Special Issue
2017년 7월 집중호우에 의한 충청지역 03
홍수피해 원인 및 대책 검토
1. 서론
2017년 7월 14~16일 집중호우에 의해 발생된 충 청지역의 홍수피해 원인을 분석하기 위하여 피해발 생 지역중 하천피해가 발생한 주요 지점에 대해 현 장조사를 실시하였다. 조사 대상 지점은 충남 및 충 북 홍수피해 지역 중 하천 피해가 발생한 지역이며, 피해 원인을 분류하여 원인별로 조사 지점을 선정하 여 분석에 필요한 기본적인 사항을 현장에서 조사하 였다. 그림 1은 금회 조사를 실시한 조사지점을 나 타낸 것이다.
본 고에서는 지점별 홍수피해 원인을 검토하고, 제방의 손상원인(침식, 월류 등)을 포함한 하천시설 의 피해원인과 침수원인 등을 파악하였다. 이러한 조사를 통한 원인분석의 결과는 홍수피해 저감을 위 한 방안 등을 제시하는데 기초 자료로 사용된다. 표 1은 홍수피해 현장 조사 지점별 주요 피해내용을 정 리한 것이다.
2. 홍수피해 원인 조사
홍수피해원인을 분류하기 위하여 주요 피해내용 의 유형을 검토하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 주 요 피해내용은 1) 제방월류에 의한 제내지 범람, 2) 제방 비탈면 침식 및 호안 유실, 3) 교량월류 및 손 김 수 영
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 신진연구원
김 지 성
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 수석연구원
김 형 준
한국건설기술연구원 복합재난대응연구단 전임연구원
[email protected] 이 찬 주
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 수석연구원
윤 광 석
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 연구위원
상, 4) 하천횡단구조물 접속부 제방 및 하상 침식 등 으로 크게 분류될 수 있다.
제방월류의 원인은 계획빈도를 초과하는 홍수량
확보하지 못한 경우를 원인으로 들 수 있다. 최근 기 후변화에 따른 초과홍수의 발생빈도가 증가하는 추 세와 이번 충청 지역 강우발생빈도를 감안한다면 초 그림 1. 원인분석을 위한 현장조사 지점
표 1. 홍수피해 현장조사 지점 및 주요 피해내용
수계 하천명 주요 피해내용
한강
문방천 제방침식 및 호안 유실, 교량월류 및 손상, 보접속부 제방
달천 제방월류에 의한 제내지 범람, 제방침식 및 호안 유실, 교량월류 및 손상, 교각세굴 압항천 제방 유실, 보 접속부 침식
금강
승천천 제방월류에 의한 제내지 범람, 제방 침식, 보 하류 바닥보호공 및 연결호안 유실, 교량 상하류 호안 유실 및 저수하안 침식
등동천 제방침식, 교량 접속부 제방침식
한계천 제방붕괴, 제방 침식 및 호안 유실, 하천횡단구조물 및 교량 연결부 제방 손상 월운천 제방월류에 의한 제내지 범람, 제방 침식 및 호안 유실
영운천 제방월류에 의한 제내지 범람, 제방 침식 및 호안 유실, 구조물 연결부 제방 침식 무심천 홍수터 침식 및 제내지 침수
율량천 연결부 호안 및 만곡부 밑다짐공 파괴, 교량 하류 연결부 호안 파괴 및 제방 침식, 교량 및 배수통부 연결부 제방 침식
석남천 제방월류에 의한 제내지 범람 삽교천 탄방천 제방 유실, 제방 침식 및 호안 유실
2017년 7월 집중호우에 의한 충청지역 홍수피해 원인 및 대책 검토 Special Issue
추정되나, 일부 하천에서는 당초 계획홍수량을 유 하시킬 수 있는 통수단면적을 확보하지 못한 경우도 있을 수 있으므로 이에 대한 추가적인 검토가 필요 할 것으로 판단된다.
이번 충청지역 홍수에서 많은 피해가 발생한 제 방 비탈면 침식 및 호안 유실의 경우 제방이 월류되 지 않은 상태에서의 피해이며, 이 경우 제방 비탈면 의 내침식력보다 흐름의 강도가 더 큰 경우에 발생 을 한다. 제방 비탈면을 침식시키거나 호안을 이탈 시키는 흐름의 요소는 강한 소류력이나 와류 발생 에 의한 것으로 알려져 있으며, 강한 소류력은 유속 의 증가가 원인이 되며, 강한 와류는 하천의 형상이 나 하천내 구조물의 간섭에 의해서 발생할 수 있다.
월류는 되지 않았더라도 초과홍수량이 발생하여 당 초 설계유속보다 큰 유속이 발생했다면 비탈면 침식 이나 호안이 유실될 수 있고, 하천의 만곡이나 급축 소부와 같은 수충부에서도 발생할 수 있다. 또한, 유 속의 증가로 인해 하상저하가 발생하는 경우 호안의
기초나 밑다짐이 손실되어 호안이 붕괴되는 경우도 관찰되고 있으므로 홍수시 하상변동의 경향에 대한 검토가 필요하다. 하상변동은 침식과 퇴적 등의 유 형으로 나타나며 침식의 경우 호안의 기초가 노출되 어 유실될 가능성이 큰 것으로 알려져 있다.
이번 홍수피해에서 많이 관찰된 피해 유형중의 하 나가 교량 월류이다. 일반적으로 제방월류가 발생하 지 않은 구간에서 교량 월류가 발생하는 이유는 교 량 단면의 통수능 부족이 원인이 될 수 있다. 교량단 면의 통수능이 부족한 경우 교량 상류에서 국부적으 로 수위가 증가할 수 있고 이에 따라 교량을 월류하 는 흐름이 발생할 수 있다. 교량 상류에서 국부적으 로 홍수위가 증가하더라도 제방의 여유고 기준을 만 족하는 형하고를 확보하고 있는 경우 월류 가능성이 낮아질 수 있으나 하천설계기준에서 정하고 있는 교 량에서의 여유고 기준을 적용하기 전에 건설된 교량 은 충분한 형하고를 확보하고 있지 않았을 가능성이 크고, 이로 인한 월류 발생 가능성이 컸던 것으로 추
정할 수 있다. 교량 단면에서 충분한 통수능을 확보 하고 있더라도 중소 규모 하천에서는 홍수시 유사이 송에 의한 토사퇴적, 교각 주변에서 유송잡물 집적 등이 발생하면서 통수능이 감소하여 월류가 발생하 는 경우도 있었다. 이번 현장조사 결과를 통해 그러 한 실례가 많이 확인되었다. 따라서, 교량 지점에 대 해 통수능 확보 여부를 검토하여 대책을 수립할 필 요가 있다.
하천을 횡단하는 교량이나 보 및 낙차공과 같은 횡단구조물이 설치되는 경우 구조물과 제방이 만나 는 부분이 접속부이다. 일반적으로 교량이나 하천 횡단구조물의 제방과의 접속부에서는 3차원적인 흐 름이 발생하므로 국부적인 와류 발생에 의해 흐름방 향이나 흐름강도가 일반 구간과는 다른 특성을 갖 게 된다. 이러한 특성을 최소화하기 위해서 접속부 가 제방면에서 돌출되지 않도록 하고 연결호안을 설
치하도록 함으로써 제방의 손상을 방지할 수 있도록 하고 있다. 그럼에도 불구하고, 흙으로 축조되는 제 방과 콘크리트 구조물의 접속 구간은 세굴에 의한 피해가 많이 발생하고 있다. 접속부에는 상부의 콘 크리트 구조물과 하부의 하상 사이에 존재하는 경계 면에서도 와류나 고속류로 인한 세굴을 방지하기 위 하여 바닥보호공을 설치하고 있으나, 하천 흐름의 복잡성 때문에 보호공의 설치범위나 제원 등을 결정 하는 것이 기술적으로 쉽지 않은 실정이며, 흙과 콘 크리트의 불연속성에 대한 대책이 충분하지 않은 실 정이다.
3. 홍수피해 대책 검토
거의 매년 발생하는 홍수피해에 대한 대책을 수립
2017년 7월 집중호우에 의한 충청지역 홍수피해 원인 및 대책 검토 Special Issue
하기 위해서는 홍수피해에 대한 정확한 원인 분석이 필요하며, 이러한 분석결과를 토대로 수계 전체에 대 한 종합적인 대책이 필수적이라 판단된다. 이를 위하 여 본 고에서는 홍수피해 조사를 통하여 분석된 피해 원인별 대책을 간략하게 제시함으로써 종합적인 대 책 수립시 참고가 될 수 있는 기술적 대책에 대해 개 략적으로 제시하고자 한다. 앞서 언급한 바와 같이 금번 충청 지역 홍수에 의한 피해는 크게 4가지로 유 형으로 분류될 수 있다. 이러한 피해 유형별로 고려 할 수 있는 기술적 대책을 정리하면 표 2와 같다.
표 2에 보인 바와 같이 최근 강우강도의 증가에 따른 적정한 홍수량을 산정하는 것이 매우 중요할 것으로 판단된다. 특히, 중소규모 하천의 경우 단시 간의 강우에도 홍수량이 급격히 증가하는 특성을 가 지고 있다. 따라서, 장기적으로 증가 추세에 있는 강 우강도를 고려하여 계획홍수량을 산정하고 이에 따 른 홍수위 및 유속을 재산정할 필요가 있다.
제방 비탈면을 보호하기 위한 호안을 설계할 때
정량적인 기법의 적용도 필요할 것으로 판단된다.
흐름특성을 정확히 파악하여 호안의 내력을 산정함 으로써 홍수에 대한 안정성을 확보하기 위해서는 기 존에 제시된 설계기법 등을 재검토하고 과거 홍수피 해사례를 정량적으로 분석하여 국내 실정에 맞는 최 적 경험식을 도출하는 것이 선행되어야 할 것으로 사료된다.
하천내에 설치되는 구조물에 의한 간섭에 의해 수 위가 증가하여 월류가 발생하거나, 유속이나 와류 강도를 증가시켜 제방이 붕괴되는 사례가 다수 발생 하고 있다. 이 또한 구조물에 의한 흐름특성의 변화 를 정확히 파악하는 것이 우선되어야 하며, 흐름특 성을 반영한 정량적인 보호공 설계 방안이 마련되어 야 할 것으로 보인다. 특히, 하천횡단구조물의 직하 류에 설치되는 연결호안과 바닥보호공이 유실되는 경우, 제방의 붕괴 가능성이 커지므로 이에 대해서 는 실험실증 연구를 통한 검증이 필요할 것으로 판 단된다.
표 2. 홍수피해 원인별 기술적 대책
홍수피해 원인 기술적 대책
제방 월류에 의한 제내지 범람
•강우특성 변화를 고려한 계획홍수량 및 계획홍수위 재검토
•통수능 증대를 위한 제방 증고 또는 하도단면 확대
•통수단면적 유지를 위한 하도내 지장물 관리
•월류시 제방붕괴를 방지할 수 있는 월류대응제방 검토
제방 비탈면 침식 및 호안 유실
•만곡 등 수충부를 고려한 설계유속 산정
•유속 및 와류 등 외력 및 호안공의 내력을 고려한 정량적 설계
•하상변동을 고려한 호안 기초공 및 밑다짐 설계
교량월류 및 손상
•교량의 통수단면적 및 여유고 검토 및 설계 반영
•교대 및 제방 접속부에 대한 호안 설계 강화
•교각 세굴 방지를 위한 세굴보호공 범위 및 제원 강화
•부유물 집적 방지를 위한 충분한 경간장 확보
하천횡단구조물 접속부 제방 및 하상 침식
•하천횡단구조물 접속부 3차원 흐름특성을 반영한 설계기법 마련 및 적용
•하천횡단구조물 바닥보호공에 대한 정량적 설계 기법 적용
4. 맺음말
금년 7월 14일부터 16일까지 발생한 집중호우에 의해 충청 지역에 많은 홍수피해가 발생하였다. 최 근 강우는 단기간에 집중되는 특징을 보이고 있으 며, 이로 인해 유출속도가 빠른 중소 규모 하천의 홍 수량이 급격히 증가하여 제방 월류, 제방 침식, 하천 시설물 피해 등이 급증하게 된다. 본 고에서는 금번 충청 지역에서 발생한 주요 홍수피해 조사 결과와 원인 분석 및 대책에 대해 제시하였다.
홍수피해의 저감을 위해서는 홍수방어에 대한 정
책의 수립이 매우 중요하며, 이 부분에 대해서는 홍 수피해에 대한 면밀한 원인 분석과 수계 전반적인 상황을 고려한 종합적인 검토가 필요하다. 또한, 홍 수피해 유형 및 원인에 대한 기술적 대책을 마련하 는 것도 매우 중요하다. 그런 측면에서 홍수발생 지 역에 대한 수문학적 특성의 파악과 기술적 대안의 마련이 선행될 필요가 있다. 특히 금번 홍수는 중소 규모 하천의 전형적인 피해양상을 나타내고 있으므 로 홍수피해 저감의 기술적 초점을 중소 하천까지 확장시키는 노력이 있어야 할 것으로 판단된다.
참고문헌
[1] 중앙재난안전대책본부(2017), 7월 호우피해 복구계획.
[2] 건설교통부(2004), 하천제방관련 선진기술 개발 연구보고서 [3] 건설교통부(2006), 보 및 낙차공 설계기술 개발 연구보고서 [4] 한국수자원학회(2009), 하천설계기준 및 해설