화천댐의 다목적 활용에 따른 한강수계 용수공급 기여도 산정
Water supply contribution of multipurpose utilization of the Hwacheon Reservoir in the Han River basin
- 주제(키워드) 화천댐 , 발전용댐 다목적화 , 용수공급 기여도 , HEC-ResSim , 하천수 , 댐 용수
- 주제(DDC) 690
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재응
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032600
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
우리나라는 수자원 이용의 불확실성에 대응하기 위해 댐과 같은 수공구조물을 활용한다. 수도권의 용수공급은 한강수계 다목적댐들이 담당하여 팔당호와 팔당댐 하류에서 취수하여 공급한다. 최근 발생한 가뭄 및 수도권의 용수 수요 증가 등으로 추가 수원확보가 필요하나 여러 문제로 인해 댐을 새로 건설하는 것은 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 2020년 4월 수도권의 안정적인 용수공급 및 홍수조절, 발전용댐 다목적 활용을 통한 수원 확보 등을 목적으로 환경부와 한국수력원자력(주) 간 『한강수계 발전용댐 다목적 활용 협약』을 체결하였다. 이에 따라 화천댐이 기존 발전 목적 뿐만 아니라 용수공급 목적을 포함하여 초당 22.2 m3(연간 7억m3)을 상시 공급하였으며 본 연구에서는 우리나라 최초의 발전용댐 다목적 활용 사례에 대해 용수공급 측면에서의 효과를 분석하고자 하였다. 용수공급 효과 분석을 위해 저수지 모의 운영 모형인 HEC-ResSim을 활용하여 한강 유역에 위치한 발전용댐, 다목적댐, 보, 취수장 및 양수장을 대상으로 모형을 구축하고, 지류유입량을 고려하여 모의운영 모형을 구축하였다. 댐 및 보의 구간별 유량 정확도를 높이기 위해 Muskingum 방법을 활용한 하도 추적을 실시하였다. Muskingum 하도 추적 인자인 저류상수 K의 값을 조절하여 댐과 보의 실측 유입량과 모의운영 결과 산정된 유입량이 작은 오차를 가지도록 하였다. 본 연구에서는 화천댐 방류량이 수도권 용수공급에 기여한 정도를 분석하여 용수공급 효과를 양적 측면에서 분석하고자 하였다. 수도권 용수공급의 취수원인 팔당댐을 기준으로 설정하고 팔당댐 유입량 중 각 댐의 방류량이 차지한는 비율을 용수공급 기여도로 정의하였다. 화천댐의 용수공급량은 현 법적 기준에 따르면 하천수로 분류되나 다목적 활용을 위한 시범운영 중이므로 다목적댐과 같이 댐 용수로 고려한 분석이 필요하다고 판단하여 두 가지 경우를 구분하여 기여도를 산정하였다. 화천댐 용수공급 기여도 산정 결과 시범운영 기간 중 2020년의 기여도는 시범운영 이전(2004년∼2019년) 평균보다 높게 산정되었다. 시범운영 기간 중 2021년의 기여도는 시범운영 이전 평균보다 다소 낮게 산정되었는데 이는 화천댐 운영곡선 적용에 따라 용수공급량을 감축하여 운영하였기 때문이다. 시범운영 기준에 따라 용수공급량을 정상 공급한다면 화천댐 다목적 활용에 따른 용수공급 효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 화천댐 용수공급량 구분에 따른 분석 결과 화천댐의 기여도는 화천댐의 용수공급량을 댐 용수로 간주한 경우의 기여도가 하천수로 간주한 경우에 비해 높게 산정되었으며 소양강댐은 반대로 낮게 산정되었고 충주댐은 동일하게 산정되었다. 이는 화천댐의 용수공급량을 댐 용수로 간주하는 경우, 화천댐의 기여량은 댐 용수와 마찬가지로 화천댐의 방류량에서 제외되지 않고 그대로 기여량으로 산정되기 때문이다. 북한강 중간에 위치한 지점에서 화천댐과 같이 기여도를 산정하는 소양강댐의 경우, 화천댐의 기여도가 증가함에 따라 감소한 것이며 충주댐은 최종 팔당댐 지점 외에는 화천댐과 같이 기여도가 산정되는 지점이 없어 값의 변화가 없는 것으로 판단된다. 화천댐의 용수공급 기여도를 기존 수도권 용수공급을 담당하던 소양강댐과 충주댐의 기여도와 비교하여 용수공급 효과를 제시하고자 하였다. 이를 위하여 각 댐의 유역면적 대비 기여량과 유효저수용량 대비 기여량 산정 결과를 비교하였다. 화천댐의 유역면적 및 유효저수용량 대비 기여량이 소양강댐과 충주댐의 값보다 크게 산정되어 화천댐이 수도권 용수공급에 기여한 것으로 판단된다.
more초록/요약
Korea uses hydraulic structures such as dams to cope with uncertainties in the use of water resources. The water supply in the metropolitan area is mainly handled by multi-purpose Reservoir in the Han River basin and supplied from Paldang Reservoir and the downstream of Paldang Reservoir. It is necessary to secure additional water sources due to the recent severe droughts and increased demand for water in the metropolitan area, but it is difficult to construct a new dam due to various problems. To solve this problem, the Ministry of Environment(MOE) and Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd.(KHNP) signed an agreement on the multi-purpose use of hydropower Reservoir in the Han River basin in April 2020 for the purpose of stable water supply and flood control in the metropolitan area. Accordingly, Hwacheon Reservoir supplied 22.2 m3 per second (700 million m3 per year), including water supply and power generation purposes, and this study analyzed the effect of water supply on Korea's first multi-purpose use of hydropower Reservoir case. A simulated operation model was constructed for hydropower Reservoirs, multi-purpose Reservoirs, weirs, water intake stations, and pumping stations located in the Han River basin and also considering tributary inflows using HEC-ResSim, a reservoir simulation operation model. In order to increase the flow accuracy for each section between Reservoir and weirs, channel routing using the Muskingum method was performed. The value of the storage constant K, which is the Muskingum channel tracking factor, was adjusted to have a small error between the actual inflow amount and the inflow amount calculated as a result of the simulation model. This study analyzed the effect of water supply in quantitative terms by analyzing the release from Hwacheon Reservoir contributed to the water supply in the metropolitan area. It was set based on Paldang Reservoir, a water source for the metropolitan area, and the ratio of the release from each Reservoir among the total inflow to Paldang Reservoir was defined as the contribution to water supply. The water supply from Hwacheon Reservoir is classified as supply from a river(Case 1) according to the current legal standards, but since it is being piloted for multi-purpose utilization, it is also necessary to analyze it as supply from a dam(Case 2), and the contribution was estimated for both cases. As a result of calculating the contribution to the water supply from Hwacheon Reservoir, the contribution in 2020 during the pilot operation period was higher than the average before the pilot operation (2004-2019). During the pilot operation period, the contribution in 2021 was calculated to be somewhat lower than the average before the pilot operation, because the water supply was reduced due to the application of the Hwacheon Reservoir operation curve. If the water supply is normally supplied according to the agreed amounf of release betwenn MOE and KHNP, water supply effect from the multi-purpose utilization of Hwacheon Reservoir is significant.. The Hwacheon Reservoir’s contribution for the Case 1 was higher than Case 2. On the contrary, Soyanggang Reservoir was estimated as low on the Case 1, and Chungju Reservoir was estimated as the same for both cases. This is because in Case 1, the contribution from Hwacheon Reservoir is estimated without excluding pumping from the river downstream of Hwacheon Reservoir. In the case of Soyanggang Reservoir, which is located in the same North Han River with Hwacoheon Reservoir, the contribution of Soyanggang Reservoir decreased as the contribution of Hwacheon Reservoir increased, but its value is not changed for the Chungju Reservoir because it is located in the Han River. The water supply effect was presented by comparing the water supply contribution from Hwacheon Reservoir with that from Soyanggang Reservoir and Chungju Reservoir. However, since the basin area and effective storage capacity of Hwacheon Reservoir are smaller than that of Soyanggang Reservoir and Chungju Reservoir, it was difficult to directly compare the contribution from each reservoir. So, the contribution amount based on the basin area of each dam and the effective storage capacity was compared. The contribution per basin area and effective storage capacity of Hwacheon Reservoir is estimated to be greater than the values of Soyanggang Reservoir and Chungju Reservoir.
more목차
제1장. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 3
제2장. 연구 동향 5
2.1 모의운영 기법 5
2.2 단일목적댐의 다목적화 사례 6
제3장. 이론적 배경 8
3.1 HEC-ResSim 8
3.2 하도 추적 9
3.3 댐 용수 및 하천수 11
제4장. 대상 유역 및 시설 현황 15
4.1 대상 유역 15
4.2 대상 시설 현황 17
4.2.1 댐 17
4.2.2 보 24
4.2.3 수위관측소 25
4.2.4 취수장 26
4.2.5 양수장 27
제5장. 댐 모의운영 모형 구축 및 용수공급 기여도 산정 방안 수립 30
5.1 댐 모의운영 모형 구축 30
5.1.1 모형 구축 자료 31
5.1.2 구간별 하도 추적 34
5.2 댐별 용수공급 기여도 산정 방안 수립 36
5.2.1 화천댐 용수공급량을 하천수로 간주하는 경우 38
5.2.2 화천댐 용수공급량을 댐 용수로 간주하는 경우 38
제6장. 화천댐의 수도권 용수공급 기여도 산정 결과 40
6.1 화천댐 용수공급량을 하천수로 간주한 경우(Case 1) 41
6.1.1 시범운영 전후 화천댐 용수공급 기여도 분석 41
6.1.2 화천댐 및 다목적댐 기여도 비교 및 분석 45
6.2 화천댐 용수공급량을 댐 용수로 간주한 경우(Case 2) 52
6.2.1 시범운영 전후 화천댐 용수공급 기여도 분석 52
6.2.2 화천댐 및 다목적댐 기여도 비교 및 분석 56
6.3 Case 1과 Case 2의 결과 비교 63
6.3.1 화천댐 용수공급 기여도 변화 65
6.3.2 화천댐 및 다목적댐 기여도 변화 70
제7장. 결론 73
참고문헌 75
Abstract 78
