저수지 용량배분과 운영

저수지 용량배분과 운영

1. 저수지 수위의 정의

• 저수지 수위는 그 목적과 기능에 따라 댐 바닥으로부터 사수위, 저수위, 홍수기 제한수위, 상시만수위, 홍수위, 최고수위 등으로 나눌 수 있으며 해발표고로 표시한다. 

저수지 목적별 수위 및 용량배분

 

가. 사수위(dread storage level, DSL)

• 유사의 퇴적으로 인하여 저수기능이 상실되는 상한표고를 말한다. 댐의 물리적 수명을 100년이라고 보아서 일반적으로 100년간의 퇴사량을 대상으로 사수위를 결정한다.

나. 저수위(low water level, LWL)

• 정상적인 저수지 운영에서 사용되는 가장 낮은 수위로서, 일반적으로 최저 취수위를 뜻한다. 규모가 큰 댐에서는 이상가뭄 발생시에 비상용수의 공급을 위해서 저수위와 사수위 사이에 비상용수 방류관을 설치하는 것이 일반적이다. 저수위는 다음 사항을 고려하여 결정한다.

1. 유사의 퇴적으로 취수에 지장이 없을 것
2. 저수지내 어족과 야생동물 생존에 필요한 최저수위
3. 댐 선설과 관련하여 계약이나 행정적으로 구속을 받는 상하류 수리구조물의 기능유지에 영향을 주지 않는 수위

다. 홍수기 제한수위(restricted water level, RWL)

• 홍수조절용량을 더 확보하기 위해 홍수기에 제한하는 수위로서 일반적으로 상시만수위보다 낮다. 즉, 홍수기 만수위로서 공용용량의 하한수위가 된다.

라. 상시만수위(normal high water level, NHWL)

• 비홍수기에 저수할 수 있는 상한수위로서 이수용량의 최대범위를 뜻한다.

마. 홍수위(flood water level, FWL)

• 홍수조절을 위해 유입홍수를 저장할 수 있는 제일 높은 수위로서 계획홍수위를 뜻한다. 일반적으로 계획홍수위는 수몰보상선의 기준이 되며 200년 빈도홍수를 기준으로 산정한다.

바. 최고수위(maximum water level, MWL)

• 가능최대홍수(probable maximum flood, PMF)가 저수지로 유입될 경우에 상승하는 수위로서, 저수지의 목적별 수위에서 가장 높은 수위이다. 일반적으로 최고수위에 여유고를 두어 댐의 마루표고(dam crest elevation)를 결정하게 된다

 

2. 저수지 용량의 정의

저수지의 용량은 그 목적과 기능에 따라 구분되는데 댐 바닥으로부터 댐 마루까지를 배분하여 사수용량을 포함한 비활용용량, 활용용량, 초과용량으로 나누며 활용용량은 이수용량, 홍수조절용량으로 구분한다.

가. 비활용용량(inactive storage)

• 댐 바닥에서 저수위(LWL)까지의 용량으로서 평시에는 용수목적으로 쓰이지 않는 공간으로 불용용량을 뜻한다. 비활용용량은 정상적인 이용이 불가능한 비상방류구 아랫부분의 사수용량(dead storage)과 가뭄과 같은 비상시에는 이용이 가능한 비상방류구 윗부분의 비상용량으로 나눌 수 있다.

나. 활용용량(active storage)

• 저수의(LWL)와 홍수위(FWL) 사이의 용량으로 이수목적과 활용용량과 홍수조절 용량을 합한 공간으로서 저수지의 이용할 수 있는 유효공간을 뜻한다.

다. 이수용량(water conservation storage)

• 저수위(LWL)와 상시만수위(NHWL) 또는 홍수기 제한수위(RWL) 사이의 이수목적으로 사용되는 저수공간을 뜻한다. 이수용량은 계절에 따라 다르며 상시만수위까지의 비홍수기 이수용량과 홍수기 제한수위까지의 홍수기 이수용량으로 구분할 수 있다.

라. 홍수조절용량(flood control storage)

• 상시만수위(NHWL) 또는 홍수기 제한수위(RWL)에서 홍수위(FWL) 까지의 저수공간으로서 홍수소절 목적으로 사용된다. 상시만수위에서 홍수위 사이의 공간은 홍수조절 전용용량(exclusive flood control storage)이라고 한다.

마. 공용용량(joint use storage)

• 홍수기 제한수위(RWL)와 상시만수위(NHWL)사이의 저수공간을 의미한다. 홍수기에는 홍수조절용량으로, 비홍수기에는 이수용량으로 이용하게 되며 홍수기가 되면 공용용량을 미리 방류하여 이를 치수목적으로 이용하게 된다.

바. 초과용량(surcharge storage)

• 홍수위(FWL)에서부터 최고수위(MWL)까지의 용량을 말한다. 이 용량은 설계홍수(design flood)와 여수로 방류능력 및 저수지 조작기준에 따라 결정되며 이상 홍수용량이라고도 한다.

사. 유효저수용량(effective storage)

• 저수위(LWL)에서부터 상시만수위(NHWL)까지의 용량으로 이수목적으로 이용할 수 있는 유효공간을 뜻한다.

아. 총 저수용량(total storage)

• 댐 바닥에서부터 홍수위(FWL) 까지의 물을 저장할 수 있는 총 저수공간을 뜻한다. 비활용용량과 활용용량의 합으로서 초과용량은 포함되지 않는다.

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3. 저수지 운영기준과 용수공급능력

• 저수지의 용수공급능력을 판단하기 위하여 저수지 모의운영을 실시하며, 이수목적의 운영은 저수위(LWL)와 상시만수위(NHWL) 사이의 저수량을 대상으로 한다.
• 저수지에 유입되는 유사는 저수지의 전역에 걸쳐 분포되며 기간이 경과함에 따라 저수지용적은 점차 적어진다. 저수지의 물리적 수명은 보통 100년으로 간주하며 사수위는 100년간의 퇴사량을 고려하여 결정하나, 저수지 모의운영에 의한 저수지의 평균적인 용수공급능력을 평가하기 위해서는 50년간의 퇴사량의 공간적 분포를 고려하는 것이 일반적이다.
• 저수지의 용수공급능력을 결정하기 위하여 저수지를 모의운영하며, 그 방법은 조사의 정도에 따라 다르다. 예비조사 단계에서는 유입량 누가곡선(Ripple's mass curve) 또는 조절도와 같은 약산법의 사용이 가능하다. 타당성조사 단계에서 여러 개의 기존 저수지와 연결되는 경우에는 대상지역의 월별 용수수요를 고려하여 상류로부터 운영조건에 의해 축차계산으로 용수공급능력을 결정하는 것이 일반적이다.
• 저수지 모의운영시에는 저수지 퇴사와 저수지 수면증발손실을 고려한다. 저수지 수면증발손실은 접시증발계수에 의한 경우에 저수지 수면증발량의 보정계수는 연평균 0.7로 하거나 또는 월별로 달리 할 수도 있다.
• 저수지 모의운영은 실측유량 또는 강우-유출모형의 일 단위 자료를 이용하여 보통 월 단위 기준으로 분석하며, 유역 및 수문특성 등을 고려하여 월 단위 이하 기간단위로보 분석할 수 있다. 저수지 모의기간은 장기간일수록 신뢰성이 높아지므로 최소 20년 이상의 자료를 이용하여 분석한다. 자료의 기간이 짧을 경우에는 통계학적으로 모의한 자료를 쓰도록 권장한다.

 

4. 수력발전계획

• 최적규모 입안을 목적으로 하는 기본설계에서 수력발전계획은 다음과 같이 수립한다.

• 평균유량은 저수지 조작에 의한 평균유량 또는 상시유량(ordinary flow)을 말한다.
• 발전사용수량은 평균유량으로부터 환산할 수 있으며, 평균유량에 대한 배수를 사용수량계수(water capacity coefficient, Cw)라 정의한다. 예로서, 하루종일 발전하는 기저부하발전소의 Cw는 1이며 하루 6시간 발전하는 첨두부하발전소의 Cw는 4가 된다.
• 유효낙차는 일반적으로 저수지 수위와 방수위에 따라 결정되므로 방수위 곡선(tail water rating curve)을 이용하여 구하고 손실낙차를 고려한다. 예비설계나 비교분석을 목적으로 하는 약식 계산에서는 빈도가 높은 저수지 수위와 방수위를 구하여 산정할 수 있다.
• 수차조작의 범위는 설계낙차의 65%~125%로 하는 것이 일반적이다.
• 수차 및 발전기의 효율은 실적자료를 적용하는 것이 바람직하나, 계획단계에서는 일반적으로 시스템의 합성효율을 85% 내외로 적용할 수 있다.
• 수력발전 계획에서 첨두발전인 경우, 발전량은 1차 에너지와 2차 에너지로 구분할 수 있으며, 2차 에너지를 산정할 때는 홍수로 인한 방수위의 상승과 이로 인한 효율저하에 유의한다.

 

출처 : 댐 설계기준