양수저류형 저수지 물수지 분석방법 표준화

이재남 ( Jaenam Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),신형진 ( Hyungjin Shin ),신안국 ( Ankook Shin ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

양수저류형 저수지는 일반적인 저수지와 달리 자연적으로 유입되는 수량이 적어 인근에 있는 강이나 하천, 또는 배수로 등에서 물을 양수하여 인위적으로 저수량을 확보하는 구조이다. 과거 농업용수를 자연적으로 확보하기 어려운 도서지역을 위주로 설계되었으나, 최근 기후변화에 따른 물 부족이 빈번해짐에 따라 용수공급능력이 부족한 저수지에서 양수저류형태의 용수개발사업이 증가할 것으로 예상된다. 저수지 설계에서 물수지 분석은 필수적인 과정으로 양수저류지 물수지 분석은 기존 저수지의 물수지 분석과정에 양수시설 관련된 사항이 추가적으로 고려된다. 그러나 양수저류지는 지형적 특성에 다라 다양한 양수저류 형태가 존재하고 설계자체가 잦지 않다보니 실무자간 설계기술 전수에 한계가 있어 양수저류지의 물수지 분석에 대한 업무 매뉴얼이 요구되고 있다. 본 연구에서는 양수저류형 저수지의 설계업무에 활용할 수 있는 물수지 분석방법을 표준화하고자 하였다. 실제로 가뭄이 발생하여 양수저류사업이 시행된 지구의 사례분석을 통해 양수저류지의 용수공급체계를 분석하였고 그 대표유형을 선별하였다. 또한 양수저류형 저수지의 물수지 분석 표준화를 위해 저수지 및 양수장 설계를 위한 실무요령을 분석하였고 선별한 대표유형에 대한 물수지 분석 흐름도를 구체화하여 양수저류형 저수지의 설계인자를 고려한 물수지 분석 가이드라인을 작성하였다. 본 연구결과는 도서 및 물부족 지역의 농업용수 확보를 위한 양수저류형 저수지 설계에 필요한 물수지 분석과정을 표준메뉴얼로 실무자에게 제공할 수 있으며, 기존의 저수지 설계프로그램에 표준화된 물수지 분석과정에 대한 알고리즘을 적용함으로써 양수저류지 설계를 위한 추가 기능에 대한 고도화가 가능할 것으로 판단된다.

AWS 자료를 이용한 우리나라의 물 공급 안전도 평가

문장원,최시중,강성규,이정주,Moon, Jang-Won,Choi, Si-Jung,Kang, Seong-Kyu,Lee, Jeong-Ju 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.8

AWS 자료는 우리나라 전역의 강수특성을 정량적으로 파악하는데 효과적으로 활용될 수 있는 자료이다. 이러한 장점에도 불구하고 AWS 자료는 치수 분야 분석에 제한적으로 활용되고 있으며, 물수지 분석 등 이수 분야 분석에의 활용사례는 상대적으로 매우 부족하다. 본 연구에서는 공간적인 강수특성을 정량적으로 파악하기 위해 AWS 자료를 이용하였으며, 이를 바탕으로 물수지 분석을 수행하고 우리나라의 공간적 물 공급 안전도에 대한 평가를 수행하였다. 물수지 분석을 수행하는 과정에서 우리나라의 물 공급 네트워크를 고려하였으며, 2002년부터 2010년까지의 기간에 대해 연도별 물수지 분석을 수행하였다. 분석결과, 분석 대상 기간 중 물 공급 안전도가 가장 낮았던 것으로 나타난 연도는 2009년으로 평가되었으며, 전남 서해안과 낙동강 중 상류에 물 부족 발생지역이 집중되어 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 우리나라에서 물 공급 안전도가 상대적으로 취약한 지역은 도서 및 해안지역과 같이 가용 수자원이 근본적으로 부족한 지역에 집중되어 있음을 확인하였으며, 해당 지역에 대한 물 공급 대책 수립이 시급하다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 AWS 자료를 물수지 분석에 활용할 경우 도서 및 해안지역의 강수특성을 효과적으로 반영할 수 있을 것으로 판단된다. AWS data can be used effectively to understand the rainfall characteristics in Korea. In spite of this advantage, AWS data have been used restrictively in flood control analysis and the study on water use analysis such as water balance assessment is very insufficient. In this study, AWS data are used to analyze spatial rainfall characteristics quantitatively and water balance assessment is performed based on AWS data. Water balance assessment is carried out from year 2002 to year 2010 considering water supply networks in Korea. The analysis shows that year 2009 is the driest year during 9 years (2002~2010) and the regions with low level water supply reliability are concentrated in the west coast of Jeonnam and the upper region of the Nakdong River. As a result, the regions that have a lack of available water resources such as the coastal and insular areas are vulnerable to droughts. Therefore, regional water supply and management plans are urgently needed. Additionally, AWS data, which consider rainfall characteristics of the coastal and insular areas, can be useful in water balance assessment.

A Water Balance Analysis for Assessing Water Demand and Supply in Administrative Districts

Hyung San Kim,Seung Jin Maeng,Kyeong Soo Jeon,Dong Joo Kim,Hyeon Sik Kim 위기관리 이론과 실천 2016 Crisisonomy Vol.12 No.4

최근 우리나라뿐 아니라 세계 여러 국가에서 지구온난화와 기상이변의 이유로 홍수 및 이상가뭄이빈발하고 있다. 기상변화에 의한 물순환의 변동은 미래 가용수자원량을 변화시킨다. 본 연구에서는금호강 유역을 대상으로 기존 수자원장기종합계획에서 제시하고 있는 중권역 단위 물수지 분석을행정구역단위로 세분화하여 수자원장기종합계획에서 사용했던 물수급 네트워크 모형인 K-WEAP 모형에 의한 물수지 분석을 실시하였다. 또한, 중권역 단위 물수지 분석 결과와 행정구역단위 물수지분석 결과를 비교하여 분석 단위에 따른 물수급 평가를 실시하였다. 그 결과, 생공용수의 경우 최대갈수기에도 물부족이 발생하지 않았지만 농업용수의 경우는 포항시에서 2016년에는 548,000㎥, 2020년에는 547,000㎥, 2025년에는 497,000㎥ 물부족량이 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 기존의물수급 전망 방법론을 적용한 경우와 비교했을 때와 상이한 산정결과를 보여주었다. 본 연구에서제시할 분석 방법은 미래의 수자원계획을 수립하는데 있어 새로운 분석 기준을 제시할 수 있는 자료로 활용될 것이다. Recently, a water supply and demand analysis based on floods and abnormal droughts situation due to climate change and global warming has been regarded as the most important method to predict capacity of future water supply. In this study, K-WEAP (Korea Water Evaluation And Planing System) model was used for water balance analysis in administrative districts in Geumho river basin. The results showed that, in case of domestic and industrial water, no water deficiency was expected even during the maximum dry-season. However, for agricultural water, the scenario-based estimation anticipated water deficiency at Pohang city, during the year 2016 (548,000㎥), 2020 (547,000㎥) and 2025 (497,000㎥). These results can be used as a reference to set a new standard on future establishment of water resource plans.

AWS 자료를 이용한 우리나라의 물 공급 안전도 평가

문장원,최시중,강성규,이정주 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.8

AWS 자료는 우리나라 전역의 강수특성을 정량적으로 파악하는데 효과적으로 활용될 수 있는 자료이다. 이러한 장점에도 불구하고 AWS 자료는 치수 분야 분석에 제한적으로 활용되고 있으며, 물수지 분석 등 이수 분야 분석에의 활용사례는 상대적으로 매우 부족하다. 본 연구에서는 공간적인 강수특성을 정량적으로 파악하기 위해 AWS 자료를 이용하였으며, 이를 바탕으로 물수지 분석을 수행하고 우리나라의 공간적 물 공급 안전도에 대한 평가를 수행하였다. 물수지 분석을 수행하는 과정에서 우리나라의 물 공급 네트워크를 고려하였으며, 2002년부터 2010년까지의 기간에 대해 연도별 물수지 분석을 수행하였다. 분석 결과, 분석 대상기간 중 물 공급 안전도가 가장 낮았던 것으로 나타난 연도는 2009년으로 평가되었으며, 전남 서해안과 낙동강 중‧상류에 물 부족 발생지역이 집중되어 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 우리나라에서 물 공급 안전도가 상대적으로 취약한 지역은 도서 및 해안지역과 같이 가용 수자원이 근본적으로 부족한 지역에 집중되어 있음을 확인하였으며, 해당 지역에 대한 물 공급 대책 수립이 시급하다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 AWS 자료를 물수지 분석에 활용할 경우 도서 및 해안지역의 강수특성을 효과적으로 반영할 수 있을 것으로 판단된다. AWS data can be used effectively to understand the rainfall characteristics in Korea. In spite of this advantage, AWS data have been used restrictively in flood control analysis and the study on water use analysis such as water balance assessment is very insufficient. In this study, AWS data are used to analyze spatial rainfall characteristics quantitatively and water balance assessment is performed based on AWS data. Water balance assessment is carried out from year 2002 to year 2010 considering water supply networks in Korea. The analysis shows that year 2009 is the driest year during 9 years (2002~2010) and the regions with low level water supply reliability are concentrated in the west coast of Jeonnam and the upper region of the Nakdong River. As a result, the regions that have a lack of available water resources such as the coastal and insular areas are vulnerable to droughts. Therefore, regional water supply and management plans are urgently needed. Additionally, AWS data, which consider rainfall characteristics of the coastal and insular areas, can be useful in water balance assessment.

물수지 방법을 이용한 산지습지의 유출 변동성 분석

오승현(Seunghyun Oh),김정욱(Jungwook Kim),채명병(Myung-Byung Chae),배영혜(Younghye Bae),김형수(Hung Soo Kim) 한국습지학회 2018 한국습지학회지 Vol.20 No.3

산지습지의 유량 변동을 분석하는 것은 산지습지의 지속적인 관리측면에서 매우 중요하다. 본 연구는 SWAT모형을 이용하여 경남 양산시의 금정산에 위치한 장군습지를 대상으로 물수지 분석을 수행하였다. 강우 및 습지 수위의 관측값을 분석한 결과, 습지 내 양(+)의 수위를 유지하기 위해서는 8일에 한번 10mm이상의 강수가 발생해야 하는 것으로 나타났다. 또한 양산 기상관측소의 수문기상 자료들을 이용하여 2009년에서 2017년까지 물수지 분석을 수행한 결과, 2010년, 2012년, 2015년에 강수량이 상대적으로 적게 내려 습지 내 물 부족이 발생하였다. 특히, 여름철에 강수가 지속적으로 발생하지 않고 단기간에 집중적으로 내려 바로 유출되었기 때문에 물 부족이 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 장군습지의 육화 및 건조화를 방지하기 위해 습지로 유입되는 물길을 확장하고, 작은 둑을 쌓아 물을 저장함으로써 유출되는 양을 감소시키는 등 적정 수위가 유지될 수 있도록 다양한 방안들을 마련하여야 할 것으로 판단된다. It is very important to analyze water balance in the mountain wetland for the sustainable management of the wetland. In this study, the SWAT model was used to analyze the water balance of Janggun wetland located in Geumjeong mountain of Gyungnam province, Korea. The data such as rainfall and water level measured in Janggun wetland were used for water balance analysis and from the analysis we have known that the rainfall of 10mm within 8 days is required for maintaining an appropriate water level in Janggun wetland. Also, water balance analysis in the wetland for the period of 2009 to 2017 was performed by using hydro-meteorological data obtained from Yangsan weather station which is located around Janggun wetland. From the analysis results, we have known that the amount of rainfall was relatively small in 2010, 2012 and 2015 and water shortage was occurred in the wetland. Especially, water shortage was occurred during the summer that we had intensive rainfall for very short time and faster removal of the runoff from the wetland. Therefore, we may need extend water courses from a wetland watershed to the wetland for preventing land-forming of the wetland and also store water by banking up the wetland for preventing the decrease of water level in the wetland.

최적화 기법을 이용한 수요처 회귀율 추정

김원진(Wonjin Kim),최시중(Sijung Choi),강성규(Seonggyu Kang),노희성(Huiseong Noh),최천규(Cheonkyu Choi) 한국방재학회 2024 한국방재학회논문집 Vol.24 No.3

물수지 분석은 특정 지역이나 유역에서 공급가능한 수자원과 물 수요를 평가하여, 제한된 수자원을 효율적으로 사용하기 위한 과정으로 물 수급의 안정성을 판단하고 관련 계획을 수립하는 데 도움을 준다. 그리고 물수지 분석에서 수요처로부터 하천으로 회귀하는 수량은 공급량과 수요량만큼이나 중요성을 가지며, 다양한 접근 방법으로 회귀율을 추정하는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 경사하강법을 활용한 최적화 기법으로 수요처 회귀율을 추정하였으며, 대상 유역 내 여러지점에서 분석기간을 달리한 시나리오를 적용하여 일차원적인 회귀율 추정을 벗어나 시·공간적으로 변화하는 입체적인 회귀율 산정에 대한 연구를 진행하였다. 연구 결과, 지점과 분석기간이 변하면서 회귀율의 최적화 결과는 상이하게 나타났으며, 물 수급 네트워크를 활용한 유출량 모의에서 일반적인 회귀율을 적용하는 경우보다 최적 회귀율을 활용하는 것이 물수지 분석의 정확도를 향상시켰다. 본 연구에서 제시한 회귀율 최적화 기법을 물수지 분석과 연계한다면 효율적인 수자원관리 계획에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Water budget analysis involves assessing available water resources and demand in specific regions or watersheds in order to efficiently manage the already-limited water resources, ensure supply stability, and formulate relevant plans. In this analysis, the quantity of return flow is as crucial as supply and demand, necessitating diverse approaches for accurate estimation. Hence, this study employed a gradient descent-based optimization approach to determine a reliable return flow rate. Unlike traditional unidimensional rates, this approach considers scenarios with varied analysis points and periods within the target watershed. The research findings indicated that the optimized return flow rate varied with the analysis location and period, underscoring the potential of this optimization approach to enhance the accuracy of water budget analysis compared to conventional rates in runoff simulations using water supply networks. Integrating the optimization approach proposed in this study with water budget analysis is expected to significantly contribute to the development of effective water resource management plans.

공급 우선순위를 고려한 MODSIM과 K-WEAP 모형의 비교 및 고찰

오지환,김연수,류경식,조영식 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.7

This study compared the characteristics of the optimization technique and the water supply and demand forecast using K-WEAP (Korea-Water Evaluation and Planning System) model and MODSIM (Modified SIMYLD) model considering wtaer supply priority. Currently, The national water resources plan applied same priority for municipal, industrial and agricultural demand. the K-WEAP model performs the ratio allocation to satisfy the maximum satisfaction rate, whereas the MODSIM model should be applied to the water supply priority of demands. As a result of applying the priority, water shortage decreased by an average of 1,035,000 m3 than same prioritized results. It is due to the increase of the return flow rate as the distribution of Municipal and industrial water increases. Comparing the analysis results of K-WEAP and MODSIM applying the priorities, the relative error was within 5.3% and the coefficient of determination (R2) was 0.9999. In addition, if both models provide reasonable water balance analysis results, K-WEAP is superior to GUI convenience for model construction and data processing. However, MODSIM is more effective in simulation time efficiency. It is expected that it will be able to carry out analysis according to various scenarios using the model. 본 연구에서는 공급 우선순위에 따른 물수급 분석 결과의 비교를 위해 국내 수자원장기종합계획에서 활용한 K-WEAP (Korea-Water Evaluation And Planing System) 모형과 MODSIM (Modified SIMYLD) 모형을 이용하여 분석하였다. 기존의 수자원장기종합계획은 수요처의 공급 우선순위를 모두 동일하게 공급하는 것으로 가정하여 분석하였으며 K-WEAP은 최대충족률을 만족시키기 위한 비율 배분을 수행하는 반면 MODSIM은 물 공급 우선순위의 적용이 필수적인 것으로 분석되었다. 먼저 우선순위에 따른 한강 유역의 물수급 분석 결과, 평균 1,035천 m3의 물부족이 감소하였으며 이는 생·공용수의 배분량이 증가하면서 회귀수량이 증가하고, 수자원의 재이용이 많아지기 때문인 것으로 분석되었다. 우선순위를 적용한 K-WEAP과 MODSIM의 분석결과를 비교할 경우, 상대오차 최대 5.3%이내, 결정계수(R2)는 0.9999로 매우 유사한 물 부족이 발생하였다. 또한 두 모형 모두 합리적인 물 부족 분석 결과를 제공한다면, 모형의 구축과 데이터 처리에 해당하는 GUI 편의성은 K-WEAP이 더 우수한 것으로 나타났으나, 구동시간의 효율성은 MODSIM이 더 우수한 것으로 분석되었다. 향후 K-WEAP모형 뿐만 아니라 MODSIM 모형을 활용한 다양한 시나리오에 따른 분석을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

물수지 분석을 위한 불확실성 정량화

이승욱,김영오,이동률 한국수자원학회 2005 한국수자원학회논문집 Vol.38 No.4

수자원장기종합계획에서는 물의 과부족 또는 가용한 물을 정량적으로 평가하기 위해 물수지 분석을 실시한다. 물수지 분석은 미래 예측되는 용수수요량과 공급가능량을 비교하는 단순한 과정이지만, 분석 과정에 포함되어 있는 자료와 모형의 불확실성으로 인하여 물수지 분석을 실시한 각종 보고서마다 서로 다른 결과를 보여주고 있어 국민의 신뢰를 얻지 못한 실정이다. 본 연구에서는 Monte Carlo simulation 기법 중 Latin Hypercube sampli

물수지 분석에 기반한 빗물이용시설의 정량적 효과 분석

심인경(Inkyeong Sim),김이호(Reeho Kim),이정민(Jungmin Lee),박종표(Jongpyo Park) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.6

빗물이용시설은 「물재이용법」에 의거하여 설치되는 시설로 현재 공동주택, 업무시설, 학교, 체육시설 등의 다양한 건축물에 설치되어 있다. RHS에서 집수되는 빗물의 수요처별로 구분하면 화장실 세정수, 수목관수, 도로청소용수, 수경시설 등 다양한 수요처에 사용되고 있다. 본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급 시계열 분석을 수행하여 빗물활용성을 산정하였다. 물 수요-공급 시계열 물수지 분석은 최근 10년 기간을 기준으로 분석을 수행하였으며, 빗물이용시설에 대한 물수지 분석은 각 시설의 수요 시나리오에 의한 공급충족률, 빗물이용률, 공급충족률을 분석하였다. 이와 같은 방법을 통해 건축용도 및 수요처가 다른 다양한 RHS에 대한 빗물활용성을 확인하여 향후 대상시설의 저류조 용량 설치 계획 및 운영을 위한 지원도구가 될 것으로 판단된다. The rainwater harvesting system (RHS) is a facility installed in accordance with the 「Act on promotion and support of water reuse」 and is currently installed in various buildings such as apartment houses, business facilities, schools, and sports facilities. Rainwater is used for various needs, such as toilet flushing water, tree irrigation, road cleaning water, and landscaped facilities. In this study, rainwater utilization was calculated by performing a water demand-supply time series analysis through a hydrological water balance analysis. The water supply-supply time series water balance analysis was performed based on the recent ten-year period, and the water balance analysis for RHS analyzed the supply satisfaction, rainwater utilization, and rainwater coverage rates according to the demand scenarios of each facility. Through this method, it is expected to become a support tool for planning and operating the storage tank capacity of the target facility by confirming the rainwater utilization for various RHSs with different building uses and demand sources.

수자원 계획 수립을 위한 물 수급 전망 개선 방안 연구

최시중,강성규,이동률,김중훈 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.7

In this study, we suggest various improvement measures for water balance analysis, a basic step in water resources planning. First, we confirmed the assumptions and problem of the water balance method currently being carried out in Korea and suggest five methods to solve these problems. In order to analyze the applicability and the effectiveness of the proposed improvement measures, 10 cases were constructed using two rainfall-runoff model simulation results for the Geum River basin. Water supply and demand networks were constructed reflecting five proposed improvement measures and two simulation results, and conducted a water balance analysis. The results of the analysis of each case show the degree of improvement by comparing and analyzing the observed discharge of Gongju and Seokhwa points which are representative points in the Geum River basin. The applicability of the improvement measures was confirmed through comparison and examination with the past restricted water supply area. More realistic analysis will be possible when establishing water resources planning through the proposed water balance method in this study. 본 연구에서는 수자원계획 수립을 위한 기초단계인 물수지 분석에 대해 다양한 개선 방안을 제시하고자 하였다. 먼저 국내에서 수행되고 있는 물수지 분석 방법에 대한 가정과 문제점을 확인하고 이를 해결할 수 있는 다섯 가지 개선 방안을 제시하였다. 제안된 개선 방안의 적용성 및 효과를 분석하기 위해 금강유역을 대상으로 두 가지 강우-유출 모형 모의 결과를 활용한 총 10개의 case를 구성하고 이를 반영한 물 수급 네트워크를 구축하여 물수지 분석을 수행하였다. 각 case별 분석 결과 중 금강유역의 대표지점인 공주와 석화지점의 관측유량과의 비교⋅분석을 통해 개선방안의 효과를 제시하였으며 과거 제한급수지역과의 비교⋅검토를 통해 개선방안의 적용성을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 물수지 분석 방법을 통해 향후 수자원 계획 수립 시 보다 현실적이고 타당한 계획 수립이 가능할 것으로 기대된다.