연직 2차원 모델을 이용한 댐 재개발이 수리 및 수질에 미치는 영향 분석

Abstract

우리나라는 수자원의 공급과 수요의 불균형으로 인한 물부족이 심화되고 있다. 최근 들어 부족한 수자원의 효율적 확보라는 취지 하에, 신규 댐 건설의 대안으로 기존 댐의 재개발이 추진 중에 있다. 댐의 재개발이 이루어져 인공호의 규모가 커지게 되면 전체적인 호수의 환경 변화가 예상되므로 이에 따른 적절한 관리 방안이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 재개발에 의한 수온과 수질변화를 예측하고자 하였으며, 그에 따른 효율적 댐 운영 방안을 제시하고자 하였다. 댐 재개발이 수체에 미치는 영향을 분석하기 위해 수온분포 변화에 초점을 맞춰 연구를 진행하였으며, 현재 재개발이 계획되어 있는 오봉호를 연구 대상지로 선정하였다. 연구에 사용한 모델은 2차원 연직 시변화 모델인 CE-QUAL-W2로서, 오봉호의 수리 및 수온 그리고 수질항목에 대해 시뮬레이션을 실시하였다. 모델 적용을 위해 2003년의 실측자료를 이용하여 수온과 수질에 대한 보정을 실시하였으며, 2001년의 측정자료를 이용하여 보정된 계수가 정확한 것인지에 대한 검증을 실시하였다. 그 결과, 모델이 실제 수온 및 수질을 시공간적으로 잘 표현하고 있음을 확인할 수 있었고, 이를 토대로 재개발시의 변화를 예측할 수 있었다. 재개발 후 호수는 봄철과 겨울철에는 현재 수체와 비슷한 양상의 성층화 정도를 보이나 여름철과 가을철에는 현재와 다르게 수온 약층이 더욱 수표면 가까이에서 형성되는 결과를 보였다. 즉, 재개발 후 수체의 안정화가 높아지고 성층화가 더욱 뚜렷하게 나타날 것으로 예측되었다. 또한 수체 성층 현상의 지속기간이 길어져 전도현상의 시기가 늦춰지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 재개발이 수질에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 드러났다. 방류수의 수온이 하류하천에 미치는 영향을 평가하기 위해 여수로의 위치는 고정시킨 채, 선택적 취수구의 높이를 변화시킨 시나리오를 적용하였다. 그 결과, 성층화가 뚜렷한 여름과 초가을에 취수 위치가 낮아지면 하류 하천에 매우 낮은 수온의 물이 방류될 것으로 예측되었다. 따라서 재개발 후의 취수 위치는 하류하천의 생태계에 많은 영향을 줄 수 있으므로, 댐의 효율적 운영을 위해 계획된 취수 위치의 변경이 필요할 것으로 판단된다. ; The water shortage caused by imbalance between the demand and supply for water resources are getting serious in most parts of Korea. As an alternative to building new dams, reconstruction of several old or small-sized dams are currently in progress for stable supply of water. Therefore, appropriate management plans for newly developing environments around the lakes resulted from the reconstruction of dams, specially the change in scale of the lake, are in need. This study aims to predict the impact of dam reconstruction on thermal dynamics and water quality and to propose management plans for efficient dam operation. In order to predict possible effects of dam reconstruction on hydrodynamics and water quality, this study focuses on thermal dynamics in a water body of the lake, in this study the Obong lake which is planed for reconstruction. Changes in hydrodynamics, thermal dynamics and water quality are simulated using CE-QUAL-W2 model. The calibration and verification of the system were conducted against water temperature and water quality parameters during 2001 & 2003 and simulated results showed a good agreement with field measurements. Applying the model, the effects of reconstruction on vertical temperature and water quality profiles are estimated. While winter and spring seasons, the vertical temperature profile showed the similar patterns, the results for summer and fall seasons showed the thermocline formated upper surface. Simulated results indicated that the reconstruction makes the stability of stratification higher and makes the duration longer, but no dramatic impacts on the Obong Lake's nutrient composition. To predict the effect of position of withdrawal structure on water temperature in the downstream, withdrawal scenarios with different depth for a water intake are examined. Simulated results showed that during a summer season with a significant thermal stratification, if water intaking from metalimnion results in a serious drop in water temperature in the downstream and may have impacts on downstream ecosystem. For an efficient and environmental friendly operation, therefore, the depth of water withdrawal structure should be determined with considerations on neighboring environments.