간행물
한국수자원학회 논문집 KCI 등재 Journal of Korea Water Resources Association
- 발행기관 한국수자원학회
- 자료유형 학술지
- 간기 월간
- ISSN 1226-6280 (Print)2287-6138 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2019
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 454DDC 551
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Vol. 48 No. 3 (2015년 3월) 8건
1.
2015.03
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비상방류시설은 안전한 댐 운영 및 유지관리를 위해서 절대적으로 필요한 시설임에도 불구하고 국내 댐의 경우 이를 고려한 설계가 이루어지지 않아 각 댐의 비상방류 대응 적정성을 판단하기 곤란한 상황이다. 특히 국내 댐의 경우 비상방류 시설규모를 산정하는 기준이 일정치 않을 뿐만 아니라 대부분의 용수댐은 별도의 방류시설 조차도 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존댐 방류시설 현황 분석, 국내외 비상방류시설 설계기준 등의 검토와 함께 국내 댐설계기준을 적용한 가상 댐체와 수어댐을 대상으로 수위에 따른 방류능 분석을 수행하였다. 또한 SEEP 프로그램 등을 활용, 수위저하 속도에 따른 제체의 사면 안정성을 검토함으로써 비상방류 시설의 적정규모 산정기준을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 수리학적 해석을 통해 저류수심에 따른 제체에 작용하는 힘을 분석하였으며 수위저하 속도 변화에 따른 제체의 안정성을 검토하여 허용수위저하 속도 범위를 제시하였다. 수위 25% 저감은 하중을 50%까지 감소시켜 초기수위 저감이 중요한 것을 알 수 있었다. 가상 댐체는 물론 수어댐에 수위저하 속도 1 m/일을 적용하더라도 제체의 안전성은 보장됨을 확인하였다. 다만, 방류능과 방류 소요일수는 수위별 저류용량 등 저류지 특성과 밀접한 관계가 있어 초기대응을 위해서는 7～10일 이내에 저류수심의 25%를 먼저 방류시키고 나머지 방류량은 1～2개월 이내에 방류할 것을 제안하였다.
2.
2015.03
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댐 운영에 있어서 저수지 초기 담수 시 또는 집중호우 등에 의한 급격한 수위 상승 방지나 운영 중에 댐체 점검 및 수리 또는 자연재해로 인한 위급한 상황 발생 등 저수지를 비워야 할 상황이 발생할 수 있으며, 이에 대한 대책으로 비상 시 방류할 계획 및 설비가 필요하다. 그러나 현재 국내에는 이러한 비상방류에 대한 기준이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 댐 안정성 제고를 위해 유사시 저수지 저류량을 안전하게 배제시킬 수 있는 비상방류 설비를 저수지 모의 모형인 HEC-ResSim 모형을 이용하여 규모 및 배제일수에 대하여 모의하고 산정하였다. 저수지 규모에 따라 세 개의 댐에 대해 검토하였다. 대상댐은 저류용량을 기준으로 10억 m3 이상인 소양강댐과 1∼10억 m3 댐으로 합천댐, 1억 m3 미만의 댐으로 대곡댐을 선정하여, 방류시설의 규모를 산정하고 배제일수를 모의하여 기준의 적정성과 적용 가능성에 대해 검토하였다.
3.
2015.03
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하천 복원을 위한 기초 작업으로서 자연 상태에 가까운 하천의 지형학적 특성을 파악하기 위해 과거 및 현재 자료를 이용하여 하천지형학적 분석을 실시하였다. 대상 하천은 미호천과 내성천이다. 분석에 포함된 지형학적 변수는 하곡변수인 곡저폭, 하도 형상변수인 사행도, 강턱하폭, 하도경사, 구성재료 변수인 하상재료, 지배 변수인 강턱유량, 비유수력이며, 지배적인 프로세스가 함께 고려되었다. 분석 결과 두 하천은 비슷한 유역면적을 갖는 모래하천이지만, 곡저폭, 하도 형상변수, 종단적 위치에 따른 지배적인 프로세스 등에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 지형학적 변수들 사이의 상호 관계를 분석하였다. 그 결과 강턱하폭은 강턱유량에 비례하여 증가하였고, 그 경향성은 기존의 연구 결과와 대체로 일치하고 있다. 강턱유량과 하도경사를 분석한 결과 미호천은 사행하천과 망상하천의 특성을 나타내고 있는 반면, 내성천은 대부분의 구간에서 망상하천에 해당하는 것으로 나타났다. 하도경사와 하폭수심비 관계를 이용하여 지배적인 프로세스를 분석한 결과 미호천은 사구-연흔의 특성을 나타내고 있으나 내성천은 하류에서는 망상하천 특성이 지배적인 반면, 상류에서는 여울-소 내지는 평하상 특성이 지배적인 것으로 나타났다. 과거 자료를 이용한 분석 결과는 정비된 하천의 자료를 이용한 분석 결과에 비해 합리적인 것으로 나타났다.
4.
2015.03
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본 연구에서는 황룡강 유역에 유역모델 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 적용하여 기후변화에 따른 오염부하 유출 변화량을 분석하였다. 황룡강 유역을 7개 소유역으로 분할하고 2011년에 관측된 유량, SS, BOD, TN, TP 농도자료를 이용하여 모델 보정 및 검정을 실시하였다. 기후변화에 따른 황룡강 유역의 환경변화를 예측하기 위해 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하였으며, 과거 기간 동안의 강우와 기온에 대한 모의치와 관측치간 월별 평균을 비교하여 미래 기상 자료에 대한 편의보정을 수행하였다. 기후변화 시나리오의 기상 자료 분석 결과, 21세기 전반기와 비교하여 중, 후반기에 상대적으로 많은 연강수량과 연평균기온을 보이는 것으로 분석되었다. 기후변화에 따른 황룡강 유역에서의 오염물질 유출량 분석 결과, RCP 4.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2080년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 47%, 24%, 21%, 27% 증가율을 보여 21세기 후반기로 갈수록 연간 오염부하 유출량이 전반적으로 증가하는 것으로 분석되었다. RCP 8.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2050년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 34%, 20%, 20%, 21% 증가율을 보이며 21세기 중반기에 연간 오염부하 유출량이 상대적으로 가장 많이 증가할 것으로 분석되었다. 이는 연강수량 변화와 동일한 패턴의 변화로서 기후변화에 따른 강우량 변화가 오염물질 유출량에 그대로 반영된 결과를 보여준다. 한편, 월별 오염물질 유출량은 RCP 4.5에서는 9월에, RCP 8.5에서는 2월에 상대적으로 크게 증가할 것으로 분석되었다.
5.
2015.03
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대하천사업 이후 낙동강 유역의 수문환경이 변화함에 따라 낙동강 전 유역에 대한 도달시간 재산정도 필요한 상황이며 보와 보 사이 구간에 대한 홍수도달시간 산정도 필요한 현실이다. 이에 본 연구에서는 대하천사업 이후의 지형을 반영하여 창녕함안보에서 하구둑까지 홍수도달시간을 수리학적 모형을 이용하여 산정하였으며, 유량조건과 수위조건의 경우로 나누어 분석하였다. 본 연구에서는 방류유량, 방류형식, 하류단 경계조건, 지류의 유무에 따라 총 84개의 시나리오를 구성하여 유량과 수위에 대해 초기홍수도달시간과 첨두홍수도달시간을 각각 산정하였다. 본 연구에서 분석된 다양한 시나리오들은 홍수예경보시스템, 조류배제운영 등 현장에서 활용 가능할 것으로 사료된다.
6.
2015.03
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본 연구에서는 미계측 유역의 홍수 유출자료를 생성하는 공간확장법에 대한 주변여건 변화의 영향을 검토하였다. 특히, 댐이 있는 곳에서의 홍수 유출자료의 공간확장 가능성을 보이고 공간확장 된 자료를 활용한 자연유량의 생성에 대한 연구를 실시하였다. 이는 댐의 설치로 유역동질성이 손실된 미계측 유역의 유출자료생성을 위한 시도이다. 댐의 영향을 받는 유역의 홍수 유출자료 공간확장을 위해서 남한강에 위치한 여주 수위관측소를 중심으로 양평 수위관측소까지를 연구의 공간적 범위로 삼았다. 홍수 유출자료의 공간확장성을 분석하기 위해 1986년부터 2010년까지의 여주수위관측소의 홍수유량을 중심으로 41개의 홍수사상을 선정하였으며, 이를 통해 홍수 유출자료 공간확장성과 댐 영향을 제거한 자연유량을 산정 하였다. 홍수 유출자료의 공간확장 작업에서 여주의 관측유출량을 중심으로 공간확장 했을 때 77%이상의 사상이 Nash-Sutcliffe efficiency의 만족도 범위 내(NSE>0.5)로 분포 하였으며, 확장된 양평 수위관측소의 첨두홍수량(peak discharge)에 대해 0.84 NSE를 얻을 수 있었다. 홍수 유출자료의 자연유량은 여주수위관측소를 중심으로 구하였으며 충주댐의 영향이 횡성댐의 영향보다 커 충주댐의 유입량을 중심으로 자연유량을 확보하였다. 충주댐이 존재하는 1986년 이후의 자연유량은 관측 유량보다 첨두홍수량이 크게 나타나고 있다. 본 연구의 결과로 댐과 같은 구조물의 설치가 있는 곳에서도 홍수 유출자료의 공간확장이 가능하며 홍수 유출자료 공간확장된 자료를 활용하여 자연유량을 구할 수 있음을 보였다.
7.
2015.03
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본 연구는 홍수 유출자료의 공간확장에 대한 중간 시설물 (e.g. 댐)의 영향 연구의 연장으로, 공간확장된 시간당 홍수 유출자료를 활용해 댐의 홍수조절 특성과 댐의 홍수저감률 변화를 공간적으로 분석하였다. 이를 위해 횡성댐과 충주댐의 직접적인 영향을 받는 남한강 본류를 연구중심지역으로 선정하였다. 댐의 홍수저감률에 대한 댐 자체 분석에 의하면 홍수사상 크기가 커질수록 댐의 홍수저감률이 작아지는 것을 횡성댐과 충주댐 모두 보였다. 두 댐의 영향을 받는 여주 수위관측소에서 유역면적의 비와 홍수저감률과의 관계는 댐이 포함하는 유역이 커질수록 홍수저감률이 커지는 특성이 있으며 선정된 수위관측소에서의 평균 홍수저감률은 유역면적비에 비해 작게 나타났다. 일예로, 첨두홍수량(peak discharge)을 기준으로, 횡성댐과 충주댐의 유역면적비가 0.02와 0.6인데 평균 홍수저감률이 0.01와 0.51로 나타났다. 댐에서 떨어진 거리의 수위관측소에서도 홍수의 크기에 따른 홍수저감률은 댐 자체의 홍수저감 특성과 동일하게 작용하였다. 댐의 홍수저감률에 대한 공간적 영향범위를 세 곳의 수위관측소(강천, 여주, 양평)를 기준으로 분석하였다. 이 과정을 통해 댐을 포함하는 유역면적의 7배에 해당하는 유역면적에서는 홍수저감률이 약 0.1이하로 떨어졌고, 최저 0.02까지 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다.
8.
2015.03
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이군집 응집현상은 수자원환경에서 점착성 유사가 결합-해체의 과정을 통해 응집핵-응집체의 이군집 입자크기분포(Biomodal Floc Size Distribution)를 형성하는 일련의 과정을 의미한다. 본 연구는 저난류 및 고난류 두 가지 조건에서 수행한 응집-침전관 실험결과를 바탕으로 이군집 응집모형(TCPBE: Two Class Population Balance Equation)의 적용성을 단일군집 응집모형(SCPBE: Single Class Population Balance Equation) 및 다군집 응집모형(MCPBE: Multi Class Population Balance Equation)과 비교·평가하였다. 기존 SCPBE에 비하여, TCPBE는 응집핵-응집체의 상호작용 및 침강속도차에 따른 응집 기작을 모의할 수 있었다. 또한, 3개의 연립미분방정식을 가진 TCPBE는 30개 미분방정식을 가진 다군집 응집모형(MCPBE: Multi Class Population Balance Equation)과 대등한 모의 결과를 나타내었다. 따라서 TCPBE는 이군집 응집현상을 모의 할 수 있는 가장 단순한 모델로 검증되었고, 향후 수자원환경이나 수처리 공정에 다양하게 적용할 수 있으리라 판단된다.
