1. 서 론
저수지의 붕괴 사례는 지속적으로 보고되고 있으며, 기후변화로 인한 국지성 호우를 적절히 방어하지 못하여 발생하고 있는 것으로 다양한 연구에서 제시하고 있다. Baik et al.(2022)은 농업용 저수지의 붕괴 사례 특성에 따른 상태평가의 취약요소를 도출하여 안전점검체계를 분석하였으며, Lee(2013)은 저수지 붕괴는 집중호우와 같은 직접적인 원인 및 안전관리 미흡 내구연한 초과 등 다양하며 보수 및 보강의 필요성, 전문적인 저수지 관리방안마련의 중요성을 제시하였고, Song et al.(2016)은 노후 저수지 붕괴사례 분석을 통한 안전관리 방안을 연구하였다. 또한 Oh and Jang(2015)은 소규모 저수지 붕괴사례를 조사분석 하여 대책방안을 제시 하였으며, Lee et al.(2010)은 농업용 저수지의 수리 ‧ 수문학적 검토에 따른 제방 월류에 의한 붕괴여부를 연구하였다.
저수지는 ｢(2022년 농업생산기반정비 통계연보(KRC, 2023)｣에 의하면 약 17,066개의 농업용 저수지가 있으며, 이중 3,429개는 한국농어촌공사에서 관리하며, 나머지 13,637개는 지자체에서 관리하고 있다. 정확한 준공 년도를 알 수 없는 저수지를 제외하고 총 11,066개소 중 1945년 이전 축조된 저수지가 8,652(50.70%)개소 1946년에서 1972년 축조된 50년 이상의 저수지가 6,225(36.47%)개소 1973년에서 1992년 축조된 30년 이상 저수지가 1,559(9.14%)개소 1992년에서 2022년 축조된 30년 이내 저수지 630(3.69%)개소로 87.17%의 저수지가 축조된지 50년 이상 경과한 노후저수지이다.
저수지 수리구조물에 적용되는 홍수량은 1968년 ｢토지개량사업 설계기준(농림부)｣에서 100년 빈도 홍수량의 120% 또는 기왕최대강우량이 100년 빈도 확률강우량보다 클 때 기왕최대 강우량의 120%를 적용하도록 제시 하였으며, 1982년 ｢농지개량사업계획 설계기준(농수산부)｣에서는 200년 빈도 기왕최대 강우량 및 최대홍수량 중 큰 값을 적용하며 필댐의 경우 큰 값에 120%를 가산하여 적용하도록 개정되었고, 2003년 ｢재해대비 수리시설 설계기준(농림부)｣은 200년 빈도 기왕최대 강우량 및 최대홍수량 중 큰 값을 적용하며 필댐의 경우 큰 값에 120%를 가산하여 반영하되, 댐파괴시 인적, 물적 피해가 클 것으로 예상되는 경우 가능최대홍수량(PMF)을 설계홍수량으로 적용할 수 있도록 개정되어 현재까지 이용되고 있다.
최근 발생하고 있는 강력한 집중호우 및 변화된 설계기준에 소규모 저수지가 적절히 대응하기 위한 준비가 되어 있는 지 저수지의 홍수량 산정, 여유고검토, 둑마루 높이의 적정성을 평가하여 체계적인 유지관리 방안 마련의 기초자료를 수립하여 소규모 저수지의 수문학적 안정성 개선을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
2. 본 론
2.1 대상저수지 선정 및 연구방법
본 연구에서는 Baik et al.(2022)의 연구에서 제시한 저수지 붕괴 사례의 모든 저수지가 40년 이상 노후 저수지이며 집중호우로 의한 붕괴 및 파손의 결과를 보이고 있고, Lee(2013)가 제시한 내구연한 초과 및 안전관리 미흡 등을 대한 부분을 고려하여 건설된지 40년 이상, 저류용량 10만 톤 이하의 소규모 저수지 전체의 홍수량 변화를 알아보기에는 한계가 있어 충청북도를 표본지로 선정하였다. 표본지로 선택한 충청북도 또한 지역별로 강우편차가 있는 만큼 선정 저수지별 기상관측소의 자료가 중복되지 않도록 하여 보은군 보은읍 샛터저수지(보은관측소), 영동군 상촌면 소죽저수지(추풍령관측소), 제천시 백운면 느락골저수지(제천관측소), 충북 괴산군 고자배저수지(청주관측소)를 연구 대상 저수지로 선정하였다.
대한민국은 6월말~7월초는 장마기간으로 분류되고 태풍은 주로 6월~10월 사이에 발생하며, 특히 7월~10월초에 태풍에 의한 집중호우가 발생하고 있다. 또한 지형적인 특징과 강우전선상의 문제 등으로 특정 지역에만 국한되어 집중적으로 비가 내리는 국지성호우가 다수 발생하고 있어 본연구에서는 관측소에 따른 홍수량 변동에 대한 경향성을 분석하고자 기간을 20년 단위로 나누어 분석, 비교하였다.
연구 방법은 홍수량 산정에 필요한 확률강우량은 Yun et al.(2013)의 ｢설계홍수량 산정요령｣ 소개에서 제시하고 있는 시우량 자료를 수집하여(고정시간 강우량) 임의시간 강우량 자료로 변환하여 적용하였으며, 확률강우량 산정은 ｢확률강우량도 개선 및 보완연구(MLTM, 2011)｣에서 제시하고 있는 지점 빈도해석과 ｢홍수량 산정 표준지침(ME, 2019)｣에서 제시하고 있는 지역 빈도해석을 비교하여 대상 관측소의 자료만을 이용하여 확률수문량을 산정하는 지점 빈도해석이 적합하여 적용하였으며, 홍수량 산정에 대한 적용기준은 ｢홍수량 산정 표준지침(ME, 2019)｣에서 제시하고 있는 방법을 채택하여 분석하였다. 홍수추적은 계획홍수량 유입에 따른 최고홍수위와 최대방류량을 산정하여 수문학적 안전성을 판단하였으며, 한국농어촌공사에서 제공하고 있는 수리 ‧ 수문설계시스템 K-HAS(KRC Hydraulics & Hydrology Analysis System)로 분석하였다. 검토조건은 만수위에 도달하기 전까지는 여수로를 통한 방류가 이루어지지 않다가 만수위시 자연 월류되는 방식(Auto ROM)으로 홍수위 변화를 산정하여 홍수추적을 하였다. 초기수위는 만수위를 적용하였으며, 본 연구에서 사용한 내용적 자료는 제방높이와 만수위를 기초로 산출한 내용적 자료를 이용하였다. K-HAS는 한국농어촌공사에서 개발한 저수지 치수 관리 시스템(FCSR)과 농업소유역 홍수량 산정 시스템(RMS), 수리 시설물 모의 조작시스템(HOMWORS), 배수 개선 침수분석 시스템(GATE) 등 4가지 설계 분석 프로그램을 네트워크 모식도 기반으로 통합된 환경에서 분석할 수 있도록 재구축한 통합 분석시스템이다. 연구 방법은 Fig. 1의 순서와 방법으로 진행하였다.
대상 저수지의 제원 및 분포현황은 다음 Table 1, Fig. 2에 제시하였다.
Table 1.
Specifications of reservoirs to be studied
2.2 홍수량 변동
대상 저수지별 관측소의 기상관측 자료 제공기간의 차이가 있어 본 연구에서는 동일한 기간에 대한 자료를 통하여 관측소의 시간 경과에 따른 홍수량 변동 및 관측소별 지역적 경향성을 분석하여 비교하고자 1973~2023년까지 기상자료를 수집하여 임의 시간 최대 강우량을 사용하여 설계 빈도에 따른 지속시간별 확률강우량을 산정하였다. 임의시간 최대강우량을 기반으로 Case 1(1973~1992년), Case 2(1983~2002년), Case 3(1993~2012년), Case 4(2003~2023년)로 구분하여 4가지의 Case로 나누어 분석하였다.
농업생산기반시설로 분류되는 저수지에서 홍수량을 배제하는 수리구조물의 설계기준은 1982년 이후부터 200년 빈도로 상향 조정되었고, 필댐의 경우 안전을 고려하여 200년 빈도에 20%를 가산하여 반영하고 있어 200년 빈도 × 120%를 채택하여 설계홍수량을 분석하였으며 Table 2와 같은 결과를 확인하였다.
샛터저수지는 지속시간이 60~120분에서 가장 높게 산출되었으며 Case 1과 비교하여 Case 2는 첨두홍수량의 증가율이 -3.90%, Case 1과 비교하여 Case 3의 첨두홍수량 증가율은 4.33%, Case 1과 비교하여 Case 4는 첨두홍수량 증가율은 -30.09%로 분석되었다. 소죽저수지는 지속시간이 240~540분에서 가장 높게 산출되었으며 Case 1과 비교하여 Case 2는 첨두홍수량의 증가율이 18.87%, Case 1과 비교하여 Case 3의 첨두홍수량 증가율은 23.77%, Case 1과 비교하여 Case 4는 첨두홍수량 증가율은 5.66%로 분석되었다. 느락골저수지는 지속시간이 180~240분에서 가장 높게 산출되었으며 Case 1과 비교하여 Case 2는 첨두홍수량의 증가율이 1.79%, Case 1과 비교하여 Case 3의 첨두홍수량 증가율은 8.93%, Case 1과 비교하여 Case 4는 첨두홍수량 증가율은 15.18%로 분석되었다. 고자배저수지 지속시간이 60~240분에서 가장 높게 산출되었으며 Case 1과 비교하여 Case 2는 첨두홍수량의 증가율이 24.33%, Case 1과 비교하여 Case 3의 첨두홍수량 증가율은 40.82%, Case 1과 비교하여 Case 4는 첨두홍수량 증가율은 72.58%로 분석되었다.
Table 2.
Comparison of design flood rate by reservoir
2.3 저수지 홍수추적 및 댐마루 높이 검토
본 연구에서는 수리구조물의 설계홍수량으로 필댐의 경우, 200년 빈도의 홍수량에 20%를 가산한 값을 산정하여 저수지 추적에 의한 방류량으로 적용 ｢농업용 필댐 설계, KDS 67 10 20(MAFRA, 2017)｣ 설계기준에서 제시되고 있다. 홍수추적은 계획홍수량 유입에 따른 최고홍수위와 최대방류량을 산정하여 적용하였으며, 한국농어촌공사에서 제공하고 있는 수리 ‧ 수문설계시스템 K-HAS로 분석하였다. 대상 저수지는 전부 여수로를 통하여 자연월류 되고 있어 검토조건은 만수위에 도달하기 전까지는 여수로를 통한 방류가 이루어지지 않다가 만수위시 자연 월류되는 Auto ROM방식으로 홍수위 변화를 산정하여 홍수추적을 하였다. 초기수위는 만수위를 적용하였으며, 본 연구에서 적용한 내용적 자료는 댐마루고와 만수위를 기초로 산출한 내용적 자료를 이용하였다.
Tables 3, 4, 5, 6의 유입량 및 방류량에 따른 수위 상승 자료는 Case별로 그래프로 표시 하였으며, 댐마루고의 적정성을 확인하고자 필댐 설계기준에서 제시하고 있는 소규모 댐 높이 15 m 미만의 산정방법을 통하여 검토한결과대상 저수지 전체 Case에서 댐마루고가 부족한 것으로 검토되었다. 샛터저수지 Case 3(-0.50 m), 소죽저수지 Case 2(-1.06 m), 느락골저수지 Case 4(-0.53 m), 고자배저수지 Case 4(-0.92 m)의 댐마루 높이가 가장 많이 부족한 것으로 확인되었다.
Table 3.
Results of review on the flood control capacity and freeboard of Saetteo Reservoir
Table 4.
Results of review on the flood control capacity and freeboard of Sojuk Reservoir
Table 5.
Results of review on the flood control capacity and freeboard of Neurakgol Reservoir
Table 6.
Results of review on the flood control capacity and freeboard of Gojabae Reservoir
3. 결 론
소규모 저수지의 잠재적 위험을 평가할 수 있는 기준을 제시하고자 하였다. 수문학적 안정성을 평가하기 위한 항목 중 설계홍수량산정은 한국농어촌공사에서 제공하는 수리 ‧ 수문설계시스템 K-HAS를 사용하여 대상 저수지별 설계홍수량을 산정하였다.
대상 저수지는 충청북도 지역에 위치하고 있는 강우관측 자료가 중복되지 않는 4개의 저수지를 선정하였다. 대상 저수지로 선정된 샛터저수지(충북 보은군-보은관측소), 소죽저수지(충북 영동군-추풍령관측소), 느락골저수지(충북 제천시-제천관측소), 고자배저수지(충북 괴산군-청주관측소)는 지역 특성 및 해석기법 변경 등을 고려하여 설계홍수량 변화에 따른 저수지 둑마루의 적정성을 분석하였으며 연구과정을 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
본 연구의 결과 충청북도 중부 위치한 청주관측소의 고자배 저수지, 북부에 위치한 제천관측소 느락골저수지의 홍수량은 우상향을 보이며 증가하고 있으며, 충청북도 남부권에 해당하는 보은관측소 샛터저수지, 추풍령관측소 소죽저수지는 홍수량의 증감 변동을 나타내고 있으며 이는 1980년 7월 대한민국 중부지방에 발생한 집중호우로 인하여 나타난 결과로 예측되며, 지역적 특수성을 고려하여도 점차 전체적인 강우량이 증가하고 있다고 볼 수 있다.
또한 대상 저수지의 전체 Case에서 댐마루고가 부족한 것은 준공된지 40년 이상된 노후저수지가 강화된 설계기준에 따른 적정한 유지관리가 이루어지지 않고 있음을 예측할 수 있다. 지방자치단체에서 관리하고 있는 소규모저수지(5~30만 m3) 및 댐 및 대규모 저수지는 전문기관(한국농어촌공사, 수자원공사 등)을 통해 관리되고 있으며, 저수지 모두 주기적으로 진단 및 점검이 이루어지고 있다. 2020년 농림축산식품부에서는 제1차 농업용 저수지 관리계획을 발표하였으며, 대규모 저수지 중심을 유지관리에서 중 ‧ 소규모로 확대함을 명기하기하고 있으나. 지방자치단체에서 관리하는 13,637개의 소규모저수지는 예산 등의 사유로 적절한 개 ‧ 보수가 이루어지지 않고 있음을 연구 결과에서 확인하였다. 본 연구 결과를 기초하여 소규모저수지의 수문학적 안정성 향상을 위한 지장자치단체의 소규모 저수지 운영관리 방안을 수립이 필요하다.
