도시 홍수피해

왜 배우는가: 도시침수는 기후변화와 도시화로 피해가 커지고 있어 실무에서 치수 계획과 대책 수립의 출발점이 된다. 기술사 시험에서는 피해 유형과 원인, 대책을 묶어 묻는 문항이 여러 교시에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제132회 4교시 2번, 제110회 2교시 6번, 제89회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

도시침수는 홍수로 인한 도시하천 범람 또는 도시지역 내 강우의 배수 불량으로 발생하는 침수현상이다.

• 도시침수
• 내수침수
• 불투수면
• 배수 용량 초과
• 특정도시하천
• 침수방지시설
• 외수침수

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 비가 땅에 스며들지 못하고 도로와 건물 위로 흘러, 하수관과 유수지가 감당하지 못해 도시가 물에 잠기는 현상이다. 도시화로 흙이 아스팔트와 콘크리트로 덮이면 빗물이 땅속으로 들어가는 양이 줄고, 지표 유출이 빨라진다.

정식 정의는 「도시하천유역 침수피해방지대책법」 제2조에 따른다. 이 법은 도시침수를 두 경로로 나눈다. 첫째는 홍수로 인한 도시하천의 범람이다. 둘째는 도시지역 내에서 강우가 적절히 배수되지 아니하여 발생하는 침수다. 앞의 것은 외수(外水)침수, 뒤의 것은 내수(內水)침수로 불린다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 외수침수: 하천 수위가 높아져 제방을 넘거나 제방이 무너져 생기는 침수다. 하천이 직접 범람하는 경우다.
• 내수침수: 제방 안쪽에 내린 비가 하천으로 빠지지 못해 생기는 침수다. 하천이 범람하지 않아도 발생할 수 있다.
• 불투수면: 빗물이 스며들지 못하는 도로, 주차장, 지붕 같은 면이다. 도시침수의 직접 원인이다.
• 배수 용량 초과: 하수관거, 유수지, 배수펌프의 처리 능력을 강우가 넘는 상태다.

한 가지 더 구분할 것은 특정도시하천이다. 기후변화와 도시화로 침수피해가 현저하거나 예상되어 하천정비만으로는 예방이 곤란한 도시하천을 말한다. 법은 이 하천에 대해 기본계획을 세우도록 한다.

3. 등장 배경과 필요성

도시침수 문제가 커진 이유는 세 가지로 정리된다. 첫째, 도시 면적이 넓어지고 불투수면이 늘었다. 둘째, 기후변화로 집중호우의 강도가 높아졌다. 셋째, 저지대에 인구와 건축물, 지하공간이 몰려 같은 강우에도 피해 대상이 늘었다.

과거 도시 배수는 강우 강도가 낮은 상황을 기준으로 설계된 경우가 많다. 그래서 설계 빈도를 넘는 강우가 오면 하수관과 펌프가 금방 한계에 이른다. 도시 중소하천은 집중호우 뒤 수위가 빠르게 올라 대피 시간이 짧다. 이 점도 필요성을 키운다.

국가와 지방자치단체는 도시침수로부터 국민의 생명, 신체, 재산과 주요 기간시설을 보호할 책무를 진다. 국민도 자기 건물과 시설에 침수피해가 생기지 않도록 노력할 의무가 있다. 법은 이 책무를 바탕으로 기본원칙에서 기후변화 고려, 과거 최대강우량 고려, 예보체계 구축을 요구한다.

법정 기본계획 주기 10년 단위의 계획을 세우고, 5년마다 타당성 검토를 한다. 이 제도가 있어 대책은 일회성 공사가 아니라 장기 계획으로 관리된다.

4. 구성요소·원리·절차

도시 홍수피해는 강우가 도시 배수체계의 용량을 넘을 때 발생한다. 따라서 구성요소는 강우 입력, 지표 유출 경로, 배수·저류 시설, 하천 수위 조건으로 나눠 이해한다. 이 네 요소가 어떻게 연결되는지 보이면 피해 원인과 대책을 한 그림으로 설명할 수 있다.

불투수면이 늘면 침투량이 줄고 유출 계수가 커진다. 같은 강우라도 유출 용적과 첨두 유량이 커져 배수 능력을 빨리 초과한다. 이것이 도시 침수의 가장 기본적인 원리다. 도시 침수는 배수 용량보다 유출량이 커질 때 발생한다.

도시 홍수피해는 두 경로로 나뉜다. 첫째는 강우가 도시 내부에서 배수되지 못해 생기는 내수침수다. 둘째는 하천이 제방을 넘어 범람하는 외수침수다. 두 경로가 동시에 일어나면 피해가 커진다. 하천 수위가 높아지면 배수구의 방류가 제한되어 내수가 빠지지 못하기 때문이다.

피해 발생 절차는 다음과 같다.

• 집중호우로 단시간에 강우가 집중된다.
• 불투수면을 따라 지표 유출이 빠르게 증가한다.
• 우수관거와 측구로 유입되어 관로 용량을 넘는다.
• 맨홀과 측구로 역류하고 저지대 노면이 침수된다.
• 유수지·펌프가 한계에 달하거나 하천 수위가 높으면 배제가 막힌다.
• 지하공간과 저층 건물로 물이 유입되어 인명·재산 피해가 발생한다.

유량 산정의 핵심 식은 합리식이다.

$Q = k \cdot C \cdot I \cdot A$

여기서 Q는 첨두 유량(㎥/s), C는 유출계수(무차원), I는 강우강도, A는 유역면적이며, k는 강우강도와 면적의 단위를 맞추는 환산 상수다. 불투수면 비율이 커지면 C가 커지고 같은 강우강도에서도 Q가 증가한다. 도시 지역에서 C가 커지는 이유가 여기에 있다.

도시 홍수 대책은 이 원리에 따라 세 방향으로 나뉜다. 유출을 줄이는 침투·저류, 배수 용량을 늘리는 관거·펌프 개선, 피해를 줄이는 예보·대피다. 세 방향을 함께 써야 효과가 난다.

5. 관련 법령·기준·표준

도시 침수 대책의 법적 기반은 「도시하천유역 침수피해방지대책법」(약칭 도시침수법)이다. 이 법은 도시침수를 홍수로 인한 도시하천의 범람 또는 도시지역 내 강우의 배수 불량으로 발생하는 침수현상으로 정의한다. 또 침수피해를 생명·신체 또는 재산상 피해로 정의한다.

도시침수법은 도시하천 중 기후변화와 도시화로 침수가 현저하거나 예상되는 곳을 특정도시하천으로 지정한다. 기후에너지환경부장관은 특정도시하천 유역의 기본계획을 10년 단위로 수립한다. 기본계획에는 계획홍수량, 침수방지시설 연계 정비, 설계기준 적용, 비용과 재원 등이 포함된다. 기본계획은 수립일부터 5년마다 타당성을 검토한다.

침수방지시설은 하천의 물길 안정 시설, 수위 조절 시설, 하수관로, 하수저류시설 등을 포함한다. 시행령에서는 비점오염저감시설 중 고시된 시설과 수로터널 등을 추가한다. 지방자치단체장은 침수방지시설 사업 집행실적을 기후에너지환경부장관에게 제출한다.

위 표의 값은 법령 원문에 있는 기간과 대상이다. 관거와 저류의 설계 강우 빈도, 펌프 용량 같은 세부 수치는 설계기준(KDS)과 하수도 설계기준의 값을 따른다. 계산 시 적용 강우 빈도는 하천·도시별 설계기준에 따라 다르다.

하수관거의 설계 기준은 관로 종류별로 다르다. 오수관은 계획 시간 최대 오수량, 우수관은 계획 우수량, 합류식 관거는 두 값의 합을 기준으로 한다. 차집관거는 우천 시 계획오수량을 기준으로 한다. 이 원칙이 도시 배수 능력의 기준이 된다.

관련 법령의 개정 연혁은 근거에 명시되지 않은 범위에서만 언급한다. 현행 법 제명과 약칭을 기준으로 쓰고, 옛 명칭은 쓰지 않는다.

6. 유형과 비교

도시홍수는 원인에 따라 내수침수, 하천 범람형 침수, 해안 침수로 나뉜다. 도시침수 법령은 도시침수를 홍수로 인한 도시하천의 범람과 도시지역 내 강우의 배수 불량으로 발생하는 침수로 정의한다(도시하천유역 침수피해방지대책법 제2조제1호). 따라서 유형 구분의 기준은 물이 어디서 오는가이다.

표의 구분은 도시계획 관점의 분류이며, 1984년 서울 성내동·풍납동 침수처럼 배수시설 부족과 한강 수위 상승에 따른 성내천 역류가 함께 작용한 사례가 역류형의 전형이다. 실무 답안에서는 내수침수와 하천 범람을 먼저 나누고, 역류를 복합형으로 설명하면 원인 분석이 명확해진다.