Issue
과학적 유역 통합 물 관리의 중심… 02
K-water 물관리센터
1. 머리말
전 세계는 기후변화로 인한 “기후 양극화 현상”으 로 건조한 지역의 강수량은 더욱 줄어들어 가뭄이 발생하고 다우지역의 강수량은 크게 증가하여 홍수 가 빈발하는 등 극심한 몸살을 앓고 있다. 지난 5〜6 월 집중호우의 영향으로 중국에서는 상하이를 비롯 한 20여개성에서 2천만명의 이재민과 100명이상의 사망자가 발생하였으며, 지구 반대편의 캘리포니아
주에서는 4년째 이어지는 가뭄으로 미국 독립기념일 불꽃행사를 취소하고 강제 절수령이 내려지는 극한 가뭄 상황이 발생하는 등 전 지구적으로 기후변화로 인한 물 재해가 반복되고 있다. 또한, 국내에서는 작 년부터 이어진 강우량 부족으로 강원도 및 경기북부 지역에 극심한 가뭄이 발생하였으며 한강수계의 소 양강, 충주댐 저수량이 크게 악화되어 댐 용수부족에 대비하여 하천유지유량 감축하고 발전댐과의 비상연 계 운영을 통하여 용수를 비축중에 있다. 이처럼 기 후변화에 따른 물과 관련된 자연재해는 시간이 갈수 록 그 정도가 심해지고 있는 상황이다.
이러한 어려운 여건에서도 물 관리는 거대한 물 순환과정에서 인간이 편안한 삶을 사는 데 필요한 물의 이용효율을 극대화하는 작업이다. 예전에는 수 량 중심의 용수공급과 홍수조절만이 물관리의 주요 한 관심사였으나, 이제는 수질·친수·환경 분야로 확대되고 있으며, 4대강 사업으로 변화된 하천환경 을 고려한 과학적인 댐-보 연계 운영이 절실한 시 점이다. 이러한 여건에 능동적으로 대응하기 위해서 K-water는 2002년부터 기존 물관리종합상황실을 확대 개편하여 전문 물관리조직 K-water 물관리센 터(Water Resources Operations Center)를 출범 시켰다. 물관리센터는 댐을 중심으로 한 대유역 차 원의 물관리에 대해 다년간의 경험을 바탕으로 댐 운영과 관리를 위한 7개의 안정화된 시스템 및 전문 기술을 확보하고 있다. 또한 기상청과 긴밀한 공조 최 병 습 ●●●
K-water 수자원사업본부장 [email protected]
박 정 수 ●●●
K-water 물관리센터실장 [email protected]
류 종 현 ●●●
K-water 중부물관리팀장 [email protected]
체제를 구축하고 이를 기반으로 공공기관 최초로 슈 퍼컴퓨터를 도입해 맞춤형 댐 유역 상세 강우예보 체계를 갖추는 등 연구개발도 지속적으로 진행 중 이다. 올해로 14년째를 맞는 국내유일의 전문 물관 리기관 K-water 물관리센터의 현재와 미래 모습을 소개한다.
2. 댐-보 연계 운영 현황
물관리센터에서는 전국에 있는 20개 다목적댐, 14개 용수댐, 16개 다기능보, 2개 홍수조절댐, 2개 홍수조절지, 낙동강하구둑 등 총 55개 수자원 시설 물을 운영하고 있다. 특히, ‘12년 부터 다기능보의 운영관리 업무도 담당하게 됨에 따라 기존 댐 운영 중심의 패러다임에서 벗어나 이제는 하천까지도 고 려한 효율적 댐-보의 연계운영을 시행중에 있다
우선 댐은 장래 이용할 물을 확보하기 위해 물을 가득 채워야 하지만 또 한편으로는 홍수시 안정적 홍수조절을 위해 물 그릇을 비워놓아야 하는 2가지 목적을 동시에 충족시킬 수 있도록 과학적이고 체계 적인 운영이 필요하며, 다기능보의 경우는 하천 유 입상황, 상류 댐의 방류상황, 하천수질 등을 고려한 연계운영이 필요한 상황이다.
이를 위해 제도적으로는 기존 댐 중심의 운영규정 인 댐 관리규정 외 수자원시설물의 통합 운영을 위 해 댐 과 보의 연계운영 규정을 제정함으로서 보다 효율적인 수자원시설의 관리가 될 수 있도록 보완하 였고 시스템적으로는 ICT 기반의 물관리시스템을
구축하여 신뢰성 있는 수문기초자료의 취득 및 전송 을 통하여 시설물 운영자에게 실시간 제공이 가능하 도록 하였으며, 단기·장기 기상현황을 분석·제공 하여 최적 용수공급계획 및 홍수조절 계획을 수립함 으로서 홍수조절과 물 확보 등 다양한 목적을 달성 중에 있다.
3. K-water 물관리시스템
다목적댐, 용수댐, 보 등 시설물의 통합 제어·
운영을 위해 5개 분야의 첨단 물관리시스템을 연 계하여, 지능형 통합물관리 의사결정 지원 툴킷 K-HIT(K-water Hydro Intelligent Toolkit)을 개 발·운영중에 있으며, 이는 수문자료 관측, 기상예 K-water 물관리종합상황실 전경
K-water 운영 대상시설 현황도
홍수시 보 운영기준 체계도
측, 홍수조절, 용수공급, 발전 분야로 구성되어 있다.
3.1. 수문자료 관측 관리
실시간 수문정보시스템(HDAPS, Hydrological Data Acquisition and Processing System)은 최 신 WEB 기술을 활용한 선진 물관리 시스템으로, 전국의 댐, 보 및 하천 주요 지점에서 실시간으로 수집되는 1,300여개의 수문자료(수위·강수량·수 질 등)와 224대의 CCTV 영상을 융합하여 365일 24시간 상시적인 상황 모니터링을 지원한다. 수문 자료 취득은 현장에 있는 관측소에서 자동 측정되 며, 무궁화 5호 위성을 이용한 고속 위성통신망을 통해 1분 단위로 전송되고 본사 물관리종합상황실 데이터베이스(DB)에서 처리·저장된다. 저장된 자 료는 사용자들이 홍수분석, 용수공급계획 수립 등 신속하고 정확한 이·치수 의사를 결정할 수 있도 록 제공된다. 특히 남북접경지역(북한강 평화의댐, 임진강 군남댐 상·하류)에 대해서는 실시간 하천 수위 모니터링 및 자동위기경보시스템을 운영하고 한강홍수통제소, 지자체, 군부대, 소방방재청과 연 결하여 재난대응에 활용하고 있다. 이와 더불어, 작 년에는 스마트폰 사용자를 위한 HDAPS 어플리케 이션이 개발되어 언제 어디서나 수문 자료 확인이 가능하게 되었다. 아울러, 홈페이지를 통해서도 국 민에게 실시간 댐, 보 수문 자료와 CCTV 영상을 제 공하고 있다.
3.2 슈퍼컴 기반의 기상 예측 시스템
K-water에서는 최근 기후변화에 따른 이상기상 에 능동적으로 대처하기 위해 슈퍼컴 기반의 자체 강우예측 시스템(PFS, Precipitation Forecasting System)을 활용하고 있다. 기상청의 행정구역별 기 상예보와 달리 댐과 하천 유역의 신뢰도 높은 강우 자료는 댐 및 보 운영에 필수적이기 때문이다. 이 에 따라 유역의 지형 등 물리적 환경을 고려한 객관 적이고 과학적인 예측을 위해 댐 유역 강우예측모 형(K-PPM)을 자체 개발하였으며 4.7Tflops급 기 상예측 전용 슈퍼컴(400CPU, 100TB)을 도입하여 전국 30여 댐, 4대강 16개 보는 물론 아라뱃길, 시 화조력을 비롯한 국가시설 및 댐 건설 현장 등 전국 58개소에 대해 물 관리에 특화된 맞춤형 5일 기상예 보를 지원하고 있다.
K-water 강우예측시스템은 댐 유역의 산악·계 곡 지형을 감안하여 3km 격자의 고해상도로 개발
RHDAPS 자료 취득 계통도
RHDAPS를 통한 홍수조절 현황 계통도 K-HIT 시스템 구성도
하였고 댐-보 등 현장 지형을 실제에 가깝게 모의 함으로써 정밀한 강우분석과 예측이 가능하도록 구 성하였다. 아울러, 강우 예측의 정확도를 높이기 위 해 ‘앙상블 예보 기법’을 도입하여 각기 다른 10개의 모형을 수행함으로써 예측 불확실성에 따른 댐 운영 리스크를 최소화하였다. 현재 모형의 예측성능 향상 을 위해 ‘자료동화기법’을 적용할 수 있도록 시스템 개선연구도 진행하고 있다.
기상예측 결과는 기상정보시스템을 통해 상시 제공 되며, 전국 58개 구역 강우예보 뿐만 아니라 3차원 수 리·수질예측시스템과도 연계·활용되는 등 그 활용 범위와 역할, 중요성이 지속적으로 증대되고 있다.
3.3. 홍수 분석 시스템
홍수분석시스템(FAS, Flood Analysis System)은 댐·보·하천을 통합 운영해 홍수 조절 효율성을 높 이고, 유역 단위의 물 관리 체계 기반을 마련하고자 전 수계를 대상으로 구축·운영되고 있다. 시스템은 수문학적 모형 및 수리학적 모형으로 구성되어 있다.
수문학적 모형은 유역 지형에 최적화된 비선형 저류 함수 기법의 강우-유출 및 하도추적을 채택해 자연 현상을 상세하게 반영하고 있다. 아울러, 25년여에 걸친 실무적용을 통한 사용자 요구사항을 반영하여 다기능 분석 옵션을 제공하고 있으며, 유출-하도추 적-저수지운영-평가에 이르는 일괄 연계분석이 가 능하다. 또한, 시뮬레이터 서버 탑재시 사용자의 분 석능력 향상을 위한 모의훈련 프로그램을 지원한다.
수 리 학 적 하 도 추 적 모 형 은 미 국 기 상 청 의 FLDWAV 모형을 개선한 것으로, 다기능보 등의 시 설물 운영이 가능하며, 수문학적 모형과 연계되도록 구축하여 사용자의 자료구축 시간을 혁신적으로 단 축시겼다. 사용자 편의환경은 다양한 분석도구는 물 론 멀티스크린 환경에 최적화 되어 있으며 사무 자 동화 프로그램(OA)과 호환되어 자유로운 문서 편집 이 가능하다. 또한 실시간 DB 구축을 통해 간단한 설정에 따라 동적으로 자료연계가 가능하도록 구성 되어 있다.
기상정보 시스템 구성도
강우예측시스템 분석화면(상세) 강우예측시스템 주요 화면
홍수분석시스템 운영 절차
홍수분석 시스템 구성도
3.4. 저수지 용수공급 시스템
과거에는 각 댐의 건설 목적에 따라 개별적으로 방류량을 결정하여 필요한 지역에 물을 공급하는 방 식으로 운영하였다. 그러나 이러한 공급방식은 유 역 내 물 상황을 기본적으로 반영하지 못하는 불리 한 여건을 가지고 있어 개선 필요성이 제기되었다.
이에 기존의 공급 방식에서 벗어나고자 본류 주요 제어 지점에서 상류 댐들의 수문상황과 유역의 용수 수요를 고려하여 여러 댐들을 연계해 댐 방류량을 최적 배분하는 방식의 실시간 저수지 용수공급 시스 템(RWSS, Reservoir Water Supply System)을 개 발하였으며, 4대강 보와 농업용 저수지까지 연계하 여 운영할 수 있도록 확장하여 운영하고 있다.
이 시스템은 장기 유출분석을 통한 유량예측, 댐 군 연계운영, 수질분석 등으로 구성함으로써 유역 내 수량과 수질을 통합 운영하고 있으며 이를 통해 기후변화에 대응하여 이미 확보하고 있는 수자원의 이용 효율을 극대화하고 하천의 수질 개선에도 큰 역할을 담당하고 있다.
3.5 발전 통합 운영 시스템
발전통합운영시스템(GIOS, Generation Integrated Operation System)은 전국 9개 다목적댐의 발전·
변전 및 수문 설비를 본사 물관리 종합상황실에서 원격 운영할 수 있도록 구축한 감시제어 시스템으로 서, 최신 ICT 기술을 기반으로 발전기 37기, 변전설
비 9기 및 수문 설비 116문으로부터 실시간으로 데 이터를 취득해 원격 통합 운영 및 의사결정을 지원 한다. 취득한 데이터는 DB에 저장된 후, 발전시설 운영 데이터 총괄 관리 및 고장 분석 등에 활용된다.
그리고 고장 징후가 발견될 시에는 고장통보시스템 을 통해 발전시설 운영근무자에게 경보를 발생시키 며 유지보수 담당자에게 SMS를 전송함으로써 위기 관리능력을 강화시켰다.
4. 홍수에 대비한 댐운영 4.1. 개요 및 현황
우리나라에는 전체 17,759개의 댐이 있다. 이 댐을 통해 우리나라 물이용량 333억㎥의 56%인 연간 188 억㎥의 물을 공급하고 있으며, 53억톤의 용량으로 홍수를 조절하고 있다. 이 중 K-water가 운영·관 리하는 다목적댐은 전체 댐 공급량의 62%(117억㎥) 와 홍수조절용량의 94%(50억㎥)를 담당하고 있다.
다목적댐의 홍수조절 과정은 홍수조절업무 흐름 도와 같이 “기상정보시스템” 및 전국의 댐유역과 물 관리센터의 실시간 온라인 네트워크로 연결한 “수문 자료관리시스템”으로부터 예측된 강우자료를 기초 로 하여 “홍수분석시스템“을 통해 강우-유출분석을 수행하고 있다. 이 시스템을 이용하여 홍수조절 용 량을 최대한 활용 및 댐하류 하천의 통수능력을 고 려한 적절한 조절방류 규모와 시기를 결정하고 홍수 통제소 등 관계기관과 협의를 거쳐 수계 전반의 홍 수조절을 수행하고 있다.
용수공급 시스템 구성도
발전통합운영 시스템 구성도
지난 2011년 K-water가 관리하는 다목적댐은 홍 수기 집중 강우로 유입되는 물을 저장하고 하류 하 천수위가 낮아질 때 물을 점차 방류하여 한강(한강 대교 지점) 1.6m, 낙동강(진동지점) 4.0m, 금강(공 주지점) 4.6m, 섬진강(구례지점) 2.0m의 하천수위 를 저하시켜 하류지역의 인명과 재산피해를 방지하 는 데 결정적인 역할을 수행하였다. 또한, 홍수기 후 반 강수량 부족으로 저수량 확보가 어려웠으나 첨단 ICT 기술을 이용한 실시간 기상·수문 관리를 통해 홍수기말에 예년보다 13억㎥ 많은 90억㎥의 물을 저장할 수 있었다.
4.2. 물관리 강우예보시스템(K-PPM) 강화
K-water 물관리센터는 자체 강우예보체제 강화 를 위하여 슈퍼컴 기반의 5개 앙상블 강우예측모형 을 구축·운영중(K-PPM)에 있다. K-PPM은 전국 을 3㎞×3㎞ 격자로 나누어 댐 유역의 상세 지형 등 물리적 환경에 최적화된 72시간 정량적인 강우예측 정보를 생산한다. 이를 바탕으로 전국 댐유역 및 보 지점, 건설현장 등을 중심으로 57개 구역의 강우예 보를 시행 중이다. 향후에는 K-PPM의 성능검증 을 통하여 GTS, AWS, 위성, 레이더 등 관측 자료 의 동화기법 적용을 통한 모형 신뢰도 개선과 72시 간 이상의 강우예측시간 확대 등을 계획 중이다. 이 와 함께 단시간에 성장하여 소멸하는 돌발성 국지강 수의 예측을 위한 초단기 예보 개발 및 도입을 추진 하여 물관리 강우예보시스템 강화에 노력하고 있다.
홍수조절 의사결정 과정
수계명 지점명 수위저하 홍수량저감 비 고 한 강 한강대교 1.6m↓ 4,922㎥/초↓ 태풍 “메아리”
영향(6.22~27) 낙동강 진 동 4.0m↓ 5,160㎥/초↓ 태풍 “무이파”
영향(8.07~11) 금 강 공 주 4.6m↓ 5,335㎥/초↓ 장마전선 정체
영향(7.05~18) 섬진강 구 례 2.0m↓ 2,905㎥/초↓ 태풍 “무이파”
영향(8.08~11)
댐 홍수조절에 의한 하천수위 저하 효과
기상자료 분석을 통한 강우예보
4.3. 수계별 댐군 홍수조절 연계운영 시스템 개선
변화된 물관리상황에 대처하기 위하여 기존의 4 대강 수계에 구축되어 있는 홍수분석시스템을 영산 강 유역을 포함 5대강 수계로 확장하고, 다기능 보 와 주요 지류하천 및 6개의 신규댐(군남 홍수조절 지, 한탄강 홍수조절지댐, 영주댐, 성덕댐, 군위댐, 부항댐)을 고려하여 유역과 하도를 추가 구축하는 등 홍수분석지점을 기존 124개소에서 164개소로 40 개소 확대하였다. 강우유출모형의 정확도를 향상시 키기 위해 강우예보시스템과 자동 연계하여 보다 신 뢰도가 높은 홍수분석이 가능하도록 개선하였고, 수 위-유량 곡선식의 정확도 향상을 위하여 수시로 현 장과 연계하여 자료를 수집하고 유량조사사업단의 성과를 이용하여 검·보정을 수행하였다. 하도추적 모형은 댐 하류하천을 대상으로 4대강 살리기 사업 성과와 수리시설물을 반영하여 개선하였고 지속적 인 모형개선을 수행하고 있다.
4.4. 365일 24시간 상시 물감시 및 예경보체계 운영
16개 보 실시간수문자료관리 및 비상대응체계 유 지를 위하여 K-water는 365일 24시간 상시 물감 시 시스템을 구축·운영하고 있다. 보와 상류 2개 보조수위표 지점의 강우, 수위, 유량 정보에 대한 실 시간 표출 및 자동 알람기능을 구축하고 보조수위표 수위별 위기단계를 4단계로 설정(관심, 주의, 경계, 심각)하여 웹메일, SMS, MMS를 통한 경보자동통 보체계와 16개 다기능 보의 실시간 하천영상 표출을 위한 시스템을 구축하였다.
아울러 년중 365일 24시간 재난 단계별 대응체계 를 구축하여 가뭄과 홍수에 실시간 대응을 하고 있으 며, 평상시 발생 가능한 홍수재해 최소화를 위해 홍 수기 전 2차례에 걸쳐 방류 통보체계, 위기 상황별 대응절차 점검, 임무 숙지 및 연락체계 점검, 이상홍 수 대응체계 점검과 지자체와의 댐 EAP 합동 훈련 등 종합모의훈련 수행으로 홍수에 만전을 기하고 있 다. 또한, 홍수기전 댐, 보 상하류 구간의 운영과 관 련된 제약사항을 전수 조사하여 운영의 제약 요소를 사전에 도출하고 관계기관과 공유함으로써 제약사항 이 해소 될 수 있도록 지속적으로 추진하고 있다.
5. 물 확보에 대비한 댐운영 5.1. 개요 및 현황
물을 많이 사용하는 이수기 저수지 운영의 목표는 극심한 가뭄과 홍수에 대비하기 위한 댐운영기준을 수립하여 홍수조절과 용수확보라는 배타적인 목적 을 동시에 충족시킬 수 있도록 하는 것이다. 평·갈 수기 저수지운영은 다음해 홍수기전(6월말)까지 20 년 빈도의 가뭄이 오더라도 안정적인 용수공급이 가 능한 기간별 댐운영기준 수위를 월별로 설정하여 안 정적인 용수를 공급하고 있다.
이수관리 댐운영은 수계내 각 댐의 건설목적에 따 홍수 분석 시스템
수문학적 홍수분석 모형 수리학적 홍수분석 모형
다차원 정밀수리모형
라 개별적으로 방류량을 결정하던 방식을 수계내 본 류 주요 제어지점에서 상류댐의 수문상황 및 수계 용수수요를 고려하고 여러개의 댐을 연계하여 최적 방류량을 댐별로 배분하는 방식으로 변경하여 운영 하고 있다. 이를 위해 수계내 수문상황, 각 댐의 저 수량, 유입·방류상황, 전력계통 상황, 수질 및 용수 수요 등을 고려할 수 있도록 “실시간물관리시스템”
을 구축하였다. 이 운영시스템은 유역유출분석 모 형, 하천수질예측모형, 댐군의 모의 및 최적운영모 형(일, 월단위)이 포함되어 있어 유출 분석 및 저수 지운영이 체계적으로 진행되고 있다.
5.2. 댐 용수부족 대비 용수공급 조정기준 개선
작년부터 지속되는 경기, 강원도 장기가뭄으로 인 해 댐의 용수공급에 차질이 예상됨에 따라 금년 2월
『댐 용수부족 대비 용수공급 조정기준』을 개선하여 선제적으로 용수비축 방안을 마련하였다. 지금까지 는 가뭄이 발생하여 댐의 저수율이 낮아지면 댐 별 기본계획공급량을 기준으로 익년 홍수기까지 용수 공급 가능여부를 매번 산정하는 과정을 통해 가뭄단 계를 결정함에 따라 용수공급 조정기준에 대한 정량 적인 기준이 없어 의사결정에 한계가 있었으며, 관 계기관협의 등 복잡한 절차를 거쳐 용수공급조정 시 행 여부를 결정함에 따라 적기에 필요한 수량을 비 축하는데 신속한 대응이 어려웠다.
따라서, 댐 별로 기준 저수량을 특정 시점별로 설 정하고, 저수량이 기준 저수량에 미달할 경우 수계 별 댐보연계운영협의회를 거쳐 용수공급 감축량을 결정하여 용수 비축 체제로 전환하는 것이다. 또한, 실시간 물관리 운영 시스템의 모형간 흐름도
구 분 당 초 개 선 (안)
댐 공급량
댐 기본계획량 (생공 계획량 + 농업용수
계획량 + 하천유지용수 계획량)
댐 실수요량 (생공 계약량 + 농업용수 허가량 + 하천유지용수 계획량)
검토 방법 빈도유입량 적용 모의 (20년 갈수빈도)
추계학적 유입량을 적용한 최적모의 (이수안전도 95%)
가뭄 단계 4단계
(관심-주의-경계-심각) 좌 동 감량 기준 익년 홍수기 전
저수위까지 도달 여부
시기별 기준저수량 확보 여부 감량 순서 하천유지 → 농업 →
생공 좌 동
용수공급 조정기준 개선
단 계 공급감량 Action Plan
관 심
생공용수 여유량 (미계약량)
▪ 용수공급량 실수요량으로 조정
▪ 가뭄상황 모니터링 및 현황공유(계속)
주 의
하천 유지용수
100%
▪ 상황실 운영 및 보도자료 배포 (계속)
▪ 경계단계 예상시, 국토부장관 보고 및 경계단계 준비
경 계 농업용수 100%
▪ 농어촌공사와 농업용수 이용상황 공유
▪ 심각단계 예상시, 국토부장관 보고 및 관계기관 생∙공용수 감량준비 요청
심 각 생공용수 10%
▪ 댐 영향구간 내 하천관리청 및 농어촌공사 일일 용수공급현황 공유
▪ 비상용량 활용방안 검토
▪ 경계단계 저수량 회복 시, 관계기관 협의를 거쳐 생공용수 우선회복 가뭄 단계별 Action Plan
각 대응단계(관심, 주의, 경계, 심각) 도달시 실수요 공급, 하천유지용수감량, 농업용수, 생공용수 감량 등에 단계별 Action Plan을 수립하였다. 이에따라, 지난 3월부터 6월말 현재까지 한강수계 소양강, 충 주, 횡성댐은 용수공급 조정기준(주의단계)에 따라 하천유지유량을 감량하고 발전댐과 비상연계를 통 해 선제적으로 용수를 비축하여 가뭄에 대응하였다.
또한, 가뭄이 지속될 경우 국민 생활과 산업에 필요 한 생공용수 공급은 유지될 수 있도록 댐 용수비축 을 최대한 강화하고, 농업용수는 최소 필요량만 공 급하여 가뭄에 대비할 것이다.
5.3. 홍수기 다목적댐 용수공급 체계(Deficit Supply) 개선
최근 기후변화로 여름철 잦은 이상가뭄과 하천 녹 조발생에 대응하기 위해 홍수기 하천 유량이 풍부한 시기에 댐 하천유지용수 공급을 감량하고 홍수조절 에 지장이 없는 범위에서 댐 저수량을 추가 확보하 여 가뭄과 녹조에 대비하도록 홍수기 다목적댐 용수 공급 체계를 개선하였다.
지난 ‘14년 홍수기(6.21〜9.20) 낙동강 수계 안동 댐, 임하댐, 합천댐을 대상으로 댐 하류 주요 다기능 보 및 수위국에 “기준지점” 및 “기준유량”을 설정하 여 지점별로 기준 유량을 상회할 경우, 댐의 하천유 지용수 공급량을 감량하여 홍수기 동안 약 8.9백만
㎥을 추가 확보하여 여름철 녹조와 가뭄 발생에 활
용 가능하도록 비축량을 확보하였다. 지난해 시범 운영 결과를 토대로 타 수계(한강, 금강, 영산강)에 확대 적용하기 위해 올해 2월 댐-보 연계 운영 중앙 협의회 의결을 거쳐 타 수계별 세부시행방안은 수계 별 댐-보 연계운영협의회의 심의·의결을 거쳐 시 행하도록 하였다.
5.4. 홍수기 댐 운영방식 개선
기존의 홍수기 댐 운영방식은 저수지를 비워 홍수 조절용량 확보하고 홍수기 후반에 점진적으로 수위 를 회복하는 방법으로 홍수조절에 초점을 맞추어 운 영되었다. 하지만, 댐 건설이후 유역내 사회·경제 적 여건이 계획 당시와는 많은 변화가 진행되었고 기후변화에 따른 여름철 이상가뭄과 하천 녹조발생 에 선제적으로 대응하기 위해서는 기존 치수중심의 편중된 홍수기 댐 운영방식에 한계가 있다.
따라서, 홍수기 초반(〜7월말)에 홍수기 댐 안전 성과 하류 홍수조절에 지장이 없는 범위내에서 댐 목표수위를 설정하여 실수요 위주의 공급을 통해서 댐 저수량을 조기에 확보하고, 홍수기 후반(9월〜) 에는 안정적인 홍수조절을 최우선 고려하되, 강우 예보시 수문 방류 없이 발전 방류를 통해 홍수기제 시점별 기준저수량 설정(충주댐 예시)
<기준지점 및 기준유량>
* (안동ㆍ임하댐) 구담·상주보·합천창녕보·창녕함안보 적용
* (합천댐) 합천창녕보-죽고·창녕함안보 적용
구 분 구담 상주보 합천보 죽고 함안보
기준유량 62 92 150 25 220
* 낙동강 평균갈수량 : 지보(20.8), 사벌(34.9),적포교(52.0), 죽고(8.6),진동(61.0)
부족분 공급 방식(Deficit Supply) 적용 사례(낙동강 수계) 단위 : ㎥/sec
한수위 수준까지 안정적으로 홍수조절이 가능한 수 위를 설정하여 추가 저수량을 확보할 수 있도록 홍 수기 댐 운영기준 수위를 개선하였다.
5.5. 유역 물 문제 해결을 위한 선제적 대응
삼면이 바다로 둘러쌓인 우리나라의 지리적 특성 상 조위 영향에 따른 염도 상승으로 염해 피해가 종 종 발생한다. 특히, 금년에도 경기북부 지역의 가뭄 으로 인해 임진강 유량 감소와 더불어 조위의 영향 으로 임진강 중하류 지역의 농업용수 취수장애가 예 상되었다. 이에따라, 봄 가뭄에 선제적으로 대응하 기 위해 국토부, 지자체, 농어촌공사 등 관련 기관과 의 협력을 통해 군남홍수조절지의 담수기간을 5월 15일에서 6월 21일까지 연장하고 확보된 물을 농업 용수로 공급하여 염도 저감 등 하천유황개선에 크게 기여하였다. 또한, 보령댐 하류 농경지 용수공급을 담당하는 부사호 염해 방지를 위해 보령시, 농어촌 공사 등 관련기관과의 협약서 체결 및 협의체 구성
을 통해 금년에도 염도가 상승하는 시기에 맞춰 적 기에 보령댐 농업용수를 증가 공급하여 영농환경을 개선하였다.
6. 환경을 고려한 댐-보 연계 운영 6.1. 개요 및 현황
4대강 사업이후 하천의 물리적 환경변화와 새로 운 하천시설 도입에 따른 물관리 환경 변화로 더욱 고도화된 수질관리 대응체계가 요구되고 있으며, 녹 조·큰빗이끼벌레·어류폐사 등 수질과 수생태계 건강성에 대한 관심이 증대되고 사회적 이슈로 대두 되고 있다.
K-water 물관리센터에서는 보-보 연계운영을 통해 녹조가 발생한 수역의 상·하류에 인접한 다기 능 보를 순차적 또는 동시에 조작하는 방법으로 녹 조 발생시 및 초기 대응방안으로 시행하였으며, 댐- 보 연계운영으로 녹조가 발생한 수역의 상류에 위치 한 댐의 가용수량과 방류 규모(수량, 기간 등)를 고 려하여 필요시 보간 운영과 연계하여 실시하였다.
기 존 <점진적 저수량 확보>
개 선 <적극적 저수량 확보>
홍수기 운영기준 수위 개선 모식도
통합수질예측시스템(Supercom based River Analysis Network, SURIAN) 개념도
6.2. 댐-보, 보-보, 댐간의 연계운영을 통한 하 천수질 개선
지난 ‘91년 3월 낙동강 구미공단 페놀유출로 인해 대구 상수원인 다사취수장으로 흘러듦으로써 수돗 물을 오염시키는 사고가 발생하였다. 이에 안동댐에 서는 4일동안 약 7백만㎥ 증가 방류하여 하천 수질 개선에 기여하는 것을 시작으로 ’08년 3월 감천 페 놀 유출사고시 안동, 임하, 합천댐을 연계 운영하여 약 26백만㎥ 증가 방류하였으며, ‘11년~‘12년 팔당 호 수질개선을 위해 소양강, 충주댐에서 약 185백만
㎥ Flushing 방류를 실시하였다.
최근에는 과학적 물관리 시스템을 바탕으로 댐과 보의 가용수량을 검토하고 댐-보, 보-보, 댐간의 연계운영 방안을 수립하여 ‘13년~‘14년 낙동강의 녹 조해소를 위해 총 98백만㎥ 수질개선용수를 공급하 여 최대 25% Chl-a 저감효과를 가져와 하천 수질 개선에 기여하였다.
6.3. 녹조 저감을 위한 펄스(Pulse)형 보 운영 기법 시범적용
기후변화에 의한 장기적인 가뭄의 영향으로 하절 기 대하천 녹조 발생 등 하천 수질 문제가 대두되었 다. 조류 발생에 따른 피해를 최소화하기 위해서는 댐 방류량 증가 등 다양한 방법이 있으나 강우의 불 균형 등으로 댐의 가용수량 확보가 어려운 실정이 다. 따라서, 금년에는 하절기 녹조 발생이 예상되는 기간에 보 유입량의 일부를 저류하였다가 5~7일 간 격으로 일시 방류를 반복하는 펄스(Pulse)형 보 운 영을 지난 2월 댐-보 연계운영 중앙협의회 의결을 거쳐 낙동강 수계에 시범 적용하였다.
펄스(Pulse)형 보 운영은 하천에 평시 유량 보다 많 은 상태의 인위적인 유량 변화를 만들어 하천 생태 및 수질환경에 개선하는데 도움이 될 수 있는 방법으로 알려져 있다. 따라서, 지난 6월이후 낙동강 중하류 구 간에 무강우 5일이상 지속과 남조류 1,000 cell/㎖이 상 등 펄스형 보 운영 기준에 도달함에따라 2차례에 걸쳐 펄스형 보 운영을 시범적으로 실시하였다. 향후 남조류, Chl-a 등 수질측정 등 모니터링과 다양한 운 영 시나리오를 바탕으로 펄스형 보 운영 계획을 구체 화하여 타 수계에도 확대 적용할 예정이다.
수질 및 녹조 대비 댐-보 연계 운영 사례
펄스형 보운영 개념도
유량(유속) 감소
⇨
수체 안정화
성층형성
⇨
성장 조건 (○)
남조류 번성
• 하절기 가뭄으로 보 유입량 감소
• 유량감소와 하절기 높은 기온과 복사 에너지로 성층발달
•표층 고정
• 빛 에너지 독점
• 남조류 우점 및 대발생 (bloom) 기존 보 운영에 따른 조류발생 원인
방류기간 사유 내역
(증가 방류량) 비 고
2013
‘13.7.19 낙동강 녹조발생 초기대응
상주보, 낙단보 2.9백만㎥
‘13.7.25 낙동강 녹조발생 초기대응
상주보, 낙단보, 구미보 17.1백만㎥
8.2~4 창녕함안보
“조류경보” 발령
남강댐 10백만㎥, 낙동강 8개보
9백만㎥
낙동강 댐-보 연계운영 협의회 의결(8.1)
9.10~13 창녕함안보
“조류경보” 재발령
남강댐 8백만㎥, 창녕함안보
15백만㎥
낙동강 댐-보 연계운영 협의회 의결(9.9)
9.13~15 창녕함안보 수질예보 “경계” 발령
달성보, 합천창녕보, 창녕함안보 25백만㎥
낙동강 댐-보 연계운영 협의회 의결(9.12)
2014 6.28
창녕함안보
“조류경보” 발령 (6.18) 달성, 합천창녕보 수질예보 “경계”(6.25)
구미보, 칠곡보 11백만㎥
낙동강 댐-보 연계운영 협의회 의결(6.27) 수질 및 녹조 대비 댐-보 운영기준 흐름도
수질예보제 ‘경계단계’
조류경보제 ‘조류경보’
【환경부】
가용수량 검토
【K-water】
증가방류계획 최종의결
【댐·보 연계운영협의회】
증가방류 시행
【K-water】
7. 미래를 향한 도전과 노력 7.1. 지자체 홍수통합관리 지원사업
최근 10년간 대부분의 자연재난은 태풍 및 집중호 우 등 물재해로 발생하고 있으며, 2012년 전체 자연 재난의 95.6%, 2013년 전체 자연재난의 93%를 물 재해가 차지하였다. 이에 구조적·비구조적 홍수재 해 저감 대책 수립 및 시행 등 지속적인 물 관리 노 력으로 대하천에서 발생하는 홍수피해는 크게 감소 하였으나, 지자체를 중심으로 운영·관리되고 있는 중소하천에서의 피해는 오히려 점차 증가하고 있다.
특히 지자체의 경우 전문 인력 및 기술력 부족, 열 악한 재정 등으로 피해가 반복되고 있는 실정이다.
이에 따라 중소하천과 같이 소외된 지역의 물 복지 향상을 위해서는 홍수재해 상황에 신속하고 효과적 으로 대응하기 위한 과학적·체계적인 선진 홍수관 리체계의 구축이 요구되는 상황이다.
이에 물 관리 전문기관인 K-water에서는 지난 2010년부터 ICT기반의 우수한 물 관리 기술력과 홍 수대응 Know-How를 활용하여 ‘지자체 맞춤형 홍 수통합관리시스템’ 구축을 지원하고 있다.
본 시스템은 유관기관 정보 연계·통합을 통한 상·하류 종합 모니터링 시스템 구축, 홍수예경보 시스템 및 주요하천 지점별 홍수시 대응기준 마련, 배수펌프장 및 우수저류조 등 수리시설물 원격감시 제어(TM/TC), 스마트 재난종합상황실을 구축하는 것으로, 지난 2010년 남원시를 시작으로 무주군, 군 산시, 진안군 총 10여곳의 지자체에 시스템 구축을 지원하고 있다.
재난은 복구보다 예방이 우선되어야 함은 모두 다 아는 사실이지만 예산문제 등으로 항상 소 잃 고 외양간 고치는 일이 아직까지 반복되고 있다.
K-water는 물 관리 전문 공기업으로써의 역할을 다하고, 예방 위주의 재난관리 체계 마련을 위해 ‘지 자체 맞춤형 홍수통합관리시스템’ 구축 지원을 지속 적으로 확대해 나갈 예정이다.
7.2. 해외 물관리 사업진출
물 관리의 목적은 홍수를 안전하게 조절하고 필 유량(유속)
감소 ⇨
수체 교란
성층형성
⇨
성장 조건 (×)
남조류 번성
• 일시적 방류량 증가 반복 발생
• 유량감소와 하절기 높은 기온과 복사 에너지로 성층발달
• 남조류 성장속도 저하
• 군집형성 방해 펄스형 보 운영에 따른 조류저감 원리
【지자체 홍수 통합물관리】
홍수 대응기준 수립
스마트 상황실 구축
요한 곳에 충분한 물을 공급하는 것이다. 이를 위해 40여년간의 다목적댐 운영으로 축적된 물관리기술 과 세계최고인 우리나라 정보통신기술의 융합을 통 해 K-water 물관리시스템이 성공적으로 정착하면 서 K-water 물관리시스템의 해외진출도 가속화 되 고 있다.
이러한 결과로, K-water는 태국 RID(Royal Irrigation Department)와의 기술교류를 통해 데 이터 수집 자동화 및 수문자료 통합관리 등 통합물 관리 기반구축, 홍수분석모형 구축 및 용수공급모 형 구축 등 통합물관리 기술고도화, 통합운영 상황 실 구축 등에 대한 RID 통합물관리 시스템 구축사 업을 제안하였다. 또한, 알제리와의 수자원 기술협 력 MOU를 통해 K-water 물관리시스템의 우수성 을 널리 알리는 한편 알제리 수자원부의 요청에 따 라 알제리 댐통합운영시스템 구축사업에 대한 제안 함으로써 K-water 물관리시스템의 해외 물관리 시 장 개척에 박차를 가하고 있다.
향후 필리핀 앙갓댐 수력발전 운영, 파키스탄 파 트린드 수력발전 운영, 인도네시아 통합물관리 사 업, 모로코 수자원 MP수립 등 다양한 분야에 최첨 단 ICT기반의 K-water 물관리 기술을 수출할 예정 이다.
8. 맺음말
K-water 물관리센터는 일년 365일 24시간 우리 나라의 물 관리에 불을 밝히고 있다. 전국의 수자원 현황을 실시간 감시, 분석하고 통합운영을 실시한 다. 물관리에 있어서는 국내외에서 최고라는 자부 심, 지속적인 최첨단 시스템 개발과 연구, 헌신적인 노력이 오늘날 성공적인 물관리의 원동력이다.
기후변화는 앞으로 더욱 가속화 될 것이며, 불 확실한 물관리 여건은 당면한 우리의 과제이다.
K-water는 이미 모든 상황에 대비하여 철저한 준 비를 진행 중에 있다. 새로운 환경을 반영하여 시스 템을 추가 개선하고, 통합물관리에 대비하여 물관 리 체계를 확고히 다져나갈 계획이다. 물재해로부터 자유롭고 안전한 국토를 실현하고, 선진기술의 해 외진출을 통해 물로 더 행복한 세상을 만들기 위해 K-water는 최선의 노력을 다할 것이다.
알제리 댐통합운영시스템 구축사업 제안
태국 RID 댐통합운영시스템 구축사업 제안
1. 건설교통부(2006). 한강수계 댐군 홍수조절 연계운영시스템 구축.
2. 한국수자원공사(2003). KOWACO 홍수분석모형 개발 보고서.
3. 한국수자원공사(2009). 댐운영 종합보고서.
4. 한국수자원공사(2009). 댐유역 강우확률예보 기술개발연구(1차년도).
5. 한국수자원공사(2010). 2009 홍수예경보시스템 연간 운영보고서.
6. 한국수자원공사(2014. 9). 21세기 물위기 극복을 위한 바람직한 통합물관리(IWRM) 방안 정책제안서
7. 한국수자원공사(2012. 12). 홍수, 가뭄 등 물재해로부터 안전한 녹색 물강국 실현 – 댐- 보 연계 통합물관리체계 완벽 구축
8. 방재학회지(2011. 9). 물관리 환경 및 기후변화 대비 녹색 물강국 실현 K-water 물관리 센터
9. 한국수자원공사(2015. 7). RID 통합물관리시스템 구축사업 제안서
10. 한국수자원공사(2014. 7). 알제리 댐 통합운영시스템 구축사업 요약보고서 11. 국토해양부(2010. 7). 기후변화 대응 미재 수자원 전략
참고문헌
