댐 설계홍수량

왜 배우는가: 설계홍수량은 댐의 여수로와 방류시설 규모, 최고수위, 여유고를 정하는 출발점이다. 과소 산정은 월류와 붕괴로 이어지고 과대 산정은 건설비 증가로 이어지므로 실무에서 가장 먼저 검토하는 항목이다. 시험에서는 홍수량의 구분, 산정 절차, 고려사항을 묻는 형태로 반복 출제된다.

출제 이력: 제138회 2교시 4번, 제132회 4교시 6번, 제99회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

설계홍수량은 댐의 여수로·방류시설을 설계할 때 기준으로 채택하는 첨두홍수량 또는 홍수수문곡선이다.

핵심 키워드

• 설계홍수량
• 첨두홍수량
• 홍수수문곡선
• 빈도홍수량
• 가능최대홍수량(PMF)
• 홍수추적
• 최고수위
• 여수로 설계

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 설계홍수량은 댐이 견뎌야 할 홍수의 크기를 숫자로 정한 것이다. 가장 큰 홍수만 고르는 것이 아니라 댐의 위험도, 하류 피해, 저수지 조절능력을 함께 따져 정한다.

정식 정의는 다음과 같다. 홍수특성, 홍수빈도, 홍수피해 가능성을 사회·경제적 요인과 함께 고려한 뒤, 최종 수공구조물의 설계 기준으로 채택하는 첨두홍수량 또는 홍수수문곡선이다. 첨두홍수량은 최대 유량 하나를 뜻하고, 홍수수문곡선은 시간에 따른 유량 변화 전체를 뜻한다. 답안에서는 두 형태 중 어느 것을 쓰는지 밝혀 두는 것이 좋다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 최대치 개념: 구조물의 안전도를 최대로 고려한다. 자연상태에서 발생할 수 있는 최대홍수량을 설계홍수량으로 정하는 안전 우선 관점이다.
• 최적치 개념: 홍수량의 상대빈도와 홍수특성, 구조물의 사회·경제적 측면을 함께 고려한다. 안전과 비용의 균형을 찾는 관점이다.
• 유입홍수량: 저수지로 들어오는 홍수의 유량이다. 저수지에 저류되기 전의 값이다.
• 홍수추적: 저수지에 물이 저류되면서 방류량이 줄어드는 과정을 계산하는 방법이다. 여수로 용량과 최고수위를 검토하는 데 쓴다.

설계홍수량은 유입홍수량 자체와 다르다. 저수지 홍수추적을 거친 뒤의 방류량과 최고수위가 설계의 직접 기준이 되기 때문이다. 따라서 설계홍수량을 말할 때는 유입 기준인지, 방류 기준인지 구분해서 써야 한다.

홍수량은 산정 기준에 따라 용어가 나뉜다. 기본홍수량은 댐이나 유역변경 같은 인위적 개발이 없는 자연상태의 홍수량이다. 계획홍수량은 인위적 개발을 반영한 뒤 하도가 부담해야 하는 홍수량이다. 설계홍수량은 이 가운데 댐의 안전성 검토에 채택한 값으로 이해하면 된다.

설계홍수량은 최대치 개념과 최적치 개념 중 어느 관점으로 정했는지 밝혀야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

댐은 저수지가 홍수를 저장하고 조절하는 구조물이다. 설계홍수량이 실제 홍수보다 작게 잡히면 여수로 용량이 부족해 월류가 생기고, 댐 본체가 파괴될 수 있다. 반대로 과대하게 잡으면 여수로와 댐마루 높이가 커져 건설비가 늘어난다. 그래서 안전과 경제성의 균형점을 정하는 것이 설계홍수량 결정의 출발점이다.

우리나라에서 이 문제가 특히 중요한 이유는 실측 홍수 자료가 짧다는 점이다. 실측 홍수량 자료가 거의 없어 홍수량 자료를 직접 빈도해석하는 방법은 신뢰도가 떨어진다. 그래서 강우 자료를 빈도해석해 설계강우를 정하고, 강우-유출 모형으로 유입홍수 수문곡선을 만드는 방법이 많이 쓰인다. 또 댐 건설 이전의 홍수 자료를 건설 이후 조건으로 환산하는 적절한 방법이 아직 정립되지 않았다는 문제도 있다.

댐 설계빈도는 수위 체계와 직접 연결된다. 홍수위(계획홍수위)는 200년 빈도 홍수를 기준으로 산정하고, 최고수위는 가능최대홍수(PMF)가 유입될 때의 수위다. 댐마루 표고는 최고수위에 여유고를 더해 정한다.