1. 서 론
2. 연구 내용 및 방법
2.1 연구 대상유역
2.2 연구의 내용 및 방법
3. 홍수유출해석
3.1 홍수유출해석을 위한 도달시간 산정
3.2 등우선법에 의한 지점평균 확률강우량
3.3 강우강도식 유도
3.4 유출곡선지수(CN) 산정
4. 홍수량 산정 및 비교·분석
4.1 홍수량 산정을 위한 주요 입력인자
4.2 홍수량 산정 및 비교분석
5. 결 론
1. 서 론
최근 이상기후의 영향으로 태풍 및 돌발성 호우의 발생 빈도가 증가함에 따라 홍수에 의한 침수피해등이 빈번하게 나타나고 있다. 또한, 개발사업으로 인한 도시화와 산업화는 자연상태의 지질구조를 불투수성 유역으로 변화시켜 첨두홍수량 증대로 인한 침수피해를 유발한다. 따라서 우리나라는 개발에 의한 홍수 및 토사유출 증가량 등을 저감시켜 사전에 재해를 차단하는 예방조치를 위하여 1996년 6월 이래로 재해영향평가 제도를 도입하였다.
개발행위에 따라 필연적으로 발생되는 홍수유출량 증가등을 계획단계에서 개발에 따른 재해요인을 검토함은 물론 위험성 요인을 사전에 제거하기 위한 재해영향평가 제도는 산업화 도시화로 인한 유역의 치수능력을 평가하고 홍수피해 등을 경감시키기 위한 필수적인 제도로 자리매김 하고 있다.
현시점에서 재해영향평가 제도는 개발행위의 억제라기보다는 개발의 규제정책으로서 의의가 있으며, 재해영향평가 제도의 역활은 크게 세가지로 말할수 있다. 첫째로 개발에 따른 유출량의 증대로 인한 하류피해를 최소화하는 예방적수단, 둘째로는 예방적 수단에의한 억제에도 불구하고 발생가능한 피해는 강제적인 규제조치를 통해 재해를 방지하는 수단, 셋째로는 평가제도의 승인에 의한 계획을 통하여 개발이 완료된 이후 발생할 수 있는 천재에 의한 피해에 대해서는 분쟁조정과 피해배상의 부분을 포함하는 구체적 수단으로써의 역할이다(National Disaster Management Research Institute 1998).
그러나 실질적인 재해영향평가를 수행함에 있어 실질적인 분석 시 데이터 오류등으로 인한 기술적 문제가 발생하고 있으며, 그중 홍수량 산정의 오류는 재해영향평가에서 가장 중요한 평가항목으로 또 저감시설의 규모결정의 오류등과 같은 또 다른 문제를 야기 할 수 있다.
본 연구에서는 홍수량 산정시 수문학적 토양군 적용시 국립농업과학원에서 제시한 정밀토양도와 현장 지반조사에 의한 토양의 종류별 특성등 적용하여 홍수량을 각각 산정하고 비교·분석을 진행하였다.
2. 연구 내용 및 방법
2.1 연구 대상유역
연구대상 유역은 행정구역상 제주특별자치도 제주시 서부에 위치한 고산기상대의 영향을 받는 곳이며, 홍수유출에 의한 재해가능성 외에 사업지 주변으로 자연재해위험개선지구 지정등의 다른 재해요인은 없는 곳으로 선정하였다(Fig. 1).
2.2 연구의 내용 및 방법
연구 대상유역에 대한 홍수 유출량 산정을 위하여 제주도내 4개 기상대(ASOS) 및 14개 무인기상관측소(AWS)의 강우자료를 수집·구축하였다. 특히, 제주도의 수문지질학적 특성을 반영하기 위하여 재해영향평가 실무지침(Ministry of the Interior and Safety 2023)에서 제시하는 등우선에 의한 확률강우량을 산정하여 강우강도식을 유도 및 홍수량 분석자료로 활용하였다.
홍수량 산정시 주요 입력 자료로 도달시간은 연속형 Kreven 공식에 의한 값, 단위도는 자연유역 모형의 홍수량 산정 방법인 Clark 단위도법을 적용하였다. 또한 본 연구에서 수문학적 토양군 적용 방법에 따른 홍수량 산정을 위하여 CN값을 토양 유형에 맞게 산정하여 홍수량을 산정하였다.
3. 홍수유출해석
3.1 홍수유출해석을 위한 도달시간 산정
본 검토의 홍수유출량 산정시「재해영향평가등의 협의 실무지침(Ministry of the Interior and Safety 2023)」에서 채택하고 있는 연속형 Kraven공식을 이용하였다. 경사 구간별 유속을 적용할 수 있는 연속형 Kraven 공식을 채택하여 도달시간을 산정한 결과는 Table 1과 같으며, 개발진행에 따른 사업지구의 유로연장 등을 고려하여 유하시간을 산정하였다.
Table 1.
Estimation of time of concentration and flow velocity
3.2 등우선법에 의한 지점평균 확률강우량
본 연구에서는 등우선에 의한 확률강우량 산정을 위하여 기상관측소 10개년 이상의 기상관측자료를 보유하고 있는 기상관측소 18(ASOS 4개소, AWS 14개소)개소에 대한 확률강우량을 Sufer 프로그램의 입력자료로 구축후 등우선을 작도하였다. 등우선에 의한 확률강우량은 Table 2와 같다.
Table 2.
Probable rainfall based on isohyets
3.3 강우강도식 유도
강우강도식은 일반적으로 General 형과 전대수다항식의 형태로 유도되며, 대부분의 강우강도식이 결정계수가 1.0에 근접함을 고려하여 강우지속시간 3시간 이내 확률강우량에서 보다 양호한 회귀결과를 나타내는 회귀식을 강우강도식으로 채택하고 있다.
따라서, 본 연구에서는 General 형과 전대수다항식의 강우강도식을 유도하여 평균편차를 비교하였으며(Table 3), 강우강도의 편차가 가장 양호한 4차 전대수 다항식을 강우강도식으로 채택하였다(Table 4, Fig. 2).
Table 3.
Comparison of probability rainfall intensity formulas
Table 4.
Quartic algebraic rainfall intensity formula
3.4 유출곡선지수(CN) 산정
토양도는 전국 토양의 종류별 특성 및 분포상태를 제시하고, 토양도 및 토양조사보고서를 제작하여 보급함으로써 토양특성에 알맞은 작물의 선택, 시비개선 및 토량개량 등을 위한 기술지침과 국토의 합리적 이용을 위한 기초자료를 제공하고자 농촌진흥청 국립농업과학원에서 제작, 배포하고 있다.
수문학적 토양군은 다음과 같이 A, B, C, D의 4개 형태로 분류되며 토양군별 침투능의 크기는 A, B, C, D 순이며 유출률은 D, C, B, A 순이다.
본 사업대상 유역의 수문학적 토양군 분포도는 정밀토양도를 이용하여 분석하였으며, 평가 대상 유역 내에는 대부분 TYPE A형이 분포하는 것으로 나타났다(Table 5). 하지만, 현장 지반조사 결과 투수성이 불량한 모래질점토 토층의 특성을 갖고 있는 지형으로 조사되어 실제 수문학적 토양군은 TYPE D형에 가까운 것으로 판단된다(Table 6, Fig. 3.).
Table 5.
Hydrological soil group distribution based on detailed soil maps
| Type | Hydrological soil group | Total | |||
| Type A | Type B | Type C | Type D | ||
| Area (m2) | 13,199 | - | - | - | 13,199 |
| Percent (%) | 100 | - | - | - | 100.0 |
Table 6.
Soil Characteristics Based on Detailed Soil Maps
정밀토양도를 활용한 유출곡선지수(CN)은 개발 전 63.00, 개발 후 68.13, 현장 지반조사 결과를 반영한 유출곡선지수(CN)은 개발 전 85.12, 개발 후 88.94로 분석되었다(Table 7).
Table 7.
Results of runoff curve number calculation
이와 같이 수문학적 토양군에 따라 유출곡선지수가 크게 차이가 나는 것으로 분석되었으며, 일반적으로 유출곡선지수가 높으면 홍수유출량의 많이 발생하고 유출곡선지수가 낮으면 침투로 인하여 홍수유출량은 작게 발생된다.
4. 홍수량 산정 및 비교·분석
4.1 홍수량 산정을 위한 주요 입력인자
검토대상유역을 소유역별로 개발전 앞절에서 강우-유출모형에 적용하기 위하여 산정된 매개변수는 다음과 같다(Table 8).
Table 8.
Parameters applied in the rainfall–runoff model
4.2 홍수량 산정 및 비교분석
개발 전·후의 토지이용 상태에 따라 Clark 유역추적법에 의해 지속시간과 빈도별 홍수량을 산정 및 비교분석을 실시하였다.
정밀 토양도에 의한 홍수량은 30년 빈도일 때 개발전 0.25 (m3/s), 개발후 0.29 (m3/s), 50년 빈도일 때 개발전 0.28 (m3/s), 개발후 0.32 (m3/s)로 산정되었다. 반면 현장 지반조사에 의한 홍수량은 30년 빈도일 때 개발전 0.11 (m3/s), 개발후 0.29 (m3/s), 50년 빈도일 때 0.28 (m3/s), 0.32 (m3/s)로 산정되었다.
결과적으로 수문학적 토양군이 A형인 정밀토양도의 조건으로 산정된 홍수량이 D형으로 산정된 홍수량 대비 30년 빈도일 때 개발전 56.0%, 개발후 55.2%, 50년 빈도일 때 개발전 53.6%, 개발후 53.1% 감소되는 것으로 분석되었다(Table 9).
Table 9.
Comparison of critical duration and critical flood volume
따라서, 현장 지반조사를 통한 수문학적 토양군을 적용했을때 정밀토양도의 수문학적 조건을 반영하여 홍수량을 산정했을 때보다 개발사업후 저감시켜야 되는 홍수량은 약 2배 이상 차이 나는 것으로 확인되었다. 위와 같이 수문학적 토양군에 따른 홍수량의 불확실한 산정은 제주도내 수문학적 토양군 자료의 재정립에 대한 접근이 시급함을 내포한다.
5. 결 론
재해영향평가를 수행함에 있어 실질적인 분석 시 데이터 오류등으로 인한 홍수량 산정시 기술적 문제가 발생되고 있다. 홍수량 산정의 오류로 저감시설의 과다 설계시 사업시행자의 부담을 가중시킬수 있으며, 반대로 과소 설계시 홍수유출량 저감 기능 저하로인해 대규모 침수피해 등이 유발될수 있다.
따라서, 본 연구에서는 홍수량 산정을 야기하는 수문학적 토양군 적용 방법에 따른 홍수량을 시 국립농업과학원에서 제시한 정밀토양도와 현장 지반조사에 의한 토양의 종류별 특성등 적용하여 홍수량을 각각 산정하고 비교·분석을 진행하였다.
1)제주도의 수문지질학적인 특성을 반영한 홍수량 산정을 위하여, 4개 기상대(ASOS) 및 14개 무인기상관측소(AWS)의 자료를 이용하여 등우선 작도 후 확률강우량을 산정하였다.
2)수문학적 토양군 결정은 유출곡선지수(CN) 산정에 직접적인 영향을 주며, 본 연구대상 유역의 수문학적 토양 정밀토양도를 활용한 유출곡선지수(CN)은 개발 전 63.00, 개발 후 68.13, 현장 지반조사 결과를 반영한 유출곡선지수(CN)은 개발 전 85.12, 개발 후 88.94로 분석되었다.
3)정밀 토양도에 의한 유출곡선지수 적용시 홍수량은 30년 빈도일 때 개발전 0.25 (m3/s), 개발후 0.29 (m3/s), 50년 빈도일 때 개발전 0.28 (m3/s), 개발후 0.32 (m3/s)로 산정되었으며, 현장 지반조사에 의한 유출곡선지수 적용에 따른 홍수량은 30년 빈도일 때 개발전 0.11 (m3/s), 개발후 0.29 (m3/s), 50년 빈도일 때 0.28 (m3/s), 0.32 (m3/s)로 산정되었다.
4)결과적으로 수문학적 토양군이 A형인 정밀토양도의 조건으로 산정된 홍수량이 D형으로 산정된 홍수량 대비 30년 빈도일 때 개발전 56.0%, 개발후 55.2%, 50년 빈도일 때 개발전 53.6%, 개발후 53.1% 감소되는 것으로 분석되었다.
위와 같이, 수문학적 토양군에 따라 산정되는 홍수량의 차이는 매우 크게 나타남을 확인할수 있다. 수문학적 토양군의 잘못된 적용은 향후 저감시설 규모 결정시 매우 큰 오류를 발생시켜 사업자의 부담 가중 및 홍수로 인한 침수 피해 대응을 어렵게 하는 등 여러 문제를 야기시킨다. 따라서, 홍수량을 정확히 산정하기 위한 지역별 수문학적 토양군 자료의 재정립이 필요하며, 이와 관한 후속 연구도 지속적으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.
