Journal of Korea Water Resources Association. 30 June 2022. 461-469
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.6.461

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 물수지법 기반의 댐 유입량 산정

  •   2.1 대상지역 및 자료구축

  •   2.2 기존 유입량 자료의 생산절차 및 특성 비교

  • 3. 증발량을 고려한 단순 물수지 방정식 개선

  •   3.1 증발량을 고려한 댐 유입량 산정 및 평가

  •   3.2 인간과 자연적 측면에서 소양강댐 유역의 가용수자원 현황분석

  • 4. 토의 및 결론

1. 서 론

최근 이상강우 등 기후변화로 인해 정밀한 댐 운영에 필요한 유량자료의 필요성은 커지고 있다. 댐 유역의 수문자료는 댐의 효율적인 운영, 중장기 댐 운영 계획, 수자원 관리, 댐 저수량 예보 등을 위해 사용된다. 댐의 주요 수문자료에는 일반적으로 유입량 요소(강수량 등), 저수량 요소(저수위 등) 그리고 유출량 요소(방류량, 증발량, 침투량 등)로 구분된다. 현재까지 강수량, 저수위, 방류량 자료는 과거부터 지속적으로 계측하고 있으나, 증발량과 침투량은 직접 계측하는데 어려움이 있다. 이에 현재 우리나라의 댐 유입량은 직접측정의 현실적 제약사항으로 인해, 방류량과 저수위 변화에 따른 저류량의 차를 이용하여 간접적으로 측정되고 있다.

간접측정방식으로 댐 유입량을 산정하는 경우에는 측정단위(1 cm)에 대한 저수위 변화 및 방류량 자료에서 발생하는 오차 등 다양한 불확실성 요인이 존재하며, 이러한 문제를 해결하기 위한 연구사례도 다수 존재한다(Noh et al., 2008). 또한, 댐 저수지의 물 균형은 유입량과 더불어 수면에서의 증발 및 직접 강우, 댐 체내의 누수 및 침투 등과 같은 수문량에 의해 영향을 받게 된다. 따라서 댐 운영 시스템에 관련한 자료의 신뢰성을 확보하기 위해서는 기상 및 수문 과정에 영향을 미치는 다양한 변수들의 불확실성을 고려하는 것은 중요하다(Bozorg-Haddad et al., 2014; 2019; 2022). 즉, 댐 및 저수지 운영 시스템에서의 불확실성을 무시하고 운영 규칙을 결정할 경우, 댐 및 저수지의 성능을 과대 또는 과소 평가하게 된다(Loucks and van Beek, 2005; Tehrani et al., 2008).

일반적으로 댐 및 저수지 유입량에 대한 불확실성의 영향은 단순 물수지 방정식의 일부 항을 수정하는 개념이기도 하다(Lobell et al., 2011). 예를 들어, 단순 물수지 방정식에서 증발을 고려하는 변수항을 추가할 경우, 온도 상승으로 인한 증발 손실량을 고려한 저수량 변화를 반영할 수 있다(Biglarbeigi et al., 2018). 이처럼 유역 내에서 발생하는 증발량이 댐 또는 저수지 시스템의 운영에 미치는 영향을 평가한 연구사례를 살펴보면, 건조한 지역이나 복잡한 수계를 지닌 대규모 유역에서는 증발로 인한 수자원 손실이 크게 나타날 가능성이 있다(Block and Strzepek, 2010; Beck and Bernauer, 2011; Giuliani and Castelletti, 2013).

이러한 증발로 인한 저수지 수위의 저하는 저수량의 변화에 영향을 주기 때문에, 증발량을 고려하지 않는 단순 물수지 방정식으로 계산된 유입량은 신뢰성이 낮아질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 댐 유입량 자료에서 나타나는 문제점을 검토하고, 우리나라 다목적댐 유입량 산정방식으로 사용되는 단순 물수지법에 대한 개선방안을 제시하였다. 또한. 증발을 고려한 단순 물수지법 개선방안의 적용 가능성을 확인하여, 한정된 수자원을 효율적으로 활용하기 위해 댐 유입량 자료의 불확실성 문제를 일부 해결하였다.

2. 물수지법 기반의 댐 유입량 산정

2.1 대상지역 및 자료구축

본 연구에서는 한강수계 상류에 위치한 소양강댐의 유입량을 산정하기 위하여 유입량, 저수위, 방류량, 증발량 자료를 수집하였다. 여기서 증발량을 제외한 나머지 자료는 국가수자원관리종합시스템(WAMIS)에서 제공하는 10분별, 시간별, 일자별 자료이다. 유입량(댐유역 및 댐의 외부에서 유입되는 유입량의 합)은 저수위 변화에 따른 저수량 차이로 계산되며, 이는 10분별, 시간별, 일자별 구분을 통해 제공되고 있다. K-water 데이터 품질관리 지침(K-water, 2018)에 의하면, 댐과 보의 유입량은 물수지법에 따라 단위 시간당 댐 및 보의 수위 변화에 따른 저수량의 차이와 단위 시간의 평균 방류량을 이용하여 계산하며, 만약 계산된 유입량이 음수이면 이를 “0”으로 치환하여 처리한다.

이외에도 단순 물수지법에서 사용하는 방류량 이외의 유출 요인 중 하나로 증발로 인한 손실을 고려하기 위해서는 증발량 자료가 필요하다. 일반적으로 증발은 액체 표면에서 발생하는 기화현상이며, 증발량은 일정 시간 동안 지표면이나 수표면으로부터 대기 중으로 사라진 수분의 양을 의미한다. 그러나 현재 우리나라 대부분의 댐에서는 수표면 증발량을 관측하지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 댐 체내의 수면증발량이 아닌 소양강댐 유역의 증발량을 고려하기 위하여, KMA (2016)에서 제시하는 시간단위 증발량 산정방법을 이용하였다.

2.2 기존 유입량 자료의 생산절차 및 특성 비교

직접측정이 어려운 댐 유입량은 Eq. (1)의 물수지 방정식을 Eq. (2)와 같이 적용하여 직접측정이 가능한 댐의 저수량 변화량과 유출량을 이용하여 간접적으로 산정된다.

(1)
S=Itotal-Ototal
(2)
Itotal=S+Ototal

여기서, I와 O는 각각 총 유입량과 총 유출량이다. S는 댐의 저수량 변화량이며, 저수위 자료를 이용하여 산정할 수 있다.

Eq. (1)의 물수지 방정식에서 정의되는 총 유입량은 댐유역 내로 들어오는 모든 유입 요소를 포함하는 개념이며, 마찬가지로 총 유출량도 유역으로부터 빠져나가는 모든 유출 요소를 내포하고 있다. Eq. (3)에서와 같이 Eq. (2)의 총 총유입량과 총 유출량을 구성하는 요인들을 세부적으로 표현할 수 있으며, 이 경우 Eqs. (2) and (3)은 동일하다.

(3)
Irain+Ibaseflow+Iother=S+Ooutflow+Oevaporation+Oother

여기서, Irain, Ibaseflow, Iother는 각각 강수량에 의한 유입량, 기저유량, 기타 유입량이며, S는 댐의 저수량 변화량, Ooutflow, Oevaporation, Oother는 각각 방류량과 증발량, 기타(침투 등) 유출량을 의미한다.

하지만, 실제 댐유입량 산정에 적용되는 총 유출량의 경우, 오직 댐에서 방출되는 방류량만을 적용하고 그 외의 유출 요소인 증발량 등은 생략된다. 즉, 댐 유입량 산정은 Eq. (4)를 통해 이루어지고 있으며, 이는 Eq. (3)과 비교했을 때, 증발 및 기타 유출 요인이 제외된 것으로서 유역내 발생되는 물수지를 정확히 표현하지 못한다. 이러한 물수지 요인의 누락은, 댐 방류량을 제외한 유출 요인이 물수지에 관여하는 정도에 따라 산출되는 댐 유입량의 정확도에 큰 영향을 줄 수 있다.

(4)
Irain+Ibaseflow+Iother=S+Ooutflow

소양강댐 유입량 산정에 관련한 수문자료는 Table 1과 같으며, 여기서 유입량은 Eq. (4)와 같이 저수위 변화와 방류량을 이용하여 계산된다. 또한, 계산된 유입량 자료에는 일부 음의 값이 나타나게 된다. 이처럼 계산된 음유입량을 ‘0’ 값으로 치환한 후, 수문자료가 작성되고 배포된다. 그러나 완전한 건천이 아닌 경우에는 기저유출량 등의 요인으로 인하여 저수량과 같은 일정량의 유입량의 요소가 발생하기 때문에, 소양강댐 유역(총 유역면적: 2,703 km2)에서는 물리적으로 음의 유입량은 발생할 수 없다.

Table 1.

Hydrological data for Soyang Dam

Date
(yyyy-mm-dd)
Reservoir levels
(EL.m)
Reservoir volume
(106m3)
Inflow
(m3/s)
Total discharge
(m3/s)
2011-01-20 181.29 1800.756 1.522 65.017
2011-01-21 181.18 1795.279 1.863 65.254
2011-01-22 181.06 1789.317 0(-0.627) 68.382
2011-01-23 180.96 1784.358 0(-2.906) 54.495

Fig. 1은 국가수자원관리종합시스템(WAMIS)에서 제공하는 소양강댐의 2011년 1월 1일부터 2020년 12월 31일까지의 생산주기별(10분, 60분(1시간), 1440분(일단위)) 댐수문자료 중 유입량과 방류량의 총량을 보여준다. Fig. 1(a)의 흰색 막대는 음유입량을 ‘0’으로 치환하여 제공되는 자료의 총합을 나타내며, 검정색 막대는 음유입량을 치환하지 않은 자료의 총합을 도시한 결과이다. 즉, 자료 생산주기에 따라 자료계열별 전체 유입량 총량에 일관성을 보이는 검정색 막대와 달리, 흰색 막대(음유입량을 ‘0’으로 치환한 자료계열)는 자료의 생산주기가 짧을수록 유입량의 총량은 크게 산정되었다. 반면, 방류량의 경우 자료의 생산주기와는 무관하게 총량이 일정하게 나타났다. 이러한 결과는, 단순 물수지법으로 산정된 자료계열에 포함된 음유입량을 단순히 ‘0’으로 치환할 경우, 질량보존의 법칙을 만족하지 못하게 된다는 것을 보여준다.

Fig. 1(a)에서 빨간색 점선과 검정색 점선은 실제 발생한 강우의 100%와 70%가 모두 유역 내에서 유출되었다고는 가정하는 경우의 총 강우 체적을 나타낸다. 즉, 특정기간 내 댐의 총유입량은 Eqs. (3) and (4)와 같이 강우 발생으로 인해 직접 유출로 이어져 댐으로 유입되는 직접유입량과 더불어 유역 내 기저유량 및 지하수 등과 같은 간접유입량이 합쳐져야 한다. 따라서 Eq. (5)와 같이 댐의 총유입량은 강우로 인한 직접유입량 보다는 항상 크거나 같아야 한다. 하지만, 2011년부터 2020년까지의 10년 기간 동안의 댐 유입량의 총체적을 살펴보면, 이는 총강우 체적과 비교하였을 때 상대적으로 적은 것으로 확인되어 Eq. (5)를 만족하지 못한다.

(5)
Itotal=Irain+Ibaseflow+IotherItotalIrain

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Fig. 1.

Total inflow and outflow volume estimated by the simple water balance during 2011-2020

3. 증발량을 고려한 단순 물수지 방정식 개선

단순 물수지 방정식을 기반으로 산정한 유입량 자료계열에서 수위저감에 따른 저수량의 감소분이 방류량보다 클 경우에 음유입량이 발생한다. 이러한 문제는 단순 물수지 방정식에서 일부 유출량의 요소를 제외함에 따라, 측정된 저수지 감소량을 단 하나의 유출 요인(방류량)이 반영하지 못하기 때문에 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 단순 물수지 방법에서 추가로 고려 가능한 유출량의 요인으로 증발량을 추가하는 단순 물수지법 개선식을 Eq. (6)과 같이 제안하였다.

(6)
Itotal=S+Ooutflow+Oevaporation

3.1 증발량을 고려한 댐 유입량 산정 및 평가

현재 기상청에서는 일단위 증발량 자료를 제공하고 있으며, 시간 단위별 증발량 자료가 필요한 경우, 지상기상관측지침에서 제공하는 증발량 산정식(Penman-Monteith, 이하 PM식)을 이용하여 1시간 단위의 증발량을 계산하여 이용해야 한다. 본 연구에서는 시간 단위 자료와 일 단위 자료에 동시에 적용할 수 있는 1시간 단위의 증발량 자료를 이용하였다. 여기서 적용한 PM식은 Eq. (7)과 같고, 상세한 계산 과정은 지상기상관측지침을 통해 확인할 수 있다. 1시간 단위의 증발량을 계산하기 위해서 기상청에서 제공하는 1시간 단위 기상자료(평균기온, 평균풍속, 습도, 증기압, 현지기압, 일사량)를 이용하였으며, 기타 상수 값들은 지상기상관측지침에 수록된 값을 적용하였다. 또한, 지상기상관측지침에서 제시된 PM식은 소형증발접시 증발량을 대표하고 있으며, 보다 현실적인 증발량을 산정한다고 알려진 대형증발접시 증발량은 소형 증발량에 0.7을 곱하여 구할 수 있다(KMA, 2016). 따라서, 본 연구에서는 Eq. (7)을 통해 계산된 증발량에 0.7을 곱하여 소양강댐의 증발량을 산정하였다.

(7)
EV=ETo/Kp
(8)
ETo=0.408Rn-Ghr+γCnThr+273u2(eoThr-ea)+γ1+Cdu2
(9)
Kp=0.108-0.0286u2+0.0422lnFET+0.1434lnRHmean-0.000631lnFET2lnRHmean

여기서, EV는 증발량(mm/hr), ETo는 증발산량, Kp는 팬 계수, Rn은 순복사량(MJ/m2/hr), Ghr은 토양열속밀도(MJ/m2/hr), γ는 건습계 상수(kPa/°C), 는 기온에 따른 포화수증기압의 기울기(kPa/°C), es (Thr)는 Thr기온의 포화수증기압(kPa), ea는 1시간 평균 수증기압(kPa), Thr은 1시간 평균기온(°C), u2는 2 m 높이에 해당하는 1시간 평균풍속(m/s), Cn, Cd는 작물의 종류에 따른 계수, FET는 지점별 특성값으로 100으로 하며, RHmean는 평균 상대습도(%)이다.

2011년부터 2020년까지의 1시간 소양강댐 수문자료를 이용하여 현재 적용되고 있는 단순물수지 방정식인 Eq. (4)와 본 연구에서 제안한 증발량을 추가 반영한 물수지 방정식인 Eq. (6)을 이용하여, 다양한 자료 생산주기별(1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24시간) 댐 유입량을 산정하여 총 체적을 비교하였다.

그 결과, 기존방법(증발량을 고려하지 않는 기존의 물수지법)으로 산정한 댐유입량 시계열의 경우는 생산주기가 짧을수록 댐 유입량의 총체적이 증가하였다(Fig. 2(a)). 반면에 개선방법(증발량을 고려한 물수지법)으로 산정한 댐유입량 시계열의 경우에는 2시간 이상의 생산주기를 갖는 자료계열별 유입량의 총 체적은 일관성을 보이는 것으로 나타났다. 즉, 기존방법으로 산정한 댐 유입량 자료의 경우, 자료 생산주기가 1시간 단위의 총 체적은 1일 단위의 총 체적보다 28% 과다산정되었다. 반면, 본 연구에서 제안한 개선방법을 적용하였을 경우, 1시간 단위의 총 체적과 1일 단위의 총 체적의 차이는 5% 정도로 나타났다. 이러한 결과는 제안된 방법(증발량을 고려하여 산정한 댐 유입량 산정)이 자료 생산주기에 따른 총 체적의 변동성을 감소시켜, 물수지 개념을 보다 안정적으로 반영하는 것을 보여준다.

또한, 증발량을 고려한 댐 유입량 산정결과를 바탕으로 총 체적량을 살펴보면(Fig. 2(b)), 유역 내 강우량으로 발생한 총 체적인 빨간색 점선(강우의 100% 직접유입)과 파란색 점선(강우의 70% 직접유입) 보다 크게 댐 유입량의 총 체적이 산정된 것을 확인할 수 있다. 이는 앞에서 언급한 ItotalIrain 조건을 만족하는 유입량이 산정된 결과이다. Table 2는 기존의 방법(증발량 미고려)과 제안한 방법(증발량 고려)에 따라 산정된 유입량 자료계열을 이용하여, 각각의 시계열에서 나타난 음유입량의 발생 빈도의 차이를 나타낸 결과이다. 우선 두 방법 모두에서 나타나는 공통점은 자료 생산주기가 짧을수록 음유입량의 발생빈도는 증가하는 특성이다. 반면, 기존방법에 비해 제안된 개선방법을 적용할 경우, 음유입량의 발생빈도가 약 10% 정도 감소하는 것으로 확인되었다.

Fig. 3은 기존방법(증발량 미고려)과 개선방법(증발량 고려)을 이용하여 일별, 월별 댐유입량을 산정한 결과를 도시한 그림이다. 여기서, 기존방법과 비교하여 개선방법(증발량 고려)을 적용한 경우, 극치 강우량이 발생했을 시점에서는 유입량의 극값은 유사하게 나타났으나, 극치 강수 발생 이외의 기간에서는 개선방법을 적용한 경우 상대적으로 큰 값의 유입량이 산정되었다.

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Fig. 2.

Total inflow volume estimated by the simple (conventional method) and modified (this study) water balance during 2011-2020

Table 2.

Occurrence rate of negative inflow for the simple (conventional method) and modified (this study) water balance

1 hr 2 hrs 3 hrs 4 hrs 6 hrs 8 hrs 12 hrs 24 hrs
The number of inflow data 87,672 43,836 29,224 21,918 14,612 10,959 7,306 3,653
Coventional method 19.7% 16.2% 14.8% 13.5% 11.6% 8.9% 8.1% 1.3%
This study 9.9% 6.3% 4.8% 3.8% 2.4% 1.0% 0.1% 0.0%

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Fig. 3.

Daily and monthly inflow timeseries of Soyang Dam estimated by the simple (conventional method) and modified (this study) water balance

3.2 인간과 자연적 측면에서 소양강댐 유역의 가용수자원 현황분석

일반적으로 물수지 분석을 통해 파악한 수자원의 총량은 유역의 수자원 수급계획에 중요하게 사용된다. 기존의 단순 물수지 방정식에서는 방류량으로 표현되는 직접적인 물이용 현황을 반영할 뿐, 유역 내 증발산으로 인한 손실량 등으로 인한 간접적인 물이용은 고려하지 못 한다. 그러나 본 연구에서 제안한 단순 물수지 개선식을 적용하였을 경우에는 댐 유입량과 함께 유역 내 증발량을 함께 고려할 수 있어 소양강댐 유역 내 직·간접적인 물이용 현황을 파악할 수 있다.

Fig. 4는 과거 10년 동안의 소양강댐 유역의 수자원 총량에 대하여 연도별 인간 및 자연적 측면에서의 수자원 가용현황을 나타낸다. 여기서 인간적 측면의 가용수자원은 연도별 총유입량을 나타내며, 자연적 측면의 가용수자원은 증발로 인한 손실량을 의미한다. 예를 들어, 인간적 측면에서 직접적으로 이용가능한 수자원은 댐 체내로 유입된 유입량일 것이며, 반면 소양강댐 유역 내에서 증발로 인해 발생한 손실량은 자연적 측면에서 간접적으로 이용된 수자원이다. 즉, 소양강댐 유역 내 수자원의 총량은 인간과 자연이 함께 이용한 직·간접적인 수자원의 총합으로 이해할 수 있다.

지난 2011년부터 2020년 동안의 소양강댐 유역의 전체 수자원 총량 중 인간적 측면에서 이용가능한 수자원은 평균적으로 약 60% 내외 수준이었다. 반면 소양강댐 유역에서 인간이 사용할 수 있는 가용수자원이 상대적으로 적은 해를 찾아보면, 2014년, 2015년, 2019년이다(Fig. 4(a)). 2014년도는 전국적으로 가뭄이 시작되어 2015년까지 지속했던 극한 가뭄해이다. 특히 2015년 6월 소양강댐 저수위는 역대 2번째 최저치(152.31 m)로 기록되었다. 또한, 2019년 7월 말에는 중부지방 강수량이 평년의 49% 수준에 머물러 용수공급에 어려움을 직면한 해이기도 하다. 그러나 이처럼 가뭄이 심한 시기일지라도 자연적 측면에서는 오히려 건조한 대기상태가 필요로 하는 물수요(증발로 인한 손실량)는 증가하였다. 결국 가뭄해에는 전체 수자원의 총량 중 간접적인 수자원 이용의 비중이 평소보다 증가하는 것이 확인된다(Fig. 4(b)).

이와 반대로 소양강댐 유역에서 인간이 사용할 수 있는 가용수자원이 상대적으로 높은 해를 찾아보면, 2011년과 2020년이다. 2011년과 2020년의 여름철은 계속되는 여름철 집중호우로 인해 소양강 댐 유입량이 크게 증가하였으며, 결국 소양강댐의 수문을 개방하여 방류를 시도할 정도로 수자원이 풍족했던 기간이었다. 또한 이처럼 풍수해 일 경우에는 자연적 측면에서 필요로 하는 물수요가 평년보다 감소하게 되어, 간접적인 수자원 이용의 비중이 다소 낮게 나타나는 것을 이해할 수 있다.

다음으로는 소양강댐 유역의 수자원 총량 중에서 인간적 측면에서 이용가능한 수자원을 구성하는 요소를 검토하였다. Fig. 5는 댐 체내로 유입된 유입량의 구성 요소를 강우로 인한 직접유출의 기여율을 임의로 가정하고, 그 이외의 간접유출량에 대해 구분한 결과이다. 여기에서는 전체 강우량의 100%가 직접유출에 기여했다고 가정하여, 단순 물수지법 개선식으로 산정된 총 유입량에서 강수의 총량을 제외한 나머지를 간접유입으로 해석하였다.

Fig. 6은 연도별 댐 유입량에 기여하는 직접유입과 간접유입을 구분한 결과이다. 실제 강수량이 적게 내렸던 가뭄해에는 강수량 부족으로 인한 직접유입량이 현저하게 적은 수준이었다. 즉, 직접유입 보다는 간접유입이 댐 유입량에 기여한 바가 큰 것으로 확인된다. 반면, 연강수량이 컸던 연도(2011년, 2013년, 2020년)에는 간접유입에 비하여 직접유입이 댐 유입량에 기여하는 정도가 큰 것이 확인된다.

이러한 결과는 강우로 인한 직접유입량에 대한 비율을 정확하게 평가할 수 있을 경우, 제안된 단순 물수지 개선법은 보다 효율적인 방법으로 유출곡선의 분리가 가능해 질 것이다. 즉, 이러한 결과는 기존 유출사상에 대한 기저유출 분리 방법을 적용하는 방법에 비해 물리적으로 적합하다 볼 수 있다.

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Fig. 4.

Total water volume component and ratio of Soyang Dam estimated by the modified (this study) water balance

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Fig. 5.

Monthly total inflow, indirect inflow and rainfall timeseries of Soyang Dam estimated by the modified (this study) water balance

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Fig. 6.

Total inflow volume component and ratio of Soyang Dam estimated by the modified (this study) water balance

4. 토의 및 결론

현재 댐 유입량의 간접측정기법으로 활용되는 단순 물수지법으로 산정한 댐 유입량은 저수지 수위의 변화에 따른 민감도가 크다는 문제가 있다. 이와 더불어 증발량, 지하수 유출량 등과 같은 복잡한 자연현상을 고려하지 못하는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 댐 유입량의 신뢰성 문제를 개선하기 위하여, 소양강댐 유역의 증발을 고려하는 개선된 물수지 방정식을 제안하였다.

먼저 기존 단순물수지법으로 산정된 유입량 자료계열을 검토하였으며, 여기서 유입량 자료계열에 포함되어 있는 음유입량을 ‘0’으로 치환함에 따라 물수지 기본개념인 질량보존의 법칙이 성립하지 못한다는 문제를 확인하였다. 또한, 다양한 자료 생산주기별로 제공되는 유입량 시계열 간에도 전체 유입량의 총 합이 다르게 나타나는 문제가 있다는 것을 확인하였다. 이러한 문제는 유입량 자료계열에 포함되는 음유입량에 대한 처리방법(‘0’ 값으로 치환)을 개선할 필요가 있다.

본 연구에서는 이러한 댐 유입량 산정에 이용되는 단순 물수지 방정식의 개선을 위해, 소양강댐 유역의 증발량을 고려한 물수지법을 제안하였다. 그 결과, 기존방법으로 산정된 댐 유입량 자료에서 발생하는 문제점(1. 과도한 음유입량 발생, 2. 생산주기에 따라 달라지는 유입량 총체적의 일관성 결여, 3. 유입량의 총 체적과 강우로 인한 직접유입량 규모의 비재현성)이 개선되는 것을 확인하였다. 즉, 기존의 댐 유입량 산정 시 고려하지 않는 다양한 유출 요인에 대한 과도한 누락은 음유입량 발생문제를 야기하며, 더불어 복잡한 자연현상을 설명하기 위해서는 추가적인 유출 요소(증발량)를 물수지 방정식에 포함할 필요가 있다는 것을 확인하였다. 이러한 증발량을 고려하여 산정하는 댐 유입량은 증발량을 고려하지 않는 기존방법과 비교하여 자료 생산주기에 따라 발생하는 유입량의 총 체적에 대한 변동성이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 이처럼 자료 생산주기에 따른 유입량의 총체적의 변동성 문제를 개선하기 위해서는 기존의 물수지 개념에서 증발량이 차지하는 유출 요소로서의 영향은 무시할 수 없는 수준이라고 판단된다.

또한, 증발량을 고려한 물수지법은 소양강댐 유역의 수자원 총량에 대하여 연도별 인간 및 자연적 측면에서의 수자원 가용현황 구분을 가능하게 하였다. 다시 말해, 유역에서 인간과 자연이 함께 이용한 직·간접적인 수자원의 총합(인간적 측면에서의 가용수자원(유입량), 자연적 측면에서의 가용수자원(증발로 인한 손실))에 대하여 물리적으로 구분이 가능하였다. 이를 통해, 실제 가뭄이 발생한 해에는 소양강댐 유역 내에서 발생하는 유입량(직접적인 가용수자원)이 감소하는 것과 동시에 건조한 대기상태로 인한 증발량(간접적인 가용수자원)이 증가하는 현상을 입증하였다.

이외에도 증발량을 고려한 물수지법을 적용하여 댐 유입량을 산정할 경우, 직접적인 가용수자원을 구성하는 직접 유출량과 간접 유출량이 전체 유입량에 기여하는 정도를 파악할 수 있었다. 특히 가뭄이 발생한 해의 경우에는 강우에 의한 직접유입량 보다는 간접 유출량이 댐 유입량에 기여도가 높다는 것을 확인하였다. 또한, 평균적으로 소양강댐 유역에 내린 강우가 100% 직접유출에 기여한다고 가정할 경우, 총유입량에 기여하는 간접유출의 비율은 약 31.5%으로 나타났으며, 이는 직접적인 가용수자원을 구성하는 데 있어 간접유출이 차지하는 비중이 큰 것으로 확인되었다. 이처럼 단순 물수지법 개선을 통해 유입량의 구성 성분을 세분화할 수 있으며, 유역별 기저유출의 특성을 파악하는 데 기여할 수 있을 것이다. 다만 본 연구에서 적용한 증발량은 유역 내 실측자료가 아니고, 소양강댐 수면 증발량은 고려하지 못하였으며, 향후 연구에서는 정확도 높은 수문자료의 생산 및 확보를 위한 추가적 노력은 계속 필요하다.

Acknowledgements

본 연구는 한국연구재단의 개인기초연구(NRF-2020R1C1C1014636)사업의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

Conflicts of Interest

The authors declare no conflict of interest.

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