저수지 운영자료 복원해야 하나?

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

농업용 저수지는 저수량 자료만 있다. 100년 이상 농업용수 관리 역사에도 1991년부터 저수위 자료만을 관리했다. RAWRIS에는 2008년부터 일자료, 2018년부터 일부 수로수위를 포함해 10분, 1시간 자료가 제공되고 있다. 과거 자료도 과학적 계획, 관리를 위해 저수량, 유입량, 방류량, 강우량 등 저수지 운영자료는 필요하다. 저수량 자료만으로 유입량 모의 고정, 방류량 계산 필터링, 통관 방류량 설정, 물수지 분석 등 과정을 거쳐 저수지 운영자료를 복원할 수 있는 가능성을 확인했다. 그 예로 유역면적 920ha, 총 저수량 277.7만㎥, 수혜면적 275ha인 중흥저수지에 대해 2023년 1월 1일부터 7월 16일까지 저수지 운영자료를 10분 단위로 복원한 결과, 강우량은 10분 최대 15.0mm, 총 강우량 923.0mm(849.2만㎥), 유입량은 10분 최대 38.926㎥/s, 총 유입량 646.4mm(596.6만㎥)로, 유출률은 70.5%, 방류량은 10분 최대 30.001㎥/s, 총 방류량 594.7만㎥(유입량의 99.7%), 수로 용수공급량은 10분 최대 0.628㎥/s, 총 공급량 106.7만㎥이었고, 총 방류량의 17.9%에 상당했다. 10분 단위 저수위 검증 결과는, 관측저수위 EL.88.07~91.05m(평균 EL.90.41m), 모의저수위 EL.87.97~91.02m(평균 EL.90.41m)로 나타났으며, 신뢰도는 잔차 최대 0.340m, 최소 -0.280m, 평균 0.050m, RMSE 0.097, NSE 0.987, R² 0.991로 매우 높았다. 이상의 결과는 과거 저수지 운영자료를 복원할 수 있는 가능성을 나타낸 것이다. 위 방법으로 주요 저수지의 운영자료는 과거 자료라도 복원하여, 물관리 과학화의 기틀을 마련해야 할 것이며, 또 그 자료를 공유할 가치가 충분하고, 그 의무도 있다. 또 이것이 바로 역사 복원이 아닐까 그려본다. 진실은 사라지지 않는다. 영원하다. 복원은 진실 구현의 바탕이다.

금학지를 이용한 공주 제민천 하천유지유량 공급 가능성

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ),김용국 ( Yongkuk Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

공주 도심을 흐르는 유역면적 8.3 ㎢의 제민천의 하천유지유량을 공급하기 위해 과거 상수원이었던 금학지의 규모를 총저수량 76만 ㎥으로 확장하여 활용하고 있는 바, 이로부터 하천유지유량의 공급량을 분석하여 목표유량의 충족여부를 판단하고자 하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 제민천 도심하천의 저폭 8 m, 하상경사 1/200으로 하고, 목표유량을 0.4 mm/d/㎢으로 설정하고, 매닝 공식에 의해 계산하면 수심은 3.5 cm, 유속은 0.15 m/s가 되며, 유량은 0.04 ㎥/s 였다. 둘째, 유역면적 2.3 ㎢인 금학지의 저수량 변화를 1966년부터 2007년까지 모의한 결과, 연평균하여 강수량은 317만 ㎥, 1355.8 mm이었으며, 유입량은 176만 ㎥, 752.5 mm/day/㎢이었고, 유입량/강우량 비율은 55.5 %였고, 저수면 증발량은 4만 ㎥, 하천유지유량의 공급량은 124만 ㎥ (일평균 공급량은 3,700 ㎥), 월류량은 47만 ㎥, 저수량은 37만 ㎥로, 저수율은 49.4 %였다. 셋째, 금학지 방류량을 고려한 제민천 도심 하천의 유황을 분석한 결과 풍수량은 0.118 ㎥/s, 평수량은 0.072 ㎥/s, 저수량은 0.052 ㎥/s, 갈수량은 0.042 ㎥/s 로 나타나, 목표유량을 달성하는 것으로 나타났다. 따라서, 제민천 상류에 위치한 금학지의 규모가 작은데도 불구하고 제민천 도심하천의 목표유량을 달성할 수 있는 것으로 분석되었다.

청천지를 이용한 보령 대천천 하천유지유량 확보 가능성

노재경 ( Jaekyoung Noh ),오수훈 ( Soohun Oh ),정진호 ( Jinho Chung ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

대천시민의 휴양 및 산책로의 수변공간 개선을 위해 도심을 흐르는 유역면적 87.1 ㎢의 대천천 도심구간의 유량을 평가하고, 상류에 위치한 총저수량 2,064만 ㎥의 청천지로부터의 하천유지유량 확보가능성을 평가한 결과는 다음과 같다. 첫째, 판교천 도심하천의 저폭 42 m, 하상경사 1/300으로 하고, 목표유량을 0.4 mm/d/㎢으로 설정하고, 매닝 공식에 의해 계산하면 수심은 5.7 cm, 유속은 0.17 m/s가 되며, 유량은 0.40 ㎥/s 였다. 둘째, 수혜면적 3,145.3 ha, 유역면적 70.1 ㎢인 청천지의 저수량 변화를 1966년부터 2007년까지 모의한 결과, 연평균하여 강수량은 8,698만 ㎥, 1240.9 mm이었으며, 유입량은 4,555만 ㎥, 649.7 mm/day/㎢이었고, 유입량/강우량 비율은 52.4 %였고, 저수면 증발량은 134만 ㎥, 관개용수량은 3,667만 ㎥ (일평균 10.0만 ㎥), 하천유지유량은 737만 ㎥ (일평균 공급량은 2.2만 ㎥), 월류량은 642만 ㎥, 저수량은 1,127만 ㎥로, 저수율은 54.6 %였으며, 청천지 방류량을 고려한 대천천 도심 하천의 유황을 분석한 결과 풍수량은 0.563 ㎥/s, 평수량은 0.368 ㎥/s, 저수량은 0.295 ㎥/s, 갈수량은 0.263 ㎥/s으로 목표유량을 달성하지 못하였다. 셋째, 청천지를 3 m 증고한 도심하천 유량증가 효과를 분석하였으며, 총저수량은 2,967만 ㎥였으며, 이로부터 하천유지유량은 946만 ㎥ (일평균 2.9만 ㎥) 공급할 수 있고, 월류량은 366만 ㎥, 저수량은 1,452만 ㎥, 저수율은 48.9 %였으며, 이 때 도심하천의 유황은 연평균하여 풍수량은 0.605 ㎥/s, 평수량은 0.428 ㎥/s, 저수량은 0.357 ㎥/s, 갈수량은 0.314 ㎥/s로 목표유량 0.40 ㎥/s에 약간 부족하였으며, 하수처리수 재이용 등 약간의 수량을 보충하면 목표유량을 달성할 수 있는 것으로 분석되었다.

부사호 양수실적에 의한 논 관개용수 수요량 추정

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ),유용신 ( Yongsin Yoo ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

부사호는 1991년에 축조되었고, 유역면적 28,800 ha(보령댐 유역 16,360 ha), 저수량 1,085만㎥에 이르는 담수호이다. 수혜면적은 유역외의 남포지구 489 ha, 부사지구 656 ha, 배후지 480 ha, 보충급수지 275 ha 등 1,900 ha에 이른다. 소황 및 증산 양수장으로부터 양수실적에 의한 논 관개용수 공급량과 수정 Penman 공식에 의한 증발산량을 반영한 추정 관개용수 수요량과 비교한 결과는 다음과 같다. 첫째, 2009년부터 2011년까지 부사지구 수혜답의 연 관개용수 수요량은 1,000~1,724만 ㎥에 이르는 것으로 나타났으며, 월평균은 4월 26만㎥, 5월 277만㎥, 6월 444만㎥, 7월 227만㎥, 8월 435만㎥, 9월 167만㎥에 이르렀다. 둘째, 2009년부터 2011년까지 남포지구 수혜답의 연 관개용수 수요량은 519~597만 ㎥에 이르는 것으로 나타났으며, 월평균은 4월 9만㎥, 5월 96만㎥, 6월 154만㎥, 7월 79만㎥, 8월 180만㎥, 9월 58만㎥에 이르렀다. 셋째, 양수실적은 부사지구 연평균 1,373만㎥, 남포지구 717만㎥로 나타났으며, 추정 수요량 1,575만㎥, 546만㎥과 비교되었으며, 허용할 수준의 값으로 판단하였다.

저수지 일 유입량 모의를 위한 한국형 유출 모형 비교

노재경(Noh, Jaekyoung),이재남(Lee, Jaenam),김병주(Kim, Byeongju) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

저수지 운영을 위한 한국 하천 유출 모형의 비교

노재경(Jaekyoung Noh),이재남(Jaenam Lee) 충남대학교 농업과학연구소 2011 농업과학연구 Vol.38 No.3

To evaluate the applicability of inflow runoff model to reservoir operation in Korea, DAWAST model and TPHM model which are conceptual lumped daily runoff model and were developed in Korea, were selected and applied to simulate inflows to Daecheong multipurpose dam with watershed area of 4,134 km<SUP>2</SUP>, and water storages in Geryong reservoir with watershed area of 15.1 km<SUP>2</SUP> and total water storage of 3.4 M m<SUP>3</SUP>. Evaluating inflows on an yearly, monthly, ten-day, and daily basis, inflows by DAWAST model showed balanced scatters around equal value line. But inflow by TPHM model showed high in high flows. Annual mean water balance by DAWAST model was rainfall of 1,159.9 mm, evapotranspiration of 622.1 mm, and inflow of 644.6 mm, from which rainfall was 104.8 mm less than sum of evapotranspiration and inflow, and showed unbalanced result. Water balance by TPHM model showed satisfactory result. Reservoir water storages were shown to simulate on a considerable level from applying DAWAST and TPHM models to simulate inflows to Geryong reservoir. But it was concluded to be needed to improve DAWAST and TPHM model together from imbalance of water balance and low estimation in high flow.

둑높이기 저수지의 하천유지유량 공급 효과

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

저수지의 용수공급량은 유역배율에 따라 다르다. 특히 하천유지유량 공급은 농업용수의 공급에 지장이 없는 정도로 해야 한다. 따라서 이수기의 저수지 운영방법은 저수지별로 다를 수 있다. 여기서는 유역배율이 0~3에서 1개소(덕용: 유역배율 1.5, 저수량 570만m³), 3~8에서 1개소(대동: 4.6, 720만m³), 8~13에서 1개소(궁촌: 12.0, 116만m³), 13이상에서 1개소(고현: 19.4, 219만m³)의 저수지를 각각 선정하여 운영방법을 제시하고, 시나리오별 하천유지유량 공급량을 산정하였다. 하천유지유량 공급 시나리오는 연중 상시공급, 관개기 공급, 비관개기 공급 등을 설정하였고, 저수지 유입량은 ONE 모형에 의해, 관개용수 공급량은 수정 Penman 증발산량 공식 기반에 의하였고, 저수지 운영곡선은 모의저수량 기반으로 하였다. 선정된 저수지로부터 시나리오별 하천유지유량 공급량은 다음과 같이 분석되었다. 첫째, 순단위 물공급 안전도 90% 기준으로 관개용수 공급은 유역배율 3.0 이상은 되어야 하는 것으로 분석되었으며, 1.5인 덕용저수지는 수혜면적 1,071 ha의 관개용수를 안정되게 공급할 수 없었으며, 펌핑과 하천 보 취수 등 반복이용에 의해 극복하고 있었으며, 하천유지유량 공급능력은 없는 것으로 분석되었다. 둘째, 상시공급인 경우, 일공급량은 대동저수지 0.32 mm, 궁촌 0.14, 고현 0.12로 분석돼, 하천유지유량 공급기준을 0.2 mm/km²로 한다면, 궁촌, 고현 저수지는 부족으로 나타났다. 이로부터 유역배율뿐만 아니라 저수량의 영향도 큰 것으로 나타났으며, 하천유지유량 공급을 위한 저수량은 적어도 300만m3은 되어야 할 것으로 분석되었다. 셋째, 비관개기 공급인 경우, 일 공급량은 대동, 궁촌, 고현저수지에서 각각 0.60, 0.32, 0.24 mm로 분석되었고, 관개기 공급인 경우는 각각 0.52, 0.13, 0.14 mm로 분석돼, 비관개기 공급인 경우가 많은 수량을 공급할 수 있는 것으로 분석되었다. 하천유지용수 공급은 저수량이 300만m³ 이상, 유역배율 3이상인 저수지를 대상으로 해야 할 것으로 판단하며, 지역의 수급여건을 고려하여 신중하고 면밀한 계획이 수립되어야 할 것이다. 상시 공급 보다는 비관개기 공급이 공급량이 높게 나오는 것으로 분석되었으며, 이를 바탕으로 효율적 물관리를 위해 지역에 적합한 이수관리규정(저수지 운영 지침)을 작성하는 것이 필요할 것으로 결론짓는다.

둑 높이기 저수지의 하천유지용수 공급량 추정

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

4대강 살리기 마스터플랜에는 둑 높이기 저수지로부터 연간 2억5천만 ㎥의 하천유지용수를 공급하는 것으로 나타나 있다. 유역면적과 수혜면적의 비율인 유역배율에 따라 저수지 8개소를 선정하여, 저수지의 이수관리 운영곡선을 작성하였다. 각 저수지의 정상운영과 용수공급 제한운영에 의해 용수공급량을 분석하였고, 유역배율과 저수량에 따른 연간 용수공급량을 추정하는 공식을 유도하여 113개 둑 높이기 저수지의 하천유지용수 공급량을 추정한 결과는 다음과 같다. 첫째, 용수공급량을 총저수량으로 나눈 값을 종속변수, 유역면적을 수혜면적으로 나눈 유역배율을 독립변수로 하는 다음의 관계식을 유도하였다. Qi / S=-0.063 M+1.526, R²⁼0.893 (1) Qi / S=-0.051 M+1.134, R²⁼0.848 (2) Qs / S=0.801 ln(M) - 0.920, R²⁼0.954 (3) Qs / S=0.444 ln(M)+0.134, R²⁼0.930 (4) 식에서 Qi는 연 관개용수 공급량, Qs는 연 하천유지용수 공급량, S는 총저수량, M은 유역배율이다. 둘째, 유역배율에 따라 용수공급량이 뚜렷하게 변화하는 것을 확인하였으며, 유역배율이 증가하면 관개용수 공급량/저수량은 감소하고, 하천유지용수 공급량/저수량은 증가하였다. 셋째, 유역배율이 3이하인 경우는 하천유지용수 공급량이 0으로 처리되었으며, 맹동, 장찬, 오태, 담양 등은 간접유역을 갖는 저수지로 면밀하게 검토되어야 하나 여기서는 유역배율이 3이하이기 때문에 모두 함께 0으로 처리되었다. 넷째, 113개 둑높이기 저수지에 적용하여, 연 관개용수량은 정상운영시 1,146.05백만 ㎥, 용수공급 제한운영시 839.57백만 ㎥, 연 하천유지용수 공급량은 정상운영시 149.68백만 ㎥, 용수공급 제한운영시 283.19백만 ㎥에 이르는 것으로 추정되었다.

여수로 방류량 자료 없는 경우의 준 실시간 저수지 운영자료 생산

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

저수지 운영자료는 유입량, 저수량, 수로 용수공급량, 여수로 방류량 등으로 구성된다. 그러나 현재 저수지 물관리는 수로수위와 저수량 자료만으로 운영하고 있는 상태다. 더구나 홍수기 여수로 방류량은 기록을 찾아보기 힘들다(http://rawris-am.ekr.or.kr). 여기서 유입량을 모의하고, 수로 용수공급량을 계산하고, 여수로 방류량을 저수지 물수지 분석에 의해 생성하여, 저수량 오차가 최소가 되도록 신뢰도를 확보한 후, 10분, 60분 단위로 저수지 운영자료를 생산하는 체제를 구축했다. 이를 2022년 8월1일부터 29일까지 총저수량 34,983천m3, 수혜면적 5,713.3ha, 유역면적 21,880ha인 탑정지에 적용한 결과는 다음과 같다. 첫째, 장선, 양촌, 연산 등 관측소의 면적강우량은 1시간 최대 40.2mm, 총 323.6mm였고, 유입량은 최대 226.5m³/s, 총 5,141만m³, 유출률 72.6%로 모의됐다. 둘째, 수로1 용수공급량은 1시간 최대 4.0m³/s, 총 693만m³, 수로2 용수공급량은 1시간 최대 4.6m³/s, 총 177만m³, 양수장 용수공급량은 1시간 최대 2.4m³/s, 총 63만m³였다. 셋째, 방류량은 1시간 최대 207.9m³/s, 총 3,637만m³로 계산됐다. 넷째, 관측수위는 EL.26.98m~EL.29.14m로 평균 EL.28.68m였고, 모의수위는 EL.26.92m~EL.29.34m로 평균 EL.28.10m로 나타나, RMSE 0.112, NSE 0.969, R2 0.975로 신뢰도가 높았다. 위의 결과를 바탕으로 10분, 1시간 간격으로 강우량, 저수위, 저수량, 수로1 용수공급량, 수로2 용수공급량, 양수장 용수공급량, 수문 방류량, 총방류량 등 저수지 운영자료를 무에서 유를 창조하듯 준실시간의 자료로 생산할 수 있었다. 이상의 결과는 강우관측이 있기 때문에 가능한 일이며, 전국의 대표 저수지에 대해 강우 관측망을 급히 구축할 필요성을 이야기한다. 정보화 시대에서 자료는 기본이고 생명이다. 자료 바탕이 되지 못하면 진실을 이야기할 수 없다. 앞으로 물관리는 자료가 답한다.

국가홍수통제 저수지의 운영자료 생산

노재경 ( Jaekyoung Noh ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

우리나라는 홍수관리를 위해 홍수통제소를 운영하고 있다. 홍수기에는 다목적댐과 보, 그리고 농업용 저수지 중에서 규모가 큰 저수지의 운영자료를 고려하여 주요 지점의 홍수량을 계산하고 예보하고 있다. 그런데 저수지의 운영자료는 저수위 자료만 제공하고 있다. 정작 필요한 방류량 자료는 제공하지 못하고 있다. 이들 저수지는 여수로에 전동, 롤러, 테인터게이트 등이 설치돼 있다. 현장에서 이들 수문조작의 실적을 제대로 관리하지 못하는 실정을 고려하여, 여기서는 저수량 자료만으로 방류량을 계산하는 방법을 제시했다. 그 방법은 유입량 모의 고정, 방류량 계산 필터링, 통관 방류량 설정, 물수지 등 과정으로 구성된다. 이를 통해 10분 단위 방류량을 계산하고, 물수지에 의해 모의 저수위를 관측 저수위와 비교하여 계산 방류량을 검증했다. 유입량은 ONE 모형에 의해 모의했고, 나머지는 다양한 기법을 동원하여 관측-모의 저수위를 그림으로 비교하고, 그 신뢰도를 쉽게 판단할 수 있는 툴을 만들었다. 이를 이용하여 금강하류 홍수통제 적용저수지인 백곡, 초평, 고복, 중흥, 탑정 저수지 중에서, 유역면적 21,880ha, 총 저수량 3,498.3만㎥, 수혜면적 5,713.3ha인 탑정저수지에 대해 2023년 7월 13일부터 16일까지 적용한 결과, 강우량은 10분 최대 11.0mm, 총 강우량 354.0mm(7,745.5만㎥), 유입량은 10분 최대 2,291.498㎥/s, 총 유입량 323.7mm(7,083.3만㎥)로, 유출률은 91.5%, 방류량은 10분 최대 1,876.92㎥/s, 총 방류량 7,295.7만㎥(유입량의 103.0%), 수로 용수공급량은 10분 최대 0.754㎥/s, 총 공급량 7.2만㎥이었고, 총 방류량의 0.1%에 상당했다. 10분 단위 저수위 검증 결과는, 관측저수위 EL.27.43~30.12m(평균 EL.28.33m), 모의저수위 EL.27.32~30.16m(평균 EL.28.33m)로 나타났으며, 신뢰도는 저수위 잔차 최대 0.260m, 최소 -0.100m, 평균 0.039m, RMSE 0.082, NSE 0.989, R² 0.992로 매우 높았다. 위의 결과는 홍수통제에서 요구하고 있는 방류량 자료의 과학적인 생산기반이 되며, 이수기에도 연속적인 방류량 자료를 제공하여 효율적인 하천유량관리의 바탕이 되기도 한다.