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모의운영 기반 다목적댐의 가뭄대응능력 평가방법 개발

Development of a Simulation-Based Evaluation Method for Drought Response Capacity of Multipurpose Reservoirs

  • 윤정인 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

최근 기후변화의 영향으로 강수의 시·공간적 변동성이 증가하고 있으며, 가뭄의 발생 빈도와 지속 기간 또한 확대되는 경향을 보이고 있다. 가뭄은 단순한 강수 부족을 넘어 유출 감소와 저수지 저장량 감소로 이어져 용수공급의 불안정성을 초래하는 복합적인 재해이다. 특히 다목적댐과 같은 물공급 시설물은 가뭄 상황에서 제한된 수자원을 효율 적으로 배분하여 다양한 용수 수요를 충족해야 하는 핵심적인 역할을 수행한다. 따라서 물공급 시설물의 가뭄대응능력을 정량적으로 평가하는 것은 안정적인 수자원 관리와 효과적인 가뭄 대응 전략 수립을 위해 중요하다. 기존의 가뭄 평가 지표는 강수량, 유출량 등 자연현상 중심의 특성을 평가하는 데 중 점을 두고 있으며, 수자원 시스템 성능평가 지표는 특정 조건에서의 공급 성능을 평가 하는 데 활용된다. 그러나 실제 물공급 시설물의 운영 과정에서 나타나는 가뭄 단계별 용수공급 조정 특성 및 장기적인 가뭄 지속 영향은 충분히 반영하지 못하는 한계가 있 다. 이에 본 연구에서는 물공급 시설물의 운영 특성을 반영한 가뭄대응능력 지수 （Drought Response Capacity Index, DRCI）를 개발하였다. DRCI는 공급가능량 지수（Supply Availability Index, SAI）와 심각가뭄 지속성 감소 지수（Severe Drought Persistence Reduction Index, SDPRI）로 구성된다. SAI는 가뭄 단계별 용수공급 조정기준에 따른 공급 수준을 반영하며, SDPRI는 자연상태（댐 미존재 가정）에서 발생하는 공급 부족 특성과 실제 운영 시 나타나는 심각가뭄의 지속 특성을 비교하여 운영에 의한 가뭄 완화 효과를 반영한다. 최종 DRCI는 SAI와 SDPRI의 곱으 로 산정되며, 공급 수준과 가뭄 지속 특성을 동시에 고려할 수 있도록 구성하였다. 개발된 지수를 실제 물공급 시설물에 적용하기 위하여 우리나라의 20개 다목적댐을 대상으로 관측 유입량 자료 기반의 모의운영을 수행하였다. 모의운영은 일 단위 시간해 상도로 수행되었으며, 용수공급 조정기준을 반영하여 저수량, 수위, 공급량 및 가뭄 단 계를 산정하였다. 또한 특정 기간의 수문조건에 따른 영향을 최소화하기 위하여 10년 이동창（10-year Moving Window）을 적용하였으며, 각 이동창에서 산정된 DRCI 중 최 소값을 최종 가뭄대응능력 지수로 선정하였다. 분석 결과, 20개 다목적댐의 최종 DRCI 는 0.3449∼0.9987 범위로 나타났으며, 댐별 운영 특성과 가뭄대응능력의 차이를 효과적 으로 구분할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 DRCI는 저（低）저수 상태 지속 특성, 유입 량 대비 공급 규모, 가뭄 개선 효과 등 운영 기반 수문학적 특성과 높은 상관성을 나타 내어 지수의 적용성과 물리적 의미를 확인할 수 있었다. 특히 DRCI는 가뭄 단계별 공 급 조정 특성과 심각가뭄의 지속 영향을 동시에 고려함으로써 기존 가뭄 평가 지표 및 수자원 시스템 성능평가 지표의 한계를 보완할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 DRCI는 물공급 시설물의 운영 특성을 기반으로 가뭄대응능력을 정량적으로 평가할 수 있는 평가방법을 제시한다. 향후 가뭄 대응 기준 수립, 운영 전 략 평가 및 개선 등 다양한 후속 연구를 통해 활용성이 확대될 수 있으며, 물공급 시설 물의 운영계획 수립 및 기후변화 적응을 위한 의사결정 지원 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 주제어 : 가뭄대응능력 지수, 다목적댐, 모의운영, 용수공급 조정기준, 가뭄 지속 특성

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목차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 4
제 2 장 연구 동향 6
2.1 가뭄 평가 방안 6
2.2 수자원 시스템 성능평가 10
2.3 물공급 시설물 모의운영 13
2.4 기존 연구의 종합 및 시사점 14
제 3 장 기본 이론 16
3.1 댐 운영 이론 17
3.1.1 물수지 방정식 18
3.1.2 Standard Operating Policy(SOP) 19
3.1.3 모의운영 기법 21
3.2 용수공급 조정기준 23
3.2.1 가뭄 단계 구분 24
3.2.2 단계별 공급 구조 25
제 4 장 연구 대상 및 모의운영 방법 27
4.1 연구 대상 댐 선정 27
4.2 입력자료 구축 29
4.2.1 수문자료 구축 30
4.2.2 저수지 기초자료 구축 33
4.2.3 운영기준 자료 구축 38
4.3 댐 모의운영 방법 43
제 5 장 가뭄대응능력 지수（DRCI） 개발 46
5.1 가뭄대응능력 지수（DRCI） 개발 개요 47
5.2 가뭄대응능력 지수 개발 49
5.2.1 공급가능량 지수（SAI） 49
5.2.2 심각가뭄 지속성 감소 지수（SDPRI） 55
5.2.3 가뭄대응능력 지수（DRCI） 60
제 6 장 가뭄대응능력 지수 적용 결과 및 적용성 검토 64
6.1 대상 댐별 DRCI 산정 결과 64
6.1.1 댐별 모의운영 결과 및 DRCI 산정 65
6.1.2 DRCI 비교 및 특성 분석 120
6.2 지수 적용성 검증 123
제 7 장 결 론 127
참고문헌 131
부록 137
A. 월별 댐 용수공급 계획 137
B. 댐별 용수공급 조정 기준 147
C. 최종 DRCI 산정 이동창에 대한 모의운영 결과 160
Abstract 180

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