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 이상기후의 영향으로 인하여 장마, 태풍 및 국지성 집중호우의 발생빈도가 급증하고 있어, 안전한 유역관리의 어려움을 겪고 있다. 특히 국지성 집중호우로 인한 피해는 도심지 및 산간계곡 등 다양한 위치에서 발생하고 있으며, 피해 규모도 증가하고 있다. 2022년에 발생한 제11호 태풍 힌남노의 영향으로 경상북도 포항시와 경주시 및 제주특별자치도 등에 심각한 피해가 발생하였으며, 2021년 6월 광주 지역에 발생한 국지성 집중호우로 인하여 풍영정천 하천유량이 급증하였으며, 징검다리에서 초등학생 2명의 익수 사고가 발생하였다. 1998년에는 지리산 일대에서 발생한 국지성 집중호우로 인하여 계곡 유량이 급격하게 증가하여 103명이 사망하는 하고가 발생하여, 국지성 집중호우 및 돌발홍수에 대한 위험성을 보여주고 있다. 이러한 국지성 집중호우에 대비하기 위하여 산지 유역 돌발홍수 대응체계 조사분석 연구(National Institute for Disaster Prevention, 2009) 및 돌발홍수 예․경보 시스템 고도화를 위한 기획연구(National Disaster Management Research Institute, 2016)가 진행되고 있으며, 이를 바탕으로 AWS 강우 자료 및 RADAR 관측 자료를 활용하여 신뢰할 수 있는 홍수 예․경보 체계의 개선 방향을 제시하였다.
Kim et al.(2019)은 돌발홍수의 발생주기를 정량적으로 제시하기 위하여 한강의 산지 소하천 유역에 대하여 국지성 집중호우로 인한 돌발홍수의 재현 기간을 분석 및 평가하였다. Yoon et al.(2020)은 국지성 집중호우로 발생할 수 있는 돌발홍수의 대응을 위하여 X밴드를 이용한 이중편파 레이더를 활용하여 수도권 지역을 대상으로 운영 기술 적용성 평가를 수행하였다. 레이더를 활용한 강우량 도출 결과는 강우강도가 큰 경우 실제 관측자료보다 작게 도출되는 경향이 있는 것을 확인하였으나, 정밀도 높은 우수한 결과를 도출하여 실무에 적용가능한 것으로 평가하였다. 많은 연구자들의 노력에도 불구하고 소규모 하천 및 산지 유역의 하천의 국지적 우에 따른 수재해는 해결하기 어려운 문제로 남아있으며, 선제적 대응 또한 필요한 실정이다.
본 연구에서는 2016년부터 2020년 기간 동안 지리산 국립공원에서 발생한 침수피해를 조사하였으며, 이를 바탕으로 주요 산지 하천을 대상으로 강우-유출 모형을 적용하여 안전한 국립공원 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 지리산 국립공원 사무소 재난 관련 담당자 및 외부 전문가로 구성하여 2016년부터 2020년 까지 지리산에서 발생한 홍수 피해에 대한 과거 자료를 조사하여 침수 흔적 조서를 Fig. 1과 같이 작성하였다. 침수 흔적 조서는 홍수로 인한 재해 발생 정보를 바탕으로 홍수 피해 시 상황, 침수일시, 위치, 침수 원인 및 범위 등에 대한 정보를 포함하고 있으며, 홍수 피해 발생시 현장 사진이 포함되어 있다. 과거 홍수 피해 자료를 바탕으로 재난담당자의 경험 및 외부 전문가의 재해 원인분석을 포함하여, 홍수피해에 대한 종합적인 원인분석과 선제적 대응에 대한 기초자료를 구축하였다.
2.3 연구 유역 선정
지리산 국립공원은 경남의 하동, 함양, 산청, 전남의 구례, 전북의 남원 등 3개 도, 5개 시군에 걸쳐 483.022 km2의 가장 넓은 면적을 지닌 산악형 국립공원이다. 본 연구에서는 침수 흔적 조서를 바탕으로 홍수 피해 위험성이 있는 유평유역을 연구유역으로 선정하였다. 유평 유역은 유역면적 28.69 km2이고, 연평균 기온은 14°C로 기온의 연교차는 –13.3~37.3°C이며, 연평균 강우량은 1,409 mm이며 하루 동안 최대 강우량이 2014년 8월에 483 mm로 관측되었다. 유평 유역에 대한 유역 특성인자는 Fig. 2와 Table 1에 나타내었다.
3. 연구 방법
국내에서는 자연재해대책법, 재난 및 안전과리 기본법 등에서 자연재해의 예방 및 저감 방안으로 재해에 대한 안전성 평가 및 진단 등을 통하여 종합적인 계획을 수립하고 있으며, 기간을 지정하여 관리하도록 되어 있다.
또한, 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 산정표준지침(Ministry of Enviroment, 2019), 재해영향평가 실무지침(Ministry of the Interior and Safety, 2020), 지역별 방재성능목표 설정운영 기준(Ministry of the Interior and Safety, 2017)등을 활용 및 적용하였다.
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 지리산 국립공원 인근에 위치한 강우관측소 중 20년 이상의 관측 기간을 가지고 있는 관측소의 결측 현황, 지리적인 위치, 산맥, 고도 등을 검토하여 아래의 Table 2와 같이 선정하였다.
Table 2.
Weather station in jirisan
| Catchments | Rainfall Station | Location | Observation start date | Cmpetent authority | |
| Latitude | Longitude | ||||
| Yu-pyeong |
Jirisan (872) | 127.75642 | 35.31924 | 2002-12-16 |
Meteorological Administration |
3.2 강우유출 모형
지리산 국립공원 유역의 강우 유출 모형 구축을 위하여 강우 빈도해석은 RFAHD 모형을 활용하였으며, 강우-유출모형은 WMS(Watershed Modeling System)를 활용하였다. 또한, 강우-모형의 구축 및 적용은 홍수량 산정 표준지침(Ministry of Enviroment, 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(Chang et al., 2021).
지리산 유평 유역의 유출량을 산정하기 위하여, WMS모형에 내장되어 있는 HEC-HMS를 활용하였으며, 유역 특성인자를 추출하기 위하여 지리산 국립공원의 1:1000 축척의 정밀토양도, 수치지형도 및 토지이용 현황도를 활용하였다. Fig. 3은 지리산 국립공원의 유역도와 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 본 연구에서는 소규모 산지 유역의 유출량 정확도 확보를 위한 기초 연구로 수행하였다.
4. 유출량 산정 결과
본 연구에서는 최근 5년(2016-2020)간 유평 유역에서 발생한 침수피해를 조사하여, 국립공원의 하천 및 계곡을 대상으로 강우-유출 모형을 활용한 유출량을 산정하였다. 유평 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 u-pyeong catchment
연구에서 활용한 빈도별 홍수량 산정방법은 가장 보편적으로 사용되고 있는 Clark 단위도법을 사용하였으며, 유평 유역에 대한 윺출량 산정결과는 Table 4와 같다.
Table 4.
Design discharge in u-pyeong catchment
| Catchment | Frequency (yr) |
The maximum flow in the past () (Date) | |||||
| 50 | 80 | 100 | 200 | 300 | |||
| Yu-pyeong | Flow () | 776.5 | 845.7 | 878.2 | 979.3 | 1038.6 |
533.4 (2011.08.07.) |
| Critical duration (min) | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | ||
확률 강우량을 바탕으로 한 홍수량 산정 결과, 재현 기간 50~300년의 홍수량은 유평 유역에서 776.5~1038.6 , 로 계산되었으며, 이는 기왕 최대 강우량을 바탕으로 50년빈도에 해당하는 홍수량인 것을 확인하였다.
5. 결 론
본 연구에서는 최근 5년(2016-2020)간 지리산국립공원 내 유평유역에서 발생한 침수피해를 조사하여, 유평유역에 대하여 강우-유출 모형을 활용한 유출량 산정을 통해 안전한 국립공원의 관리를 위한 기초 연구를 수행하였다. 본 연구 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)지리산국립공원 유평 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)유평 유역의 유출량을 산정하기 위하여, WMS 모형에 확률 강우량을 적용하였으며, 해당 유역의 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.
