐 운영분석과 함께 유역 전체 에 대한 물수지 분석을 수행하여 비교·분석함으로써 합리 적인 결과를 도출해낼 필요가 있다.

(a) Prime flow (b) Deficit supply Fig. 5. Annual Water Supply and Water shortage in Geum River Basin Deficit supply 방식의 경우 일정한 계획공급량이 없어

기존의 계획공급량과의 비교는 사실 무의미하나 댐공급 량이 어느 정도인지를 파악하기 위해 계획공급량과 비교·

분석하였다. 소양강댐의 경우 1982, 1988년(갈수년)에서 만 계획공급량보다 조금 더 상회하는 용수공급량을 나타 낼 뿐 소양강댐과 충주댐 모두 계획공급량보다는 훨씬 적 은 양을 공급하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 분석된 물 부족 현황을 살펴보더라도 Prime flow 방식에서는 충 주댐에서 계획공급량에 대한 용수공급 실패가 발생한 연 도를 중심으로 물 부족 현상이 크게 나타났다. 또한 소양 강댐과 충주댐에서 계획공급량만큼을 댐 하류로 공급하더 라도 한강대교에 고시된 하천유지유량 63.5 cms를 만족시 키지 못하는 경우가 나타나 연도별 물 부족이 예상되었다.

반면에 Deficit supply 방식에서는 댐으로부터 용수를 공 급받는 모든 수요처(생활, 공업, 농업 및 하천유지유량)의 수요량을 만족시키는 것으로 분석되었다. 분석결과를 통 해 간접적으로 두 가지 댐 운영방식에 따른 소양강댐과 충 주댐의 용수공급능력의 합의 차이는 최대 6.6억m³/년으로 분석되었다.

댐군이 직렬로 연결된 금강권역에 대한 용수공급량과 물 부족 분석 결과는 Fig. 5에 제시하였다. 우선, Prime flow 방 식에 의한 용담댐의 경우 전체 41개년 중 13개년에 대해 서 대청댐의 경우 1개년에 대해 계획공급량에 대한 용수 공급 실패를 나타내었다. 용담댐에서 용수공급을 실패한 연도는 대부분 하천유지유량을 만족시키지 못하는 것으 로 분석되었다. 용담댐과 대청댐의 연간 최소 댐유입량을 나타낸 1994년(최대갈수년)이 아닌 1995년에 최소 댐 공 급량을 나타내고 있으며 이는 한강권역과 동일한 이유 때 문이다. 특히 용담댐의 경우 분석에 적용된 4개의 다목적 댐 중 가장 많은 용수공급 실패 연수를 보이고 있어 용수 공급능력 재평가 계획 수립에 있어 이에 대한 충분한 고 려가 필요할 것으로 판단된다.

Deficit supply 방식의 경우 용담댐은 1개년도만 계획 공급량보다 조금 상회하는 용수공급량을 나타낼 뿐 용담 댐과 대청댐 모두 계획공급량보다 적은 양을 공급하는 것 으로 분석되었다. 물 부족 현황을 살펴보면, 댐군이 병렬로 연결된 한강권역과는 달리 직렬로 연결된 금강권역의 경 우 물 부족 해소효과가 적은 것으로 나타났다. 이는 용담 댐의 방류량이 대청댐의 유입량으로 작용하여 용수를 공 급하기 때문에 이와 같은 결과가 도출된 것으로 판단된다.

금강권역의 경우 목표연도 2020년 수요량에 대해 1994

∼1995년 가뭄이 재현되었을 경우 이상적인 댐 운영방식 인 Deficit supply 방식으로도 물 부족이 예상되며 이 경 우에는 별도의 수원개발이 필요하다. 하지만 모의기간 41 년 동안 1개년의 물 부족이 발생하는 신뢰도 97.6%로 전 체기간 중에서 일정비율의 기간 동안만 물 부족을 허용한 다는 신뢰도 차원에서는 이수안전도가 높다고 할 수 있 다. 두 방식 모두 최대 물 부족 연도는 1995년으로 동일하 며 Prime flow 방식에 대한 물 부족량이 Deficit supply 방식의 최대 물 부족량의 약 2.9배 큰 것으로 분석되었다.

이를 통한 두 가지 댐 운영방식에 따른 용담댐과 대청댐 의 용수공급능력의 합의 차이는 최대 1.5억㎥/년으로 분 석되었다.

Deficit supply 방식의 경우 유역에 대한 기상상황 즉 강우의 예측, 하천에 흐르는 유량의 정확한 분석 및 댐 하 류에서 요구되는 수요량의 산정 등을 통해 댐 하류의 물 부족량만큼을 댐에서 저류하고 있던 저수용량을 이용하 여 공급한다는 것으로 이는 현재의 기술로는 불가능한 이 상적인 방법이라 할 수 있다. 따라서 분석을 통해 제시된 결과는 Prime flow 방식과 비교하여 가뭄 시에 하류로 더 공급해 줄 수 있는 잠재적인 공급가능량으로 간주하는 것 이 타당하다. 현재 일부 댐들의 경우 연계운영을 위해 노 력하고 있으며 해당 기간의 하천 상황 등을 파악하여 보 다 효율적인 댐 운영을 위해 노력하고 있다. 향후 다양한

기술(수문기상 예측, 수문분석 기술 향상, 통합 댐운영 룰 개발 등)의 발전이 이루어진다면 이를 통해서도 충분히 댐들의 이수안전도를 향상시킬 수 있으리라 기대된다.

7. 결 론

댐의 용수공급능력을 평가할 때에 기준이 되는 이수안 전도는 유역의 갈수조건과 장래 용수수요를 함께 고려해 야 하며, 사회·경제·환경의 측면에서 적절하고 일괄된 규 정을 설정하여야 한다. 또한 기후변화 등으로 인한 극심 한 가뭄에 대비하여 기존댐 용수공급능력을 재평가할 필 요가 있다. 또한 가용할 수 있는 최대한의 자료를 이용하 여 결과의 신뢰성을 높이는 것이 필요하다.

본 연구에서는 이를 고려하여 1967∼2007년까지 41개 년, 유역 전체에 대한 통합 물수지 분석과 함께 댐 운영분 석을 동시에 수행하여 이수안전도를 평가하였다. 댐 운영 방식인 Deficit supply 방식과 Prime flow 방식을 모두 고 려하였으며 이를 댐군이 병렬로 연결된 한강권역과 댐군 이 직렬로 연결된 금강권역에 대해 수행하였다. 이수안전 도 평가지표(신뢰도, 회복도, 취약도 및 DPD) 뿐만 아니 라 댐들의 저수량 분석, 연도별 용수공급량 및 물 부족량 을 함께 제시함으로써 댐 운영방식에 따른 이수안전도를 평가하였다.

기존의 댐 운영방식인 Prime flow 방식의 경우 신뢰도, 회복도, 취약도 모든 부분에서 소양강댐이 이수안전도가 가장 높은 것으로 분석되었으며, 대청댐, 충주댐, 용담댐 순으로 이수안전도가 높은 것으로 평가되었다. 이들 댐들 의 운영방식을 Deficit supply 방식으로 전환한다면 이수 안전도 평가지표를 통해 이수안전도가 높아지는 것을 확 인할 수 있었으며 댐들의 저수량 분석에서도 동일한 결과 를 얻을 수 있었다. 또한 저수량 분석을 통해 충주댐과 용 담댐의 계획공급량이 상대적으로 높게 설정된 것을 확인 할 수 있었다. 소양강댐의 경우 계획공급량을 상회하는 용수를 공급할 수 있는 여력이 많은 것으로 확인되었다.

댐들의 용수공급 및 물수지 분석 결과를 이용한 용수공 급능력 평가에서 충주댐의 공급량을 충분한 저류량을 확 보하고 있는 소양강댐에서 공급하고 두 댐을 연계하여 보 다 효율적으로 운영한다면 장래 예상되는 물 부족을 대량 해소할 수 있을 것으로 분석되어 용수공급능력을 향상시 킬 수 있을 것으로 판단되었다. 댐군이 직렬로 연결되어 있는 금강권역의 경우 한강권역의 경우와는 달리 댐을 연 계하여 운영하더라도 물 부족 해소 효과가 적은 것으로 나타났다.

향후 기후변화, 유역의 특성 변화, 장래 수요량의 변화 등으로 인해 다목적댐의 용수공급능력에 대한 재평가가 수행되어야 할 것으로 판단되며, 이에 대한 유역 및 댐별 적정 운영방식, 통합운영룰을 설정할 필요가 있다고 판단 된다. 이를 위해 최대갈수년 1개년에 대한 분석이 아닌 가 용한 자료를 최대한 이용하여 결과의 신뢰성을 확보해야 한다. 이는 본 연구의 분석 결과에서도 알 수 있듯이 최대 갈수년의 용수공급능력이 최소가 되는 것이 아니라 갈수 기간이 얼마나 지속되었는지가 중요한 요소로 작용하기 때문이다. 또한 다양한 댐 운영방식에 대한 고려가 필요 하다. 본 연구에서 분석한 Prime flow 방식과 Deficit supply 방식에 따른 댐들의 이수안전도 및 용수공급능력 이 큰 차이를 보이고 있다는 점을 감안할 때 다양한 운영 방식 및 통합운영에 따른 댐들의 용수공급능력의 범위를 분석함으로써 이수안전도 평가기준 설정에 다양한 정보 를 제공해야 한다. 또한 댐이 속해 있는 유역 전체에 대한 통합 물수급 네트워크에서 댐 운영분석과 물수지 분석이 동반되어야 하며, 이수안전도 평가지표 뿐만 아니라 댐들 의 용수공급능력 평가에 대한 다양한 정보를 동시에 제공 할 필요가 있다.

국내에서는 아직까지 이수안전도의 개념 및 기준이 명 확하지 않기 때문에 이수안전도의 정확한 평가 및 비교가 현실적으로 어려운 일이다. 따라서 이수안전도의 정의, 기 준이 시급한 실정이다. 향후 기후변화 시나리오에 따른 댐의 이수안전도 변화분석 등 다양한 연구가 필요하며, 보다 많은 댐들에 대한 이수안전도 및 용수공급능력을 평 가함으로써 객관적인 결과를 도출할 필요가 있다고 판단 된다.

감사의 글

본 연구는 한국건설기술연구원 주요사업(수문레이더 기반 홍수예경보 및 폭설 추정 플랫폼 개발)의 연구비 지 원에 의해 수행되었습니다.

References

Cha, S.H., and Park, K.B. (2004). “A Study on Estimate of Evaluation Indices of Water Supply Capacity for Multipurpose Dam.” Journal of the Environmental Sciences, KENSS, Vol. 13, No. 3, pp. 197-204.

Chae, S.I., Kim, J.H., and Kim, S.K. (2012). “A Study on Evaluation of Water Supply Capacity with Coor-