설계홍수량 산정방법 개선에 관한 연구

Abstract

최근 이상기후로 인하여 강우패턴이 불규칙해지고 집중호우가 빈발하고 있으며, 이로 인한 피해가 증가하고 있다. 특히 우리나라의 경우 여름철 강우량의 증가 및 강우강도의 집중으로 인해 매년 홍수로 인한 막대한 피해를 입고 있으며, 이에 대한 효율적인 대책 수립을 위해 기존의 설계홍수량 산정 방법의 제고 및 합리적인 수문해석의 필요성이 증대되고 있다. 또한, 설계홍수량 산정은 치수구조물의 규모를 결정하는 가장 기초가 되는 분석과정이지만 우리나라의 경우 아직까지 기준상의 미흡한 부분이 많이 있어서 설계홍수량 산정결과의 신뢰도가 낮고 기존 고시된 설계홍수량에 맞추는 방식을 적용하고 있으므로 이를 개선할 수 있는 방안의 제시가 시급한 실정이다. 확률홍수량으로부터 설계 재현기간에 대한 홍수량을 최적치 개념의 설계홍수량으로 결정하는 방법은 홍수량 빈도해석 방법과 설계강우-설계홍수 관계분석 방법으로 대별된다. 홍수량 자료 빈도해석 방법은 홍수량자료 연최대치 계열을 직접 빈도해석하여 확률홍수량 및 설계홍수량을 산정하는 방법으로 이론적으로 가장 직접적이고 최상의 방법이라 할 수 있다. 하지만 근본적으로 실측자료가 부족하고 댐 건설 이전에 대한 홍수량 자료를 댐 건설 이후로 환산하는 것이 곤란한 문제 등을 가지고 있다. 설계강우-설계홍수 관계분석 방법은 확률강우량을 산정한 후 유출 모형을 모의함으로써 확률홍수량 및 설계홍수량을 산정하는 방법으로 상대적으로 풍부한 강우자료를 활용할 수 있는 장점을 지닌 반면 설계강우-설계홍수 관계가 선형성을 가진다는 가정을 전제로 하는 방법이다(국토해양부, 2012). 실제로 설계강우-설계홍수 관계는 선형이 아니므로 설계강우를 직접 유출모형에 모의하는 것은 타당하지 못하다. 이처럼 문제점이 심각하게 대두됨에 따라 여러 차례 개선을 위한 연구를 실시하였지만 실무적으로 적용이 가능한 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 본 연구는 치수구조물의 규모를 결정하는 가장 기초가 되는 분석과정인 설계홍수량 산정 방법을 실무적으로 적용이 가능한 방법으로 개선하는데 목적이 있다. 이에 이론적으로 가장 직접적이고 최상의 방법인 홍수량 빈도해석 방법을 참값으로 하여 기존의 설계홍수량 산정방법인 설계강우-설계홍수 관계분석 방법과 실측 강우량을 활용하여 유출 모형을 모의하고 최대유출량 자료를 직접 빈도해석하는 방법을 비교·분석하였다. 설계홍수량의 비교·분석을 위해 7개의 유역(남강댐유역, 소양강댐유역, 안동댐유역, 임하댐유역, 섬진강댐유역, 충주댐유역, 합천댐유역)을 선정하였다. 기존의 설계강우-설계홍수 관계분석 방법은 Gumbel 분포만을 사용하여 설계홍수량을 산정하므로 홍수량 빈도해석 방법, 강우-유출 빈도해석 방법에서 LP3 분포, GEV 분포를 사용하여 산정한 설계홍수량과 비교하는 것은 타당하지 못하다. 이에 Gumbel 분포를 기준으로 결과를 분석하였으며, 섬진강댐 유역, 합천댐 유역, 임하댐 유역, 안동댐 유역에서는 본 연구에서 제시한 방법이 좋은 결과를 나타냈고, 반대로 남강댐 유역, 소양강댐 유역, 충주댐 유역에서는 기존의 방법이 더 좋은 결과를 나타냈다. 이는 유역면적의 크기에 따라 달라지는 결과로 판단된다. 섬진강댐 유역의 면적은 763.47 이고 합천댐 유역은 928.94 , 임하댐 유역은 1,363.5 , 안동댐 유역은 1,628.68 , 남강댐 유역은 2,293.42 , 소양강댐 유역은 2,783.32 , 충주댐 유역은 6,705.06 이다. 따라서 유역면적이 2,000 이하일 경우는 본 연구에서 제시한 방법을 사용하는 것이 적절하고, 유역면적이 2,000 이상일 경우는 기존의 설계강우-설계홍수 관계분석 방법을 사용하는 것이 적절하다고 판단된다. 본 연구는 7개의 유역을 대상으로 적용되었으며 일반적인 연구결과를 도출하기 위해서는 좀 더 다양한 유역에 대한 분석이 필요하며, 매개변수 산정 기준 및 소유역 분할 기준 등의 정립이 필요하다. 추후 일관성있는 설계홍수량 산정을 위해 좀 더 다양한 유역에 대한 분석과 주관적인 기준의 정립 등의 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.