• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.266-266
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• 2023

우리나라 대부분의 대형 댐은 하천 상류에 위치하고 있어 하류의 유출량에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 하천의 유출특성을 파악하고 하천용수를 효율적으로 이용하기 위해서는 정확한 댐 방류량 자료는 필수라고 할 수 있다. 우리나라 댐의 방류량은 크게 발전방류량, 여수로 방류량으로 구분할 수 있다. 발전방류량은 발전기 제원에 따라 발전량에 의해 산정되며, 여수로 방류량은 여수로 수위를 유량으로 환산하여 산정되고 있다. 이렇게 댐운영에 필요한 발전용댐의 방류량은 대부분 공식으로 산정되며 직접 실측하여 검증이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 화천댐과 청평댐을 대상으로 방류량을 실측하였으며 화천댐은 발전방류량, 청평댐은 발전방류량 및 여수로 방류량을 실측하여 비교 검토하였다. 청평댐의 경우 방류량이 클수록 실측유량과 차이를 보였으며, 화천댐의 경우 대부분 정확하게 나타났지만 일부 차이가 확인되었다. 그럼에도 불구하고 화천댐의 경우 발전방류량과 실측유량의 결정계수가 0.980으로 나타나고, 청평댐의 경우 발전방류량과 여수로 방류량의 결정계수는 각각 0.987과 0.996으로 나타나 상당히 정확한 것으로 판단된다. 차이를 보이는 것은 실측자료의 오류도 일부 있겠지만 발전 기기의 노후에 따른 성능저하, 여수로 주변의 수리특성변화 등이 주 원인으로 판단되며 이에 대한 추가적인 조사 및 연구가 필요하다. 본 연구 결과 실측자료를 기반으로 보정된 발전용댐 방류량을 사용하게 된다면 향후 발전용댐 특성에 적합한 용수공급능력 평가 체계 및 운영방안 마련에 기여하며 발전용댐 운영 효과를 극대화할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.332-332
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• 2016

수공구조물 설계시 hardware와 software의 발달로 수리계산과 수치해석의 오차율이 감소함에 따라 수치해석을 이용하는 빈도가 높아지고, 신뢰도가 향상되고 있는 추세에 있다. 그러나 댐 설계에 있어 수위별 방유량 관계 검토시 수치해석값은 각 수위에 해당하는 몇 개의 유량값을 대응시켜 경향만 비교하고 수리계산 결과를 설계에 반영해 왔다. 이러한 방법은 여수로 주변에 인접구조물이 없고, 여수로 각 수문별 균등한 유량이 방류될 경우 문제가 되지 않지만, 여수로 직상류 지형에 만곡부나 지형적 특성이 여수로 방류에 영향을 미치거나, 취수탑 등 여수로에 인접한 수리구조물이 설치되어 접근수로에서 복잡한 유동을 형성하는 경우 각 문비마다 방류량의 분배율은 달라질 수밖에 없고, 수리계산 결과를 일괄 반영하기에는 오차가 증가할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 댐 운영시 중요한 인자 중 하나인 수위-방류량 관계에 대하여 수치모형을 이용한 정밀한 분석을 통하여 댐 여수로 운영시 오차율을 저감시키고, 적용성을 향상시키는 방안을 검토하였다. 첫째, 수위별 방류량 관계 검토시 여수로 상류에서 일정한 시간에 따라 선형적으로 수위가 증가하도록 경계조건을 설정한 후 3차원 수치해석 모형의 Output data를 단위시간에 따라 수위와 방류량이 산정되도록 하고, 기존 검토 방식대로 각 수위별 모형을 steady 상태로 수행하여 비교분석하였다. 수리계산과 기존 방식, 본 연구에서 제시한 방법에 대한 오차율 검토 결과 오차는 3 % 이내로 검토되었다. 둘째, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 접근유속에 대한 영향을 받게 되므로 수리계산시 에너지 경사를 이용하여 수위값을 반영하지만, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 경계조건을 부여한 수위값을 반영하거나, 임의의 지점에서의 수위값을 반영하는 경우 등 일괄적이지 않은 수위값을 반영하여 오차율이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 여수로 지점별 전수두를 측정하여 방류량 값을 산정하여 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.524-529
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• 2006

실제유량에 대한 이론유량의 비로 정의되는 유량계수는 수공구조물의 설계에 있어서 중요한 요소 중에 하나이다. 댐 여수로 또한 이러한 유량계수를 통하여 산정되는 방류량에 따라 여수로 월류부의 규모가 결정되며 이러한 수위별 방류량 산정에 있어서 유량계수는 $\ulcorner$댐 설계기준$\lrcorner$에 제시되어 있는 미국 개척국(USBR)의 여러 경험을 통하여 산정한 유량계수 그래프에서 독치하여 결정한다. 본 연구에서는 국내 댐 여수로의 설계 유량계수를 수리모형실험 및 수치해석을 통하여 비교.검토하였으며, 이에 대한 적정 유량계수의 범위를 산정하였다. 이러한 유량계수의 범위를 기 건설 운영 중인 댐의 관측자료를 통하여 그 적정성을 검토하였고, 그 결과 상당수의 자료가 금회 산정한 유량계수 적정 범위 이내에 드는 것으로 나타나 국내 댐 여수로 유량계수는 적정한 것으로 검토되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.240-244
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• 2009

다목적댐 하류하천은 댐 건설당시 정비가 필요한 지역으로 댐 방류의 영향을 받는 일정구간에 대해서는 댐설계방류량에 대응하도록 하천정비가 시행되어야 하나, 지금까지의 댐 하류하천은 댐과 별개로 하천정비가 시행되어 왔으며, 관리 또한 댐과 이원화되어 이루어져 왔다. 이로 인해 댐하류하천은 제방월류, 하천구역내 사유지 및 불법시설물 등의 댐운영 제약사항으로 댐 본래의 치수기능이 저하되어 한국수자원공사에서 관리중인 15개 다목적댐 여수로 방류가 설계방류량의 16%(15개 다목적댐 전체 여수로 설계방류량 $57,004m^3/s$ ${\rightarrow}$ 무피해방류량 $9,300m^3/s$)에 불과하고, 대규모 홍수 발생시 댐하류지역에서 막대한 피해와 민원을 발생시키고 있다. 이러한 댐운영 제약사항해소를 위해 한국수자원공사에서는 '07년부터 연차별로 소양강댐을 포함한 22개댐 하류하천의 정비를 시행하고 있다. 현재 시행중인 용담댐 하류하천정비를 시행사례를 통해 댐운영 제약사항해소와 이에 따른 댐의 치수기능 회복효과를 분석해보면 다음과 같다. 댐방류시 현장조사를 통해 확인된 댐운영 제약사항은 하천구역내 사유지를 포함해하여 총 8건이며, 구조적 대책인 제방 축조와 비구조적 대책인 사유지 보상 등을 통해 댐 무피해방류량을 현재 $700m^3/s$ (여수로 설계방류량 대비 22%)에서 $2,730m^3/s$(여수로 설계방류량 대비 85%)로 증가 방류 할 수있는 것으로 분석되었다. 그러나, 구조적 비구조적 대책으로 불가능한 하천구역내 불법 경작지 및 시설물 등이 일부 잔존하여 댐운영 제약사항으로 여전히 남아 있는 실정이다. 이러한 문제를 해소하기 위해서는 불법행위에 대한 관리감독 강화 등의 조치가 필요하나, 이원화된 현행 관리체계에서는 한계가 있으며, 이와 같은 문제를 해소하기 위해서는 댐 방류의 영향을 받는 하류하천 일정구간에 대해서는 댐관리자의 역할 강화가 필요하다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.61-75
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• 2021

최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 집중호우의 영향 및 기존 여수로의 노후화에 대비하여 홍수 시 하류 하천의 영향을 최소화할 수 있는 보조 여수로 활용방안 구축이 필요한 실정이다. 이를 위해, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 보조 여수로 운영에 따른 흐름특성 변화 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 여수로에서의 흐름특성 및 기능성에 대한 검토를 수행하였을 뿐 보조 여수로의 활용방안에 따른 하류하천 영향 검토 및 호안 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 여수로 및 보조 여수로 방류 조건에 따른 하류영향 분석 및 호안 안정성 측면에서 최적 방류 시나리오 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 FLOW-3D 수치모의 수행을 통한 유속, 수위 결과와 소류력 산정 결과를 호안 설계허용 기준과 비교하였다. 수문 완전 개도 조건으로 가정하고 계획홍수량 유입 시 다양한 보조 여수로 활용방안에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 보조 여수로 단독 운영 시 기존 여수로 단독운영에 비하여 최대유속 및 최대 수위의 감소효과를 확인하였다. 다만 계획홍수량의 45% 이하 방류 조건에서 대안부의 호안 안정성을 확보하였고 해당 방류량 초과 경우에는 처오름 현상이 발생하여 월류에 대한 위험성 증가를 확인하였다. 따라서 기존 여수로와의 동시 운영 방안 도출이 중요하다고 판단하였다. 여수로의 배분 비율 및 총 허용 방류량에 대하여 검토한 결과 보조 여수로의 방류량이 기존 여수로의 방류량보다 큰 경우 하류하천의 흐름이 중심으로 집중되어 대안부의 유속 저감 및 수위 감소를 확인하였고, 계획 홍수량의 77% 이하의 조건에서 호안의 허용 유속 및 허용 소류력 조건을 만족하였다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 보조 여수로 활용방안으로는 기존 여수로와 동시 운영 시 총 방류량에 대하여 보조 여수로의 배분량이 기존 여수로의 배분량보다 크게 설정하는 것이 하류하천의 영향을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 여수로 방류에 따른 대안부에서의 영향에 대해서만 검토하였고 수문 전면 개도 조건에서 검토하였다는 한계점은 분명히 있다. 이에 향후에는 다양한 수문 개도 조건 및 방류 시나리오를 적용 및 검토한다면 보다 효율적이고, 효과적인 보조 여수로 활용방안을 도출이 가능할 것으로 기대 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.43-47
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• 2019

본 연구에서는 수리모형실험을 통해 사이펀 여수로에 장착된 air slot의 방류량 조절 능력을 검토하였다. air slot의 단면 형상으로 원호 및 직사각형 형상을 채택하였으며, 개구부 면적을 조절할 수 있게 하였다. air slot이 장착된 경우 사이펀 관 내부에 공기와 물이 혼합된 복잡한 흐름이 발생하였다. air slot이 장착된 사이펀 여수로에서 저수지 내측 수위가 상승할 때와 하강할 때 동일한 수위에서 동일한 유량이 계측되었다. air slot의 무차원 개구부 면적이 증가할수록 무차원 방류량은 더 서서히 증가하였다. 수리모형실험 결과는 air slot의 면적 조절을 통해 사이펀을 통한 방류량 조절이 가능함을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.278-278
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• 2019

본 연구의 목적은 수위조건에 따른 댐체의 방류능력을 검토하는 것이 주목적으로 수리모형실험을 통한 수위-유량곡선을 제시하고 이론식으로 도출된 방류량 산정값과의 결과를 검토하는 것이다. 원주천댐은 강원도 원주시 판부면 신촌리 일원에 설치되는 콘크리트 중력식 댐으로 댐길이는 210.0m 이며, 댐높이는 45.5m, 댐마루고는 EL. 239.0m 이다. 홍수시 방류설비로는 21m 길이의 무문식 2열 여수로로 이루어져 있다. 본 연구를 위해 제작된 원주천 댐모형은 수평축척(LH) 1/60, 연직축척(LV) 1/60, 왜곡도 1을 갖는 정상모형으로 제작되었다. 방류능 검토실험은 여수로의 방류량을 검토하는 것으로 수위와 방류량과의 관계를 계측을 통해 곡선으로 제시하는 것이다. 수위는 저수지 상류부 수위(원주천댐으로부터 150 m 상류지점)를 측정하여 수위별 방류량을 계측하였다. 유량의 경우 방류량값의 정확도 향상을 위해 관유량계와 삼각위어를 동시에 사용하여 측정하였다. 수리모형실험 결과 원주천댐의 수위-방류량 곡선은 그림 1과 같이 산출되었다. 이러한 결과를 토대로 원주천댐 설계시 사용되었던 자료를 비교하여 보았다. 원주천댐의 수위별 방류량은 미개척국(USBR)의 'Design of Small Dams'와 "댐 설계기준 해설(2011, 한국수자원학회)"에서 제시한 방법으로 방류량을 산정한 것으로 이들 두 자료를 비교한 자료는 그림 2와 같다. 실험결과 계산식과 수리모형실험을 통해 계측된 방류량은 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 보았을 때 계산식으로 산정된 수위-유량관계식은 충분히 댐운영에 적용할 수 있는 기초자료로 충분할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.703-712
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• 2019

본 연구에서는 수리모형실험을 통해 사이펀 여수로에 장착된 공기혼입장치(air slot)의 방류량 조절 능력을 검토하였다. 공기혼입장치의 단면 형상으로 원호 및 직사각형 형상을 채택하였으며, 개구부 면적을 조절할 수 있게 하였다. 공기혼입장치가 장착된 경우 사이펀 관 내부에 공기와 물이 혼합된 복잡한 흐름이 발생하였다. 공기혼입장치가 장착된 사이펀 여수로에서 저수지 내측 수위가 상승할 때와 하강할 때 동일한 수위에서 동일한 유량이 계측되었다. 공기혼입장치의 무차원 개구부 면적이 증가할수록 일정한 수두차 및 저수지 수위 조건에서 무차원 방류량은 감소하였다. 수리모형실험 결과는 공기혼입장치의 면적 조절을 통해 사이펀을 통한 방류량 조절이 가능함을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.128-128
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• 2023

우리나라 농업용 저수지는 저수량만을 참조하여 운영한다. 이러한 현실을 개선하기 위해, 유입량을 고정시키고 저수지 물수지 분석에 의해 방류량을 생산하는 체계를 구축했다. 2018년부터 2021년까지 총저수량 142만m³의 옥서저수지, 106만m³의 홍동저수지에 적용하여 일별로 저수량을 모의하여 관측값과 비교하고, 저수지 물수지 분석에 의해 실시간 계측되는 수로유량의 신뢰도를 평가하였다. 장기간의 계측 자료를 보유하고 있는 인근 다목적댐인 보령댐의 운영자료(2018~2021)를 이용하여 유입량 모형의 매개변수(α=3.500)를 결정하고, 저수지 유입량을 모의한 결과 NSE 0.854, R² 0.858의 높은 신뢰도를 얻었다. 유입량을 고정시키고, 저수지 물수지 분석에 의해 방류량을 계산한 결과 옥서저수지는 일최대 방류량 5.7m³/s, 일평균 0.2m³/s, 홍동저수지는 각각 5.9m³/s, 0.2m³/s로 나타났다. 총방류량을 측정 수로유량과 여수로 방류량으로 분할하고, 저수지 물수지 분석에 의해 수로유량의 신뢰도를 평가한 결과 옥서저수지는 R²가 0.771, 일평균 저수위 오차 88.6cm, 일평균 저수량 오차 9.4%, 홍동저수지는 R²가 0.086, 일평균 저수위 오차 69.9cm, 일평균 저수량 오차 18.0%로 오차가 크게 나타났다. 저수지 수위가 만수위(FWL) 이하일 때는 여수로 방류량을 0으로 하여 총방류량을 여수로 방류량과 수로유량으로 분할한 후, 물수지 분석에 의해 신뢰도를 평가한 결과, 옥서저수지의 경우 R²는 0.941, 일평균 저수위 오차 2.6cm, 일평균 저수량 오차 0.35%를 나타내, 신뢰도가 크게 증가했다. 그러나 홍동저수지의 경우는 R²는 0.521, 일평균 저수위 오차 2.2cm, 일평균 저수량 오차1.02%를 나타냈지만, 낮은 신뢰도를 보였다. 측정 수로유량의 신뢰도는 두 저수지 모두 낮게 나타났다. 수로유량 조정을 통해 옥서저수지의 신뢰도는 향상 시킬 수 있었지만 홍동저수지의 경우는 향상 시킬 수 없었다. 이는 여수토 비상수문조작 실적과 저수지 사통 수문 조작 실적이 없어, 그 결과를 정확히 반영할 수 없었기 때문인 것으로 결론을 내렸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1669-1674
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• 2008

여수로는 방류량 월류시 한계류 상태와 고유속의 사류상태가 복합적으로 일어나는 흐름형태를 가지고 있어 여수로의 방류능력에 대한 평가시 수치해석 및 수리모형 실험을 통해 검증하고 있다. 여수로의 방류능력은 여수로 월류부 전면부 바닥고, 월류부 상 하류 경사, 월류웨어고 뿐만 아니라 교대 및 교각의 형상에 의해 영향을 받는다. 또한 월류웨어부를 지나 사류의 흐름양상을 보이는 천이부의 형상 및 후면 교각의 연장에 따라서도 급경사수로부의 흐름이 급변하게 된다. 국내 대부분의 여수로는 전면부의 교각(Pier)형상이 구조적인 안정성을 이유로 직벽형 설계방법을 일반적으로 채택하고 있으며 국내 및 미개척국(USBR)의 설계기준 또한 여수로 교각과 교대부의 평면 형상만을 고려할 수 있도록 제시하고 있어 국내 대부분의 수리 구조물들이 획일적인 구조물 형상을 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 수치 및 수리모형 실험을 통해 국내 대댐에 설계되어 있는 직벽형태와 본 연구에서 제시하고 있는 켄틸러버형의 교각형상에 따른 여수로의 수리적 흐름양상 및 방류능력을 비교하여 그 효과를 검토하였다. 검토결과 켄틸러버형태의 교각이 설치된 여수로의 경우 직벽형에 비하여 전면부 수위상승 및 흐름교란이 적게 발생하였으며, 방류능력 또한 개선되는 결과를 나타내었고, 후면 교각의 연장이 길고 점차 축소될수록 급경사수로부의 흐름이 안정적인 것으로 나타났다.