1. 서 론
2. 연구 유역
2.1 탐방로 현황 조사
2.2 탐방로 피해 현황
2.3 연구 유역 선정
3. 연구 방법
3.1 수문자료 구축
3.2 강우유출 모형
4. 유출량 산정 결과
5. 결 론
1. 서 론
우리나라는 이상기후의 영향으로 과거에 비해 집중호우의 발생빈도 및 규모가 증가하고 있어, 수자원관리에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 특히 국지성 집중호우로 인한 피해의 경우 도심지 ‧ 산지 등 여러 위치에서 발생하며, 과거에 비해 피해 규모는 증가하는 실정이다.
2022년 제11호 태풍 힌남노로 인해 경북 포항시 ‧ 경주시 그리고 제주특별자치도에 막대한 피해가 발생하였고, 2021년 6월 발생한 광주 지역의 국지성 집중호우로 풍영정천 하천유량이 급증하였고, 이로 인해 하천 내 징검다리에서 익사 사고가 발생하여 초등학생 2명이 목숨을 잃었다. 또한 과거 1998년 소백산 일대에서 발생된 국지성 집중호우로 그 지역 계곡 유량의 급격한 증가로 103명이 사망하는 대규모 인명피해가 발생하였다. 이런 대규모 인적 ‧ 물적 사고들을 통해 국지성 집중호우 및 돌발홍수의 위험성이 더욱 부각되고 있다.
이런 자연재해로 인한 피해 증대로 국민의 안전도를 높이기 위해서 국지성 집중호우 대비를 위한 산지 유역 돌발홍수 대응체계 조사분석 연구(NIDP, 2009) 및 돌발홍수 예 ‧ 경보 시스템 고도화를 위한 기획연구(NDMI, 2016)가 진행되었으며, 이 같은 연구를 통해 AWS 강우 자료 및 RADAR 관측 자료를 활용하여 홍수 예 ‧ 경보 체계의 신뢰도 있는 개선방향을 제시하였다.
Kim et al.(2019)은 한강의 산지 소하천 유역을 대상으로 국지성 집중호우로 인한 돌발홍수의 재현 기간을 분석 ‧ 평가하여 정량적인 돌발홍수의 발생주기를 제시하였다.
Yoon et al.(2020)은 수도권 지역 대상으로 국지성 집중호우로 인한 돌발홍수 대응을 위해 X밴드를 이용한 이중편파 레이더 운영 기술 적용성 평가를 수행하였다. 레이더를 통한 강우량 도출 결과는 강우강도가 강할 경우 실측자료보다 감소되어 도출되는 경향을 확인하였으나, 비교적 정밀도 높은 결과가 도출되기에 실무 적용이 가능한 것으로 평가하였다.
국지적 집중호우로 인한 소규모 하천 및 산지 유역의 수재해는 연구자 및 실무자들의 노력에도 쉽게 해결하기 어려우며, 또한 이러한 피해를 대비하기 위하여 선제적 대응책 마련을 위한 연구도 필요한 실정이다.
본 연구는 소백산 국립공원에서 발생한 침수피해(대상기간 2016~2020년)를 조사했으며, 이를 통한 대상지 내 산지 하천을 특정하여 강우-유출 모형을 활용한 유출량 산정으로 국립공원의 안정성 높은 관리를 위한 기초 연구 수행을 실시하였다.
2. 연구 유역
2.1 탐방로 현황 조사
국내 국립공원 탐방로는 보통 기존 등산객들이 다니던 길이 위치변화 없이 그대로 탐방로 지정이 확정된 경우가 많다. 계곡을 따라서 위치한 탐방로와 계곡 횡단 탐방로 등 다수이며, 이러한 탐방로들은 국지성 집중호우 시 계곡에 홍수가 발생하여 침수되거나, 급류 발생으로 위험한 지역으로 변하기도 한다. 국립공원 내 탐방로에 대한 안전성 문제는 현장 실무자들이 꾸준히 제기하는 실정이다.
2.2 탐방로 피해 현황
본 연구는 소백산 국립공원 사무소의 재난 관련 담당자와 외부 전문가가 2016년부터 2020년 까지 소백산에서 과거 발생한 홍수 피해에 대한 자료조사하로 침수 흔적 조서를 Fig. 1과 같이 작성하였다. 침수 흔적 조서는 홍수로 인하여 발생된 재해정보를 바탕으로 홍수 피해 시 상황, 침수위치, 침수일시, 침수범위 및 위치 등에 대한 정보를 내포하고 있으며, 홍수 피해 발생 현장 사진 등으로 구성되어 있다. 과거 발생한 탐방로 침수 피해 자료를 통하여 재해 원인분석을 수행하였으며, 홍수 시 피해에 대한 전반적인 원인을 분석하고 홍수피해 예방에 대한 기초자료를 구축하였다.
2.3 연구 유역 선정
소백산 국립공원은 경상북도 영주, 봉화, 충청북도 단양의 2개 도, 3개 시군에 걸쳐 322.383 km2의 산악형 국립공원으로 넓은 면적을 지니고 있다. 본 연구에서는 침수 흔적 조서를 통해 홍수피해 위험성이 있는 연화동 유역을 연구유역으로 선정하였다. 연화동 유역의 유역면적은 2.36 km2, 연평균 기온은 10.9°C, 기온의 연교차는 -16.9~34.1°C, 연평균 강수량63.2 mm, 하루 최대 강우량은 1994년 6월에 284 mm로 관측되었다. 대상유역인 연화동 유역의 위치도는 Fig. 2에 나타내었으며, 연화동 유역의 유역 특성인자는 Table 1에 작성하였다.
3. 연구 방법
3.1 수문자료 구축
본 연구에서는 실측 강우사상을 수집하여 강우-유출모형에 적용하였고 기왕 최대 발생강우량, 재현기간 별 확률강우량, 기상변화를 고려한 발생 강우량에 대해 수문자료를 분석하였다.
확률빈도해석을 위한 강우관측소는 소백산 국립공원과 인접한 강우관측소 중 관측 기간이 20년 이상이며, 관측소의 지리적 위치, 결측 현황, 고도 등에 대한 검토 후, Table 2와 같이 ‘부석’ 강우관측소를 선정하였다.
Table 2.
Weather station in Mt. Sobeak
| Catchments | Rainfall station | Location | Observation start date | Competent authority | |
| Latitude | Longitude | ||||
| Yeon Hwa-dong |
Buseok (814) | 128.661 | 36.979 | 1991-11-20 | Meteorological administration |
3.2 강우유출 모형
소백산 국립공원 유역을 대상으로 RFAHD 모형으로 강우빈도 해석을 수행하였으며, 강우-유출 모형은 HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System)를 활용해 해석하였다. 또한, 강우-유출모형 구축과 적용은 홍수량 산정 표준지침(ME, 2019)을 바탕으로 하였다.
HEC-HMS 모형은 국내에서 사용되고 있는 강우-유출모형으로 강수 손실량 분석, 기저유량 분리, 변화, 추적, 강우모형 등으로 구성되어 있다(Chang et al., 2021).
소백산 연화동 유역의 유출량 산정을 위하여 HEC-HMS를 활용하였으며, 유역 특성인자를 추출은 소백산 국립공원의 1:1,000 축척의 정밀토양도, 수치지형도, 토지이용 현황도를 활용하였다. Fig. 3은 소백산 국립공원의 유역도, 정밀토양도, 토지이용현황도를 나타낸다. 강우-유출모형의 검정(Calibration)과 검증(Validation)은 신뢰도 있는 모형확보를 위한 필수 과정이며, 유역 내 하천의 실제 관측한 홍수 사상을 통해 검정과 검증을 수행한다. 그러나 국립공원 산지하천 유역은 대부분 미계측 유역으로 분류되며, 본 연구는 소규모 산지 유역의 유출량 정확도를 확보하기 위한 기초 연구로 수행하였다.
4. 유출량 산정 결과
본 연구에서는 2016년부터 2020년 기간동안 연화동 유역에서 발생한 침수피해를 조사하였으며, 국립공원 하천 및 계곡을 대상으로 강우-유출 모형을 통한 유출량 산정을 수행하였다.
연화동 유역의 지속시간별 과거 최대 발생강우량과 지자체 방재성능 목표강우량을 비교 분석했을때, 지자체 방재성능 목표강우량이 최근의 강우 특성을 반영해 산정된 확률 강우량(50년 빈도)과 비슷한 결과를 보여주었다. Table 3은 지속시간별 기왕 최대 발생강우량과 이를 바탕으로 재현빈도를 도출한 결과 및 방재성능목표 강우량을 나타내고 있다.
Table 3.
Design rainfall in Yeon Hwa-dong catchment
본 연구에서 활용한 빈도별 홍수량 산정방법은 보편적으로 가장 많이 사용되고 있는 Clark 단위도법을 사용하였다. 연화동 유역에 대한 유출량 산정결과는 Table 4와 같다.
Table 4.
Design discharge in Yeon Hwa-dong catchment
| Catchment | Frequency (yr) | |||||
| 50 | 80 | 100 | 200 | 300 | ||
| Yeon Hwa-dong | Flow (m3/sec) | 28.4 | 31.6 | 33.1 | 37.8 | 40.7 |
| Critical duration (min) | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | |
확률 강우량을 바탕으로 홍수량 산정 결과, 재현 기간 50~300년의 홍수량은 연화동 유역에서 28.4~40.7 m3/sec로 산정되었으며, 이 결과는 기왕 최대 강우량을 바탕으로 50년 빈도에 해당되는 홍수량으로 확인하였다.
5. 결 론
본 연구에서는 최근 5년(2016~2020년)간 소백산국립공원 내 연화동 유역에서 발생한 침수피해를 조사하여, 연화동 유역에 대하여 강우-유출 모형을 활용한 유출량 산정으로 국립공원의 안정성 높은 관리를 위한 기초 연구 수행을 실시하였다.
본 연구 주요 결론은 다음과 같다.
(1) HEC-HMS 강우-유출 모형의 적용을 위해 실측 강우 사상을 수집하였고, 이를 토대로 기왕 최대 발생강우량, 재현 기간별 확률 강우량, 기상변화를 고려한 강우량에 대한 수문 자료 분석을 수행하였다.
(2) 소백산 국립공원 내 연화동 유역의 지속시간별 과거 최대 발생강우량과 지자체 방재성능 목표강우량을 비교 분석했을때, 지자체 방재성능 목표강우량이 최근의 강우 특성을 반영해 산정된 확률 강우량(50년 빈도)과 비슷한 결과를 확인하였다.
(3) 연화동 유역의 유출량 산정을 위하여 HEC-HMS 강우-유출 모형에 확률 강우량을 적용하였으며, 대상 유역의 과거 홍수 흔적 수위를 바탕으로 모형의 검증을 수행하였고, 그 결과 모형의 적합성을 확인하였다.
본 기초 연구의 결과를 바탕으로 향후 수행될 연구는 먼저 대상 연구 유역 확대, 하천 단면자료 확보 후 침수심을 산정, 과거 흔적 자료와 비교 분석으로 미계측 산지유역의 유출량 산정시 정확도 상승을 목표로 하고 있다. 또한 수행된 연구 결과를 바탕으로 국립공원 내 탐방로의 정량적 홍수 위험성 및 국립공원의 안전한 관리 방향을 제시하고자 한다.
