1. 서 론
2. 연구 유역
2.1 탐방로 현황 조사
2.2 침수피해 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 최근 들어 태풍 및 장마 뿐만 아니라, 게릴라성 집중호우가 빈번하게 발생하여, 수재해 관리의 어려움이 있다. 특히 게릴라성 집중호우로 인한 피해는 도심지 및 산간계곡에서 주로 발생하고 있으며, 대표적으로 2021년 6월의 광주광역시 풍영정천의 징검다리에서 발생한 초등학생 2명의 익수 사고가 발생하였다. 또한, 2011년 청주시 무심천에서 발생한 징검다리 사고, 1998년 지리산 일대에서 발생한 갑자기 불어난 계곡 급류로 103명이 사망한 사고는 게릴라성 집중호우로 인한 돌발홍수의 위험성을 보여주고 있다. 이러한 돌발홍수에 대비하기 위하여 산지 유역 돌발홍수 대응체계 조사분석 연구(National Institute for Disaster Prevention, 2009) 가 수행되었으며, 돌발홍수 예․경보 시스템 고도화를 위한 기획연구(National Disaster Management Research Institute, 2016)를 통하여 RADAR 및 AWS 강우 자료 빅데이터를 활용하여 신뢰할 수 있는 예․경보체계의 개선 방향을 제시하고 있다. 홍수대응 골든타임확보 연구단은 도심 저지대 및 친수공간의 침수, 돌발홍수, 하수도 및 도시하천의 범람 등 다양한 홍수에 대한 대응을 위하여 선진형 홍수예보시스템을 연구하고 있다. 이를 통하여 국지 및 행정단위 구역의 홍수정보 생산기술을 개발하고, 시공간적 홍수위험 평가를 통한 위치기반 홍수 위험정보 제공 플랫폼을 제공할 계획이다(Park et al., 2018).
최근 Kim et al.(2019)은 한강 유역의 산지 소하천 유역에 대하여 돌발홍수의 재현 기간을 산정 및 평가하였으며, 돌발홍수의 발생주기를 정량적으로 제시하였다. 또한, Yoon et al.(2020)은 X밴드 이중 편파 레이더를 활용하여 수도권 지역의 돌발홍수 감시를 위한 운영 기술 및 수문 적용성을 평가하였다. 레이더 산정결과는 강우량의 크기에 따라 변동성이 크고, 강우량이 큰 경우 과소 추정되는 경향이 있으나, 정확도 면에서 우수한 성능을 나타내고 있어 활용 가능성이 크다고 평가하였다. 그러나, 이러한 노력에도 불구하고 도심지 하천 및 산간계곡의 돌발홍수는 여전히 해결하기 어려운 문제이며, 위험의 사전 대비가 어려운 점이 있다. 특히, 국립공원과 같이 급경사지가 존재하는 산악지역의 호우 예보, 강우와 동시에 급격하게 불어나는 계곡수 문제, 하천구역 개선이 어려운 자연보전구역, 침수 위험지대에 있는 탐방로 등은 여전히 해결하기 어려운 문제로 남아 있다.
본 연구에서는 최근 5년(2016-2020)간 계룡산 국립공원에서 발생한 침수피해를 전수 조사하여, 국립공원의 주요 계곡 및 하천부에 대하여 WMS 강우 유출 모형을 적용하였다. 또한, 유출량 산정을 통하여 안전한 국립공원의 관리를 위한 기초 연구를 수행하였다.
2. 연구 유역
2.1 탐방로 현황 조사
우리나라의 국립공원 탐방로는 오랜 기간 산을 다니던 사람들이 다니던 길이 그대로 탐방로로 지정되어 관리되어 온 경우가 많다. 하천 계곡을 따라 형성된 탐방로, 계곡을 횡단하는 탐방로 등도 다수 있으며, 이러한 탐방로들은 홍수 시 침수되거나, 급류가 발생하는 위험지역으로 변하기도 한다. 이러한 국립공원 탐방로에 대한 안전성 문제는 현장 담당자들이 필요성을 꾸준히 제기하고 있다.
2.2 침수피해 현황
본 연구에서는 국립공원사무소 재난담당자 및 외부 전문가 등과 함께 최근 2016년부터 2020년까지 발생한 침수피해 재해사례를 조사하여 침수 흔적 조서를 Fig. 1과같이 작성하였다. 침수 흔적 조서는 재해(침수)사례를 재해 상황, 위치, 침수일시, 위치 좌표, 침수 원인, 침수 면적 및 복구 여부에 대하여 나타내고 있으며, 현장 위치도, 재해 당시의 현황 사진 및 현재의 현황 사진이 제시되어 있다. 이를 바탕으로 현장 재난담당자의 실무경험과 외부 전문가의 재해 원인분석을 담아, 종합적인 원인분석과 대책 마련의 기초자료를 구축하였다.
2.3 연구 유역 선정
계룡산 국립공원은 대전에서 서남쪽으로 25km 지점에 있는 동학사 지구와 공주에서 동남쪽으로 19.6 km 지점에 있는 갑사 지구로 구분된다. 동경 12.7°7′~12.7°19′, 북위 36°16′~36°28′에 있으며, 총 면적은 65.34 km2이다. 기온의 연교차는 -20°C~35°C로 연평균 11°C를 보이고 있다. 연중 주풍향은 서북풍이고, 여름에는 남동풍 또는 남서풍, 겨울에는 북풍, 봄에서 초여름까지는 북북서풍이 불고 있다. 강우량은 연중 6~9월에 90%가 집중되고, 12월이 가장 적게 나타난다. 연강우량은 1,280 mm이며 하루 동안 최대 강우량이 1974년에 229 mm로 관측되었다. 본 연구에서는 침수 흔적 조서를 바탕으로 침수피해가 발생한 탐방로 구간을 대상으로 지석골, 수통골, 동학사유역을 연구 평가대상으로 선정하였으며, 연구 유역 및 유역 특성 인자는 Fig. 2와 Table 1에 나타내었다.
Table 1.
Catchment characteristics in Geryongsan national park
3. 연구 방법
우리나라에서는 재난 및 안전관리 기본법, 자연재해대책법 등에서 지역별/목적별로 자연재해의 예방 및 저감을 위하여 재해에 대한 안전도에 대한 평가, 진단 등을 거쳐 종합계획을 수립하고 이를 주기적으로 관리하도록 하고 있다. 수해에 관련하여 홍수량 산정 표준지침(Ministry of Environment, 2019), 재해영향평가 등의 실무지침(행정안전부, 2020), 지역별 방재성능목표 설정운영 기준(행정안전부, 2017)등이 실무에서 적용되고 있다. 본 연구에는 실무에서 적용되고 지침 및 기준 등을 바탕으로 계룡산 국립공원 탐방로 인근 소하천의 유출량 산정을 다음과 같이 수행하였다.
3.1 수문자료 구축
본 연구에서는 강우유출모형을 적용하기 위하여 실측 강우사상을 수집하였으며, 이를 바탕으로 기왕최대 발생강우량, 재현 기간별 확률강우량, 기상변화를 고려한 발생 강우량에 대하여 수문자료 분석을 수행하였다.
확률빈도해석을 위한 강우관측소 선정은 계룡산 국립공원 인근에 위치한 강우관측소 중 30년 이상의 관측 기간을 가지고 있는 관측소의 결측 현황, 지리적인 위치, 산맥, 고도 등을 검토하여 아래의 Table 2와 같이 선정하였다.
Table 2.
Weather station in Gyeryongsan national park
| Catchments | Rainfall station | Location | Observation start date | Competent authority | ||
| Latitude | Longitude | |||||
| C1 | Jusukgol | Daejeon | 36.372 | 127.372 | 1969.01.01 |
Meteorological Administration |
| C2 | Sutongol | |||||
| C3 | Donghaksa | |||||
3.2 강우유출 모형
계룡산 국립공원 유역의 강우 유출 모형 구축은 강우 빈도해석 모형(RFAHD), 유역 유출 모형(WMS : Watershed Modeling System) Ver 11.0을 활용하였다. 모형의 구축 및 적용은 홍수량 산정 표준지침(Ministry of Environment, 2019)을 바탕으로 하였다.
WMS 모형은 강우-유출해석에 요구되는 수문 모델링을 위한 포괄적인 그래픽 사용자 환경(GUI : Graphic User Interface)을 제공해주는 프로그램이며 특히 지형정보시스템(GIS)에 구축되어 있는 유역의 지형자료를 수문해석에 최대한 활용할 수 있도록 GIS와 수문 모델링이 연계된 대표적인 프로그램이다.
유역에서 발생한 강우를 유출량을 산정하기 위하여, GIS기반의 WMS모형에 탑재되어 있는 HEC-HMS를 활용하였다. 또한, 유역의 특성인자를 추출하기 위하여 계룡산 국립공원의 1:1000 축척의 수치지형도, 정밀토양도, 토지이용 현황도를 활용하였다. Fig. 3은 계룡산 국립공원의 DEM 자료와 정밀토양도 및 토지이용현황도를 나타내고 있다. 강우 유출모형의 검정(Calibration)과 검증(Validation)은 모형의 신뢰도를 확보하기 위한 필수 과정이며, 유역 내 하천의 실측 홍수 사상으로 검정 및 검증을 수행한다. 그러나 국립공원은 산지하천 유역으로 대부분 미계측 유역으로 분류되어 유량 관측 자료가 미비하여, 해당 하천의 과거 홍수 흔적수위를 바탕으로 모형의 검증을 수행하였다.
4. 유출량 산정 결과
본 연구에서는 최근 5년(2016-2020)간 계룡산국립공원에서 발생한 침수피해를 전수 조사하여, 국립공원의 주요 계곡 및 하천을 대상으로 강우 유출 모형을 활용한 유출량 산정을 수행하였다. 계룡산국립공원 유역의 지속시간별 기왕 최대 발생강우량과 지자체 방재성능목표강우량을 비교 분석한 결과, 지자체 방재성능목표 강우량은 최근의 강우 특성을 반영하여 산정된 50년 빈도의 확률 강우량과 비슷한 결과를 나타내고 있는 것을 확인하였다. 지속시간별 기왕 최대 발생 강우량을 바탕으로 재현빈도를 도출한 결과와 방재성능목표는 아래의 Table 3과 같다.
Table 3.
Design rainfall in Gyeryongsan national park
연구에서 활용한 빈도별 홍수량 산정방법은 가장 보편적으로 사용되고 있는 Clark 단위도법을 사용하였으며, 지석골(C1), 수통골(C2), 동학사(C3)유역에 대한 홍수량 산정결과는 Table 4와 같다.
Table 4.
Design discharge in Gyeryongsan national park
확률 강우량을 바탕으로 한 홍수량 산정 결과, 재현 기간 50~300년의 홍수량은 지속골 유역에서 15.7~20.8 m3/sec, 수통골 유역 88.2~116.7 m3/sec, 동학사 유역 53.2~72.8 m3/sec로 계산되었으며, 이는 기왕 최대 강우량을 바탕으로 50년빈도에 해당하는 홍수량인 것을 확인하였다.
5. 결 론
본 연구에서는 최근 5년(2016-2020)간 계룡산국립공원에서 발생한 침수피해를 전수 조사하여, 국립공원의 주요 계곡 및 하천에 대하여 WMS 강우 유출 모형을 활용한 유출량 산정을 통해 안전한 국립공원의 관리를 위한 기초 연구를 수행하였다. 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.
① 본 연구에서는 WMS 강우 유출 모형을 적용하기 위하여 실측 강우 사상을 수집하였으며, 이를 바탕으로 기왕 최대 발생강우량, 재현 기간별 확률 강우량, 기상변화를 고려한 강우량에 대하여 수문 자료 분석을 수행하였다.
② 계룡산국립공원 유역의 지속시간별 기왕 최대 발생강우량과 지자체 방재성능목표강우량을 비교 분석 결과 지자체 방재성능목표 강우량은 최근의 강우 특성을 반영하여 산정된 50년 빈도의 확률 강우량과 비슷한 결과를 나타내고 있는 것을 확인하였다.
③ 침수피해가 발생한 3개 유역의 유출량을 산정하기 위하여, WMS 모형에 확률 강우량을 적용하였으며, 해당 하천의 과거 홍수 흔적 수위를 바탕으로 모형의 검증을 수행한 결과 모형의 적합성을 확인하였다.
본 연구의 결과를 바탕으로 향후 수행될 연구 내용은 다음과 같다. 연구 유역을 확대하고, 하천 단면자료를 확보하여 침수심을 산정 후, 과거 흔적 자료와 비교 분석을 통하여 미계측 산지 유역의 유출량 산정의 정확도를 높이고자 한다. 또한, 본 연구 결과를 통하여 국립공원 내 탐방로에 대한 위험성을 정량적으로 제시하였으며, 이를 바탕으로 향후 국립공원의 안전한 관리 방향을 제시하고자 한다.
