• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.499-499
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• 2016

본 연구는 오염된 농업용 저수지에 대하여 수층에 따른 수질 변화 특성을 조사하고, 저수지 저부의 퇴적물에 대한 용출 실험을 통해 수층별 수질 특성이 퇴적물의 용출에 미치는 영향을 분석하고자 수행되었다. 연구 대상 저수지의 선정은 설치년도 1960년대를 기준으로 이전과 이후로 분류하였으며, 주요 오염원을 축산계와 생활계 오염원으로 분류하여 각 다른 특성을 가진 저수지를 선정하여 조사하였다. 내부 오염 부하량이 수체에 미치는 영향을 평가하기 위해 실시한 용출량 실험 결과, 호기 조건에서 축산계오염원 저수지의 T-P가 미미하게 용출이 일어난 것을 제외하고는 생활계, 축산계오염원 저수지에서 용출이 일어나지 않았다. 반면에 혐기 조건의 경우에는 생활계오염원 보다는 축산계오염원 저수지에서, 1960년대 이후 설치된 저수지에서 보다는 1960년대 이전에 설치된 저수지에서 용출이 크게 일어나는 것으로 조사 되었다. 혐기 조건에서 T-N의 경우 생활계오염원과 1960년대 이후 설치된 저수지에서는 용출이 일어나지 않았으나, 그 외의 항목에서는 모두 용출이 일어나는 것으로 분석되었다. 특히 혐기조건에서는 모든 연구대상 저수지에서 T-P의 용출이 크게 일어나는 것으로 조사되었는데, 이는 부영양화의 주요 영향인자로 작용할 수 있으므로 저수지 저부의 혐기조건이 형성되는 것을 제어?관리해야 할 필요성이 있다고 하겠다. 연구 저수지에 대한 현장 조사 결과, 가뭄의 영향으로 수위가 평년에 비해 상당히 낮았으며, 저수량의 부족으로 저수지 주변의 바닥이 드러나거나 유출이 없는 등의 특징을 보였다. 수심이 낮은 5~7월의 조사 시기에는 표층의 DO 농도가 높음에도 저층부의 DO 농도는 1.2~2.2 mg/L를 나타내 약혐기조건이 형성됨을 확인하였다. 또한 현장측정기(HYDROLAB_Quanta)를 이용한 DO측정시, 저층부 퇴적물의 재부유를 막기 위해 저층경계면에서 30~50cm 윗부분을 측정했다는 점에서 저층부 바닥면의 DO 농도가 더 낮을 수 있다고 추정할 수 있다. 이는 이 시기에 퇴적층에 존재하는 오염물질의 용출이 충분히 일어날 수 있으며, 이후 8~11월에 수계 내 환란 및 순환에 의해 오염물질이 수중으로 이동하게 되고, 수질을 악화시키는 원인으로 작용할 수 있음을 추론할 수 있다. 이와 같이 퇴적되어 있던 오염물질이 계속적으로 용출 및 순환을 해마다 반복한다면 해당 저수지는 장기간 수질 오염 저수지가 될 수밖에 없을 것이다. 따라서 이러한 내부오염부하가 크다고 판단되는 저수지에 대하여 오염퇴적물의 관리가 필요하다고 하겠다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.512-512
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• 2016

우리나라의 다양한 수계에서는 배스로 대표되는 외래어종의 유입에 따른 심각한 생태계 교란이 발생하고 있다. 외래어종은 활발한 먹이활동 및 영역다툼을 통해 우리나라 고유종의 섭취 및 경쟁 우위에 위치하고 있다는 것이 많은 보도를 통해 발표되었다. 본 연구에서는 외래어종 중 배스(Large mouth bass)에 초점을 두고 동계 및 춘계의 서식처 특성을 살펴본다. 다양한 수계 중 갇혀있는 시스템으로 간주할 수 있는 농업용 저수지에 초점을 맞추고 현장조사를 실시한다. 하지만 현장조사 중 일부는 강과 같이 열린 서식처 공간도 포함하고 있다. 본 연구는 배스가 동면을 하지 않는 대신 수온에 큰 영향을 받으며 저수온기의 서식활동을 지속한다는 가정 하에 수온과 배스가 활동하는 영역의 상관성을 이해하고자 하였다. 조사는 국내 4개 지점 이상에서 이루어졌으며 수심 20 m 정도의 깊은 저수지에서부터 하수종말처리장에서 처리수가 유입되는 도시형 하천까지 포함한다. 이 중 수심 20 m 정도의 농업용 저수지에서는 7회 이상의 정밀 조사를 수행하여 수심별, 수온별 배스의 서식특성을 이해할 수 있도록 집중조사를 실시하였다. 현장조사 결과 배스는 $1-2^{\circ}C$의 수온차에도 민감하게 반응하며 서식처를 형성한다는 사실을 알 수 있다. 수온의 평면적 분포는 서식처의 형성에 많은 영향을 주는 것으로 판단되며 수온 안정기인 동계의 경우는 수온 종분포에 따라 군락을 형성하며 서식층을 결정한다는 점도 유추된다. 4월 중순 이후의 춘계는 배스의 산란기로 종확산에 큰 영향을 미치는 가장 중요한 시기이다. 이 시기 이후 하계에는 다시 부화한 개체가 독립적으로 서식처를 이동하는 또다른 종확산의 시기이다. 따라서 계절별에 따른 보다 면밀하고 지속적인 조사를 통해 4계절 순환에 따른 배스의 서식 특성 변화를 조사하는 과정이 필수적으로 이루어져야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.134-134
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• 2016

우리나라는 지역별 및 유역별로 강수량의 편차가 심하고 홍수기에 강수량이 편중되어 내리는 특징을 가지고 있다. 최근 몇 년간 발생한 이상기후에 의해 연평균 강수량이 크게 감소하였고 이는 겨울철에서 봄까지 용수이용에 많은 어려움을 주었다. 연중 안정적으로 물을 공급하기 위해서는 대량의 물을 저장할 수 있는 대규모 저수시설이 필요하지만 사회 환경적인 이견대립으로 이를 실행하기란 쉽지 않다. 따라서 구조적인 대책이전에 지역 및 유역의 특성을 고려한 실행단위의 수자원계획 수립과 평가할 수 있는 기반이 요구된다. 현재 국가 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적 이용 개발 및 보전을 목적으로 수립되고 있는 수자원장기종합계획은 국가의 수자원정책을 반영하고 있으나 하천의 건천화, 수질부문에 대한 검토가 미비하고 수자원과 관련된 하위단위의 실행계획과 연계가 미흡한 실정이다. 국외의 수자원관리는 안정적이고 효율적인 수자원관리를 위해 통합관리체계를 도입하고 있으며 이에 하위관리단위인 유역단위에서 물과 관련된 많은 부분을 고려하여 통합관리를 위한 지침을 마련하고 있다. 지속적이고 안정적인 수자원 확보와 효율적인 이용을 위해 수자원 관리정책과 제도적인 틀을 마련하여 국가 및 지역의 수자원개발 및 이용계획을 지원하고 있다. 이러한 변화는 지금의 수자원이 미래에 사회 경제적으로 상당히 중요한 가치를 가진다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 국내의 기 수립된 수자원계획과 국외의 수자원정책적인 부분을 살피고 국가차원의 수자원 관리를 지원할 수 있는 지역(유역관리)단위 계획수립과 이를 지속적으로 이끌어 갈 수 있는 중앙 정부, 지방정부, 시민단체 등과 같은 지역거버넌스의 협력적 관계조성을 기반으로 세부적인 부분에서 출발하는 수자원관리계획에 대한 필요성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.421-421
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• 2018

효율적인 수자원 관리를 위하여 전국유역조사, 수자원 장기종합계획 등 다양한 사업이 수행되고 있으며, 이를 위하여 유출해석은 필수적인 항목이라 할 수 있다. 유출해석을 위하여 수문모형 또는 관측소의 유량자료가 활용되고 있으나, 이는 기존에 관측된 유량자료를 바탕으로 구축된 수위-유량관계 곡선식(Rating-curve)을 활용하여 재생산된 자료라 할 수 있다. 즉, 수위자료는 매시간 관측소에서 측정이 되지만, 유량자료의 경우 측정이 어려울 뿐만 아니라 변동성 및 불확실성이 크기 때문에 시계열 수위를 곡신식을 통해 유량으로 변환하여 활용하고 있다. 이와 같이 수위-유량관계 곡선식의 정확성이 수문자료 생산에 핵심 요소임에도 불구하고 이에 대한 연구는 제한적이며, 특히 홍수터 등의 영향을 고려하여 분할된 곡선의 천이점 접합시 곡선식의 정확도 향상을 위한 연구도 드문 편이다. 따라서 본 연구에서는 구간 분할된 곡선의 최적 천이점 선정을 위하여 Particle Swarm Optimization(PSO)기법을 활용하였으며, 총 5개 구간까지 구간별 목적함수로 RMSE, RSR, 결정계수 적용시 특성변화에 대한 연구를 수행하였다. 구간에 대하여 절대적인 오차를 산정하는 RMSE를 활용하는 경우 저수위 부분에 대한 오차가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 상대적인 오차인 RSR, 결정계수를 활용하는 경우 전체 구간에 대한 오차를 보완할 수 있는 것으로 나타났다. PSO기법을 활용하여 도출된 곡선식에 대해서는 구간 및 전체구간에 대한 오차(RMSE, 결정계수, RSR, MAPE)를 활용하여 불확실성을 검토할 수 있도록 하였고, 잔차분석을 통한 이상치 및 회귀곡선에 대한 정규성 검토를 수행할 수 있는 툴을 개발하였다. 레이팅 커브를 작성하는데 있어 최적화 알고리즘을 활용하여 구간분할시 천이점 선정의 자동화로 천이점 선정에 소요되는 시간을 대폭 감축할 수 있을 뿐만 아니라, 구간별 오차를 종합적으로 고려하여 우수한 품질의 레이팅 커브를 도출할 수 있는 기반을 구축하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.463-463
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• 2018

우리나라의 공공용수역에서는 오염배출규제 및 하수도 정비에 의한 점오염원 부하량의 삭감에 의해 수질개선이 진행되어 왔다. 그러나, 비점오염원부하는 상대적으로 증가하는 경향에 있음에도 불구하고 그것을 실증하기 위한 강우시의 오염부하유출의 관측은 충분히 실시되지 않고 있다. 본 연구에서는 영주댐 유입하천을 대상으로 강우시 유입 오염부하량 파악 및 수질변동모의 예측을 위한 기초자료 획득을 위한 강우시 유입부하량 특성 및 수질영향이 분석되었다. 영주댐의 조사지점은 석표교, 멀내교의 총 2개 지점으로 본류인 내성천, 지류인 토일천에 각각 1곳씩 선정하였다. 유입수 샘플링은 자동모니터링 장치를 설치하여 채수하였고, 유랑조사는 교각에 설치된 자동수위측정기를 이용하여 측정하였다. 조사기간은 누적 강우량 133mm가 내린 2017년 7월 2일부터 5일간 실시하였다. 수질 시료 분석결과, 비강우시대비 COD 및 영양염류 부하량이 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다. 토일천에서 채수된 시료의 경우 T-P는 비강우시 유입농도보다 최대 60배 높고, T-N은 비강우시에 비해 약 2.3배 높은 것으로 분석되었다. 강우유출 발생 시의 수질은 비강우시의 수질보다 COD 및 영양염류 부하량이 큰 폭으로 증가하였다. 비 강우시 유입되는 영양염류농도에 비해 강우시에는 강우강도에 비례하여 높은 농도의 인과 질소성분이 유입되고 있었고, 댐 저수량의 많은 부분이 강우시의 유입수량으로 채워지는 점을 고려할 때, 강우시 유입 수질이 댐 저수지 수질변화에 큰 영향을 주고 있을 것으로 판단된다. 영주댐 유역의 강우유출 특성은 강우유출이 시작 된 후, 수 시간 이내에 오염물질 농도가 급격히 증가하였고 유량의 증감속도와 유출량은 비례하였다. COD, 질소 계열 및 인 계열 물질의 유량과 비례한 증감을 확인하였다. 이를 통해 강우시 질소와 인의 유출이 강우량과 영향이 있음을 알 수 있었으나, 계절적인 유출 특성의 유무를 무시 할 수 없기 때문에 이에 대한 보다 상세한 조사 및 검토가 필요할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.449-449
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• 2018

최근 국내 하천과 호수에서 수온상승 및 기후변화로 인한 녹조발생이 빈번하게 나타남에 따라 녹조발생원인과 예측에 대한 중요성이 빠르게 인식되어가고 있다. 이에 본 연구에서는 보 구간의 연직 수온분포를 분석하고, 측정된 수온분포와 유해 남조류 세포수를 바탕으로 수체안정화도와 남조류의 발생을 비교하였다. 낙동강수계의 8개보를 선정하여 2015년 1월부터 2016년 12월까지 주 1회, 수심 1m 간격으로 측정한 수온을 분석했으며, 유해 남조류 세포수는 환경부 조류경보제 및 수질예보제에서 측정한 자료를 사용하였다. 수온 모니터링 분석 결과 2015년과 2016년 모두 5월 이후 수온성층이 형성되었고, 8월에 비교적 강한 수온성층이 형성되는 것으로 나타났다. 특히 칠곡보와 강정고령보에서 상대적으로 뚜렷하게 나타났는데 이는 수심이 깊고 체류시간이 긴 지형적 특성에 의한 것으로 판단된다. 형성된 수온성층은 안정된 상태로 지속되지 않고 주로 강우 시에 상 하층간의 수온구배가 줄어들어 혼합되는 전도현상이 관찰되었다. 수체안정화도 산정 결과 역시 2015년, 2016년 모두 수온성층 결과와 비슷하게 5월에 수체안정화도가 급증하다 9월 이후에 크게 감소하는 경향을 보였으며, index별로 Schmidt stability, Bouyancy Frequency 항목에서 이러한 경향이 뚜렷하게 나타났다. 또한 5월 이후 수체안정화도가 증가하는 시기에 남조류 세포수의 현존량도 증가하는 것으로 관찰되어 남조류의 발생과 수체안정화도의 증가는 시기적으로 일치하는 것으로 나타났다. 수체안정화도와 남조류 세포수와의 상관성은 2016년이 높았으며 그중 강정고령보에서 상관계수가 Schmidt stability는 0.78, Bouyancy frequency는 0.65로 높은 상관성을 나타내었다. 하지만 2015년의 경우 9월 이후 수체안정화도와 수온이 감소하였지만 남조류 세포수는 증가하여 경향이 일치하지 않는 것으로 나타났는데, 이는 저수온성의 남조류가 우점했기 때문인 것으로 판단된다. 향후 조류 발생 및 예측 등을 효과적으로 재현하는데 있어 자료로 활용하기 위해서는 지속적인 수질 모니터링 및 기상인자 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.143-143
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• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.208-208
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• 2023

북한강 유역은 대한민국을 대표하는 한강의 제1지류로 상류에 북한산이 위치하여 풍부한 자연환경과 생태계를 보유하고 있다. 해당 유역은 수력 및 다목적댐이 위치하여 수력발전과 수도권 물공급에 있어 중요한 역할을 하고 있다. 더욱이, 상수원보호구역으로 지정되어 있어 수질오염 예방을 위한 수질 관리가 필요하다. 기존 연구의 경우 북한강 유역 내 1개 다목적댐(소양강댐) 지점에 대한 수량 및 수질 매개변수 검·보정을 수행한 사례가 있으나 다목적댐 및 수력댐을 모두 고려한 사례는 없어 관련 연구가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 활용한 북한강 유역 내 수량·수질을 분석 및 평가하고자 한다. 대상유역은 북한강 유역이며 저류를 하지 않는 평화의 댐을 제외한 5개 댐(화천댐, 춘천댐, 소양강댐, 의암댐, 청평댐)에 대해 모형에서 고려하였다. 자료평가기간은 1983년부터 2021년이며 기상 및 지형자료, 저수지 자료, 점오염원 자료를 입력자료로 활용하였다. Penman/Monteith 방법, SCS 방법, Muskingum 방법, 저수지 운영 방법(일 단위 관측 방류량 입력 및 목표 저수량 유지)을 활용하여 모형 모의를 수행하였다. 매개변수 검·보정은 수량(댐 유입량 및 방류량, 저류량) 및 수질(유사량, 총질소, 총인) 자료를 활용하여 수량 9개 지점과 수질 6개 지점, 댐 저수지 5개 지점을 중심으로 수행하였다. 수량 및 수질에 대한 도시적 및 통계적 평가를 통해 관측 및 모의 간의 정확도를 평가하였다. 평가결과, 수량은 임남댐의 영향을 받는 일부 댐을 제외한 대부분의 댐 유역에서 관측 및 모의 유량 간의 적합도가 우수하게 나타났다. 수질은 수량의 영향을 직접적으로 받아 일부 지점을 제외한 대부분 지점에서 관측 및 모의값 간의 적합도가 높게 나타났다. 검·보정 적절성 판단을 위한 정량적 평가결과, 수량의 경우 결정계수(R²) 0.64~0.94, 용적오차(PBIAS) 0.09%~15.77%로 적정한 것으로 나타났다. 수질의 경우 용적오차 0.00%~29.14% 사이로 적정범위 안에 포함된 것으로 나타났다. 본 연구결과는 기후변화와 연계하여 미래 기간의 수량 및 수질 분석 연구에 기여할 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.39 no.9
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• pp.51-61
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• 2023

The study aims to select an indicator that can monitor the piping stability of the foundation of a weir structure and suggest a piping stability monitoring method using the selected indicator. Based on the results from previous studies and the results of numerical seepage analysis, the change in pore water pressure in the foundation ground of the weir was selected as an indicator for piping monitoring. Considering the state in which the pore water pressure gauges are installed in operating weirs, seepage analyses were performed according to various upstream water level conditions for each case where one or two gauges were installed at the bottom of the weir. A piping monitoring method was presented based on the analysis results for each of these cases. In addition, the proposed monitoring method was shown to be effective by providing an example of a trial application to an operating weir.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.120-120
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• 2022

우리나라 친환경 에너지 생산의 주요 축을 담당하고 있는 양수발전댐의 홍수 시 정교한 수계운영을 위한 방안으로 강우-유량-댐 수위 매트릭스(이하, PDH Matrix)를 개발하고 양수발전소상-하부댐 연계 운영에 따른 홍수 영향을 분석하였다. 연구 대상지역은 강원도 양양군 서면에 위치하고 있는 국내 최대 양수발전소인 양양양수 발전소로 총 저수용량 92만 m³의 콘크리트 중력식댐으로 유역면적은 약 125 km²이다. 양양양수 발전댐의 수계운영을 위한 PDH Matrix는 지속기간별 강수량 규모에 따른 홍수량 및 댐 최고수위 추정치를 판단할 수 있는 조견표로 강우규모 30 - 360 mm (30분 간격, 12개 강우규모) 및 지속기간 1-24시간 (1시간 간격, 24개 지속기간)인 총 288개의 강우조건별 홍수수문곡선을 개발하였다. 개발된 홍수수문곡선을 입력자료로 기존 댐 운영 방식인 AutoROM을 적용하여 저수지 홍수추적을 HEC-ResSim 모형으로 수행하고 최종적으로 개별 강우사상에 대한 강수량-유량-댐 수위 테이블을 작성하였다. 홍수기 댐 운영에 따른 최고수위는 초기 댐 수위조건에 따라 변동되므로 초기 댐 수위 조건(EL. 115 - 117 m, 1 m 간격)별 PDH Matrix를 각 각 개발하였다. 또한, 양수발전소의 특성상 상부댐으로 양수 또는 발전 방류에 따라 홍수 시 댐의 치수안전성에 미치는 영향이 크므로 상, 하부댐 운영에 따른 홍수영향 분석을 수행하였다. 구체적으로 하부댐에서 상부댐으로 양수 시 시간에 따른 하부댐 저수지의 수위변화 양상을 추정하였으며 극한적 홍수상황을 고려하기 위하여 상부 저수지가 만수인 상황에서 불가피하게 하부댐으로 방류가 필요한 상황에 대비한 홍수기 운영방안을 제안하였다. 본 연구는 하부댐-상부댐을 연계하여 운영하는 양수발전댐의 홍수기 수계 운영 방안을 수립한 첫 연구로 향후 연구에서 개발한 강우-유량-댐 수위 매트릭스(PDH Matrix) 작성 기법을 타 양수발전소 수계 운영 시 활용할 수 있을 것으로 기대된다.