KR20090093520A - 유역통합 물관리 의사결정지원방법 - Google Patents

유역통합 물관리 의사결정지원방법

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KR20090093520A
KR20090093520A KR1020080019076A KR20080019076A KR20090093520A KR 20090093520 A KR20090093520 A KR 20090093520A KR 1020080019076 A KR1020080019076 A KR 1020080019076A KR 20080019076 A KR20080019076 A KR 20080019076A KR 20090093520 A KR20090093520 A KR 20090093520A
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고익환
황만하
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 유역통합 물관리 의사결정지원방법에 관한 것으로, (a) 기상청 수치예보자료인 전지구예보모델과 지역예보모델 자료와 상세화 기법을 도입한 강수진단모델을 바탕으로 고해상도 지형자료를 이용한 소규모 지형효과를 고려하여 일 유역평균강우를 예측하는 단계와; (b) 연속유출모형인 SSARR 모형에서 상기 단계(a)의 강우예측자료인 일 유역평균강우와 온도, 각종 용수자료 및 취수량을 활용하여 소유역 및 지점별 유출량을 산정하는 단계와; (c) 월간 최적 댐 연계운영 모형과 일간 최적 댐 연계운영 모형 및 저수지군 모의운영 모형 상호 간에 연계하고, 각 모형이 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과도 연계하여 댐 운영 의사결정에 필요한 최종적인 댐 방류량을 산정하는 단계, 및 (d) 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과 상기 단계(c)의 댐 방류량을 활용하고 Qual2e 모형을 기반으로 하여 저수지 운영계획 수립 및 하천 유지유량 결정에 필요한 수질을 예측하는 단계로 구성됨으로써, 수량과 수질조건을 동시에 고려하여 유역의 한정된 수자원에 대한 효율적인 통합관리 및 추가적인 수자원 확보가 가능한 효과가 있다.

Description

유역통합 물관리 의사결정지원방법 {DECISION SUPPORT METHOD FOR INTEGRATED RIVER BASIN WATER RESOURCES MANAGEMENT}
본 발명은 유역통합 물관리 의사결정지원방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상청의 수치예보자료와 강수진단모델을 병합·이용하여 정량화된 강우예측을 수행함으로써 보다 정확한 유역의 유출량 산정과, 최적화기법을 활용하여 최적화된 댐 방류량 산정 및 장기 수질예측을 통해 기상·유출·저수지·수질 모델을 상호 연계 운영함으써 수량과 수질조건을 동시에 고려하여 유역의 한정된 수자원에 대한 효율적인 통합관리 및 추가적인 수자원 확보가 가능한 유역통합 물관리 의사결정지원방법에 관한 것이다.
강우예측을 위한 기상정보의 활용 및 연계기술 개발 부문에서는 기상청에서 제공하는 수치예보자료(GDAPS, RDAPS)의 수문학적 활용성에 관해서는 최근 수차례 검토된 바가 있으나, 이들 수치예보자료는 전반적으로 강수가 저평가되는 경향을 보이고 있다.
유역유출 모의 및 예측기술 적용부문에서는 1990년대 들어와서 하천과 저수지의 실시간 운영을 지원하기 위한 연구들이 시도되었으나 모듈별 개발로 인해 활발한 적용 실적이 부족한 상태이다. 특히, 하천유역의 하천유량, 취수량 및 수요량과 같은 수량정보와 수질정보의 취득체계가 제도적, 기술적으로 지원되지 않아 실제 적용이 난해한 상태이다. 한편, 건교부에서는 1995년 유역종합물관리체계의 기반구축을 위해 수자원관리기법개발연구조사를 수행한 바 있고, 이 연구에서 낙동강 본류를 기준으로 일별 물수급현황을 파악할 수 있는 기반을 구축하기 위하여 자연유출량을 산정 평가하였으며, 물공급 전망의 발간체계를 개선하였고, 2000년에는 실시간 하천운영데이터베이스와 물수지분석 시스템을 포함하는 하천운영시스템을 한강수계, 낙동강수계, 금강수계를 대상으로 개발하고 이를 지원하기 위해 인터넷을 통한 자료입력 및 수집체계를 구축한 바 있다.
댐군 연계운영 모형기술 적용부문에서는 지금까지의 국내의 댐군 최적 연계운영 모형들은 치수 목적보다는 이수 목적을 위해 개발된 사례가 많다. 그 예로, IDP(Incremental Dynamic Programming)를 사용하여 북한강 수계에 위치한 화천댐과 소양강댐을 홍수시 연계운영하는 모형이 개발된 바 있고, 1990년대에 들어서는 한국수자원공사를 중심으로 한강과 금강수계에 대해 단일 및 댐군의 실시간 최적운영률 도출을 위한 Hydro-scheduling 모형을 Dynamic Programming 또는 Optimal Control Theory를 이용하여 개발하고자 하는 연구들도 수행되었다. 또한, 갈수기의 충주 및 소양강댐 저수지 연계운영을 위한 경험지식기반 전문가시스템이 개발되기도 하였고, 낙동강 수계의 댐군을 하나의 가상적 시스템으로 간주하여 홍수시 댐 하류의 합류점에서의 최대유량을 최소화하기 위한 min-max IDP모형이 수립되기도 하였으며, 용수공급을 위한 이수관점에서 수력발전의 경제적 운영과 더불어 용수수요에 효과적으로 대처할 수 있는 댐군의 최적화 모형이 제안되기도 하였고, 한강수계 댐군 최적 연계운영으로 팔당댐 상시만수위를 변경하는 방안에 대한 효과분석이 이루어지기도 하였다.
수량과 수질의 연계해석을 위한 하천수질모형 연구는 하천의 유지유량을 산정하기 위해 주로 이루어졌으며, 최근에는 오염총량관리제도의 시행을 위한 기술개발이 활발히 이루어지고 있다. 한편, 1991년에 발생한 낙동강 페놀오염사건과 1994년에 발생한 낙동강 디클로로메탄 오염사건을 계기로 한국수자원공사에서는 수질사고시 상류댐 방류량 증가 등 신속한 비상대응계획 수립을 지원하기 위해 대하천에서의 오염물질 이송·확산예측과 저감대책에 관한 연구를 수행한 바 있고, 이와 유사한 목적으로 1999년에는 수자원연구소에서 금강의 대청댐하류 구간을 대상으로 1차원 부정류모형(FLDWAV)과 WASP의 EUTRO모형을 결합한 비상대처모형을 구축한 바 있다.
그러나, 상기 종래의 모형들은 사용자 편의성과 범용성이 떨어져 수질모형의 비전문가가 사용하기에 어려워 실무에 활용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기상청의 수치예보자료와 강수진단모델을 병합·이용하여 정량화된 강우예측을 수행함으로써 보다 정확한 유역의 유출량 산정과, 최적화기법을 활용하여 최적화된 댐 방류량 산정 및 장기 수질예측을 통해 기상·유출·저수지·수질 모델을 상호 연계 운영함으써 수량과 수질조건을 동시에 고려하여 유역의 한정된 수자원을 최적으로 공급 및 배분할 수 있으며, 사용자의 편의성과 범용성을 향상시킨 유역통합 물관리 의사결정지원방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 기상청 수치예보자료인 전지구예보모델과 지역예보모델 자료와 상세화 기법을 도입한 강수진단모델을 바탕으로 고해상도 지형자료를 이용한 소규모 지형효과를 고려하여 일 유역평균강우를 예측하는 단계와; (b) 연속유출모형인 SSARR 모형에서 상기 단계(a)의 강우예측자료인 일 유역평균강우와 온도, 각종 용수자료 및 취수량을 활용하여 소유역 및 지점별 유출량을 산정하는 단계와; (c) 월간 최적 댐 연계운영 모형과 일간 최적 댐 연계운영 모형 및 저수지군 모의운영 모형 상호 간에 연계하고, 각 모형이 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과도 연계하여 댐 운영 의사결정에 필요한 최종적인 댐 방류량을 산정하는 단계, 및 (d) 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과 상기 단계(c)의 댐 방류량을 활용하고 Qual2e 모형을 기반으로 하여 저수지 운영계획 수립 및 하천 유지유량 결정에 필요한 수질을 예측하는 단계로 구성되어, 하천과 저수지 유역의 한정된 수자원을 수량과 수질조건을 동시에 고려하면서 최적으로 공급 및 배분하기 위한 의사결정에 기본 자료를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본, 본 발명인 유역통합 물관리 의사결정지원방법은 기상청의 수치예보자료와 강수진단모델을 병합·이용하여 정량화된 강우예측을 수행함으로써 보다 정확한 유역의 유출량 산정과, 최적화기법을 활용하여 최적화된 댐 방류량 산정 및 장기 수질예측을 통해 기상·유출·저수지·수질 모델을 상호 연계 운영함으써 수량과 수질조건을 동시에 고려하여 유역의 한정된 수자원에 대한 효율적인 통합관리 및 추가적인 수자원 확보가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 통합 데이터베이스를 중심으로 개별 시스템의 입출력 자료를 공유하여 모형들을 상호 연계함으로써 안정적인 시스템 운영이 가능한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법을 적용한 전체 시스템의 주요구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법을 적용한 전체 시스템의 모델링 흐름도.
도 3 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 강우예측 시스템의 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 유역유출 예측시스템의 출력 화면을 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 월간 최적 댐 연계운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 일간 최적 댐 연계운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 저수지군 모의운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 수질예측 시스템의 출력 화면을 나타낸 도면.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법을 적용한 전체 시스템의 주요구성도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법이 적용된 전체 시스템의 모델링 흐름도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 강우예측 시스템의 구성도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 유역유출 예측시스템의 출력 화면을 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 월간 최적 댐 연계운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면이고, 도 6 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 일간 최적 댐 연계운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 저수지군 모의운영 모형의 출력 화면을 나타낸 도면이고, 도 8 은 본 발명에 따른 유역통합 물관리 의사결정지원방법에서 수질예측 시스템의 출력 화면을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유역통합 물관리 의사결정지원방법이 적용된 전체 시스템은 크게 통합 데이터베이스, 전후처리기(Pre & Post Processor), 해석모형 모듈(Analysis Model Module)과 사용자 그래픽 인터페이스(GUI)로 구성된다.
상기 통합 데이터베이스는 실시간자료 DB와 수문자료 DB 및 해석모형 DB로 구성되는데, 실시간 자료 DB는 실시간 모니터링을 통해 현장의 계측장비로부터 중앙의 서버로 전송되는 원시자료(raw data)를 저장하는 데이터베이스를 의미하고, 수문자료 DB는 이러한 원시자료를 개별 시스템 및 모형을 수행할 수 있는 형태의 입력자료로 변환된 값들을 저장한 데이터베이스를 의미하며, 해석모형 DB는 개별 시스템 및 모형 수행 출력 값을 저장하는 데이터베이스를 의미한다.
이러한 상기 데이터들은 데이터 변환 및 연결 프로그램(DB Solution)을 통해 해석모형 모듈과 전후처리기에 제공됨으로써, DB Solution 프로그램은 데이터 중심의 모형 연계를 가능하게 하고 개별 해석모형의 관리와 변환 및 저장하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 해석모형 모듈은 강우예측 시스템, 유역유출예측 시스템, 댐 운영 시스템과 수질예측 시스템으로 구성되고, 이 시스템들은 모델 래퍼 모듈(Model Wrapper Module)을 통해 전후처리기와 연계되며, 한편, 전처리기(Pre Processor)에서는 지리정보시스템(GIS)을 기반으로 하여 해석모형 수행을 위한 데이터 검증과 입력을 수행하게 되고, 후처리기(Post Processor)에서는 해석모형을 통해 분석된 결과에 대한 통계분석, 표, 그래프 또는 GIS 등의 다양한 형태로 표출할 수 있도록 데이터를 처리하는 역할을 수행하게 되며, 사용자는 GUI 편의환경을 통해 전후처리기 및 해석모형의 정보조회와 조작이 가능하게 된다.
본 발명의 유역통합 물관리 의사결정지원방법을 통해 물관리를 위한 의사결정지원을 하기 위해서는 강우예측 시스템, 유역유출예측 시스템, 댐 운영 시스템과 수질예측 시스템으로 구성된 해석모형 모듈과 통합 데이터베이스가 핵심적인 역할을 하게 되는데, 이런 해석 시스템들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 순차적으로 수행되고 이전 단계에서 수행된 해석결과는 다음 단계 해석모형의 입력 데이터로 활용된다.
먼저, 강우예측 시스템에서는 수문자료 DB에 저장되어 있는 기상청 수치예보자료인 전지구예보모델(GDAPS)과 지역예보모델(RDAPS), 강수진단모델(QPM) 및 과거 강우자료를 이용하여 3단계 과정을 거쳐 강우량을 예측산정하게 되는데, 현재를 기점으로 향후 2일 예측에 대해서는 RDAPS와 강수진단모델을 병합하여 강우량을 예측하고, 향후 3일부터 10일까지의 8일간의 예측에 대해서는 GDAPS와 강수진단모델을 병합하여 강우량을 예측하며, 향후 11일부터 20일간의 예측에 대해서는 통계적 방법(평균강우 및 과거 유사강우)과 총량 입력에 의한 시간분포 방법을 이용하여 한 달간의 강우사상을 예측하게 된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 현재를 기점으로 향후 10일간의 강우예측을 위해서는 기상청에서 제공하는 30km 해상도의 RDAPS 자료와 55km 해상도의 GDAPS 자료를 전송받은 후, 상세 지형효과를 고려한 강수진단모델(QPM)을 구동하여 3km 해상도의 격자강우를 생성하고, 유역유출예측 시스템에서 활용이 가능하도록 유역평균 강우로 변환하며, 변환된 유역평균 강우는 통합 데이터베이스와 연동되어 해석모형 DB에 자동 저장된다.
여기서, 상기 강수진단모델(QPM) 기법은 중규모 수치예보(GDAPS 및 RDAPS)에서 생산되는 기상자료를 기반으로 고해상도 지형자료(3km 이하의 해상도)를 3차원 대기장에 적용하여 지형효과에 의한 상승·하강류를 계산함으로써 대기중에 존재하는 수증기의 응결·증발까지 계산하여 국소지역의 강수분포를 재구성하는 방식이며, 상세지역의 복잡한 지형효과(Small-scale topography)를 최대한 반영하여 중규모 모델의 기상장에서 표현하지 못하는 작은 스케일의 강수효과를 극대화시키게 된다. 즉, 강수진단모델(QPM)은 중규모 모델로부터 계산된 수평바람, 고도, 기온, 강우강도와 상대습도 등의 예측자료를 이용하고, 중규모 모델에서는 잘 표현되지 않는 소규모 지형효과를 고려함으로써 중규모 모델에서 생산된 상대적으로 성긴 격자의 강수량 예측값을 상세지역의 지형을 고려한 정밀한 강수량 예측값으로 재구성하게 된다.
따라서, 중규모 모델의 경우 최소 격자 간격이 30~55km 정도의 모든 물리적, 역학적 과정을 포함한 모형으로써 모형 구축에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 계산 효율성이 저하될 수도 있는 반면, 상기 강수진단모델(QPM)은 중규모 모형으로부터 나온 자료를 초기 자료로 이용하고, 3km 간격의 상세 지형을 반영하는 모형으로 소규모 지형효과를 표현함으로써 상세 지역에서의 강수량 산출과 지형에 따른 강수량의 분포 파악이 용이할 뿐만 아니라 계산 효율성을 개선시킬 수 있다.
더불어, 상기에서 살펴본 바와 같이, 향후 11일부터 20일간의 강우예측 자료는 통계적 방법과 총량 입력에 의한 강우분포 방법에 의해 산정하는데, 통계적 방법에 의한 산정 방법은 평균강우를 이용한 방법과 과거 유사강우를 이용한 방법으로 구분할 수 있다. 평균강우를 이용한 방법은 수문 DB에 저장되어 있는 과거 강우자료를 바탕으로 사용자가 선택한 기간 동안의 평균값을 이용하는 방법이고, 과거 유사강우를 이용한 방법은 현 시점으로부터 이전 3개월 간의 강우량 통계값(평균, 표준편차, 왜곡도 등)과 유사한 형태를 가지고 있는 과거 강우자료를 그대로 사용하는 방법이며, 총량 입력에 의한 강우분포 방법은 사용자가 임의로 20일 동안 내릴 것으로 예측되는 총 강우량을 입력한 후 적정한 강우분포(등분포형, 중앙집중형, 전반기 집중형, 후반기 집중형, 점진 증가형, 점진 감소형 등)를 선정하였을 때, 입력된 강우총량을 선정된 강우분포에 따라 일 유역평균강우로 변환하는 방법이다.
강우예측 시스템에서의 이러한 30일간의 강우예측 과정은 일 단위로 자동 반복되고, 유역평균 강우로 환산되어 해석모형 DB에 저장된 예측 강우자료는 다음의 유역유출예측 시스템의 주요 입력자료로 활용되어 유역유출 예측의 정확도를 향상시키게 된다.
다음으로, 유역유출예측 시스템에서는 연속유출 모형인 SSARR 모형을 기반으로 하여 단기간의 이벤트 강우사상에 대한 유출모의 뿐만 아니라 장기간의 연속적인 유출 해석이 가능하게 되는데, 여기서 유출예측 정확도 향상을 위해 과거 관측자료를 이용하여 매개변수 보정을 수행하여 최적의 매개변수 조합을 산정한 후, 상기 강우예측 시스템에서 생성된 강우예측 자료인 유역평균 강우량과 그 외의 온도, 각종 용수자료(생활용수, 공업용수, 농업용수) 및 취수량을 입력한 다음 SSARR 모형을 수행하게 되면 소유역 및 지점별 유출량을 산정할 수 있게 된다. 이렇게 산정된 유출량은 해석모형 DB에 저장되어 댐 운영 시스템과 수질예측 시스템에서 상호 연계되어 사용되고, 지표면 유출량(surface water), 지표하 유출량(sub-surface water), 지하수(ground water), 회귀지하수(return ground water), 증발산량(evaportranspiration), 차단량(interception) 등의 유출성분별로도 분석가능하며, 도 4에 도시된 바와 같은 출력 화면으로 표시되게 된다.
또한, 상기 유역유출예측 시스템에는 물공급 계획 수립을 위한 의사결정 과정에서 수문기상정보의 불확실성을 고려하기 위해 확률론적인 하천 유출량 예측방법인 ESP(Ensemble Streamflow Prediction)기법을 도입하여 장기적인 유출양상에 대해 확률예보를 할 수 있는 기반을 마련하였는데, 상기 ESP는 과거 기상자료가 미래에서 발생가능한 사상을 대표한다는 가정을 전제로 유역의 현재상태를 초기조건으로 하고 과거강수를 입력자료로 사용하여 유출을 예측하는 기법으로, 과거 N년의 강우시계열 중 특정년도의 강우시계열에 해당하는 유출시계열을 각각 강우 또는 유출 트레이스라고 하고, 이런 N개의 트레이스를 총칭하여 앙상블이라 하는데, 상기 N개의 유출 트레이스는 첨두(최대)유량, 최소유량, 유출총량 등으로 다양하게 분석을 수행할 수 있고, 각 트레이스의 누적확률분포함수(CDF; Cumulative Distribution Funtion)를 구함으로써 확률적으로 유출을 예측할 수 있다. 이렇게 확률론적으로 예측된 유출량을 SSARR 모형을 기반으로 하는 상기 유역유출예측 시스템에서 산정된 유출량과 비교검증하여 상기 SSARR 모형상의 매개변수를 조정하게 됨으로써 수문기상정보의 불확실성을 고려할 수 있는 것이다.
그 다음으로, 본 발명인 댐 운영 시스템은 월간 최적 댐 연계운영 모형과 일간 최적 댐 연계운영 모형 및 저수지군 모의운영 모형으로 구성되고, 각 모형은 상기 유역유출예측 시스템의 소유역 유출량이 연계되어 수행되며, 댐 운영 모형 상호 간에도 연계하여 해석 가능하다.
즉, 월간 최적 댐 연계운영 모형에는 저수지 유입 유량에 존재하는 불확실성을 고려할 수 있는 추계학적 최적화기법(Stochastic Optimization Technique)을 적용함과 동시에, 상기 유역유출예측 시스템에서 산정된 유출량과 초기 저수위를 입력자료로 하여 최소 방류량, 최대 발전 방류량, 저수위 및 상시 만수위를 제약조건으로 한 목적함수를 만족하는 최적화된 월말 목표 저수위를 산정하게 되는데, 상기 월간 최적 댐 연계운영 모형에 적용되는 목적함수는 다음의 수학식 1과 같다.
여기서, N dam 은 연계운영하고자 하는 댐의 총 개수, N point 는 댐 하류 제어지점의 총 개수, C 1 i 는 발전량에 대한 원단위 환산계수, C 2 는 용수공급부족에 따른 원단위 환산계수, E i 는 발전량, Q req 는 댐 하류 제어지점의 하천 유지유량, Q j 는 유역유출예측 시스템에서 산정한 하천의 유출량을 의미한다.
상기 목적함수는 댐 발전에 의한 편익항인 과 용수공급에 의한 편익항인 의 합이 최대가 될 경우 최적의 월말 목표 저수위를 산정하게 되는데, 용수공급에 의한 편익항()에서 용수공급을 위해 필요한 최소 유량인 하천 유지유량(Q req )보다 하천에 공급되는 유출량(Q j )이 클 경우엔 양(+)의 편익을 가지게 되고, 하천 유지유량(Q req )보다 하천에 공급되는 유출량(Q j )이 작을 경우에는 음(-)의 편익을 가지게 된다.
이러한 월간 최적 댐 연계운영 모형을 통해 최종 산정된 상기 월말 목표 저수위는 해석모형 DB에 저장되어 일간 최적 댐 연계운영 모형과 연계될 수 있도록 하며, 도 5에 도시된 바와 같은 출력 화면으로 표시되게 된다.
도 6에 도시된 바와 같은 출력 화면으로 표시되는 상기 일간 최적 댐 연계운영 모형에서는 혼합정수계획법인 MIP(Mixed Integer Programming)기법을 도입하여 상기 유역유출예측 시스템의 유출량을 바탕으로 상기 월간 최적 댐 연계운영 모형에서 산정한 월말 목표 저수위를 만족하는 최적의 일별 방류량을 산정하게 되는데, 수립된 MIP 최적화 모형은 ILOG사의 상용 계산 엔진인 CPLEX라는 최적화 엔진을 이용해 최적화를 수행하게 되고, 최적화된 일별 방류량을 해석모형 DB에의 저장을 통해 저수지군 모의운영 모형의 입력자료로 재사용된다.
구체적으로 상기 일간 최적 댐 연계운영 모형 수행을 위해서는 먼저 소유역과 저수지, 발전소, 여수로, 방류구, 조절점, 하도, 수요지에 대한 제원과 연결관계를 설정함으로써 수계 네트워크를 구성해야 하고, 수계 네트워크 구성이 완료되면, 모형 수행 입력 데이터인 일별 유입량과 수요량, 하천 유지유량과 의무 방류량, 초기 저수량과 월말 목표 저수위를 입력하고, 일별 댐군 최적 연계운영을 위한 수학모형(MIP 모형)을 수립하며, ILOG CPLEX를 이용하여 최적화를 수행하게 되면 상기 월간 최적 댐 연계운영 모형에서 산정한 최적 월말 목표 저수위를 만족하는 최적의 일별 방류량을 산정하게 되는 것이다.
또한, 상기 저수지군 모의운영 모형에서는 미국의 콜로라도 주립대학교(CSU)에서 개발한 네트워크 유역관리 모형인 MODSIM(Modified SIMYLD)을 기반으로 하며, 모형 수행을 위해서는 먼저 노드(소유역, 저수지, 수요지)와 링크(하천)를 이용하여 수계 네트워크를 구성한다. 수계 네트워크에 대한 데이터 입력을 위해 상기 유역유출예측 시스템에서 산정된 소유역별 유출량과 생공농용수량 및 상기 일간 최적 댐 연계운영 모형에서 산정한 최적 일별 방류량을 이용하여 장기 혹은 단기간 시뮬레이션을 통해 댐 운영 의사결정에 필요한 최종적인 댐 방류량을 댐 하류상황과 제약 조건들을 고려하여 산정하게 되고, 도 7에 도시된 바와 같은 출력 화면으로 표시되며, 산정된 댐 방류량은 해석모형 DB에 저장되어 수질예측 시스템의 입력자료로써 활용된다.
마지막으로, 수질예측 시스템은 Qual2e 모형을 기반으로 하며, 상기 유역유출예측 시스템의 소유역별 유출량과 상기 저수지군 모의운영 모형에서 산정된 방류량을 활용하여 월별 또는 장기적인 저수지 운영계획 수립 및 하천 유지유량 결정에 필요한 수질(BOD, TN, TP)을 예측하게 되고, 댐 운영자는 예측 수질을 바탕으로 댐 방류량 조절여부 의사결정의 기본 자료로 활용하게 됨으로써 수량뿐만 아니라 수질까지도 고려한 저수지 운영이 가능하게 되며, 도 8에 도시된 바와 같은 출력 화면으로 표시되고, 상기의 개별 시스템들의 이러한 모든 과정은 중앙의 통합 데이터베이스를 중심으로 입출력 자료를 공유함으로써 상호 연계 운영된다.
상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 기상청 수치예보자료인 전지구예보모델과 지역예보모델 자료와 상세화 기법을 도입한 강수진단모델을 바탕으로 고해상도 지형자료를 이용한 소규모 지형효과를 고려하여 일 유역평균강우를 예측하는 단계와;
    (b) 연속유출모형인 SSARR 모형에서 상기 단계(a)의 강우예측자료인 일 유역평균강우와 온도, 각종 용수자료 및 취수량을 활용하여 소유역 및 지점별 유출량을 산정하는 단계와;
    (c) 월간 최적 댐 연계운영 모형과 일간 최적 댐 연계운영 모형 및 저수지군 모의운영 모형 상호 간에 연계하고, 각 모형이 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과도 연계하여 댐 운영 의사결정에 필요한 최종적인 댐 방류량을 산정하는 단계, 및
    (d) 상기 단계(b)의 소유역 및 지점별 유출량과 상기 단계(c)의 댐 방류량을 활용하고 Qual2e 모형을 기반으로 하여 저수지 운영계획 수립 및 하천 유지유량 결정에 필요한 수질을 예측하는 단계로 구성되어, 하천과 저수지 유역의 한정된 수자원을 수량과 수질조건을 동시에 고려하면서 최적으로 공급 및 배분하기 위한 의사결정에 기본 자료를 제공하는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 일 유역평균강우를 예측하는 단계는 현재를 기점으로 향후 2일 예측에 대해서는 RDAPS와 강수진단모델을 병합하여 강우량을 예측하고, 향후 3일부터 10일까지의 8일간의 예측에 대해서는 GDAPS와 강수진단모델을 병합하여 강우량을 예측하며, 향후 11일부터 20일간의 예측에 대해서는 통계적 방법(평균강우 및 과거 유사강우)과 총량 입력에 의한 시간분포 방법을 이용하여 한 달간의 강우사상을 예측하는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 연속유출모형인 SSARR 모형을 기반으로 하여 산정된 유출량을 확률론적인 하천 유출량 예측방법인 ESP기법을 활용하여 구해지는 유출량과 비교검증하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(c)의 월간 최적 댐 연계운영 모형은 상기 단계(b)에서 산정된 유출량과 초기 저수위를 입력자료로 하여 최적화된 월말 목표 저수위를 산정하는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(c)의 일간 최적 댐 연계운영 모형은 상기 단계(b)에서 산정된 유출량을 바탕으로 상기 월간 최적 댐 연계운영 모형에서 산정한 월말 목표 저수위를 만족하는 최적의 일별 방류량을 산정하는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(c)의 저수지군 모의운영 모형은 상기 일간 최적 댐 연계운영 모형에서 산정된 일별 방류량과 상기 단계(b)에서 산정된 유출량을 이용하여 장기 혹은 단기간 시뮬레이션을 통해 댐 운영 의사결정에 필요한 댐 방류량을 산정하는 것을 특징으로 하는 유역통합 물관리 의사결정지원방법.
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