차원변화 탐색기법을 이용한 장기 저수지 운영의 수위구간 결정 방법 개발 및 적용

Abstract

필요한 수자원을 추가확보하기 위한 댐 건설이 갈수록 어려워짐에 따라 이미 건설된 댐을 최대한 활용하는 과학적 저수지운영 방안이 필요하다. 또한 댐운영자가 쉽게 실무에 적용할 수 있는 방법이어야 한다. 본 연구의 목적은 댐관리자가 이해하기 쉽고 사용하기 쉬운 장기 저수지운영 방안을 개발하고자 하는 것이다. 수위구간별 저수지운영을 위한 운영률을 구성하고 이에 따른 저수지운영 모형을 구축하였다. 다변량 추계학적 모의발생기법을 사용하여 댐 유입량을 모의 발생하였다. 저수지운영의 수위구간을 결정하기 위한 최적화 방법으로 메타휴리스틱 방법들 중 유전자 알고리즘, SCE-UA 알고리즘, 차원변화 탐색기법을 선정하였다. 저수지운영률 도출을 위한 적절한 최적화방법을 선정하기 위해 다양한 검사함수를 사용하여 알고리즘에 대한 평가를 수행한 후 적절한 방법을 선정하였다. 안동 및 임하댐에 대해 단독운영과 연계운영에 의한 저수지운영률을 도출하여 저수지 모의운영을 수행하고 기존의 운영실적과 모의결과를 저수지운영 평가기준에 따라 비교하여 평가하였다. 모의 발생된 유입량은 공간적․시간적으로 원시 자료의 통계적 특성을 잘 표현하였다. 저수지운영률 도출을 위한 기존 방법을 단순화하여 최적화과정에서 월별 수위구간을 결정하고 댐관리자가 초기 저수량과 예상유입량에 대응되는 저수위가 어떤 수위구간에 있는지에 따라 방류량을 결정하는 방법을 개발하였다. 저수지운영률 도출을 위한 최적화 방법으로 차원변화 탐색기법은 여러 검사함수들에 대해 우수한 탐색 능력을 가진 것으로 나타났고, Schwefel 함수에 대한 수렴값은 다른 두 알고리즘에 의한 수렴값보다 1 오더의 차이를 보였다. 도출된 장기 저수지운영률을 안동댐과 임하댐의 단독운영에 적용한 결과, 두 댐에 대한 모의 결과 모두 기존 실적운영보다 기본계획에 의한 방류량을 충실히 지켰고 발전량 또한 실적보다 많았다. 안동댐 단독운영의 경우 모의결과의 연평균 발전량은 131.01 GWh로 실적보다 6.2 GWh 많았고, 임하댐은 실적보다 3.4 GWh 많았다. 저수지운영 평가기준에 의한 평가 결과 안동댐의 경우 신뢰도는 실적보다 약 9 % 상승된 0.64, 취약도는 모의된 결과가 5.14×106 ㎥로 실적에 비해 7.55×106 ㎥ 적은 값이었다. 회복도는 실적이 0.21, 모의 결과가 0.13으로 모의결과가 0.08 낮은 것으로 나타났다. 임하댐의 경우 신뢰도는 실적이 0.30으로 매우 낮았고, 모의된 결과는 0.65로 35 %의 차이를 보였다. 취약도는 실적이 9.30×106 ㎥, 모의된 결과가 8.99×106 ㎥로 0.31×106 ㎥의 차이를 보였다. 회복도는 실적이 0.08, 모의 결과가 0.11로 실적이 0.03 낮은 것으로 나타났다. 도출된 운영률을 사용하여 안동 및 임하댐의 연계운영 모의 결과, 두 댐의 발전량이 실적보다 많았고 3 가지 평가기준이 실적자료보다 좋은 결과를 보였다. 신뢰도는 0.67로 실적보다 0.31 컸고, 취약도는 12.25×106 ㎥로 0.17×106 ㎥ 감소하였으며, 회복도는 0.084로 실적보다 나은 결과를 보였다. 본 연구에서 개발한 저수지운영률은 댐 운영자가 실용적으로 장기 저수지운영 계획을 수립하고 운영하기 위해 다년간의 경험을 포함하고 직관적으로 이해할 수 있는 것이다. 이러한 방법론을 통해 장기적으로 용수를 안정적으로 공급할 수 있는 방안을 수립하는데 기여하여 적절한 시기에 적절한 방류를 행하는 저수지운영의 궁극적인 목표를 이룰 수 있을 것으로 판단된다.