1. 서 론
2. 태풍 힌남노에 의한 강우
3. 연구 지역 및 방법
3.1 연구지역
3.2 자료 및 방법
4. 결 과
4.1 1969년 - 2022년 하도 변화
4.2 홍수 전후 단면 비교
4.3 수리학적 분석 결과
5. 종합고찰 및 결론
5.1 종합고찰
5.2 결론
1. 서 론
최근 들어 하천의 홍수 피해는 산지 중소하천을 중심으로 발생하고 있다. 2000년 이후로 대표적인 사례를 보면 2002년 태풍 루사 때는 속초, 강릉, 동해의 중소하천을 중심으로 홍수 피해가 발생하였고 (Kim et al. 2002, Park 2002), 2003년 태풍 매미 때는 강원, 경남, 경북 지역에서 (WEC 2003), 2006년 집중호우 및 태풍 에위니아 때는 남해안, 영남, 강원 영서지방에서(Jun 2006), 2019년 태풍 미탁 때는 영덕, 울진, 삼척의 동해안 중소하천에서, 2022년에는 태풍 힌남노 때는 포항과 경주 지역 하천에서, 그리고 2023년 7월 장마 때는 경상북도 북부 예천, 영주의 산지하천을 중심으로 홍수 및 집중호우 피해가 발생하였다.
산지 중소하천은 평지 하천에 비해 하상조도, 유수저항, 난류정도 등이 크고 기반암 돌출부 등이 섞여 있어 지형이 복잡하다(Park and Shin 2011, Shin et al. 2012). 산지하천은 경사가 급하고 구속된 골짜기를 흐르는 특성을 지니며 이에 따라 집중호우 시 급격한 홍수류가 발생하여 하안을 침식한다. 그에 따라 하천에 인접한 도로, 옹벽, 건물 등이 붕괴되고 제방과 호안이 유실되는 피해를 일으킨다. 또한 상류 및 주변 사면의 산사태가 동반되어 다량의 토사와 유목이 공급되고 하상재료의 한계소류력을 초과하는 빠른 홍수류에 의해 운반되면서 하상의 변동을 일으키고 교량 등에 집적될 경우 단면을 폐색하여 수위 상승과 홍수 피해를 가중시킨다 (Kim et al. 2007).
국내에서 산지 중소하천의 홍수에 관한 수리학적인 조사 연구는 Shin et al. (2012), Park et al. (2014), Jun (2013) 등의 사례가 있다. 홍수로 인한 하도 변화 양상 등 지형학적인 분석을 다룬 것은 홍수에 의한 측방 이동을 다루는 Lee et al. (2022)의 사례가 있으며, 그 외에 홍수 피해조사로 실시된 사례 (Kim et al. 2002, Park 2002, WEC 2003, Jun 2006)가 주를 이루고 있다. 이러한 조사, 연구를 제외하면 대체로 홍수로 인한 지형학적 변화를 고찰한 연구는 상대적으로 많지 않다. 그 이유는 여러 가지가 있겠지만, 그 중 하나는 홍수 후 하천 변화에 조사보다는 당면한 피해 복구와 하도 정비가 우선되기 때문이다. 다만 이에 따라 역으로 홍수 후 하도 변화에 대한 사실적 자료 축적이 어려워 기왕 홍수에 의한 하도 변화가 하천 설계와 관리에 충분히 반영되기 어려운 실정이다.
이러한 배경에서 본 연구에서는 2022년 9월 내습한 태풍 힌남노로 인한 홍수 피해가 발생한 포항 신광천과 냉천을 대상으로 과거의 하도 변화를 살펴보고 아울러 힌남노 홍수 직후에 발생한 하도 변화에 대해 지형학적, 수리학적 분석을 수행하고자 한다.
2. 태풍 힌남노에 의한 강우
2022년 제11호 태풍 힌남노는 8월 28일 북위 25.8도, 동경 149.5도에서 제22호 열대저압부로 발생하였으며 같은 날 21시에 태풍으로 발달하였다 (Fig. 1). 태풍 힌남노는 9월 6일 03시에서 12시 사이에 대한해협을 거쳐 부산 부근에 잠깐 상륙하였다가 동해안으로 빠져나갔으며, 같은 날 21시에 북위 44.4도, 동경 136.7도에서 온대저기압으로 변질되어 소멸하였다. 부산 부근 통과 시 중심기압은 955 hPa, 최대풍속은 초속 40 m/s였으며, 강풍반경은 400 km에 달하는 강한 태풍이었다.
태풍 힌남노는 냉천과 신광천 유역을 포함한 포항 지역에서 단기간에 많은 비를 뿌렸다. Fig. 2는 2022년 9월 6일 기상청 포항 관측소의 시간별 강우량과 누적 강우량을 나타낸다. 9월 5 - 6일 중 1시간 최대 강우량은 81.3 mm이며, 2시간, 3시간, 6시간 강우량은 각각 150.3, 213.6, 315.3 mm로 한국 확률강우량도 (HRFCO 2023) 및 신광천 하천기본계획 (Gyeongsangbuk-do 2019)를 참고하면 200년 빈도 확률강우량을 초과하는 것으로 나타났다.
3. 연구 지역 및 방법
3.1 연구지역
본 연구의 대상 하천은 포항시 남구의 냉천과 신광천이다 (Fig. 3). 냉천은 포항시 남구 오천읍 진전리에서 발원하여 북쪽으로 유하하여 동해로 유입한다. 유로연장은 19.12 km, 유역면적은 79.40 km2이며, 하상경사는 1/162 - 1/65이다 (Gyeongsangbuk-do 2023). 신광천은 냉천의 제1지류로, 포항시 남구 오천읍 항사리에서 발원하여 북쪽으로 유하하여 냉천의 좌안으로 합류한다. 유로연장은 12.70 km, 유역면적은 29.37 km2이며, 하상경사는 1/100 - 1/31이다 (Gyeongsangbuk-do 2019). 냉천 및 신광천 유역의 지질은 주로 중생대 불국사 화강암이다.
하천기본계획에 따르면 냉천 하상재료의 입경은 D60 기준 0.26 - 18.2 mm이며, 신광천은 4.7 - 20.9 mm이다. 하지만 실제 하천에서 답사 시 여러 지점을 관찰한 결과 이보다 조립질의 잔자갈 및 호박돌이 분포하는 것으로 나타났다. 이에 홍수 이후 2023년 3월 냉천 용산리 현장 조사를 통해 무작위로 50개의 하상재료를 샘플링하여 측정한 결과 D60은 61.8 mm, D50은 60.0 mm로 나타났다. 그러므로 두 하천은 전형적인 호박돌 자갈하천으로 볼 수 있다.
연구 지점은 냉천의 용산리와 신광천의 항사리, 문덕리이다. 냉천과 신광천은 개수율 100%의 하천으로, 세 지점 모두 제방이 축조되어 있다. 용산리는 냉천 하구에서 약 8.4 km 상류에 위치하며, 양안으로 제방이 축조되어 있으며 제내지 좌안에는 아파트가 위치한다. 항사리는 오어저수지 하류에 위치하며 양안에 제방이 축조되어 있으며, 제내지에는 펜션 등의 근린시설이 존재한다. 문덕리 지점은 신광천과 냉천의 합류점 구간에서 500 m 상류에 위치하며, 우안 제내지에는 공장 등이 위치한다.
세 지점은 모두 2022년 9월 6일에 태풍 힌남노로 인한 홍수 피해가 발생한 지역이다. 냉천의 용산리는 좌안에 하안침식이 발생하여 아파트 하부의 축대가 드러났다. 해당 구간은 냉천이 완만하게 만곡하는 수충부에 위치한다. 신광천 항사리는 하천이 U자형으로 만곡하는 구간이며, 우안 수충부에서 발생한 하안침식으로 침수 및 건물이 주저앉는 피해가 발생하였다. 문덕리는 하천이 완만하게 만곡하며, 우안 수충부에 하안침식이 발생하여 공장이 일부 붕괴되었다 (Fig. 4).
3.2 자료 및 방법
3.2.1 자료 수집
태풍 힌남노 피해 지역의 하도 변화를 분석하기 위해 사용한 자료는 항공사진, 정사영상, 드론 영상이다. 항공사진 및 정사영상은 국토지리정보원 (www.ngii.go.kr)에서 제공하는 자료를 사용하였다 (Table 1 and Fig. 5). 냉천 용산리는 1969년 항공사진과 2011년, 2021년의 정사영상을 활용하였다. 신광천 문덕리는 1969년, 1982년 항공사진과 2011년, 2021년 정사영상을 이용하였으며, 항사리는 1969년, 1982년, 1992년 항공사진과 2011년, 2021년 정사영상, 그리고 드론 영상을 사용하였다. 다만, 용산리와 문덕리의 경우 군부대와 인접하여 보안상의 이유로 항공사진이 제공되지 않는 기간이 존재한다.
Table 1.
Aerial photographs and orthogonal images used in the study
드론 영상은 항사리 지점에서만 촬영하였으며, 문덕리와 용산리에서는 촬영하지 못하였다. 촬영은 태풍 힌남노로 인한 홍수 발생 직후인 2022년 9월 6일 항사리 지점에서 수행하였다. 촬영된 드론 영상을 바탕으로 항사리 지점의 수치표면모델 (DSM, digital surface model)을 제작하였다. 촬영에는 DJI Phantom 4 드론이 이용되었으며, 빌트인 카메라 (모델 FC-330, FOV94°)로 촬영하였다. 비행 어플리케이션은 DJI GO 4를 이용하였다. 해당 지역은 홍수 직후 무선통신이 끊어져서 자동항법 촬영이 되지 않아 수동으로 드론을 조작하면서 중첩도를 고려하여 영상을 촬영하였다. 긴급한 홍수 피해 조사로 인해 별도의 지상기준점 (GCP, ground control point) 측량을 실시하지 못하였는데, 이 경우 약 1.5 m의 수직 오차가 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다 (Cho et al. 2020). 이에 드론으로 제작한 DSM의 수직 오차를 줄이기 위해 촬영된 드론 영상을 국토지리정보원에서 제공하는 DEM을 이용하여 홍수 전후 변화가 없다고 판단되는 하천 주변의 아스팔트 포장 도로, 콘크리트 블록으로 포장된 주차장 등을 대상으로 카카오맵 등에서 제공하는 로드뷰를 확인하여 수 개의 평평한 지점을 고른 후 고도값을 찾아 이를 GCP로 활용하여 후보정하였다. 항공영상의 합성과 DSM 구축은 DroneDeploy 소프트웨어를 이용하였다. 이 방법의 타당성을 추가로 확인하기 위해 2023년 9월에 항사리 지점에서 동일한 방식으로 드론 촬영 후 VRS GPS로 측량한 좌표로 GCP를 삼아 DSM을 구축하였다. 동일 단면을 DSM과 광파 측량기로 실측한 단면과 비교하여 유사한 결과를 얻었다.
3.2.2 지형변화 분석 방법
홍수로 인한 하도 변화를 파악하기 위해 GIS 소프트웨어를 이용하여 각 연도의 항공사진과 홍수 직후 촬영한 드론 영상을 이용하여 자갈 및 모래 등으로 피복되어 하도로 판단되는 범위를 디지타이징하였다. 생성된 폴리곤을 바탕으로 하도의 형태적 변화를 분석하였다 (Fig. 5). 또한 양안의 경계를 기준으로 하도 중심선을 추출한 후 하도 중심선의 길이와 폴리곤 면적을 이용하여 구간의 평균 하폭을 계산하였다.
홍수 전과 직후, 복구 후 단면의 비교를 위해 하도 단면 자료를 수집하였다. 하도 단면은 하천기본계획 자료와 드론 영상에서 제작된 DSM에서 추출한 단면, 현장 실측을 통해 측정된 단면 등 3가지 자료를 이용하였다. 단면은 총 4개 지점에서 추출하여 비교하였다. 냉천 하천기본계획의 용산리 (8+400) 단면, 신광천 하천기본계획의 항사리 (2+600, 2+700)와 문덕리 (0+500) 단면 등이다. 문덕리와 용산리는 측량이나 드론 촬영을 못하여 홍수 당시 촬영한 사진과 현장 관찰을 기반으로 홍수 직후의 단면을 추정하였다. 복구 후 단면은 현장을 2023년 3월에 재방문하여 토탈스테이션을 사용해 측량하였다.
3.2.3 수리학적 분석 방법
세 곳의 연구 지점 중 홍수로 인한 하도 변화가 가장 크게 발생한 신광천 항사리 지점을 대상으로 수리학적 분석을 실시하였다. 힌남노 내습 시간에 수집된 농어촌공사 오어저수지의 5분 수위 변화 자료를 수집하였다. 오어지의 수위와 저수량 변화 자료를 이용하여 초당 저수량 변화로 환산하여 신광천의 첨두 유량을 추정하였다. 이렇게 추정한 첨두 유량과 계획홍수량 (80년 빈도), 그리고 오어저수지의 홍수 조절을 고려한 산정된 최대 빈도 홍수량인 200년 빈도 홍수량 등 3가지 유량을 상류단 경계조건으로 HEC-RAS로 1차원 정상류 모의를 실시하였다. 이 중 200년 빈도 유량의 경우 빈도 홍수량은 빈도 강우량과 일치하지 않지만, 관측된 포항 관측소의 최대 강우량이 200년 빈도 이상인 점을 고려하여 발생 가능한 최대 유량을 고려하기 위해 택하였다. 하류단은 수위관측소가 없으므로 normal depth 기준으로 하였으며, 조도계수는 하천기본계획의 값을 사용하였다.
4. 결 과
4.1 1969년 - 2022년 하도 변화
1960년대부터 최근까지 세 지점 모두 하도 경계 및 하폭이 시간의 흐름에 따라 감소하였다. 하지만 태풍 힌남노로 인한 홍수 이후에 하폭이 다시 증가하였다. 1969년의 경우 본격적인 하천변 개발이 이루어지기 전으로 항공사진은 뚜렷하지는 않지만 당시의 지도를 참고해 보면 신광천의 저수 유로는 폭이 좁은 반면 상대적으로 넓게 발달한 곡저부를 확인할 수 있다. 이는 현재 확인할 수 있는 하상재료를 고려하면 대부분 자갈로 덮여 있는 나지 사주에 해당한다. 이 시기에는 하도 경계 (초록색)가 가장 넓었으며, 이후 점차 좁게 변형되었다. 신광천 문덕리의 경우 하도의 경계가 현재에 비해 상당히 넓은 것으로 나타났다. 하지만 이 지점은 홍수터가 넓게 발달한 곳으로 1992년부터 2021년까지는 제방 축조 후 거의 하도 면적이 비슷하게 유지되었으며, 2022년 태풍 힌남노 홍수 이후에 우안 쪽 하안침식으로 하폭이 확장되었다. 냉천 용산리의 경우 1969년에는 지금에 비해 다소 하폭이 넓었으나 역시 제방 축조 후 2021년까지 하도 면적이 유지되다가 2022년에 좌안의 하폭이 증가하였다 (Fig. 6).
항사리의 경우 2021년까지는 하도 면적의 감소 경향이 뚜렷하다가 태풍 힌남노 홍수 이후 급격하게 다시 증가하였다 (Figs. 5 and 7). 현재와 같은 제방이 없던 1969년 양안으로 넓은 하도 경계를 보이다가, 1982년 하도 면적이 감소하고 1992년 제방 축조 이후로도 하도 면적이 계속 감소하였다. 2011년 항공사진에서는 하도 내부에 식생이 활착하면서 수역 자체는 좁고 불연속적인 모습을 보인다. 2021년에는 식생 제거로 하도의 면적이 다소 증가하였다. 태풍 힌남노 직후인 2022년에는 하도 면적이 다시 증가하였는데, 이는 우안의 하안침식에 의한 결과이다. 침식이 집중된 우안의 펜션 대지를 포함한 지역에서 2021년에 비해 힌남노 홍수 후 하안침식이 일어난 면적은 11,209 m2에 달하였다. 태풍 힌남노에 의한 홍수로 우안 제방의 하부가 침식됨에 따라 하천이 과거의 형태로 되돌아가는 모습을 보였다.
하도 면적 감소에 따라 하폭도 감소하였다. 냉천 용산리의 1969년 평균 하폭은 97.6 m이었으나, 2011년 49.2 m로 약 절반으로 감소하였다. 2021년에도 53.3 m로 비슷한 하폭을 보이다가 태풍 힌남노 이후 72.4 m로 증가하였다. 신광천 문덕리 또한 1969년 평균 하폭은 195.0 m였으나, 1982년 68.6 m로 평균 하폭이 감소하였다. 그러나 태풍 힌남노 이후 84.5 m로 평균 하폭이 증가하였다. 항사리의 경우 1969년 평균 하폭은 88.3 m였으나, 1982년 42.1 m로 감소하였고, 2021년에는 23.8 m로 1969년 대비 27%의 평균 하폭을 보였다. 그러나 태풍 힌남노 내습 시 발생한 홍수로 평균 하폭이 51.5 m로 증가하였다.
4.2 홍수 전후 단면 비교
태풍 힌남노에 의해 발생한 홍수는 하도의 단면 형태도 크게 변화시켰다 (Fig. 8). 드론 촬영으로 DSM을 제작하여 단면을 추출한 항사리를 제외하면 태풍 힌남노 홍수 직후의 단면에서 하상의 높이는 현장에서 관찰을 통해 추정한 것이다. 홍수류에 의한 소류사의 퇴적은 잘 나타나 있다 (Fig. 4). 냉천 용산리의 경우 좌안 쪽인 아파트 축대 아래쪽에 하안침식이 발생하였는데, 아파트 내 도로가 유실되고 수평적으로 최대 6.0 m가량의 하안침식이 발생하였다. 반대로 하도 중앙부에는 약 2.0 m의 퇴적이 발생하였다. 신광천 문덕리도 비슷한 결과가 나타났다. 우안의 공장 아래쪽으로 하안침식이 발생하여 최대 4.5 m의 측방 침식이 발생하였으며, 좌안에는 2.2 m의 퇴적고를 보였다.
항사리에서는 퇴적의 정도가 더욱 심하게 나타났다. 침식이 집중된 우안의 대지에서 수평적으로 하안선은 최대 22.1 m 이동하였으며, 좌안 제방 하부에서는 2018년 하천기본계획 단면 및 2023년 3월 측량한 복구 후 단면을 기준으로 약 4.5 m의 퇴적고를 보였다. 붕괴된 건물이 위치했던 단면에서는 수평적으로 최대 8.0 m의 침식을 보였으며, 좌안에 약 5.1 m의 퇴적고가 나타났다. 이 외에도 좌안 주차장 쪽에서도 침식이 발생하였다. 이는 이 구간 상류 쪽 우안에 돌출된 암반으로 인해 좁은 병목 구간을 통과한 흐름이 좌안 쪽 (주차장)을 1차로 공격하고 그 다음으로 우안의 대지를 침식한 것으로 추정된다.
통수 단면적을 보면, 홍수 전 단면에 비해 홍수 직후 단면적이 비슷하거나 감소한 것을 알 수 있다 (Table 2). 이후 복구 과정에서 홍수 전 단면적 내지는 그 이상으로 재차 단면이 증가하였다. 용산리의 경우 홍수 전의 단면은 272.9 m2이었으나 홍수 직후 하상이 높아지면서 추정 단면적은 약 20% 감소하였다. 하지만 복구로 인해 단면적은 다시 홍수 전 면적과 동일해졌다. 문덕리 지점의 경우 홍수 전 단면적은 319.1 m2이나 홍수 직후 추정 단면적은 14%나 감소하였으며, 복구 후 측량 결과는 357.3 m2로 증가하였다. DSM로 단면을 추출한 항사리의 경우 2+700 단면은 홍수 전보다 홍수 직후 12.7% 감소하였으며, 복구 후 크게 증가하였다. 2+600 단면의 경우 홍수 전, 홍수 직후, 복구 후 단면적이 큰 차이 없이 유지되었으나 단면의 형태는 뚜렷하게 변화되었다. 용산리와 문덕리 지점은 추정한 단면이므로 항사리에 비해 단면 형상의 오차가 클 수 있다. 또한 홍수 전 단면이 하천기본계획 단면과 다를 수 있음을 감안하더라도 홍수 직후 단면적이 감소하거나 유지되는 현상은 하상고 상승에 기인하는 바가 큼을 보여준다. 이는 홍수 시 통수 단면의 부족으로 인해 하안 침식이 발생하는 원인이 된다고 볼 수 있다.
Table 2.
Cross-section area in m2 of the selected sites (* estimated, ** computed from DSM)
4.3 수리학적 분석 결과
신광천 항사리 지점을 대상으로 수리학적 분석을 수행하기 위해 오어저수지의 저수위, 저수량 정보를 기반으로 홍수량을 추정하였다 (Fig. 9). 이는 신광천의 경우 2022년 9월 기준으로 수위관측소가 없고 오어저수지의 방류량 자료도 얻을 수 없었기 때문이다 (신광천 수위관측소는 홍수 후 신설). 오어저수지에서는 9월 6일 0시경부터 저수량이 급격하게 증가하기 시작하였으며, 5분 간격의 저수량 변화를 1초 단위로 환산하여 유량을 추정할 경우 이번 홍수의 첨두 유량은 같은 날 3시 25분에 발생하였고 최대 360.1 m3/s로 산정되었다. 이는 오어저수지의 홍수 조절 효과 (40 m3/s)를 고려할 때 100년 빈도 홍수량에 해당한다 (Gyeongsangbuk-do 2019). 이렇게 추정된 9월 6일 첨두유량 (이하 첨두유량)은 저수량 변화로만 계산한 것으로 수문 배수 및 여수토 월류로 인한 영향이 충분히 고려되지 못하였다. 이와 함께 강풍에 의한 수위 계측의 오차 등이 반영되어 있을 것으로 생각된다. 하지만 본 분석에서는 그대로 사용하였다.
첨두유량, 80년 및 200년 빈도 홍수량을 기준으로 신광천 항사리 2+600, 2+700, 그리고 문덕리 등 3개 단면에서 정상류 조건으로 홍수위를 모의한 결과는 측량 단면과 함께 Fig. 8에 도시되어 있다. 결과를 보면 2+600 - 2+700 단면의 경우 80년 빈도유량에서 계산된 수위는 71.27 - 73.56 m, 첨두유량의 경우 71.33 - 73.62 m, 200년 빈도유량의 경우 71.53 - 73.81 m인데, 이는 하안 침식이 발생한 우안 쪽 강턱의 고도인 74.98 - 75.35에 1 m 이상 못 미치는 것으로 나타났다. 주민 증언과 촬영된 동영상에 의한 월류 상황을 고려할 때, 항사리 지점에서의 1차원 수리해석의 결과는 만곡부의 편수위를 고려하더라도 실제 홍수로 인한 수위에 비해 낮게 나타났다. 문덕리 (0+500) 단면의 경우 80년 빈도, 추정 첨두유량, 200년 빈도에서 각각 계산수위는 47.63, 47.67, 47.81로 공장 지대의 고도인 50.70 m에 역시 2 m 이상 못 미치고 있다.
단면 소류력의 경우 2+600에서는 80년, 첨두유량, 200년 빈도 유량에서 각각 302.7, 308.2, 325 N/m2이며, 2+700의 경우 105.4, 108.2, 115.4 이며, 0+500은 50.0, 51.7, 56.6 N/m2으로 구간 경사가 급한 2+600에서 가장 크게 나타났고 하류로 가면서 감소하였다 (Table 3). 이러한 유량에서 계산된 소류력을 바탕으로 한계소류력을 계산하고 Julien (2010)에서 제시한 수정 Shield 곡선의 한계조건인 τ*=0.047을 적용할 경우, 최대 이동 가능한 사력의 입경은 항사리의 경우 138 - 427 mm, 문덕리의 경우 66 - 74 mm로 계산되었다 (Table 3). 항사리의 경우 호박돌부터 거력까지 하천 현장에서 발견되는 대부분의 소류사를 충분히 운반할 수 있는 것으로 나타났는데, 이는 현장에서 관찰된 것과 일치하며, 하상과 하안의 침식력이 충분함을 의미한다.
Table 3.
Shear stress and movable particle size for three discharge conditions
5. 종합고찰 및 결론
5.1 종합고찰
과거 개수가 이루어지기 전인 1970년대 이전에 신광천과 냉천은 하폭이 현재보다 넓었지만 제방이 축조되고 하안이 개발되면서 하폭이 점차 감소해 왔다. 하지만 2022년 9월 태풍 힌남노 홍수로 인해 하안이 침식되면서 하폭이 다시 증가하였다. 드론 DSM에 의한 정량적인 하도 변화를 분석할 수 있는 항사리를 중심으로 보면, 20여 m의 하폭 증가와 함께 만곡부 내측에서 수 m 이상의 하상고 상승 (퇴적)이 발생하였다. 그리하여 홍수 전에 비해 통수 단면적은 유지되거나 감소되었다. 종합적으로 보면 홍수에 의해 운반되는 다량의 토사가 유속이 상대적으로 느린 만곡부 내측에 퇴적되고 그에 따라 통수 단면적이 감소하면서 홍수류가 만곡부 외측으로 집중되어 월류가 발생하고 하안을 침식한 것이다.
신광천 및 냉천에서 나타난 하도 변화는 본질적으로는 중소 산지하천의 특성과 관련이 있다. 산지하천의 하도는 경사가 급하며 산사면으로 둘러싸여 있어서 집중호우로 인한 홍수시 상류에서 운반되는 토사와 함께 산사태에 의한 토사의 공급이 발생한다. 토사 공급이 유수의 운반력을 초과할 경우 하상의 상승과 통수능 저하가 발생하며, 이로 인해 월류가 발생하거나 지형적 요인과 결합하여 하안이 침식된다. 본 연구 지점에서의 하도 변화는 이러한 요인들이 작용한 결과로 볼 수 있다.
항사리 지점에서 발생한 20 m 이상의 하안 침식은 하상고의 급격한 상승이 동반된 상태에서 수충부 급류 및 월류 침수가 일어났기 때문으로 볼 수 있다. 이러한 홍수로 인한 하천변 대지의 침수를 해석하기 위해 홍수 전 단면을 기준으로 1차원 모형으로 계산한 수위는 실제 침수 현상을 반영하지 못한 것으로 나타났다. 비록 시간에 따른 홍수위 변화를 고려하지 못한 정상류 해석만을 수행한 결과이기는 하지만 200년 빈도 유량을 가정한 홍수위 계산 역시 실제 발생한 수위에 비해 1 - 2 m 가까이 낮게 모의되었다. 이에 대해서는 별도의 분석이 필요하겠지만 하상 변동이 실제 및 계산 수위 간 차이의 주요 원인으로 생각된다.
5.2 결론
본 연구에서는 포항 신광천 및 냉천을 대상으로 과거로부터 최근까지의 하폭 변화, 그리고 2022년 태풍 힌남노 홍수시 발생한 하도 지형 변화를 분석하였다. 또한 하도 변화를 초래한 수리학적 특성에 대한 분석을 실시하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
1) 과거로부터 최근까지 하도의 평면 변화를 분석한 결과 1960년대 이래로 하폭은 점차 감소하였으나 힌남노 홍수로 인해 하폭이 수 m - 20 m 이상 증가하였으며 이에 따라 1980년대 하폭 수준으로 복귀한 것으로 나타났다.
2) 항사리를 중심으로 단면 변화를 보면 만곡부 내측에 다량의 토사가 퇴적되어 홍수 전에 비해 홍수 후 하상이 크게 상승하였고 외측에서는 하안 침식이 발생하였다.
3) 오어지의 저수위 분석 결과 첨두유량은 360.1 m3/s로 산정되었으며 이는 100년 빈도에 해당하며 계산된 소류력에서 하상 사력은 대부분 운반되는 것으로 나타났다.
4) HEC-RAS를 이용하여 첨두유량과 계획홍수량, 200년 빈도 홍수량으로 산정한 홍수위는 실제 관측수위에 비해 크게 낮았는데, 이는 퇴적으로 인한 단면 변화가 홍수위 산정에 고려되지 않은데 기인하는 것으로 보인다.
본 연구의 결과를 기초로 볼 때, 산지 하천에서는 홍수시 급격한 홍수류에 의해 사력이 운반되고 하상 변동과 단면 변화가 발생하므로 하천 관리를 위해서는 부정류 해석이 포함된 하상변동과의 연계성을 고려하는 것이 필요할 것으로 생각된다.
