KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Water Yield Evaluation of a Reservoir System Based on a Deficit Supply in the Han River Basin

부족분 공급방식의 한강수계 저수지 시스템 용수공급능력 평가

  • 최영제 (아주대학교 건설시스템공학과) ;
  • 이은경 (아주대학교 건설시스템공학과) ;
  • 지정원 (아주대학교 건설시스템공학과) ;
  • 이재응 (아주대학교 건설시스템공학과)
  • Received : 2020.06.18
  • Accepted : 2020.07.06
  • Published : 2020.10.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Reservoir operation affects the sustainability of a water supply. However, the increase in the temporal and spatial variability of rainfall, attributed to climate change, has led to severe droughts and increased difficulty in maintaining a sustainable discharge at certain locations in a reservoir system operation. In this study, water yield was evaluated using reservoir simulation with varied water supply. Three reservoir system models were simulated for nine reservoirs in the Han River basin. The time-based reliability, volumetric reliability, and resiliency were used to evaluate the results. Each case was simulated by applying firm supply, deficit supply, and deficit supply with historical power release of the Hwacheon Reservoir. As a result of the simulation, all indexes were increased when the deficit supply was applied. In particular, the time-based reliability increased by more than 30%, and the supply reliability increased by about 4%. The result showed that the water supply of the entire water system could be increased when all reservoirs in the water system were operated to supply water and maintain sustainable discharge at the same downstream point. The deficit supply was an efficient reservoir operation method for responding to climate change, especially increased rainfall variability.

우리나라의 용수공급은 대부분 저수지 운영에 의존하고 있어 저수지 운영은 안정적인 용수공급에 직접적인 영향을 미치게 된다. 하지만 최근 강우의 시공간적 변동성이 증가함에 따라 심도 깊은 가뭄의 발생이 잦아지고 있으며 동일 유역 내에서도 강우의 공간적 편차가 커지고 있다. 이러한 기후의 변화는 하류 지점의 안정적인 유량을 유지하기 위한 저수지 시스템의 운영에도 어려움을 증가시키고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 부족분 공급방식의 저수지 운영을 적용하여 저수지 시스템의 용수공급능력을 평가하고자 하였다. 이를 위해 한강유역에 위치한 9개 댐을 대상으로 저수지 모의운영을 실시하고, 분석결과의 평가지표로는 기간신뢰도, 양적신뢰도, 회복도 등을 활용하였다. 저수지 모의운영 모형은 일정량 공급방식 적용, 부족분 공급방식 적용, 부족분 공급 및 화천댐 실측방류량 적용 케이스 등 총 3개 케이스의 모형을 구축하였다. 그 결과 부족분 공급방식을 적용하였을 때 신뢰도와 회복도 등 모든 지표에서 저수지 시스템의 용수공급능력이 증가하는 것으로 분석되었다. 특히 기간신뢰도는 30 % 이상 증가하고 양적신뢰도는 약 4 % 증가하는 효과를 거둘 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 수계 내의 모든 저수지가 각각 부여받은 용수공급량 충족이라는 목적과 동시에 하류 동일 지점의 안정적 유량유지를 목적으로 운영될 경우 수계전체의 용수공급능력 증대라는 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 본 연구를 통해 부족분 공급방식의 저수지 운영이 강우의 공간적 변동성 증가와 같은 기후변화에 대응 가능한 효율적인 저수지 운영방안임을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. Fayaed, S. S., El-Shafie, A. and Jaafar, O. (2013). "Reservoir-system simulation and optimization techniques." Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, Vol. 27, No. 7. pp. 1751-1772. DOI: 10.1007/s00477-013-0711-4.
  2. Hashimoto, T., Stedinger, J. R. and Loucks, D. P. (1982). "Reliability, resiliency, and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation." Water Resources Research, Vol. 18, No. 1, pp. 14-20. https://doi.org/10.1029/WR018i001p00014
  3. Jang, C. H. and Kim. Y. O. (2016). "Improvement of water supply capability of the Nakdong river basin dams with weirs." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 36, No. 4, pp. 637-644 (in Korean). https://doi.org/10.12652/Ksce.2016.36.4.0637
  4. Jowitt, P. W. and Hay-Smith, D. (2002). "Reservoir yield assessment in a changing Scottish environment." Science of the Total Environment, Vol. 294, No. 1-3, pp. 185-199. DOI: 10.1016/S0048-9697(02)00067-0.
  5. Ki, C. S. (2018). Deficit-supply operation for increasing conservation capability of water supply dam, Masters Dissertation, Kyungpook National University, Daegu, Republic of Korea (in Korean).
  6. Lee, D. H., Choi, C. W., Yu, M. S. and Yi, J. E. (2012). "Reevaluation of multi-purpose reservoir yield." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 45, No. 4, pp. 361-371 (in Korean). https://doi.org/10.3741/JKWRA.2012.45.4.361
  7. Lee, D . R., Mo o n, J . W. a nd Cho i, S . J. ( 2014). "Performance evaluation of water supply for a multi-purpose dam by deficitsupply operation." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 47, No. 2, pp. 195-206. DOI: http://dx.doi.org/10.3741/JKWRA.2014.47.2.195 (in Korean).
  8. Moy, W. S., Cohon, J. L. and ReVelle, C. S. (1986). "A programming model for analysis of the reliability, resilience, and vulnerability of a water supply reservoir." Water Resources Research, Vol. 22, No. 4, pp. 489-498. DOI: 10.1029/WR022i004p00489.
  9. Rani, D. and Moreira, M. M. (2010). "Simulation-optimization modeling: A survey and potential application in reservoir systems operation." Water Resources Management, Vol. 24, No. 6, pp. 1107-1138. DOI: 10.1007/s11269-009-9488-0.
  10. Ranjithan, S. R. (2005). "Role of evolutionary computation in environmental and water resources systems analysis." Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 131, No. 1, pp. 1-2. DOI: 10.1061/(asce)0733-9496(2005)131:1(1).
  11. Simonovic, S. P. (2000). "One view of the future." Water International, Vol. 25, No. 1, pp. 76-88. DOI: 10.1080/02508060008686799.
  12. Wurbs, R. A. (1993). "Reservoir system simulation and optimization models." Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 119, No. 4, pp. 455-472. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9496(1993)119:4(455).
  13. Yeh, W. W. G. (1985). "Reservoir management and operations models: a state-of-the-art review." Water Resources Research, Vol. 21, No. 12, pp. 1797-1818. DOI: 10.1029/WR021i012p01797.