기후변화 시나리오에 따른 다목적댐의 가용수자원 평가 및 최적운영 방안에 대한 연구
Evaluation of Available Water Resources of Multi-purpose Dam according to Climate Change Scenarios and Research on Optimal Reservoir Operation
초록/요약
산업화로 인한 온실가스의 증가로 국내에서도 이상기후 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 봄가뭄과 여름철 집중호우 등의 반복적인 발생은 수자원 관리에 어려움을 주고 있으며, 따라서 효율적인 수자원 관리를 위한 댐의 중요성이 강조되고 있는 추세이다. 각종 용수공급, 하천유지용량 방류, 여가용수공급, 홍수예방 등의 여러 목적이 충돌하고 있지만, 여러 집단의 반대로 인해 신규댐의 건설 또한 어려운 실정이다. 따라서 기후변화 시나리오에 따른 장래 가용수자원량의 평가가 필요하며, 수자원량의 변동에 따른 새로운 운영방안의 제시가 요구되고 있는 현실이다. 가용수자원 평가를 위해서 소양강 다목적댐을 시범유역으로 선정하였으며, 모형의 입력자료로는 IPCC에서 개발된 기후변화 시나리오 A2, B2에 따른 2011~2040년, 2051~2080년의 유입량 자료와 1986~2000년의 실적 유입량 자료를 사용하였다. 범용 저수지 운영 모형인 HEC-5를 사용하여 소양강댐 모형을 개발하였으며, 이를 통해 각 시나리오별, 기간별 95% 신뢰도의 용수공급능력을 산정하였다. 실적치에 비하여 기후변화 시나리오에 의한 연평균유입량은 모든 기간에 걸쳐 15~18% 감소하는 경향을 보였다. A2시나리오에 의한 용수공급능력은 연간유입량의 증감을 그대로 반영하는 형태를 보였으며 2011~2040년, 2051~2080년에 각각 17.6%, 11.3% 감소하는 결과를 보였으며, B2시나리오에 의한 용수공급능력은 연간유입량의 증감과 연중분포에 영향을 받는 형태를 보이며 2011~2040년, 2051~2080년에 각각 20.4%, 23.3% 감소하는 결과를 보였다. 이러한 결과는 용수공급능력의 감소에 따라 수자원의 낭비를 감소시키는 목적으로의 저수지 운영이 필요하다는 것을 의미하며, 이에 효율적인 저수지 운영방안으로 fuzzy DP를 이용한 최적운영방안을 제시하였다. 소양강 다목적댐의 효율적인 운영을 위한 최적운영방안으로 fuzzy 이론을 도입한 DP 모형을 개발하였다. Fuzzy 목적함수는 9월말 저류량이 상시만수위에 도달하도록 하는 것이고, fuzzy 제약조건은 충분한 용수공급, 충분한 저류량의 확보, 안전한 홍수조절용량의 확보, 효율적인 수력발전으로 결정하였다. 입력자료로 1974~2003년의 소양강댐의 실적 유입량 자료를 사용하였고, 저수지 운영은 수년을 기준으로 하였다. Fuzzy 목적함수와 fuzzy 제약조건을 membership 함수로 작성하여 의사결정의 기준으로 사용하였다. 월평균 저류량, 9월말 저류량, 월평균 방류량, 월평균 수력발전량, 제약조건의 membership 달성도를 결과로 제시하였다. 월평균 저류량, 9월말 저류량의 달성도가 실적치보다 높았으며, 이는 수자원의 확보 측면에서 fuzzy DP의 우수함을 잘 나타낸다고 할 수 있다. 월평균 방류량, 수력발전량은 일반적인 저수지 운영의 패턴을 잘 따르고 있으며, 이는 모형의 타당성을 잘 반영하다고 할 수 있다. 개발된 fuzzy 최적운영은 여러목적이 절충되는 운영결과를 도출하였으며, 소양강댐의 효율적인 운영방안으로 사용될 수 있다고 판단된다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오에 따른 다목적댐으로의 유입량 자료를 이용하여 저수지 모의운영 기법을 통한 가용수자원을 평가하였다. 또한 fuzzy DP를 이용하여 수자원량의 변동에 따른 새로운 운영방안을 제시하였다. 최적운영 모의결과 기존의 운영에 비하여 효율적이고 유연한 저수지 운영 방안으로 나타났으며, 이는 다목적댐 운영의 guideline으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
more목차
1장 서론 1
1.1 연구목적 및 연구내용 1
1.2 연구동향 2
2장 기본이론 4
2.1 HEC-5를 이용한 저수지 모의운영 4
2.1.1 HEC-5의 기원 4
2.1.2 HEC-5의 저수지 운영기준 4
2.1.3 HEC-5의 활용 6
2.2 Fuzzy 이론 6
2.2.1 기본정의 6
2.2.2 Membership 함수 10
2.2.3 Fuzzy Multistage Programming 11
2.3 Fuzzy 문제구성 13
2.3.1 이론적 구성 13
2.3.2 Fuzzy 환경 하에서 다목적 저수지의 최적 운영 16
3장 시범유역 21
3.1 유역정보 및 유역내 다목적댐 제원 21
3.2 용수공급계획 23
3.3 저수위-저류량 관계 25
3.4 기후변화 시나리오 27
4장 HEC-5를 이용한 저수지 모의운영 29
4.1 개요 29
4.2 모의운영 모형 개발 30
4.2.1 저수지 시스템 30
4.2.2 입력자료 34
4.3 모의운영 적용 결과 43
4.3.1 장기간 유입량 자료에 의한 모의운영 43
4.3.2 유입량 자료와 모의운영 결과 50
4.4 모의운영의 결론 51
5장 Fuzzy DP를 이용한 저수지 최적운영 52
5.1 개요 52
5.2 최적화 모형 개발 및 적용 53
5.2.1 대상유역 53
5.2.2 최적화 문제의 구성 54
5.2.3 기본자료 56
5.3 Membership 함수의 구성 61
5.3.1 9월말 저류량 61
5.3.2 안정적인 용수공급 62
5.3.3 충분한 수자원 확보 64
5.3.4 신뢰할만한 홍수조절 공간 확보 65
5.3.5 효율적인 수력발전 66
5.4 최적화 모형 적용 결과 67
5.4.1 연간 저류량 67
5.4.2 9월말 저류량 68
5.4.3 방류량 70
5.4.4 수력발전 72
5.4.5 Fuzzy 제약조건의 달성도 74
5.5 최적운영의 결론 77
6장 결론 78
참고문헌 80
Abstract 83
감사의 글 86
